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。