在底特律举行的北美国际汽车展上的各个地方都能隐约感受到汽车塑料未来的动向,其所用的方法及适用的汽车零部件是许多人根本没有注意到的。
其中,发光二极管(LED)正在被运用于汽车头灯中,这就要求汽车制造商、模塑商和材料供应商随之想出新的聚光方式。
热塑性复合料在举升门应用中显现出新机遇,这还能激发设计师重塑汽车后部的能力。
而在汽车底下的隐藏部位,对车身底部空气动力学新的重视正在推动汽车制造商使用塑料来引导气流和提升性能。
总部位于美国宾西法尼亚州匹兹堡的拜耳材料科学公司的聚碳酸酯(PC)汽车玻璃北美区副总裁Bruce Benda说:“最令我感到惊奇,同时也最为振奋的事情是,将对汽车产生重要影响的这些事物将会使汽车更加节能。”Benda在1月11日-17日举行的本次展会上接受采访时说:“能源效率将在空气动力学造型和更多的技术中有所表现,如LED和复合车身镶板等减重技术。”
LED汽车头灯
LED在汽车中的初次应用是在汽车后部,比如制动灯和转向指示灯。现在,它们又开始在汽车前部引起世人的关注。
目前市面上有少数车型已配备了LED头灯,包括通用汽车公司限量版的凯迪拉克Escalade、奥迪公司的部分车型,而定于今年晚些时候上市的全新雷克萨斯HS 250h混动车也将其列为选装件。
对于汽车制造商来说,LED的电耗较低——这样就能给卫星导航仪或车内娱乐系统留出更多的电力——而且它们在汽车报废之前不太可能坏掉。
梅塞德斯的发光二极管头灯
LED还有利于扩大设计自由度。通用汽车公司将LED用在其凯迪拉克Converj电动车上,和其他车灯共同组成了一条水平照明线,从而成为凯迪拉克的一个特别的设计元素。
将LED和热塑性导光管结合起来,可使方向光成为一种独特的设计。雪佛兰卡玛洛(Camaro)虽然安装了标准头灯,但采用一条LED光管在头灯周围形成一个圈,构成日间照明系统。
不过,LED也面临着新的挑战,比如如何将光聚焦成一条明亮且强烈的光束,以达到联邦安全标准。其答案也与塑料有关:即将PC模塑成非常特别的形状及厚度,称之为准直透镜。
拜耳公司的汽车新业务行业创新总监Paul Platte说:“只要你看到LED汽车头灯,就一定会看到某种类型的准直透镜。”
但这一部件加工起来并不容易。
Platte说:“塑料成型最基本的原则之一就是使部件的厚度保持一致,而在准直透镜上,其中心部分有时要比外层厚整整两倍。你必须采用一种非常特殊的方法加以调整,同样地,工序的控制方式也是很特别的,这样才不会留下凹痕。由于这是一种高精密的镜头,所以哪怕在表面出现一丝瑕疵,就会与你原先期望的效果差之千里。”热塑性塑料举升门
让我们将视线转向典型的SUV车或酷越车后部,也就是后挡板与保险杠面板衔接的地方。凸出的下面板与举升门之间保持一定距离,从而留出一个抗冲带,这样钢制门就能在低速碰撞中少受破坏力的冲击。
然而,福特汽车公司新推出的林肯MKT酷越车去除了这一抗冲带,他们用热塑性塑料取代钢材来制作举升门的外部车身镶板,从而让后挡板的位置与保险杠面板外缘几乎持平。福特还借助这种柔性板材营造出特别的设计视觉。
Magna International Inc.公司旗下的Decoma International公司的产品与工艺开发副总裁Thomas Pilette说:“如果你留意一下这些汽车的概念设计趋势… 就会发现设计者希望从车门到下面板实现无缝过渡,而要在中低度冲击碰撞中获得这一效果,只有通过[热塑性]复合板解决方案才能完成。”
总部位于加拿大安大略省Auburn的Magna公司正在将镁结构与长玻纤热塑性聚烯烃外层合成一体,来制作MKT的后门。
Pilette说:“复合板会随着冲击而移动,然后再反弹回原位。即便破坏程度太大,导致复合板毁损,换起来也很方便。不会有实质性的影响。”
Pilette说,和第一代通用土星(Saturn)所用的直立式抗凹性车身镶板不同的是,根据热塑性复合板的使用所做的工程设计使得对热膨胀的控制成为可能,因此MKT的车身镶板之间看不到明显的缝隙。
尽管MKT采用的是金属结构,但Magna公司还在研究一些未来的新计划,可将结构性塑料与一块热塑性塑料内板结合在一起,构成可供交付给汽车制造商的完整模块。
他说,由此构成的零部件具有更大的设计灵活性,还有助于减重——而这是汽车制造商目前很重视的。
他说:“[汽车]由谁制造并不重要。他们最关注的,除了重量和质量,还是重量和质量。”
车身底板
汽车制造商们已做了大量的工作来精简车身和改善车身气流作用。现在,他们开始将目光转向汽车底部,通过塑料来减少道路上的气流对车身施加的阻力。
丰田汽车公司通过使用车身底板——如车辆前端下方的防滑板——来提高其新款雷克萨斯HS 250h和普锐斯混动车的燃油效率。
通用汽车公司在Converj概念车上采用了其所说的“发动机托架”,有助于延长汽车的行驶里程。
拜耳公司的Platte说,接下来的问题是如何将对车底空气动力学的兴趣提升至新的阶段,并使之与减重风潮融合起来。这将使结构性塑料具备更大的潜力来取代某些金属部件。
他说:“现在,我们正在研究如何用塑料来取代目前基于聚氨酯结构的某些车底钢制部件或梯状和框架部件中的一些金属零配件。”
水平结构聚氨酯可用来连接直立的钢结构,还能将所用的零部件数量从15-20个钢冲压件减少至少量的钢塑混合结构。
Platte说,与此同时,塑料成型部件不仅有助于气流顺畅地流过车底,还能在需要时引导气流,从而加快对电池的冷却。