Легкие материалы, такие как углеродное волокно, все чаще используются в легковых и грузовых автомобилях для снижения веса при сохранении прочности, как показано на примере этого автомобильного бампера в качестве примера облегчения .
Облегчение веса — это концепция в автомобильной промышленности , направленная на создание автомобилей и грузовиков, которые легче, как способ достижения лучшей топливной экономичности , запаса хода батареи , ускорения, торможения и управляемости. [1] [2] Кроме того, более легкие транспортные средства могут буксировать и перевозить более крупные грузы, поскольку двигатель не несет ненужного веса. [3] Избыточный вес транспортного средства также является фактором, способствующим выбросам твердых частиц из-за износа шин и тормозов. [4] [5]
Автопроизводители изготавливают детали кузова из алюминиевого листа, алюминиевых профилей, закаленной стали , углеродных волокон , лобовые стекла из пластика и бамперы из алюминиевой пены, чтобы уменьшить нагрузку на транспортное средство. [6] Согласно одной точке зрения, замена деталей автомобиля на более легкие материалы не снижает общую безопасность для водителей, поскольку многие сорта алюминия и пластика имеют высокое отношение прочности к весу; а алюминий обладает высокими свойствами поглощения энергии для своего веса. [6]
Иллюстрация выбора легких материалов для кузова автомобиля
Поиск замены деталей автомобиля на более легкие не ограничивается каким-либо одним типом деталей; по словам представителя Ford Motor Company , инженеры стремятся к облегчению «везде, где это возможно». [7] Использование легких материалов, таких как пластик , высокопрочная сталь и алюминий, может означать меньшую нагрузку на двигатель и лучший расход топлива , а также улучшенную управляемость. [8] Одним из материалов, иногда используемых для снижения веса конструкций, которые могут выдержать надбавку к стоимости, является углеродное волокно . [9] Автомобильная промышленность использует этот термин уже много лет, поскольку усилия по дальнейшему облегчению автомобилей продолжаются. [2]
Другим распространенным материалом, используемым для облегчения, является алюминий . [10] Использование алюминия постоянно растет не только для соответствия стандартам CAFE , но и для улучшения характеристик автомобиля. Журнал по легкому весу считает: «Хотя алюминий легкий, он не жертвует прочностью. Алюминиевая структура кузова равна по прочности стали и может поглощать в два раза больше энергии, вызванной столкновением». [11] Использование алюминия для облегчения может быть ограничено для более прочных марок из-за их низкой формуемости — и в ответ на эту проблему формовки в последние годы были внедрены новые методы, такие как прокатка и горячая формовка ( Hot Form Quench ).
Для достижения целей по снижению веса используются многие другие материалы. [12] Стоимость снижения веса и все большая экологичность материалов становятся проблемой при выборе решения — при этом жизнеспособное увеличение стоимости детали на килограмм экономии составляет от 5 до 15 долларов США [13] в зависимости от ценовой категории и эксплуатационных требований транспортного средства.
Ссылки
^ ДЖИМ МОТАВАЛЛИ, 11 ОКТЯБРЯ 2012 г., The New York Times, Гонка за материалы для легковесных автомобилей, Получено 11 апреля 2015 г., «...автопроизводители и федеральное правительство вкладывают ресурсы в «облегченные» автомобильные платформы, чтобы соответствовать стандартам средней корпоративной экономии топлива (CAFE)...».
^ Крис Вудъярд, USA TODAY, 3 июня 2014 г., Ford демонстрирует концепцию легкого автомобиля, Получено 11 апреля 2015 г., «...«Облегчение наших автомобилей невероятно важно для нас с точки зрения улучшения топливной экономичности и сокращения выбросов CO2»,...»
^ Кэррингтон, Дамиан (2022-06-03). «Автомобильные шины производят гораздо больше загрязняющих частиц, чем выхлопные газы, показывают тесты». The Guardian . ISSN 0261-3077 . Получено 2024-03-12 .
^ Oroumiyeh, Farzan; Zhu, Yifang (2021-12-01). "Частицы тормозов и шин, измеренные на дорожных транспортных средствах: влияние массы транспортного средства и интенсивности торможения". Атмосферная среда: X . 12 : 100121. Bibcode :2021AtmEX..1200121O. doi : 10.1016/j.aeaoa.2021.100121 . ISSN 2590-1621.
^ ab Dee-Ann Durbin из Associated Press, 17 июня 2014 г., Mercury News, Автомобильная промышленность серьезно относится к более легким материалам, Получено 11 апреля 2015 г., «...Автопроизводители десятилетиями экспериментировали с облегчением, как это известно на практике, но эти усилия становятся все более неотложными с принятием более жестких стандартов расхода топлива. ...»
^ NEAL E. BOUDETTE и MIKE RAMSEY, 14 января 2013 г., Wall Street Journal, Detroit Sheds Pounds for Gas-Mileability Gains, Получено 11 апреля 2015 г., «...Сегодня мы ищем облегчение везде, где только можем», — сказал ... о Ford....
↑ 2 мая 2013 г., Chicago Tribune, Повышение топливной экономичности автомобилей — с помощью пластика, Получено 11 апреля 2015 г., «...Благодаря положительному соотношению прочности к весу, пластик составляет ошеломляющие 50 процентов современных автомобилей по объему, но только 10 процентов по весу. Такое «облегчение» приводит к меньшей нагрузке на двигатель и улучшению расхода топлива...».
^ Дэниел С. Эсти, 4 марта 2007 г., Washington Post, When Being Green Puts You in the Black, получено 11 апреля 2015 г., «...Toyota сообщила о рекордной прибыли в прошлом году, потому что она поставила эти вопросы в центр своей стратегии дизайна, которая включает гибридные двигатели, «облегчение» своих автомобилей за счет использования углеродного волокна и других современных материалов, ..»
^ Лампинен, Меган (28.07.2022). «Преимущества облегчения веса с помощью алюминия в мире, работающем на аккумуляторах». Automotive World . Получено 09.03.2024 .
^ Марин, Энди. «Вакуумная пропитка позволяет использовать легкие материалы». Light Weighting World . Журнал Light Weighting World.
^ Тауб, Алан; Де Мур, Эммануэль; Луо, Алан; Мэтлок, Дэвид К.; Спир, Джон Г.; Вайдья, Удай (2019). «Материалы для облегчения автомобилей». Annual Review of Materials Research . 49 : 327–359. Bibcode : 2019AnRMS..49..327T. doi : 10.1146/annurev-matsci-070218-010134 . OSTI 1818967. S2CID 198386141.
