تطبيق السيراميك الكهروإجهادي في مجال السيارات

تظهر مواد السيراميك الكهروضوئية في كل من التأثيرات الكهروضوئية الأمامية والخلفية وإيجاد استخدام واسع النطاق في أجهزة مختلفة ، بما في ذلك أجهزة استشعار كهرضغطية ومحركات ومحولات ومرشحات.

مواد السيراميك الكهروضوئية

تمتد تطبيقاتها على العديد من القطاعات مثل الفضاء الإلكترونية والإلكترونيات المعلوماتية والآلات الصناعية والعلاج الطبي وتكنولوجيا السيارات. وفقًا للتوقعات الإحصائية ، من المتوقع أن يحصل السوق العالمي للمواد والأجهزة الكهروضوئية على قيمة 35.4 مليار دولار بحلول عام 2026.

تطبيق السيراميك الكهروإجهادي في مجال استشعار السيارات

تعمل أجهزة استشعار السيارات كمصدر للمعلومات الأساسية لأنظمة التحكم الإلكترونية في المركبات ، مما يجعلها مكونات محورية لهذه الأنظمة. مع احتضان السيارات بشكل متزايد الإلكترونيات والأتمتة ، يستمر اعتمادها على أجهزة الاستشعار في النمو. في الواقع ، يمكن لسيارة عائلية عادية دمج أكثر من 200 جهاز استشعار. من بين هذه ، تشمل أجهزة استشعار السيراميك الكهروضوئية أنواعًا مثل أجهزة استشعار التفجير وأجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية وأجهزة استشعار التسارع.

مستشعر تفجير السيراميك الكهروضى

يشتمل مستشعر تفجير السيراميك الكهروضوي على مذبذب خزفي كهروضوئي ، ورقة معدنية ، حشية ختم ، غلاف معدني ، وأكثر من ذلك. تتناسب الشحن الذي تم إنشاؤه بواسطة مذبذب Piezoelectric مباشرة مع اهتزازات أسطوانة المحرك. ينتقل الجهد الناتج إلى وحدة التحكم الإلكترونية عن طريق الأسلاك المحمية ، مما يسمح باكتشاف الجهد الناتج عن الاهتزاز 7 كيلو هرتز تقريبًا. بناءً على حجم الجهد ، تحدد وحدة التحكم الإلكترونية حدوث طرق المحرك.

اعتمادًا على كثافة الاهتزاز ، يتم ضبط توقيت الإشعال إما على الفور أو بتأخير ، مما يمنع الطلق مقدمًا. هذا يضمن أن المحرك يعمل بالقرب من عتبة الطرق أثناء الإشعال ، وتحسين الكفاءة الحرارية وتقليل استهلاك الوقود. يحقق هذا النهج حالة تشغيلية خالية من الضربة ، مما يتيح للمحرك أداء بأقصى إمكاناته من حيث القوة والكفاءة الاقتصادية.

مستشعر الموجات فوق الصوتية

تعمل أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية كأنظمة تجنب تصادم عكسية للسيارة. وهي تتكون من غلاف سبيكة الألومنيوم ، ومحول محول سيراميك كهرضغطية ، ومواد امتصاص الصوت ، والأقطاب الكهربائية. من خلال تطبيق إشارة كهربائية على السيراميك الكهروإجهادي ، يتم إنشاء الاهتزازات الميكانيكية ، وتنبعث موجات بالموجات فوق الصوتية. ترتد هذه الأمواج عند مواجهة العقبات أثناء انتشار الهواء. عند الوصول إلى السيراميك الكهروإجهادي ، فإنها تولد إشارة كهربائية.

محول الصوت بالموجات فوق الصوتية

من خلال معالجة البيانات التي تنطوي على اختلافات الوقت ، يحسب النظام ويعرض المسافة بين السيارة والعقبات. في حالة الاصطدام الوشيك ، يؤدي النظام إلى إنذار. تكتشف هذه التقنية بدقة العقبات الصغيرة الموجودة خلف السيارة أو داخل البقع العمياء للسائق. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدام أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية في أنظمة التعليق التي يتم التحكم فيها إلكترونيًا لمراقبة المسافة مباشرة بين هيكل السيارة وسطح الطريق.

مستشعر تسريع السيراميك الكهرحي

تجد أجهزة استشعار تسريع السيراميك الكهروضوئية التطبيق في أنظمة الوسادة الهوائية للسيارات. تتكون هذه المستشعرات من صفحتين من السيراميك الكهروضوئي المرتبطين مع قطب داخلي مشترك ، مما يشكل بنية الصمام الثنائي. يتم تثبيتها في اتجاه حركة السيارة ، وتكوينها كحزم ناتئة ، ومدمجة مع الدائرة المحيطية باستخدام تقنية الأغشية السميكة.

توجد هذه المستشعرات داخل الغلاف ، تكتشف شدة التصادم الفورية للسيارة ، سواء في سرعات منخفضة أو عالية وتحويلها إلى إخراج إشارة كهربائية. في التصادمات عالية الكثافة ، يتم نشر الوسادة الهوائية على الفور وبدقة ، مما يعزز أداء سلامة السيارة.

تطبيق السيراميك الكهروإجهادي في مجال محرك السيارات

تسخير السيراميك الكهروضوئية التأثير الكهروضوئي العكسي لإنشاء مشغلات كهروإجهادية ، تستخدم على نطاق واسع في قطاع السيارات لمهام مثل التحكم في مرايا الرؤية الخلفية الكهربائية والأبواب الكهربائية والنوافذ والمقاعد الكهربائية. يوفر هذا النوع من التشغيل العديد من المزايا: إنه يقلل بشكل كبير من حجم المحرك ، ويتميز بالتحكم الدقيق ، ويبقى محصنًا ضد التداخل الكهرومغناطيسي ، ويعمل بصمت ، ويمكنه تسهيل التحكم في الحركة الخطية بشكل مباشر دون الحاجة إلى آلية تحويل لترجمة الحركة الدورانية إلى حركة خطية.

أحد الابتكارات الجديرة بالملاحظة في صناعة السيارات هو الحاقن الكهروضوئي ، وهو نظام جديد لحقن الوقود يقوده السيراميك الكهروضوئي. تتيح هذه التكنولوجيا التحكم الدقيق في حجم الحقن والتوقيت ، مما يؤدي إلى تعزيز كفاءة استهلاك الوقود وتقليل انبعاثات العادم. أصبحت حاقنات Piezoelectric عنصرًا أساسيًا في أنظمة الحقن الإلكترونية المتقدمة للسيارات ، تتفوق على المكربن ​​الميكانيكية التقليدية. يمكن أن تعزز طاقة المحرك بنسبة 5 ٪ إلى 10 ٪ مع تقليل استهلاك البنزين في وقت واحد بنفس الهامش ، مما يؤدي إلى انخفاض بنسبة 20 ٪ في انبعاثات العادم.

تعتمد معظم برامج تشغيل السيراميك الكهروضوئية المستخدمة في الحقن الكهروضوئية في السوق على سيراميك PZT Piezoelectric التقليدي. يتم تفضيل هذه السيراميك لمعاملها الكهروإجهادي المرتفع ، والأداء الذي يمكن الاعتماد عليه ، وقوة ميكانيكية قوية. ومع ذلك ، تحوم درجة حرارة الكوري (TC) حوالي 360 درجة مئوية ، مما يحد من استخدامها إلى درجات حرارة أقل من 180 درجة مئوية. وبالتالي ، هناك حاجة فورية لتطوير مواد كهروضوئية عالية الحرارة توفر أداءً استثنائياً وفعالية من حيث التكلفة واستقرار درجة الحرارة لتوسيع قابلية تطبيقها في البيئات الصعبة.

تطبيق السيراميك الكهروضوئي في مجال عزل صوت السيارات والحد من الضوضاء

أصبحت الضوضاء في السيارات عاملاً مهمًا يؤثر على تجربة القيادة الكلية. عندما يتم قيادة السيارة بسرعات منخفضة وتتلامس وسادات الفرامل مع الدوار ، يمكن أن تؤدي إلى اهتزازات ، مما يؤدي في بعض الأحيان إلى ضوضاء قاسية غير سارة. على الرغم من أن هذه الضوضاء لا تؤثر على أداء الفرامل ، إلا أنها تستلزم في كثير من الأحيان الاستبدال غير الضروري لمنصات الفرامل وإضافة مكونات مختلفة مثل الحشيات ومواد امتصاص الصوت للتخلص من الضوضاء.

يتمثل أحد الحلول الفعالة للتخفيف من هذه المشكلة في دمج آلية الفرامل السيرامية الكهروضائية المباشرة في مكبس الفرامل بالسيارة. تقدم هذه الآلية عبارة عن 'jitter ' دورية تسيطر على لوحة الدعم داخل مجموعة وسادة الفرامل. هذا الاهتزاز الذي يتم التحكم فيه يضعف بشكل فعال الاهتزازات المسؤولة عن الضوضاء الحادة ، مما يسمح بالتعديلات بناءً على عوامل مثل درجة الحرارة والرطوبة وظروف الكبح. يعمل هذا الحل بسلاسة كجزء من التآكل العادي لنظام محرك السيارة.

تطبيق السيراميك الكهروإجهادي في أنظمة الكشف عن ضغط الإطارات

في حوادث المرور ، يعتبر فشل الإطارات عاملاً مساهماً مهمًا في الحوادث المفاجئة ، حيث تمثل انفجارات الإطارات جزءًا ملحوظًا من هذه الحوادث. وبالتالي ، فإن الحفاظ على ضغط الإطارات المناسب أثناء القيادة واكتشاف تسرب الإطارات على الفور يعد تدابير حاسمة لمنع انفجار الإطارات.

مستشعر بيزو لآلة موازنة العجلات

الحل السائد لمراقبة حالة الإطارات الآلية في المركبات هو نظام مراقبة ضغط الإطارات (TPMS). يراقب هذا النظام بشكل مستمر وتلقائي ضغط الإطارات في الوقت الفعلي بينما تكون السيارة في حالة حركة ، مما يصدر تنبيهات لكل من تسرب الإطارات وضغط الهواء المنخفض لتعزيز السلامة على الطرق.

في الوقت الحالي ، تعتمد منتجات TPMS على البطاريات من أجل الطاقة ، والتي لا يمكن تجنيدها بشكل لا مفر منه ، بما في ذلك الحجم ، والحاجة إلى استبدال البطارية الدورية ، وتدهور الأداء في درجات الحرارة القصوى ، وحياة البطارية المنخفضة بشكل عام. وبالتالي ، هناك اهتمام متزايد باستكشاف حلول TPMS السلبية. في الواقع ، توفر الخصائص الفريدة للسيراميك الكهروضوئية طرقًا واعدة لتطوير تكنولوجيا TPMS السلبية.

خاتمة

في السنوات الأخيرة ، مع ارتفاع عدد السيارات في بلدنا ، نمت توقعات الناس لسلامة السيارات وراحةها بشكل كبير. من المتوقع أن يستمر هذا الاتجاه كتقنيات مثل المواد والهياكل الخزفية الكهروضوئية ، والحفاظ على البيئة ، والمركبات ، والتكنولوجيا النانوية ، وغيرها من الابتكارات ، مما يزيد من تطوير وتطوير مراسم كهرو كإجهادية المتقدمة في صناعة السيارات.