CASE and Weight Reduction Development of Automobile

Význam tématu

Automobilový průmysl prochází největší revolucí za sto let pod souhrnným označením CASE (Connected, Autonomous, Shared & Services, Electrification). Zvýšené požadavky na udržitelnou mobilitu, emisní cíle a efektivitu přinášejí nové výzvy: od komunikace 5G přes samořízení až po sdílenou dopravu a elektrifikaci. Zároveň je nezbytné snižovat hmotnost vozidel pro prodloužení dojezdu a snížení energetické spotřeby. V této souvislosti hrají klíčovou roli pokročilé analytické, zkušební a měřicí metody.

Cíle a přehled studie / článku

Elektronická kniha popisuje přehledné aplikační příklady, jak Shimadzu technologie přispívají k řešení hlavních tržních výzev CASE mobility a váhové redukce. Představuje vybrané metody analýzy materiálů a komponent v jednotlivých oblastech: Connected (5G), Autonomous (LiDAR a senzory), Shared & Services (vnitřní kvalita vzduchu), Electrification (elektromotory, baterie, invertory) a redukce hmotnosti konstrukčních dílů.

Použitá metodika a instrumentace

Pro hodnocení různých materiálů a součástí byly aplikovány tyto hlavní techniky a přístroje:

• Elektrochemické a elementární mapování: EPMA-8050G (electron probe microanalyzer)
• Spektroskopie: FTIR (IRTracer-100), UV-VIS-NIR (SolidSpec-3700i), rapid scan FTIR
• Termická analýza: TGA, DSC-60 Plus
• X-ray CT / rentgenová tomografie: inspeXio SMX-225CT FPD HR Plus, Xslicer SMX-6010
• Optická mikroskopie a SPM/AFM: SPM-Nanoa, SPM-8100FM
• Chromatografie a hmotnostní spektrometrie: GCMS-QP2020 NX, HPLC Prominence-i
• Mechanické zkoušky: AUTOGRAPH AGX-V2, mikrokompresní tester MCT Series, ultrazvukový tester USF-2000A
• Analýza částic: SALD-2300, iSpect DIA-10
• fNIRS mozkové zobrazování: LABNIRS

Hlavní výsledky a diskuse

• Connected: Analýza desek plošných spojů pro 5G pomocí EPMA odhalila rozhraní Cu/PTFE; FTIR/TGA charakterizovaly tepelnou stabilitu fluoropolymerů; CT sledovalo struktury v keramických filtrech.
• Autonomous: UV-VIS-NIR měření odrazivosti a propustnosti optických materiálů pro LiDAR; fNIRS sledování mozkové aktivity řidiče ve virtuálních simulacích.
• Shared & Services: SPM v reálném čase zaznamenalo povrchový potenciál TiO₂ fotokatalyzátorů; GC-MS vyhodnotil emise VOC/SVOC z interiérových plastů dle VDA278.
• Electrification – elektromotory: Rentgenová tomografie a ultrazvuková zkouška únavy pro hodnocení defektů ve 3D tištěných dílech; mechanické zkoušky AGX-V2 demonstrovaly zlepšení vlastností pomocí radiálního kování.
• Baterie: SPM-AFM zobrazilo mikrostrukturální proudové cesty u all-solid state elektrod; CT sleduje vnitřní uspořádání válcových Li-ion článků; DSC a kompresní testy popisují tepelnou a mechanickou stabilitu elektrolytů a polymerních pojiv.
• Invertory a elektronika: CT neinvazivně zobrazilo vnitřní strukturu ECU; rentgenové inspekce odhalily vady pájených spojů; mechanické zkoušky prověřily odolnost desek plošných spojů vůči vibracím.

Přínosy a praktické využití metody

Implementace vysoce výkonných měřicích přístrojů umožňuje spojit návrhovou fázi (CAE) s reálnými daty validace a verifikace, což vede k přesnějším simulacím, kratším vývojovým cyklům a nižším nákladům. Multifunkční analýzy podporují vývoj lehkých, ale bezpečných konstrukčních dílů a zvyšují spolehlivost elektrických systémů i baterií.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření 3D tiskových technologií v kovových a kompozitních materiálech spojené s automatizovanou inspekcí CT a AI-postprocessingem
• Integrace vysokorychlostních senzorů a neurálních sítí pro prediktivní údržbu a plně autonomní řízení
• Vývoj nových funkčních polymerů a nanomateriálů sledovaných in situ spektroskopickými a mikroskopickými metodami
• Pokročilá kombinace simulace multiscale modelů s reálnými měřenými daty pro optimalizaci topologie lehkých dílů

Závěr

Shrnutí ukazuje, že Shimadzu přístroje a metody napříč spektrem analytické chemie, materiálového výzkumu a mechanického testování jsou klíčové pro úspěšný vývoj CASE mobility a váhovou redukci v automobilovém průmyslu. Kombinace pokročilých měřicích technologií umožňuje rychlejší inovace a zvyšuje konkurenceschopnost výrobců.

Reference

–