如果你駕駛的是機動車,你可能會想到開車時多加注意,例如掌控好剎車和加速時間,達到省油目的。如果你駕駛的是電動汽車,也許知道最多可將油耗控制到 97 MPG(2.4 升/百公里)。
然而,對省油最有幫助的其實是制造商對汽車的改進。隨著對尾氣排放和燃油經(jīng)濟性的監(jiān)管逐步加強,汽車制造商可以在每個微小細節(jié)上做足功夫減輕不必要的車身負重。
MMLV你聽說過嗎?
由美國能源署汽車技術(shù)部資助,福特公司與麥格納公司共同研發(fā)的復(fù)合材料輕量化概念車 (MMLV) 已成功面世,重量降低約 25%,燃料效率提高 15% 至 20%。此等卓越表現(xiàn)得益于鋁制結(jié)構(gòu)以及碳纖維、鎂和鈦等材料的運用。
復(fù)合材料沒那么簡單
“盡管我們承認(rèn)復(fù)合材料汽車是汽車業(yè)的重要一部分,但將之變?yōu)楝F(xiàn)實仍需克服一些挑戰(zhàn),”圣戈班高功能塑料汽車底盤和傳動系全球市場經(jīng)理 Chris Needes 說到,“在狹小空間中使用復(fù)合材料,例如轉(zhuǎn)向柱、門鉸鏈或電動機轉(zhuǎn)子內(nèi),會導(dǎo)致腐蝕速度加快,有可能會加速損壞其他高價部件,這樣一來,輕量特性帶來的優(yōu)勢很快就蕩然無存。”
“以門鉸鏈為例,”圣戈班自潤滑襯套業(yè)務(wù)全球市場經(jīng)理Hans-Jürgen J?ger 說,“在狹小的空間里,鋼和鋁可能會發(fā)生反應(yīng)。鉸鏈條(鋁制)作陰極,軸承和鉸鏈軸(通常為鋼制或含有鋼)為陽極,再加上電解質(zhì),就形成了電池的構(gòu)造,無疑會加速腐蝕。”
因此,難點在于如何在結(jié)合兩種不同金屬的同時,防止腐蝕或生銹的加快。
圣戈班對汽車組件使用復(fù)合材料以及材料間的相互反應(yīng)進行了數(shù)年的研究,在某些關(guān)鍵部位,如轉(zhuǎn)向柱、門鉸鏈或電動機定子支架處,使用小但重要的創(chuàng)新型配件可提升整體性能。
轉(zhuǎn)向柱的減重
為了減輕汽車重量,減少汽車排放和油耗,我們首先可以將一些較重的金屬替換為其他輕質(zhì)材料。例如可收縮的轉(zhuǎn)向柱由多個鎖桿組成,鎖桿材質(zhì)可由鋁取代鋼,以減輕重量。圣戈班專門為此設(shè)計了由碳鋼與合金制成的精密定位圈,這種徑向彈簧緊固件可以使轉(zhuǎn)向柱桿間形成不錯的結(jié)合,有利于使用復(fù)合材料,大大減輕汽車的重量。
此外,這一輕量設(shè)計還消除了制造商和客戶的另一個擔(dān)憂——噪音。“使用特別研制的精密定位圈可使轉(zhuǎn)向軸間完美契合,減少震動,保證車內(nèi)的安靜環(huán)境。”
電動機定子支架的減重
精密定位圈常用來取代熱壓法或膠粘,例如,電動機定子支架使用定位圈來減輕重量,而且定子外殼可采用輕質(zhì)的鋁材制成,再次通過使用復(fù)合材料減輕了重量。只需用精密定位圈包裹住定子,再插入對應(yīng)位置即可,組裝流程也十分簡易。
“你知道嗎?現(xiàn)在汽車上安裝的電機最多已達到了 25 個。如果我們可以減輕每一個電機的重量,把這個數(shù)乘以 25,就能極大減輕車身重量。”
精密定位圈可承受一定脹差,如果使用鋼、鋁等多種材料,這一優(yōu)勢將大大降低組裝過程中發(fā)生故障的幾率。
鉸鏈的減重
可見,只要能夠減輕重量,制造商就會不遺余力。另一個可以減輕重量的關(guān)鍵部位是車門,特別是鉸鏈部分。車上多處都裝有鉸鏈,如車門、后備箱、發(fā)動機罩和車頂天窗等處,因此總共可減輕的重量十分可觀。
“在汽車鉸鏈方面,如果不單使用鋼制品,汽車制造商和供應(yīng)商可在車門上減輕多達 40% 的重量,”J?ger 說道,“門鉸鏈軸及外殼間的軸承可確保門自然平滑的開合。與傳統(tǒng)軸承相比,復(fù)合軸承(如 NORGLIDE? 軸承)中使用了聚四氟乙烯 (PTFE) 襯墊,即使汽車門鉸鏈軸和帶子間出現(xiàn)角度偏差,也不受影響,可確保門始終平滑移動。”
復(fù)合材質(zhì)的軸承延長了門鉸鏈的使用壽命,可防止油漆剝落和紅銹的產(chǎn)生。此外,在行車過程中,PTFE 襯墊不受溫度等公差變化影響,確保門鉸鏈軸及外殼間完美契合。PTFE 的特性也減少了車門在汽車報廢前就嘎吱作響的可能。
復(fù)合材料汽車是一個正確的研究方向。輕量車可以幫助消費者減少尾氣排放,提高燃料效率。但如果制造商只關(guān)注減重這一方面,可能會產(chǎn)生其他問題,例如之前所提的腐蝕和生銹問題。與一個既了解全局又對復(fù)雜細節(jié)了如指掌的伙伴合作,制造商不僅可以為當(dāng)今的消費者提供領(lǐng)先于時代的前衛(wèi)汽車,還可在未來引領(lǐng)行業(yè)潮流。