Applicazione e sfide della tecnologia leggera nelle parti del telaio automobilistico

1. Il significato della tecnologia leggera
Parti di telaio automobilistico sono componenti chiave che supportano il movimento del veicolo, trasportano peso corporeo e garantiscono la stabilità e la sicurezza della guida. Tradizionalmente, i componenti del telaio come cornici, sistemi di sospensione, sistemi di sterzo, ecc. Di solito usano materiali ad alta resistenza come acciaio o ghisa. Sebbene questi materiali abbiano una buona resistenza e durata, rendono anche il veicolo più pesante. Con l'ascesa della tendenza dei veicoli leggeri, la riduzione del peso dei componenti del telaio è diventato la chiave per migliorare le prestazioni del veicolo e raggiungere la conservazione energetica e la riduzione delle emissioni.

L'applicazione di tecnologia leggera presenta diversi vantaggi significativi:

Ridurre il consumo di carburante e le emissioni: ridurre il peso del corpo del veicolo riduce direttamente l'onere sul motore, riducendo così il consumo di carburante e le emissioni di anidride carbonica, contribuendo a rispettare le norme ambientali sempre più rigorose.

Migliore le prestazioni di gestione e stabilità di guida: la riduzione del peso del telaio può migliorare effettivamente la maneggevolezza e la stabilità dell'auto, rendendo il veicolo più reattivo soprattutto quando si guida ad alta velocità e rotazione.

Comfort migliorato: i componenti del telaio leggero aiutano a ridurre le vibrazioni del corpo e migliorare il comfort del veicolo. Soprattutto quando i materiali leggeri vengono utilizzati nel sistema di sospensione, la stabilità di guida può essere effettivamente migliorata.

Life dei componenti estesi: i progetti leggeri richiedono spesso l'uso di materiali ad alta prestazione e ad alta resistenza, che non solo riducono il peso ma migliorano anche la durata dei componenti e la resistenza alla fatica.

2. Percorso di implementazione della tecnologia leggera
La realizzazione della tecnologia leggera riduce principalmente la massa dei componenti del telaio per garantire la loro forza, rigidità e sicurezza. Il percorso per ottenere leggeri include principalmente i seguenti aspetti:

Progettazione di ottimizzazione strutturale
L'ottimizzazione strutturale utilizza strumenti come il design assistito da computer (CAD) e l'analisi degli elementi finiti (FEA) per progettare la struttura più ragionevole utilizzando la minima quantità di materiali garantendo al contempo i requisiti di prestazione dei componenti del telaio. Attraverso calcoli e simulazione accurati, l'uso del materiale non necessario viene ridotto e la resistenza e la rigidità dei componenti sono migliorate. I metodi comuni di progettazione di ottimizzazione strutturale includono la progettazione della griglia, l'ottimizzazione della topologia e l'ottimizzazione delle dimensioni.

Utilizzare materiali ad alta resistenza
L'acciaio ad alta resistenza (HSS) e l'acciaio ad alta resistenza (UHSS) sono materiali leggeri comuni che hanno una bassa densità garantendo al contempo ad alta resistenza. Utilizzando questi acciai ad alta resistenza, è possibile ridurre il peso garantendo al contempo i requisiti di resistenza dei componenti del telaio. Sono particolarmente usati nelle parti strutturali del telaio e del corpo.

Applicazioni in lega di alluminio
Le leghe di alluminio sono ampiamente utilizzate nei componenti del telaio automobilistico grazie alle loro eccellenti proprietà leggere. La densità dell'alluminio è di circa un terzo di quella dell'acciaio. Ha una buona resistenza e resistenza alla corrosione ed è adatto per l'uso in sistemi di sospensione, ruote, frame di supporto e altri componenti. Inoltre, le leghe di alluminio possono anche aumentare la loro resistenza attraverso il trattamento termico e altri processi per garantire che la sicurezza non sia influenzata.

Applicazioni di materiali compositi
Negli ultimi anni, materiali come compositi rinforzati in fibra di carbonio (CFRP) e compositi rinforzati in fibra di vetro (GFRP) sono stati gradualmente utilizzati nei componenti del telaio automobilistico. Il materiale in fibra di carbonio è diventato un materiale ideale per il leggero a causa del suo peso estremamente leggero e della resistenza alla trazione eccellente, specialmente nelle auto da corsa e nelle auto ad alte prestazioni. I compositi non solo offrono un significativo risparmio di peso, ma aumentano anche la resistenza di resistenza e corrosione. I materiali compositi sono più costosi e non sono ancora diventati all'ordine del giorno nei veicoli del mercato di massa.

Realizzato in lega di alluminio-magnesio e lega di titanio
Le leghe in alluminio-magnesio e le leghe di titanio sono materiali che sono stati gradualmente promossi in modelli di fascia alta negli ultimi anni. Questi materiali in lega sono più leggeri delle leghe di alluminio e hanno una migliore resistenza e resistenza alla corrosione. Vengono gradualmente utilizzati in alcuni componenti del telaio ad alte prestazioni, come sistemi di sterzo, sistemi di sospensione e sistemi di frenatura.

3. Esempi di applicazione di tecnologia leggera
Sistema di sospensione
Il sistema di sospensione è uno dei componenti più critici in un telaio per auto, che colpisce direttamente la stabilità e il comfort di guida. Il design leggero del sistema di sospensione può ridurre efficacemente il peso del veicolo e garantire la controllabilità del veicolo in varie condizioni stradali. Al momento, le leghe di alluminio e l'acciaio ad alta resistenza sono spesso utilizzati nella struttura dei sistemi di sospensione, in particolare in componenti come bracci di controllo inferiore, staffe di sospensione e sedili a molla. Usando la lega di alluminio, il peso del sistema di sospensione del veicolo può essere ridotto di circa il 15% al ​​20%.

Frame e telaio telaio
Il telaio è la struttura di base che trasporta l'intero corpo e il sistema di alimentazione. Le cornici tradizionali sono realizzate principalmente in acciaio, ma ora sempre più modelli utilizzano leghe in acciaio e alluminio ad alta resistenza per ridurre il peso del telaio. Le cornici di alcune auto e SUV di fascia alta hanno iniziato a utilizzare materiali in lega di alluminio per ottenere effetti leggeri. Usando materiali in lega di alluminio, il peso del telaio può essere ridotto dal 20% al 30%.

Sistema di sterzo
Il sistema di sterzo è un componente chiave per garantire la stabilità e la controllabilità del veicolo. Il sistema di sterzo che utilizza materiali leggeri e un design ottimizzato può ridurre efficacemente l'inerzia del veicolo e migliorare l'accuratezza del controllo e la velocità di risposta. Molti veicoli e veicoli elettrici ad alte prestazioni hanno iniziato a utilizzare leghe di alluminio e compositi di plastica per produrre componenti del sistema di sterzo, riducendo ulteriormente il peso e migliorando la risposta del sistema.

Sistema di freni
Come componente centrale della sicurezza del veicolo, il sistema di frenatura non solo aiuta a ridurre il peso del veicolo, ma migliora anche l'efficienza di frenata. Molti modelli ad alte prestazioni utilizzano dischi di freni a ceramica in carbonio, un materiale più leggero e più resistente al calore rispetto ai tradizionali dischi in acciaio, fornendo una frenata migliore ad alta velocità.

4. Sfide e sviluppo futuro di tecnologia leggera
Sebbene la tecnologia leggera abbia fatto progressi significativi nei componenti del telaio automobilistico, ci sono ancora alcune sfide:

Problema di costo
Sebbene i materiali ad alte prestazioni (come fibra di carbonio, lega di titanio, ecc.) Abbiano effetti leggeri eccellenti, i loro costi di produzione sono elevati. Ciò limita la popolarità della tecnologia leggera in una certa misura, soprattutto quando è difficile applicarla in modelli a basso prezzo.

Processo di produzione
La tecnologia di elaborazione di materiali leggeri è relativamente complessa e richiede nuove tecnologie di produzione e supporto delle attrezzature. Il processo di formazione dei materiali in fibra di carbonio richiede un ambiente di lavorazione ad alta temperatura e ad alta pressione e la tecnologia di saldatura delle leghe di alluminio e le leghe di titanio ha anche alcune difficoltà tecniche. Questi requisiti di processo pongono richieste più elevate sulle capacità tecniche e le attrezzature di produzione dei produttori di automobili.

Problemi di sicurezza
Essere leggeri non significa sacrificare la sicurezza. Sebbene i nuovi materiali leggeri abbiano una maggiore resistenza, esiste ancora un divario tra la loro resistenza all'impatto e la resistenza alla fatica rispetto ai materiali tradizionali. Pertanto, come mantenere o migliorare la sicurezza, riducendo il peso è una sfida importante che si rivolge al leggero pesce di automobile.3