CASE and Weight Reduction Development of Automobile

Význam tématu

Automobilový průmysl vstupuje do revoluční éry CASE (Connected, Autonomous, Shared & Services, Electrification) a paralelně usiluje o výrazné snižování hmotnosti vozidel. Realizace těchto cílů je klíčová pro dosažení bezpečnější, ekologičtější a efektivnější mobility. Vysoce výkonné materiály, pokročilá elektronika a elektrifikace vyžadují specializované analytické a zkušební metody, které umožní optimalizovat konstrukci, zaručit spolehlivost a minimalizovat environmentální dopad.

Cíle a přehled studie

Cílem přehledu je shrnout klíčové metody a instrumentaci používanou při vývoji a hodnocení technologií CASE a odlehčení konstrukce, včetně:

• Vyhodnocení nových polymerů pro 5G a elektronické desky,
• Optických a mechanických testů pro LiDAR a senzory autonomních vozů,
• Analýzy povrchových úprav a odoru v kavernách sdílených vozů,
• Přístrojových metod pro elektro-motorické systémy, baterie a invertory,
• Multifaktoriálního hodnocení kompozitů, plechů a aditivně vyráběných dílů.

Použitá metodika a instrumentace

Pro komplexní hodnocení jsou nasazeny tyto hlavní metody:

• Rontgenová tomografie (microfocus X-ray CT inspeXio, Xslicer, XSeeker) pro není­ničná 3D pozorování vnitřních struktur,
• Elektronová mikroanalýza (EPMA-8050G) k mapování prvkového složení spojů a materiálů,
• Spektroskopie FTIR a TGA (IRTracer-100, SolidSpec-3700i) pro chemický a termický rozbor polymerů,
• Optická mikroskopie a SPM (SPM-Nanoa, LABNIRS) pro charakterizaci povrchového potenciálu, topografie a aktivity mozku při jízdě,
• Mechanické zkoušky (AUTOGRAPH AGX-V2, HITS-X, USF-2000A) pro tah, ohyb, náraz a únavu materiálů,
• Analýza VOC a SVOC emisí (GCMS-QP2020 NX, TD-30) pro náplně interiérů,
• DIC a vysokorychlostní kamery (Hyper Vision HPV-X2) pro sledování deformací při nárazech,
• Chromatografické a fluorescenční metody (HPLC-i-Series, EDX-7200) pro detekci kontaminantů a fázových změn.

Hlavní výsledky a diskuse

• Nové fluoropolymerní izolanty a LCP ukazují nízkou dielektrickou ztrátu pro 5G desky, potvrzenou EPMA a FTIR/TGA analýzou.
• LiDAR komponenty a optické filtry byly charakterizovány UV-VIS-NIR spektrofotometrií, s důrazem na propustnost a reflexi pro bezpečnou detekci překážek.
• Řešení pachové hygieny zahrnuje in-situ měření povrchového potenciálu fotokatalyzátorů (SPM) a GC-MS analýzu emisí VOC dle VDA278.
• Studie motorových hřídelí metodou radiálního kování pro elektrické pohony prokázala zvýšení mezní pevnosti a tažnosti až do hloubek 15 mm.
• X-ray CT a EPMA pomáhají optimalizovat spoje dissimilar materials (ocel-hliník) sledováním IMC vrstev, trhlin a vnitřních defektů.
• CAE V&V kompozitů s integrací dat z X-ray CT, DIC a autotestů přinesla přesnější předpovědi pevnosti a porovnání s experimentálními daty.
• 3D tisk kovových dílů z legur Ti-6Al-4 V poukázal na vliv vnitřních defektů na únavu, analyzovaných X-ray CT a ultrazvukovým únavovým testováním.

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlá a nenáročná identifikace vad v časné fázi vývoje zkracuje dobu uvedení na trh.
• Multimodální přístup zajišťuje komplexní pohled na materiálové i konstrukční vlastnosti, minimalizuje rizika selhání.
• Podpora simulací CAE s validovanými experimentálními daty zvyšuje kvalitu návrhů a snižuje náklady na prototypování.
• Metody pro sledování emisí a povrchových reakcí přispívají k splnění přísných environmentálních a hygienických standardů.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace AI a pokročilých algoritmů strojového učení pro analýzu velkých objemů dat z CT, DIC a mechanických zkoušek.
• Vývoj in-situ senzorů a online monitorovacích systémů pro nepřetržité ověřování kvality při výrobě složitých dílců.
• Rozšíření aditivní výroby o nové materiálové systémy a hybridní konstrukce s optimalizovanými vnitřními strukturami.
• Zavádění digital twin koncepcí pro simulace životního cyklu a dlouhodobé monitorování v reálném čase.

Závěr

Shrnutí ukazuje, že moderní analytické a testovací metody poskytují nezbytnou podporu při vývoji technologií CASE a lehkých konstrukcí. Kombinace není­ničných pozorovacích technik, pokročilých materiálových analýz a dynamických mechanických testů umožňuje efektivní optimalizaci designu a zkrácení vývojových cyklů, což je klíčové pro konkurenceschopnost a udržitelnost v automobilovém průmyslu.