光机电新材料推动汽车发展0建瓯

光机电新材料推动汽车发展

光机电新材料推动汽车发展 2011年12月04日 来源： 汽车的可靠性和安全性一直是焦点所在，而近期高企的油价，又再次令人们关注汽车在节省燃油方面的表现。为进一步提高汽车在各方面的性能，人们不单致力改善现有材料的性能和各系统的设计，还一直致力研究包括镁合金、塑料光纤甚至电流变液等新型材料在汽车上的应用，以及开发新的电源转换系统。镁合金 据嘉瑞制品有限公司行政总裁黄昌耀在一个论坛上介绍，镁合金是一种具有轻型结构性的高性能材料，其重量轻，强度好，比重只有钢的1/4，与塑料相比，壁厚可以造得更薄，用在汽车上，可减轻整体重量，从而降低油耗和CO2的排放量，以及提高装载能力。其较佳的抗震性，可於发生撞击时可吸收更多的冲击力，为驾车者和乘客提供更大程度的保护，同时减轻汽车的噪音和震动现象。这种耐腐性高的原料又具有良好的压铸和机械加工性能，可一次成形，节省成本，同时降低误差，提高产品质量的一致性。此外，镁又是一种环保原料，可100%回收再用。 目前在汽车上，镁合金可取代钢和铝合金，作为车门、车轮毂、车座支架、仪表板、电动窗马达壳体、油门踏板、後视镜架、方向盘架、座椅架、进气架、进气歧管、齿轮箱外壳等不同零部件的原料。例如，以镁代铝，可把掀背式尾门的重量减轻42%，内门的重量减轻33%，椅架的重量减轻64%，变速器的重量减轻28%，引擎顶盖的重量减轻73%，以及方向盘轴的重量减轻40%……等。 黄昌耀补充，镁合金在汽车零部件的开发进展步伐因种类和厂商而异，但目前，北美三大汽车厂的镁用量正以每年10%的速度提高。而由於镁产品在中国市场还只占少数，加上国产镁合金可降低采用镁合金的成本，他预期镁合金制汽车零部件将有较广阔的发展空间。 塑料光纤 除了镁合金以外，塑料光纤（Polymer Optical Fibre）也是一种非常轻身的材料，重量比铜线轻7倍，应用它，也有助减轻车身的重量。当然，塑料光纤的优点并不只有重量轻这一点，据香港城市大学光电子科技研究中心朱栢濂教授在同一论坛上介绍，塑料光纤还具有以下特点：弯曲容易，特别适合空间有限的汽车使用；内孔径（Core Diameter）大，令接驳容易，可减轻安装成本；数值孔径（Numerical Aperture）约为0.7，远比玻璃纤维少於0.3的为大，这代表塑料光纤的光传输量远超玻璃纤维；以及可减轻电磁波干扰。 现时塑料光纤主要分为三种：PMMA塑料光纤、氘化PMMA塑料光纤、氟化塑料光纤。根据IGI顾问公司的调查，现时全球已有100万台汽车安装了塑料光纤，这个趋势将持续上升。 不过，塑料纤维并非全无缺点，例如它在-20°C的环境下会变硬，在高於120°C的环境下会变软，而且韧力小，在紫外光线下又会变黄，因此现时只适宜在车厢内使用。 朱教授称，在汽车上，塑料光纤可作为不同车内LAN接口规格的数据传输介质，包括MOST（媒体定向系统传输）和Byteflight（单根光纤总线系统），前者用於连接车载导航器和无线设备等，後者用於连接转向和刹车系统。另外，POF可用来制造一个特别的传感器，安装在车上，如不幸发生交通意外，可透过光纤的屈曲程度，测出车子哪个部分撞到途人和撞击力，然後启动引动器，以减轻对被撞途人的撞击力，从以减低在交通意外中途人的死亡率和受伤的程度。 电流变液 电流变液（Electrorheological Fluid）是一种新型智能物质，在高压电场作用下，它能快速实现由液态至固态的转变，响应速度以微秒计，而且其粘性和屈服应力可用外加电场加以控制。据专程来港出席论坛的韩国仁荷大学校崔承馥教授介绍，电流变液这个新型智能物质可应用在不同的汽车零件上，例如避震器、防锁死煞车系统（ABS）、引擎架、商用车的座椅避震器、离合器和制动器、制动器致动装置中的应力控制装置等。 采用电流变液的好处在哪里？以避震器为例，电流变液不单可控制震动力，而且可缩小纵摇的角度，令行车——尤其是在拐弯时——更稳定。又以防销死煞车系统为例，电流变液可有效地维持固定的压力，以令汽车在雪地上行驶时更为稳定，同时也可令汽车在拐弯时更顺畅。 崔教授称，电流变液的应用范围非常广泛，适当地运用它可提升不同装置、仪器的性能。 电源转换系统 在汽车上装设电器的历史可追溯至上世纪20年代，当时的汽车采用6V电源，大规模地安装了起动器、电灯等。至50年代，由於6V电源转换系统不敷应用，便提升至12V并一直沿用至今。由於车载电器的种类越来越广泛，而且大部分新的汽车功能趋向电子化，例如可用来取代凸轮轴和挺杆的机电气阀、电改变液避震器、主动式悬挂系统和电气化转向系统等，电压不足的问题再次成为业界讨论的焦点。美国MIT倡议将汽车的电源转换系统提高至42V。 据香港大学电机电子工程学系敏熙教授介绍，电源转换系统是能否实现各种电气化汽车功能的关键，但要开发出电压更大的变流器面对着不少技术问题，例如重量要轻，可耐高温（125°C~150°C）、低温（-40°C），以及电压波峰和电磁干扰的问题……等。他透露，香港大学现已透过以半导体来取代电解电容器，开发出一个500W的电源转换系统。

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