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2016-12-14 02:13
汽车工程师 2016年4期
关键词:树脂汽车

捷豹“XF”车身铝合金化减重190 kg

捷豹路虎全面改进大型轿车“Jaguar XF”,该车车身大量采用铝合金,虽然缩短了车长,但加长了轴距,确保了宽敞的车内空间。

为实现轻量化,白车身的表面积中约75%采用了铝合金。主要采用Al-Mg-Si类6000系合金。采用这种合金的部位除了前柱、中柱、侧梁和车顶纵梁等车身骨架外,还有汽车前后的缓冲区。而仪表板背面的横梁和发动机罩防撞梁部位采用了振动吸收性比铝合金出色的镁合金。

前后4个车门、行李舱盖和后车体下部等采用钢板。行李舱盖和后车体下部采用钢板是为了增加汽车后部的质量,使前后的质量比达到50∶50。另外,为了在发生侧面碰撞时保护乘员,中柱和车门的强化材料采用了高张力钢板。通过这样区别使用铝合金和钢板,新款XF比上一代车型的质量减轻190 kg,而且车身的抗扭刚性提高了28%。

杜邦新材料助宝马跑车实现降噪耐高温

宝马i8插电式混合动力跑车的谐振腔采用杜邦Zytel PLUS 95G35玻璃纤维增强材料制成,将典型的高频进气声音降低到较低水平,从而提高驾驶体验。

Zytel PLUS是一种高性能聚酰胺,经杜邦专有的盾构技术(SHIELD)制作而成,具有卓越的长期耐高温性和耐腐蚀流体性,适用于发动机盖。

宝马i8的谐振器因其本身的功能性,体积相对较大,但经过壁厚的优化设计以及采用高刚度、高强度等级的Zytel PLUS,质量只有1.5 kg。由于采用Zytel PLUS,谐振器可长时间承受-40~190℃的工作温度以及发动机热气体和液体环境。

自动紧急制动系统将成汽车标配

美国国家公路交通安全管理局(NHTSA)和高速公路安全保险协会(IIHS)宣布,占美国汽车市场份额99%以上的20家汽车制造商已同意在2022年9月1日让自动紧急制动(AEB)成为标配。

自动刹车系统内建前瞻性的传感器,在侦测到汽车与前方行人、汽车或其他物体有发生碰撞可能性的时候,即使驾驶员不采取任何行动,也会自动减缓或停止汽车。

值得注意的是,此次宣布是严格意义上的协议,而不是一个规则。NHTSA表示,该协议将比规则等更加正式的监管程序更好,让自动刹车系统可以提早3年得到普及。汽车制造商从奥迪到特斯拉都已经签署该协议。NHTSA也指定《消费者报告》来监督汽车厂商实施自动刹车系统的进度和其他问题。

Autodesk新版本可实现部件自动轻量化

欧特克日本公司推出了3D-CAD“Autodesk Inventor”的新版本“Autodesk Inventor 2017”。除了用于实现部件轻量化的形状生成功能“形状发生器”之外,还强化了参考CAD数据交换用标准规格“STEP(ISO 10303)”的数据来推进设计作业的功能,以及以3D PDF形式输出设计结果的功能等。

形状发生器功能可将现有部件的形状数据等作为初始形状,通过去掉应力较小的部分等方法,在确保强度等的情况下实现部件的轻量化。用户可指定安装孔的位置等不需要更改的部分,以及与邻近部件的边界等不能超出界限的部分,还能进一步定义对部件施加的负载。用户指定部件的轻量化比例等目标值之后,软件会自动生成符合条件的形状。

5G通信网络推动汽车互联技术发展

电信行业已经开始计划把蜂窝网络从4G升级到5G,汽车产业将从中获得巨大好处。Tier 1s标准加入了第5代无线通信技术,促进着自动驾驶技术的发展,从而帮助提高了行车安全性。

2016年世界通信大会的焦点话题就是,2020年左右5G通信技术将推向市场,互联汽车成为这次活动重要的展示品。LG电子和因特尔集团合作把5G技术引入了车辆中,爱立信和吉利汽车联合推出互联汽车服务,并且逐步推出基于5G通信网络的自动驾驶汽车功能。全世界都在关注着通信技术升级到5G的进程,欧盟委员会和2013年成立的公私合作财团强调,5G通信技术能够提高行车安全性,相关设备将改变互联技术的地位。

DSD与Solvay合作研发塑料复合材料变速箱

英国DSD公司与比利时国际化工企业Solvay正合作开发一款基于塑料复合材料的变速箱壳体,来提高未来纯电力驱动汽车的平顺性(NVH)表现。

DSD解释道,用塑料复合材料代替传统的金属铸件,变速箱的质量将出现明显降低。如果常规乘用车的传动系统全面应用复合材料,各种壳体质量能够最多减少45%。保证汽车平顺性的前提下,质量可以降低25%左右;每次齿轮啮合传动过程中,动能损耗也将下降0.5%。

利用塑料变速箱壳体固有阻尼的特性,有助于得到更低的驾驶室噪声等级。电动汽车的动力系统温度要低于普通内燃机汽车,因此使用温度极限120℃左右的复合材料又有着非常大的成本优势。现在市面上常见的电动汽车尺寸绝大多数都小于传统内燃机汽车,使得制造工艺从原型产品移植到量产车型变得更加方便。

本田FCV用高压供氢阀达到联合国标准

日本京滨公司宣布其面向燃料电池车(FCV)生产的高压供氢阀达到了联合国标准——国际高压氢气汽车燃料装置用附属品技术标准(GTR No.13)。该标准对FCV的安全性能及高压储氢容器的相关要求等做出了规定。对充填压力为70 MPa的FCV用储氢罐做出的性能要求是,在最高温度为85℃的条件下,可以充填最大压力为87.5 MPa的高压氢气。而且,储氢罐还必须具备较高的气密性,在-40~80℃的温度条件下,当充填压力达到最高105 MPa时,能够防止氢气泄露。京滨利用该公司在开发天然气车时培育的密封技术达到了这一要求。

杜邦推出用于LED的新型热传导性树脂

杜邦推出一款新型热传导性树脂“DuPont®Zytel®TC”,用于制造飞利浦生产的通用型GU10双引脚连接器LED灯泡。

DuPont®Zytel®TC是针对LED照明器材的特定需求量身定做,能大幅降低LED灯泡的工作温度。与传统的工程塑料相比,温度降幅可达3~10℃,从而大大延长了灯泡的使用寿命。同时,新型树脂的击穿电压高达7 kV,电绝缘性能够达到相关安全标准的要求,确保了产品在使用过程中的安全性。

除了性能优势,新型树脂还将给飞利浦照明带来的优势有:1)使用新型树脂可以省去传统方法必须经过的金属压铸和包覆成型2个复杂而又昂贵的工序,减重可达15%,总成本降低30%。同时还能最大限度地发挥注塑成型工序的生产效率优势,降低产量损失。2)新型树脂制成的灯泡外壳使其表面呈现出白色陶瓷般自然柔和的质感,非常适用于LED的照明。

杜邦推出汽车空气管路新型材料

为了应对汽车工业对可长期承受涡轮增压发动机高温环境和腐蚀性气体的材料的需求,杜邦推出了Zytel®LCBM6301和Hytrel®HTR8797 2款新产品。

Zytel®LCBM6301是一种长链吹塑PA612-HI聚酰胺树脂。与其他专门用于制造吹塑空气管路的柔性PA6-F和PA6/66-HI聚酰胺解决方案相比,Zytel®LCBM6301 PA612-HI对废气循环系统和酸性气体的耐酸性更强。在100℃,1 mol/L的乙酸中老化96 h后,其性能(断裂伸长率和50%应变时的应力)保留率明显更高,而没有任何表面起泡现象。Hytrel®HTR8797 TPC-ET是一种柔性吹塑成型树脂。与专门用于冷端吹塑汽车空气管路应用的Hytrel®系列产品相比,其在热空气箱130~150℃的环境温度下的抗热老化能力增强了1倍多。在基于现有设备的吹塑成型加工方面,2款产品均易于加工、无增塑剂、可回收率高达50%,而且不会影响最终性能和生产率。此外,2种产品的应用使一个集成的部件取代原来的多个金属、橡胶及塑料部件成为可能,从而增加了汽车轻量化的机会。

积层型GFRP使FCV后保险杠减重一半

本田新款燃料电池车(FCV)“CLARITY FUEL CELL”的后保险杠部件采用了积层型GFRP(玻璃纤维强化树脂),与采用钢板部件时相比,质量减轻了50%。GFRP的母材,即浸透在玻璃纤维中的基体树脂,采用的是聚酰胺(PA)树脂。玻璃纤维片采用长纤维和短纤维玻璃纤维片,多层层积而成。在模具内重叠各片材,使其含浸PA树脂,从而成型。以前采用钢板的方法则必须经过冲压、焊接及涂装等多道工序,费时费力。

虚拟碰撞测试假人技术提高汽车安全等级

2003年丰田汽车公司引入了公用虚拟人类模型软件THUMS,现在发展成为常见的车辆驾乘人员安全性模拟工具。它通过有限元物理框架构建出人体的软硬组织,仿真出人类的各个细节特征,整个模型含有200万个基本模块。

THUMS软件系统能够模拟3种不同的人群:宽大体型的男性、中等身材的男性、娇小的女性;另外2种人群——孩童和老年女性由CHARM 10软件进行仿真。CHARM 10和THUMS的技术理论基本上是相同的,但是需要特殊模型来定义儿童和老年人,因为他们的人体工程学特性和身体组织属性与普通成年人还是存在很大差异。

人体模型细节的可拓展性有助于工程师更好地调整安全气囊、座椅安全带和被动安全系统,使其适应更多的体型状况。THUMS第5代产品即将上市,可以更准确地模拟驾乘人员的身体姿态和肌肉状态,通过更细致地分析碰撞后损伤来评估设备的安全可靠性。

纳米技术将为汽车带来自动清洁“智能玻璃”

UCL大学的研究人员推出了一种“智能”玻璃解决方案,可适用于汽车车窗。这种玻璃将纳米结构与感温变色涂层相结合,带来一种能够实现自动清洁的高性能智能窗户。

新型玻璃上的纳米结构具有像铅笔尖一样的圆锥形设计,可以存储空气,从而在很大程度上减少液体与玻璃表面的接触。为了达到节能效果,玻璃表面还涂了一层5~10 nm厚的二氧化钒(一种便宜丰富的材料)薄膜,这可以减少热损耗,并在炎热天气中减少射入车内的太阳辐射。这种纳米结构还具有防眩光的属性,新型玻璃可将室内反射光线控制在5%之内,而其他二氧化钒膜节能窗户的平均表现为20%~30%。

罗姆表示全球开始采用车载SiC模块

罗姆LSI商品开发本部车载战略部部长表示“车载SiC(碳化硅)模块在全球的采用已经开始”,言明了新一代功率电子技术的动向。

车载SiC模块的实用化,在日本已经上市的插电式混合动力车(PHEV)的车载充电器上取得了进展:配备在了快速充电用逆变器上。PHEV需要配备发动机、驱动电机、电池及车载充电器等,追加部件较多,采用车载SiC模块的最大理由是,PHEV与发动机车相比,配备空间有限。SiC模块与以往的Si(硅)IGBT模块相比,可将开关损失降至30%,因此能削减尺寸。

车载SiC模块注定是要配备于驱动电机的逆变器,但周边部件的耐热和耐压性能等同样需要提高,其作为驱动电机用逆变器将于2020年初实现实用化。汽车厂商的方针是,从负载相对较低的车载充电器开始采用,以逐步将SiC模块配备于汽车。

帝斯曼推出低摩擦因数材料

荷兰皇家帝斯曼集团推出一种基于Stanyl聚酰胺46的新型高性能材料“Stanyl HGR1”,可减小汽车发动机正时系统摩擦力矩,为整车制造企业提供物超所值的降低能耗工具。

帝斯曼业务发展经理表示:“正时链接触表面材质采用Stanyl HGR1后,较之PA66,摩擦力矩可减少0.65 N·m,这相当于行驶过程中每升燃料续航里程增加超过0.4 km,大幅改善了发动机的油耗。同PA66相比,StanylHGR1将 650~1800r/min的发动机临界转速范围内摩擦力矩降低了10%。”

丰田与美大学开发面向年轻人的EV概念车

丰田公司与美国克莱姆森大学国际汽车研究所共同制作出了面向年轻人的EV概念车“uBox”,瞄准的用户是平时将汽车用作工作代步工具兼移动办公室,周末用于休闲娱乐的年轻企业家。

该车采用了即使在静止状态下也感觉汽车在行驶的动感十足的强有力的外观造型。采用拉挤成型技术,将碳纤维复合材料制成的导轨与铝合金接合在一起,用于支撑玻璃车顶。

车内方面,为了方便搬运大件行李、容易开展各种商务工作而降低了地板高度,并采用可拆卸、可滑动的座椅,能够改变车内布局。送风口、仪表板的表面及门饰条均可通过3D打印技术定制。

由于uBox是电动汽车,车内和车身外侧均设有110 V电源插座,可以使用PC、家电及电动工具等。

Thanko推出困倦警告装置连动的振动坐垫

日本Thanko公司开始销售与该公司的困倦警告装置组合使用的振动坐垫“Eye Catch碰撞预警振动坐垫”。通过警告装置发出的声音和坐垫的振动来增强防打盹功能。

与之组合使用的是“带GPS的Eye Catch碰撞预警装置(防打盹装置)”,该装置通过红外线进行面部识别及瞳孔检测,除了根据眼睑的开合检测驾驶员是否在打盹以外,还可在检测到驾驶员的注意力不集中时发出警告。能通过GPS检测车速,设置为低速时不发出警告等。还能与自动车辆定位系统(AVL)联动,用于出租车、卡车及公交车等商用车辆。

ADAS中的驾驶员疲劳监测系统

越来越多的乘用车厂商考虑将驾驶员监测系统(简称DM)融入未来的车内系统。

DM是一种基于人体生理反应特征的驾驶员疲劳监测预警系统。系统中的直接检测是基于图像识别和触控传感技术展开的,该检测系统通过方向盘内集成的传感器将驾驶员的面部细节以及心脏、脑电等部位的数据进行收集,再根据这些部位数据变化判断驾驶员是否处于疲劳状态;而间接检测是针对驾驶员驾车行为进行分析,即通过记录和解析驾驶员转动方向盘、踩刹车等行为特征,判别驾驶员是否疲劳。

目前市场上的DM系统很难将测量准确性和装配成本这两者之间进行平衡,所以现阶段基于图像技术的DM系统是最优的选择。未来DM系统将共享车联网的数据,并且与ADAS系统整合在一起,为驾驶员以及车辆提供更加安全的行驶条件。

兼顾轻量化和外观品质聚酰胺树脂汽车构件

尤尼吉可(UNITIKA)开发出了可兼顾轻量化和外观品质的射出发泡聚酰胺(PA)树脂“Foamilon”。主要用于同时要求轻量性和高外观品质的汽车用构件,如发动机罩下护板用构件以及滤油器等。

新型树脂具备可射出发泡成型的黏度、结晶性及流动性,并且不受化学发泡及物理发泡等气体种类以及短射发泡及退芯发泡等发泡方法的限制,可满足多种工艺方法的要求。如果组合使用模具控制(退芯)和化学发泡工艺,还可实现2倍发泡。

与使用按质量比例添加15%玻璃纤维进行强化的PA成型的无发泡品相比,新型树脂的发泡成型品要轻20%,而且性能和外观品质可达到同等以上水平。其中,弯曲弹性模量尤为出色,可同时实现轻量化和高刚性。另外,由于还提高了隔热性及隔声性,并消除了缩痕及曲翘,因此还可用于摩托车、体育用品及电动工具。

燃料改质发动机成未来重要技术

作为新一代汽车发动机技术,燃料改质受到越来越高的关注。其可能成为支撑汽车发动机未来发展的重要技术。燃料改质发动机是利用改质用催化剂使汽油燃料与尾气发生反应来生成氢,然后将氢输送到吸气侧提高燃烧速度。各公司之所以关注燃料改质发动机是因为能够以较低成本大幅提高燃效性能。日产在使用单缸发动机的试验中使热效率大幅提高约6%。

燃料改质的成本并非很高,只需要在使尾气通向吸气侧的管路(EGR通路)的中途,设置由催化剂和燃料喷射装置构成的改质器即可。改质用催化剂与汽油发动机上常见的尾气后处理装置(三元催化器)相似。主要成分为铑,系从三元催化剂中去掉了铂和钯。制造方法与三元催化剂基本相同。虽然要视排量及贵金属价格而定,但排量为1~2 L的发动机,加上催化剂和燃料喷射装置,成本目标可在1万日元以下。

丰桥技科大学成功在室外进行EV行驶充电

日本丰桥技术科学大学成功进行了电动汽车(EV)的无线传输电力室外行驶试验,在埋入了电力传输金属板的“电气化道路”上演示了为以10 km/h左右速度行驶的单座EV充电。

丰桥技术科学大学公开的行驶中充电系统的特点是,试验采用的单座EV没有配备作为动力源的2次电池。研究小组利用称为电场耦合方式的技术,自主研发了经由轮胎传输电力的方法。在道路上铺设金属板,使之与轮胎中的钢带间形成电容器,并通入位移电流(高频电流)来传输电力。

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