Tillämpning och utmaningar med lätt teknik i bilens chassidelar

1. Betydelsen av lätt teknik
Fordonschassidelar är viktiga komponenter som stöder fordonsrörelse, bär kroppsvikt och säkerställer körstabilitet och säkerhet. Traditionellt använder chassikomponenter som ramar, upphängningssystem, styrsystem etc. vanligtvis höghållfast material som stål eller gjutjärn. Även om dessa material har god styrka och hållbarhet gör de också fordonet tyngre. Med ökningen av trenden med lätta fordon har minskningen av vikten av chassikomponenter blivit nyckeln till att förbättra fordonets prestanda och uppnå energibesparing och utsläppsminskning.

Tillämpningen av lätt teknik har flera betydande fördelar:

Minska bränsleförbrukningen och utsläppen: att minska fordonets vikt minskar direkt bördan på motorn, vilket minskar bränsleförbrukningen och koldioxidutsläppen, vilket hjälper till att följa allt stränga miljöbestämmelser.

Förbättrad hanteringsprestanda och körstabilitet: Minskning av chassivikten kan effektivt förbättra bilens hantering och stabilitet, vilket gör fordonet mer lyhörd, särskilt när du kör i höga hastigheter och vridning.

Förbättrad komfort: Lätt chassikomponenter hjälper till att minska kroppsvibrationer och förbättra fordonskomforten. Speciellt när lätta material används i fjädringssystemet kan körstabilitet förbättras effektivt.

Utökad komponentliv: Lätta mönster kräver ofta användning av högpresterande material med hög hållfasthet, som inte bara minskar vikten utan också förbättrar komponentens hållbarhet och trötthetsresistens.

2. Implementeringsväg för lättviktsteknik
Förverkligandet av lätt teknik minskar huvudsakligen massan av chassikomponenter för att säkerställa deras styrka, styvhet och säkerhet. Vägen för att uppnå lättvikt inkluderar huvudsakligen följande aspekter:

Strukturell optimering
Strukturell optimering använder verktyg som datorstödd design (CAD) och ändlig elementanalys (FEA) för att utforma den mest rimliga strukturen med minsta mängd material samtidigt som man säkerställer prestandakraven för chassikomponenter. Genom exakt beräkning och simulering reduceras onödig materialanvändning och styrkan och styvheten hos komponenter förbättras. Vanliga strukturella optimeringsmetoder inkluderar nätdesign, optimering av topologin och optimering av storlek.

Använd höghållfast material
Stål med hög hållfasthet (HSS) och ultrahög hållfast stål (UHS) är vanliga lätta material som har låg densitet samtidigt som hög styrka. Genom att använda dessa höghållfast stål är det möjligt att minska vikten samtidigt som man säkerställer styrka kraven för chassikomponenter. De används särskilt allmänt i strukturella delar av ramen och kroppen.

Aluminiumlegeringsapplikationer
Aluminiumlegeringar används ofta i bilchassikomponenter på grund av deras utmärkta lätta egenskaper. Aluminiumtätheten är ungefär en tredjedel av stål. Den har god styrka och korrosionsbeständighet och är lämplig för användning i fjädringssystem, hjul, stödramar och andra komponenter. Dessutom kan aluminiumlegeringar också öka sin styrka genom värmebehandling och andra processer för att säkerställa att säkerheten inte påverkas.

Applikationer av kompositmaterial
Under de senaste åren har material såsom kolfiberförstärkta kompositer (CFRP) och glasfiberförstärkta kompositer (GFRP) gradvis använts i bilchasskomponenter. Kolfibermaterial har blivit ett idealiskt material för lättvikt på grund av dess extremt lätta vikt och utmärkta draghållfasthet, särskilt i racerbilar och högpresterande bilar. Kompositer erbjuder inte bara betydande viktbesparingar, utan ökar också styrka och korrosionsmotstånd. Kompositmaterial är dyrare och har ännu inte blivit vanliga i massmarknadsfordon.

Tillverkad av aluminium-magnesiumlegering och titanlegering
Aluminium-magnesiumlegeringar och titanlegeringar är material som gradvis har främjats i avancerade modeller under de senaste åren. Dessa legeringsmaterial är lättare än aluminiumlegeringar och har bättre styrka och korrosionsbeständighet. De används gradvis i vissa högpresterande chassikomponenter, såsom styrsystem, fjädringssystem och bromssystem.

3. Applikationsexempel på lätt teknik
upphängningssystem
Suspensionssystemet är en av de mest kritiska komponenterna i ett bilchassi som direkt påverkar körstabilitet och komfort. Den lätta designen för upphängningssystemet kan effektivt minska fordonets vikt och säkerställa fordonets styrbarhet under olika vägförhållanden. För närvarande används ofta aluminiumlegeringar och höghållfast stål i strukturen för upphängningssystem, särskilt i komponenter som lägre kontrollarmar, upphängningsfästen och fjäderstolar. Genom att använda aluminiumlegering kan vikten av fordonssuspensionssystemet reduceras med cirka 15% till 20%.

Ram- och chassiram
Ramen är den grundläggande strukturen som bär hela kroppen och kraftsystemet. Traditionella ramar är huvudsakligen gjorda av stål, men nu använder fler och fler modeller höghållfast stål- och aluminiumlegeringar för att minska ramen. Ramarna för några avancerade bilar och SUV: er har börjat använda aluminiumlegeringsmaterial för att uppnå lätta effekter. Genom att använda aluminiumlegeringsmaterial kan ramens vikt minskas med 20% till 30%.

styrsystem
Styrningssystemet är en nyckelkomponent för att säkerställa fordons som kör stabilitet och styrbarhet. Styrningssystemet med lätta material och optimerad design kan effektivt minska fordonets tröghet och förbättra kontrollnoggrannheten och svarshastigheten. Många högpresterande fordon och elektriska fordon har börjat använda aluminiumlegeringar och plastkompositer för att tillverka styrsystemkomponenter, vilket ytterligare minskar vikten och förbättrar systemets svar.

bromssystem
Som en kärnkomponent i fordonssäkerheten hjälper bromssystemets lätta vikt inte bara att minska fordonets vikt, utan förbättrar också bromseffektiviteten. Många högpresterande modeller använder kol-keramiska bromsskivor, ett material som är lättare och mer värmebeständigt än traditionella stålskivor, vilket ger bättre bromsning i höga hastigheter.

4. Utmaningar och framtida utveckling av lätt teknik
Även om lättviktsteknik har gjort betydande framsteg inom bilchasskomponenter, finns det fortfarande några utmaningar:

kostnadsfråga
Även om högpresterande material (såsom kolfiber, titanlegering, etc.) har utmärkta lätta effekter, är deras tillverkningskostnader höga. Detta begränsar populariteten för lättviktsteknologi i viss utsträckning, särskilt när det är svårt att tillämpa den i billiga modeller.

Tillverkningsprocess
Bearbetningstekniken för lätta material är relativt komplex och kräver ny tillverkningsteknologi och utrustningsstöd. Formningsprocessen för kolfibermaterial kräver en högtemperatur och högtrycksbearbetningsmiljö, och svetsningstekniken för aluminiumlegeringar och titanlegeringar har också vissa tekniska svårigheter. Dessa processkrav ställer högre krav på tekniska kapacitet och produktionsutrustning för biltillverkare.

säkerhetsfrågor
Att vara lätt betyder inte att offra säkerheten. Även om nya lätta material har högre styrka finns det fortfarande ett gap mellan deras slagmotstånd och trötthetsresistens jämfört med traditionella material. Därför är hur man upprätthåller eller förbättrar säkerheten samtidigt som vikten är en viktig utmaning för bilens lättviktning.33