Aplicação e desafios da tecnologia leve em peças de chassi automotivo

1. O significado da tecnologia leve
Peças de chassi automotivo são os principais componentes que apóiam o movimento do veículo, carregam peso corporal e garantem estabilidade e segurança de direção. Tradicionalmente, componentes do chassi, como quadros, sistemas de suspensão, sistemas de direção etc., geralmente usam materiais de alta resistência, como aço ou ferro fundido. Embora esses materiais tenham boa força e durabilidade, eles também tornam o veículo mais pesado. Com a ascensão da tendência de veículos leves, reduzir o peso dos componentes do chassi tornou -se a chave para melhorar o desempenho do veículo e alcançar a conservação de energia e a redução de emissões.

A aplicação da tecnologia leve tem várias vantagens significativas:

Reduza o consumo e as emissões de combustível: reduzir o peso do corpo do veículo reduz diretamente o ônus do motor, reduzindo assim o consumo de combustível e as emissões de dióxido de carbono, ajudando a cumprir com regulamentos ambientais cada vez mais rigorosos.

Melhor desempenho de manuseio e estabilidade de direção: reduzir o peso do chassi pode melhorar efetivamente o manuseio e a estabilidade do carro, tornando o veículo mais responsivo, especialmente quando dirige em alta velocidade e gira.

Conforto aprimorado: os componentes leves do chassi ajudam a reduzir as vibrações do corpo e a melhorar o conforto do veículo. Especialmente quando os materiais leves são usados ​​no sistema de suspensão, a estabilidade de acionar pode ser efetivamente melhorada.

Vida com o componente estendido: os projetos leves geralmente exigem o uso de materiais de alto desempenho e alta resistência, que não apenas reduzem o peso, mas também melhoram a durabilidade dos componentes e a resistência à fadiga.

2. Caminho de implementação da tecnologia leve
A realização da tecnologia leve reduz principalmente a massa dos componentes do chassi para garantir sua força, rigidez e segurança. O caminho para alcançar o peso leve inclui principalmente os seguintes aspectos:

Projeto de otimização estrutural
A otimização estrutural usa ferramentas como design auxiliado por computador (CAD) e análise de elementos finitos (FEA) para projetar a estrutura mais razoável usando a menor quantidade de materiais, garantindo os requisitos de desempenho dos componentes do chassi. Através de cálculo e simulação precisos, o uso desnecessário de material é reduzido e a força e a rigidez dos componentes são aprimorados. Os métodos comuns de design de otimização estrutural incluem design de grade, otimização da topologia e otimização de tamanho.

Use materiais de alta resistência
O aço de alta resistência (HSS) e aço de alta resistência (UHSS) são materiais leves comuns que têm baixa densidade, garantindo alta resistência. Ao usar esses aços de alta resistência, é possível reduzir o peso, garantindo os requisitos de força dos componentes do chassi. Eles são especialmente amplamente utilizados em partes estruturais da estrutura e do corpo.

Aplicações de liga de alumínio
As ligas de alumínio são amplamente utilizadas em componentes do chassi automotivo devido às suas excelentes propriedades leves. A densidade do alumínio é cerca de um terço da de aço. Possui boa resistência à força e corrosão e é adequado para uso em sistemas de suspensão, rodas, quadros de suporte e outros componentes. Além disso, as ligas de alumínio também podem aumentar sua força por meio de tratamento térmico e outros processos para garantir que a segurança não seja afetada.

Aplicações de materiais compostos
Nos últimos anos, materiais como compósitos reforçados com fibra de carbono (CFRP) e compósitos reforçados com fibra de vidro (GFRP) foram usados ​​gradualmente em componentes do chassi automotivo. O material de fibra de carbono tornou-se um material ideal para peso leve devido ao seu peso extremamente leve e excelente resistência à tração, especialmente em carros de corrida e carros de alto desempenho. Os compósitos não apenas oferecem economia significativa de peso, mas também aumentam a resistência à força e da corrosão. Os materiais compostos são mais caros e ainda não se tornaram comuns nos veículos do mercado de massa.

Feito de liga de alumínio-magnésio e liga de titânio
Ligas de alumínio-magnésio e ligas de titânio são materiais que foram gradualmente promovidos em modelos de ponta nos últimos anos. Esses materiais de liga são mais leves que as ligas de alumínio e têm melhor resistência à força e corrosão. Eles estão gradualmente sendo usados ​​em alguns componentes do chassi de alto desempenho, como sistemas de direção, sistemas de suspensão e sistemas de frenagem.

3. Exemplos de aplicação de tecnologia leve
sistema de suspensão
O sistema de suspensão é um dos componentes mais críticos em um chassi de carro, afetando diretamente a estabilidade e o conforto da direção. O projeto leve do sistema de suspensão pode efetivamente reduzir o peso do veículo e garantir a controlabilidade do veículo sob várias condições da estrada. Atualmente, ligas de alumínio e aço de alta resistência são frequentemente usadas na estrutura dos sistemas de suspensão, especialmente em componentes como braços de controle inferior, suportes de suspensão e bancos de mola. Ao usar liga de alumínio, o peso do sistema de suspensão do veículo pode ser reduzido em aproximadamente 15% a 20%.

Quadro de quadro e chassi
O quadro é a estrutura básica que transporta todo o corpo e sistema de energia. Os quadros tradicionais são feitos principalmente de aço, mas agora mais e mais modelos usam ligas de aço e alumínio de alta resistência para reduzir o peso da estrutura. Os quadros de alguns carros e SUVs de ponta começaram a usar materiais de liga de alumínio para obter efeitos leves. Usando materiais de liga de alumínio, o peso da estrutura pode ser reduzido em 20% a 30%.

sistema de direção
O sistema de direção é um componente essencial para garantir a estabilidade e a controlabilidade do veículo. O sistema de direção usando materiais leves e design otimizado pode reduzir efetivamente a inércia do veículo e melhorar a precisão do controle e a velocidade de resposta. Muitos veículos de alto desempenho e veículos elétricos começaram a usar ligas de alumínio e compósitos plásticos para fabricar componentes do sistema de direção, reduzindo ainda mais o peso e melhorando a resposta do sistema.

sistema de freio
Como um componente central da segurança do veículo, o leve leve do sistema de freios não apenas ajuda a reduzir o peso do veículo, mas também melhora a eficiência da frenagem. Muitos modelos de alto desempenho usam discos de freio de carbono-cerâmica, um material mais leve e mais resistente ao calor que os discos de aço tradicionais, fornecendo melhor frenagem em alta velocidade.

4. Desafios e desenvolvimento futuro da tecnologia leve
Embora a tecnologia leve tenha feito um progresso significativo nos componentes do chassi automotivo, ainda existem alguns desafios:

emissão de custo
Embora materiais de alto desempenho (como fibra de carbono, liga de titânio etc.) tenham excelentes efeitos leves, seus custos de fabricação são altos. Isso limita a popularidade da tecnologia leve até certo ponto, especialmente quando é difícil aplicá-la em modelos de baixo preço.

Processo de fabricação
A tecnologia de processamento de materiais leves é relativamente complexa e requer nova tecnologia de fabricação e suporte de equipamentos. O processo de formação de materiais de fibra de carbono requer um ambiente de processamento de alta temperatura e alta pressão, e a tecnologia de soldagem de ligas de alumínio e ligas de titânio também tem certas dificuldades técnicas. Esses requisitos de processo atribuem maiores demandas sobre as capacidades técnicas e os equipamentos de produção dos fabricantes de automóveis.

questões de segurança
Ser leve não significa sacrificar a segurança. Embora novos materiais leves tenham maior força, ainda existe uma lacuna entre sua resistência ao impacto e resistência à fadiga em comparação com os materiais tradicionais. Portanto, como manter ou melhorar a segurança, reduzindo o peso, é um desafio importante para o Automobile Lightweighting.3