在2014年5月21～23日舉辦的“人與車科技展2014”上，為了在激烈的全球競爭中取勝而開發(fā)的最新技術(shù)齊聚一堂，獲得了汽車行業(yè)技術(shù)人員的密切關(guān)注。此次展會上，［1］低燃耗、［2］小型輕量化、［3］削減成本、［4］自動駕駛、［5］新材料、［6］新接合技術(shù)、［7］新開發(fā)工具這七個領(lǐng)域都涌現(xiàn)出了值得關(guān)注的技術(shù)。本文分三篇，結(jié)合圖片向大家介紹這些新技術(shù)。（《日經(jīng)制造》人與車科技展采訪組）

低燃耗：豐田的SiC功率半導體，欲將燃效提高10％

在本次展會上，參觀者絡(luò)繹不絕、最受關(guān)注的當屬豐田展出的碳化硅（SiC）功率半導體。功率半導體是動力控制單元（PCU）的核心部件，PCU的作用是控制混合動力車（HEV）等的驅(qū)動馬達的電流。采用SiC制作功率半導體可以降低電力損耗，大大縮小PCU的體積并大幅提高燃效。豐田共制作了兩種SiC功率半導體，分別是控制電流開關(guān)的晶體管和控制電流單向流動（整流）的二極管。

左為晶體管，右為二極管。在豐田汽車自己的生產(chǎn)線上制造。

SiC功率半導體由豐田汽車、電裝、豐田中央研究所合作開發(fā)。豐田汽車在公司內(nèi)設(shè)置了SiC專用的清潔車間。除了晶圓是從外部彩后而來，其他基本都由豐田完成。

使用SiC功率半導體可保持相同性能，使PCU的體積縮小到1/5左右。

開發(fā)的目標是替代目前的Si（硅）功率半導體，使燃效提高10％，并且使PCU的體積縮小到原來的1/5。力爭在2020年左右，使配備SiC半導體的PCU投入實用。對于成本問題，豐田的解說員表示，“SiC功率半導體的成本雖高，但我們更重視能降低燃耗的優(yōu)點，所以采用，希望在其他地方削減成本”。

低燃耗：三菱電機展出業(yè)內(nèi)最小的EV驅(qū)動系統(tǒng)，采用SiC功率半導體

三菱電機開發(fā)出了采用SiC功率半導體、從而縮小了體積的純電動汽車（EV）驅(qū)動系統(tǒng)“EV Motor Drive System”。逆變器的功率模塊采用了SiC功率半導體。與使用Si功率半導體的現(xiàn)有系統(tǒng)相比，體積縮小了一半。

SiC功率半導體除了能降低損失以外，還有助于實現(xiàn)逆變器的小型化，因為與Si功率半導體相比，采用SiC功率半導體能夠縮小電路內(nèi)電容器和線圈的體積。Si晶體管在關(guān)閉后無法立即斷電，在一段時間內(nèi)會持續(xù)通電（尾電流），但SiC晶體管不存在尾電流。因為沒有尾電流，所以與Si相比，SiC晶體管能夠?qū)崿F(xiàn)約10倍的高頻驅(qū)動（高速開關(guān)）。實現(xiàn)高頻驅(qū)動后就可以減少一個周期的開關(guān)存儲的電量，也就能減小電容器的大小。

業(yè)界最小的EV驅(qū)動系統(tǒng)。

逆變器嵌入馬達的機殼內(nèi)部，實現(xiàn)了一體化。這樣不僅簡化了布線和接線，還使馬達與逆變器的冷卻器合二為一，從而簡化了水冷配管。

使用SiC功率半導體使逆變器小型化，并安裝在馬達機殼內(nèi)實現(xiàn)一體化。

三菱電機的目標是2023年使這種驅(qū)動系統(tǒng)投入實用。希望通過SiC功率半導體普及產(chǎn)生的量產(chǎn)效應(yīng)，再加上小型化與一體化，逐步壓縮成本。
 

小型與輕量化：比玻璃輕40％，豐田自動織機實現(xiàn)車頂樹脂化

使汽車車頂整體實現(xiàn)樹脂化——豐田自動織機展出了由豐田普銳斯的聚碳酸酯（PC）雙色成型車頂進化而來的，集成了太陽能電池、攝像頭等眾多裝置的“多功能樹脂車頂”。與車頂一體化的裝置包括攝像頭（前視攝像頭與后視攝像頭）、天線（鯊魚鰭天線）、剎車燈（高位剎車燈）、太陽能電池。嵌入太陽能電池時，與使用玻璃覆蓋相比，新樹脂車頂?shù)闹亓靠蓽p輕40％。而且，樹脂的形狀自由度高，可以輕而易舉地實現(xiàn)玻璃難以制成的形狀。因為沒有分割線（部件的接合面），樹脂還具有外觀品質(zhì)好的優(yōu)勢。

不只是玻璃窗部分，整個車頂都使用樹脂材料以實現(xiàn)輕量化。

小型與輕量化：使用竹纖維制作后座背板，比使用木板輕10％

與木質(zhì)板材相比，采用竹纖維板制作的背板強度更高、重量更輕。

日本發(fā)條公司（NHK Spring）開發(fā)出了用于汽車內(nèi)飾材料的竹纖維板。使用泰國產(chǎn)竹纖維，制作出了后座背板。與使用木質(zhì)板材的現(xiàn)行產(chǎn)品相比，重量可減輕10％。

之所以考慮使用竹材，是因為竹子是天然資源，而且生長速度比樹木快，有望實現(xiàn)穩(wěn)定采購。樹木從種植到采伐耗時近60年，而竹子只需3年左右。而且，竹子制成材料的成品率高于大麻槿。“大麻槿只使用表皮，而竹子除了枝葉都可以使用”（日本發(fā)條的解說員）。

制造方法采用抄造，與制造和紙相同。把青竹粉碎成寬0.2mm、長約50～60mm的纖維狀，在120℃的溫度下干燥2個小時，得到竹纖維材料。材料經(jīng)過抄造，也就是與水和作為粘合劑的聚丙烯（粒徑約為200μm）混合，澆到金屬網(wǎng)上，制成厚5～10mm的板材。然后在130～160℃的溫度下將板材加熱約1分鐘，在板材受熱變得柔軟時進行沖壓。

小型輕量化：大成PLAS展示可漂在水面的結(jié)構(gòu)材料，采用三層復(fù)合結(jié)構(gòu)

由鋁、聚丙烯（PP）、鋁形成三層構(gòu)造。

大成PLAS利用擁有鋁板/聚丙烯（PP）/鋁板結(jié)構(gòu)的材料“MetalSand”制造了座椅框架，并將其放在水中展示，該框架可漂在水面上，可見其重量之輕。其實，該公司在2013年就展出過這種材料，不過這一次有了明確的用途，該公司對相關(guān)技術(shù)做了更詳細的介紹。

MetalSand是在兩層厚度為0.25mm的鋁板之間，封入了厚度為4.0mm的聚丙烯。聚丙烯使用吹入超臨界氮的“MuCell”工藝進行發(fā)泡，MuCell是日本制鋼所的專利工藝。MetalSand具有等同于1.6mm厚鋼板（SPCC）的彎曲強度，但重量從108g減輕到31g，減輕了約70％。這要歸功于聚丙烯層使兩塊鋁板保持了一定距離，施加到每塊鋁板上的應(yīng)力轉(zhuǎn)變成為了拉伸、壓縮的軸力，而不會造成彎曲。除座椅框架、地板等的單純的結(jié)構(gòu)材料，還可以用作結(jié)構(gòu)材料兼隔熱材料。

小型與輕量化：德國馬勒推出輕型汽車用氣缸蓋罩，通過使壁厚減至1.5mm減輕重量

用于鈴木“HUSTLER”。壁厚減薄至1.5mm，從而減輕了重量。使用添加了34％玻璃纖維的PA66。

德國馬勒公司（Mahle）展出了通過使壁厚減薄至1.5mm而減輕了重量的鈴木輕型汽車用氣缸蓋罩。蓋罩采用注射成型法，使用的樹脂在聚酰胺（PA）66中添加了34％的玻璃纖維。鈴木已經(jīng)在輕型汽車“HUSTLER”（2014年1月上市）的發(fā)動機“R06A”上采用了這種蓋罩。過去的氣缸蓋罩的壁厚為2mm，通過減薄厚度，重量減輕了20％。為了避免欠注和強度不足，在側(cè)面從氣門到另一側(cè)均設(shè)置了加強筋。

小型與輕量化：豐田紡織開發(fā)新式分離器，體積縮小至1/4

分離曲軸箱內(nèi)產(chǎn)生的發(fā)動機油的油霧。體積縮小至1/4。

分離器的作用是在回收漏氣（漏出到曲軸箱的未燃燒的混合氣體）時，起到去除潤滑油油滴的作用。豐田紡織采用新方式“慣性沖擊”，使分離器的體積縮小到了過去的約1/4。這種方式是在流路的途中設(shè)置噴嘴和無紡布，使噴嘴加速噴出的漏氣與無紡布接觸。油滴滲入無紡布后會向下滴落。而在過去，去除油滴采用的是使漏氣經(jīng)過迷宮一般的流路，利用油滴的自重進行分離。（日經(jīng)技術(shù)在線！供稿）