金屬加工技術

一文了解汽車輕量化與碳纖維對汽車輕量化的優點

轉載 :  caifu50225.cn   2019年06月25日


        汽車輕量化正如其名,就是減輕汽車體重。作為汽車輕量化的好處,能舉出與燃料費的削減相連的事。燃油費成為汽車最重要的費用,不過,要提高燃油費效率隻有開發高性能引擎還是減輕車身重量。高性能發動機的開發需要數十年的跨度技術開發和革新,輕量化有馬上能實行的材料。如果100kg的輕量化成功的話,每升汽油就能減少1km的燃費,據說每輛汽車行駛1km就能削減15克的二氧化碳排放量。

 


        二氧化碳排放限制今後将更加嚴格,削減二氧化碳排放量對于各汽車廠商來說是當務之急。同時,現在話題的電動汽車,續航距離比汽油車短成為一個話題,為了電動汽車普及汽車輕量化也不可缺少。汽車的輕量化,從框架,外闆,内部裝修到前擋風玻璃,所有部分都持續着減輕的嘗試。特别是碳纖維對汽車的輕量化有着最大的貢獻,因而成為被使用的材料。


汽車輕量化的素材


        汽車的大部分使用鋼鐵。因為鋼鐵可以大量生産,所以價格便宜,因為有強度,所以滿足安全性是很大的好處。可是,鋼鐵沉重,對燃料費很貴這樣的大的缺點。代替鋼鐵用于汽車輕量化的材料有鋁、碳精棒、碳纖維等。鋁、鎂、钛等非鐵金屬材料代替鋼鐵作為汽車材料被使用,特别是鋁被廣泛用于發動機部件、框架、外闆。
        CFRP(碳纖維增強塑料)和纖維素納米纖維等的樹脂素材,今後對汽車的輕量化也有很大的貢獻。同時,鋼鐵的技術改良也前進着,高張力鋼闆「hss」作為對輕量化貢獻的鋼鐵被車身部分采用。作為鋼鐵的替代材料被期待的這些素材一律比鋼鐵輕,不過,材料價格比鋼鐵高(貴)的事成為缺點。此次關注的汽車輕量化關聯品種,經營鋼鐵的代替材料·素材的材料制造廠成為中心。


碳纖維汽車輕量化優點


        CFRP(碳纖維增強塑料)制品,被發動機蓋和後輪,螺旋槳軸等采用。碳纖維及其複合材料具有量輕、剛性大、易加工成形、抗沖擊能力強、耐久性好、舒适性好等優點,應用于汽車中,是降低油耗、減少排放、提高新能源汽車續航裡程最有效的途徑之一。


輕量化


        碳纖維應用于汽車後,給汽車制造帶來最明顯的好處就是汽車輕量化,最直接影響的就是節能、加速、制動性能的提升。一般而言,車重減小10%,油耗降低6%~8%,排放降低5~6%,0-100km/h加速性提升8-10%,制動距離縮短2~7m。
        舉個例子,在全新BMW 7系的車體框架中,碳纖維增強複合材料被用于加固車頂橫梁結構以及B柱和C柱、底部側圍、中央通道和後部支撐。相比上一代車型,全新BMW 7系最大減重達130kg,成為大型豪華汽車市場智能輕量化結構的領導者。
        再比如,BMWi3大量使用碳纖維材料制造車身,上市車型比原來的設計減輕了300kg,i3車型得到市場認可,也驗證低成本快速成型碳纖維車身量産制造技術的可行性和經濟性。


 

安全性


        車身輕量化可以使整車的重心下移,提升了汽車操縱穩定性,車輛的運行将更加安全、穩定。碳纖維複合材料具有極佳的能量吸收率,碰撞吸能能力是鋼的六到七倍、鋁的三到四倍,這進一步保證了汽車的安全性。


舒适度


        碳纖維複合材料具有更高的震動阻尼,輕合金需要9秒才能停止震動,碳纖維複合材料2秒就能停止,故碳纖維應用在汽車上,對于整車NVH(噪聲、振動與聲振粗糙度)的提升貢獻同樣很大,會大幅增強汽車行駛的舒适性。


可靠性


        碳纖維複合材料具有更高的疲勞強度,鋼和鋁的疲勞強度是抗拉強度的30-50%,而碳纖維複合材料可達70-80%,因此汽車上應用碳纖維複合材料對于材料疲勞可靠性有較大提升。

 

提升車身開發水平


        由于碳纖維複合材料可設計性比金屬強,因此更易于車身開發的平台化、模塊化、集成化。這樣碳纖維車身及金屬平台的混合車身結構對于傳統汽車車身結構而言,可以做到模塊化、集成化,大大減少零件種類,減少工裝投入,縮短開發周期。尤其對于新入新能源汽車企業,應用碳纖維車身不僅可以節約沖壓、焊裝生産線及模、夾具的投入,減輕固定資産占資配比,優化企業資産配置結構,而且在企業的市場宣傳上更具影響力。綜觀奔馳、寶馬、奧迪等高端品牌車企在産品線中對碳纖維複合材料的應用布局,我們可以預見,碳纖維複合材料在汽車上的應用必然成為發展方向。


結語——輕量化帶來的東西


        新構造材料等技術開發項目已經開始。碳纖維複合材料(CFRP),高強度、高延性、不燃性、耐腐蝕性、耐沖擊性等。輕量化素材,并使用這些輕量化素材。目标是将來實現運輸機器重量減半。多元素材化的車輛素材。在運輸機器方面,不管那是什麼,輕量化是不容忽視的,是應該追求的項目。向輕量化材料的轉移是最先進的當然是飛機,于CFRP的大量采用等進一步的輕量化。

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