2008年8月13日 星期三

轉貼:與大自然合作造車 寶馬汽車中的“倣生學”

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中國網 時間:2005 年06 月15 日 文章來源:解放日報

從蜘蛛殼、大象頭、馬的骨骼及至企鵝、海豚的身材上汲取靈感,將倣生學應用於汽車研發,由此,寶馬開始了一個新的進程——
倣生學是研究生物系統的結構和性質,為工程技術提供新的設計思想及工作原理的科學,它對於汽車產品的提升和發展同樣潛力巨大。寶馬汽車專家基於這一認識,便在汽車設計和材料選擇中開始了“與大自然合作”的進程。
螃蟹、蜘蛛殼帶來的啟示——輕質原料,“少即是多”
從汽車誕生之日起,鋼就成為首選金屬,但是高密度的鋼也意味著相對高的重量。寶馬專家發現,自然界很多高度複雜的中空結構,重量保持最輕,卻有出色的韌性和強度,如鳥類的羽毛骨質,螃蟹、蜘蛛的殼等。這些就成為他們研究自然界的原型。
一種內部高壓造型技術由此誕生。將金屬管置於模具中,高壓狀態下將液壓液體或氣體注入金屬管兩端,使金屬在2400巴的高壓下形成模具的形狀。這一技術保證了零件精準的尺寸和形狀,在充分利用空間、贏得更多軸力度和硬度的同時減輕了重量。
同時,鋁成為進一步減輕重量的最佳候選,應用在許多底盤部件、車身和動力傳動系統上。因為它密度小,所以相對輕,並具有易塑型、抗腐蝕等特點。
仿製輕骨架組織——發泡金屬進一步研究發現,泡孔組織結構的零部件強度/密度比極佳。如果向鋁模具內充氣或把將要發生化學反應的小顆粒注入鋁模具,形成發泡鋁的多孔組織,就能使其充分吸收能量,緩衝震動和噪音。為此,寶馬技術專家開始關注哺乳動物和鳥類的骨骼結構。在自然界,發泡材料出色的能量吸收性能發揮最突出的例子是貓頭鷹和大象的頭部,雖然象頭只有幾公斤,卻能輕鬆移動幾百公斤的重量。
鎂作為輕質材料比鋁輕33%,比鋼輕77%。寶馬最近為公司一款6缸車型生產鎂/鋁曲軸箱,僅這一材料組合就減輕約10公斤重量。而鎂鋁組合模式的原理正是來源於海葵和水母。
總重量/高負重組織結構——以馬為鑒的輕質技術
寶馬金屬專家目前正在研究動物世界中經過數億年繁衍優化形成的自然輕質組織。車身結構就象哺乳動物的骨骼,支撐著體內的其他部分。以馬為例,馬的骨骼與其總體重之比達到完美的7—10%,平衡的秘密就在於馬骨骼的結構和密度。
聚合物——輕質結構,舒適的手感,卓越的安全性
在塑膠領域,寶馬工程師從動物骨骼泡沫似的內部組織中受到啟發,開發了一種嶄新的工藝技術——整體注塑發泡,由此可降低零件內部仍是流體狀態的壓力,使氣體在熔化的塑膠裏形成泡孔。經過這一工序,零件的重量減少近20%。
魚、海豚、企鵝——流線品質的最佳化
寶馬H2R氫燃料汽車外型和設計的靈感來自海豚、企鵝的低阻身材。圓鼓的前臉、收起的尾部,極小的正鋒面,成就了其0.21的阻力系數。同樣,尺寸龐大的寶馬7係得益於其流線造型,阻力系數也僅為0.29。而球的阻力系數則是0.50。
寶馬專家們樂此不疲,因為循著大自然激發的靈感,通過應用倣生學擴展並推動汽車產品、工藝的傳統設計理念,使寶馬汽車更輕、更安全、更省油,同時更舒適、動感,持續寶馬的純粹駕駛樂趣。
馬慶生 姚蕾

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