重量轻的先进复合材料已被确定为车辆应用的汽车系统，以降低油耗。超过75％的燃油消耗，直接关系到车辆的重量。但是，降低了车辆的重量，可以提高运输行业的成本性能比。研究人员已经证明，降低整车重量，提高车辆的能源消耗，是一种很有前途的战略，并提出了一个重要的机会，以减少能源的使用在运输部门。总的能源使用，减轻重量和二氧化碳（CO2）排放量密切相关。石油燃料占运输能源使用造成整车重量的75％，几乎每个国家公认的国际能源机构（IEA）石油燃烧的二氧化碳排放量[1，2]的主要来源的95％以上。道路车辆使用估计占人为的全球温室气体（GHG）排放量的10％。这个数字将增长，因为汽车行业是增长最快的行业之一。有人预测，2009年全球生产的汽车数量要超过51万。随着知名度不断提高，运输轻量化，提高燃油经济性和二氧化碳排放量，是这个行业的顶级挑战[3，4]。
交通，电力及热发电厂产生了约三分之二，在2009年全球二氧化碳排放量。汽车行业是公认的全球二氧化碳排放量的23％，2009年的第二大贡献者。乘用车比罗尔预测未来一段时间内稳步增长的全球需求和行驶距离[5]，运输燃料的需求将增长40％，到2035年。在过去的20年，虽然整车的重量减少的技术效率稳步提高，消费者偏好更大，更重，更强大的模型已经抵消了大部分这些效率的提高，从而产生变化不大，能源消耗和二氧化碳排放量[6]。
在汽车燃料消耗的主要决定因素之一，是汽车的重量。重量节省整体汽车质量被认为是一大研究热点。的研究表明，在车辆的重量每减少10％，可以减少燃料消耗5〜8％[7,8]。平均减少68公斤，给出了一个额外的练习场英里每加仑燃料消耗〜0.423公里/升。在其对二氧化碳排放量，减少了100公斤的整车重量方面带来了减少二氧化碳排放量高达12.5克/公里[7]。早先的研究表明，车辆的燃油消耗降低
maleque等。 2012年诠释。 J.车辆结构及系统，4（2），69-73 70 的好处是，与光权重[9]。很显然，使用更轻的材料，整车的重量减少有可能降低油耗，但确切的关系不是那么明显。观察表明，在燃料消耗的改进，取值范围为0.0015-0.007升/公里每公斤的重量减少[9]。
影响此关系的因素，包括车辆的尺寸和类型，用于评估车辆的驱动周期，与动力传动系。 bandivadekar等，[10]评价整车的重量减少燃料消耗，以恒定的性能和尺寸的影响。该模拟实验结果表明，从平均新车为每一个10％的重量减少，车辆的燃料消耗减少了6.9％。减肥可以提高运输系统的成本性能比。新型轻质材料提供了途径，以提高燃油效率和减少排放的有害污染物，不妥协的性能和尺寸。研究表明，减少20％的重量可能会产生12-14％的燃油经济性的改善[11]。
节约能源在汽车中的应用重量更轻，制动转子上的信息不可用在文献中。本文试图预测减轻体重的效果，对能源消耗和节约成本，使用的铝基复合材料汽车制动转子。建立评估数学模型重量减少材料消耗，节省成本和能源的影响。
2。材料性能与成本分析
铝基质复合体（AMC）已被广泛研究，在汽车行业中的应用[12-14]。以前的研究表明，在热处理过程中的磨损和摩擦性能的复合材料[15，16]加强和提高。属性还包括增加的比强度和刚度，耐磨损性，轻量化，高导热性和改进的高周疲劳抗性[17-19]。尽管节省的重量在50〜60％的顺序是[20，21]，需要实现的性能改善，更值得关注。作为簧下使用复合材料的重量降低，这也降低了惯性力的燃油经济性，以提供一个额外的好处。图图1显示了质子威拉AMC制动转子原型设计的尺寸。
AMC和铸铁材料的制动转子测得的机械和物理性能示于表1。以前的研究表明，AMC转子的摩擦系数在0.32-0.46之间[22，23]。有人还指出，制动噪音和磨损AMC转子在测试过程中低于那些使用铸铁的。 ADEBISI等人[24]和Eltoukhy[25]观察到AMC转子摩擦表面上的温度上升比铸铁转子制动试验条件下的静态低。 表1：材料性能制动转子[22]
表1：材料性能制动转子[22] 材料 AMC 铸铁
拉伸强度（MPa） 312 250 硬度（HB） 143 195 密度（gcm的3） 2.8 7.2 热传导率（W/m-1K-1） 182 52 铸铁刹车盘是由废钢
铸铁刹车盘是由废钢铁。的复合转子包括铝和SiC颗粒。无论铸铁和AMC刹车盘的是100％可回收。如表2中所示，AMC的生产需要生产铸铁由于铝熔化温度低的订单中的能量比。生产过程中的搅拌铸造SiC颗粒不需要完全熔化，因为它涉及到预加热到800℃。对于相同的几何形状，成本分析进行根据材料消耗和制造的制动转子的重量的。用于AMC转子的材料成本超过两个单元和批量生产，如表3中所示的铸铁转子。然而，考虑到AMC转子的长寿命化，寿命周期成本的一半相比铸铁转子[28]。约55％的重量减少也积极影响其他内部系统的车轮的成本[29]。
表2：能源和材料消耗的制动转子[29] 材料参数 铸铁 AMC 铝 碳化硅
能源消费量（千瓦时） 5.0 1.5 2.0 材料消耗（kg） 原料 6.5 1.7 0.3 成品 4.5 1.5 产品生命时间（公里） 100 200 表3：铸铁和AMC制动转子成本分析 物料 AMC 铸铁 铝 碳化硅 重量（kg） 单位产品。 1.2 0.3 3.6 批量产品。 16 4 36 总重量（kg） 20 36 成本（RM） 每公斤 40 150 10 单位产品。 48 45 36 批量产品。 480 450 360 总成本（RM） 930 360 *批量生产=10个单位
3。能源消费和储蓄
当车辆加速时，从发动机的能量被转换成动能存储在车辆质量。如果车辆停止施加制动， maleque等。 2012年诠释。 J.车辆结构及系统，4（2），69-73 71 这些能量将被转换成热能，在制动转子和衬垫。然后，它可以假设有一大部分能量用于加速车辆的制动系统的热能被浪费。然而，通过简单地允许它的滚动，直到它停止不施加制动时，汽车陷入了停滞状态，所储存的动能将反过来被用来克服空气动力学和滚动阻力，整个减速距离。因此，不应该被视为一种浪费。总能源使用的车辆的通过目标的旅程可以说，由下式给出： fakTEEEE
（1）
其中，下标T，K，a和f分别表示分别在转子的总动能，空气动力能和摩擦损失。考虑到重量轻AMC的用于车辆的制动转子，能耗由以下组件[26]： 1。车辆的加速。 2。为克服气动势力。
3。为了克服其他损失（滚动摩擦，轮毂轴承的摩擦）。 示于图所需要的能量的能量源的车辆在制动转子。 2。用在车辆的制动转子的总能量由发动机产生的制动功率，减去通过传输，差速器和扭矩转换器的损失直接相关的。
能源油箱
发动机热效率的损失，由于 由发动机产生的能量 在制动转子的能量 滚动摩擦 气动能源
发动机空转造成的损失
Energy in fuel tank
Loes due to thermal efficiency of engine Energy produced by engine Energy at brake rotor Rolling friction Aerodynamic energy Loes due to engine idling
图2：能耗制动转子
可以预测基于以下假设估计节省的能源利用重量更轻AMC制动转子[26〜28]： 从燃料的发动机的输出比能量转换为车辆的重量无关。它是由发动机的效率。 损失的能量空转也将是独立于车辆的重量。 驾驶条件。
为了估计节省了通过减少车辆制动转子重量的，用于一个特定的旅程，由于车辆的重量损失的能量的量是必需的。的转子轴承的滚动阻力和阻力的摩擦造成的损失也可能是由于主要是由于车辆的重量。使用的能量，以克服空气动力另一方面与车辆[30]的重量无关。由此，可以说，提供的车辆重量的车辆在制动转子的能量使用量的一小部分产生的热量（假定为Y％）的动能和滚动阻力的结果。
由于制动转子重量的节能（R）可以是相关的动能和摩擦能量之比，在车辆中使用的总能量可以表示为： TfkEEEYR）（100 （2）
，如果AMC制动转子具有潜在的节省的重量减少50％，比传统的铸铁制动转子，它会由于热能为Y％的损失补偿。因此，其节能在AMC制动转子可被表示为： TfkAMCEEEYR）（100 （3） 让我们假设一个简化的驱动的情况下，以确定R的值对于给定的驱动条件，驱动程序加速车辆的速度v和驱动器在这个速度经过此时间段T为周期T，则驱动程序应用刹车使车辆处于停顿状态。然后重复这个过程是整个旅程。一个加减速周期中用于提供动能的能量由下式给出：
25.0mvEk
（4）
假设车辆的行进速度v在平均周期T足够长的时间以使在此周期中的加速和减速部分。一个加减速周期的气动力可以表示为： 25.0AvCAdf （5）
所需的能量，以克服空气动力在一个加速减速周期可以表示为： TAvCTAEdfa35.0 （6）
这是假设的滚动阻力，占用了几乎所有的能量从转子叶轮的动能和空气动力学损失除了。上的法向力作用在转子上的轮毂，它可以表示为摩擦能量损失EF [28]使用的滚动阻力取决于： mgvTCWvTCErrrrf （7）
代入方程。 （4），（6）和（7）代入方程。 （1），一个加减速周期中的总能量的使用情况是：
mgvTCTAvCmvErrdT325.05.0 （8）
在这项研究中，1.8升的质子威拉利用的规范，如表4中所示。 表4：规格为1.8升的普腾威拉车[28]
表4：规格为1.8升的普腾威拉车[28] 参数 变量 值
遏制质量（kg） 米 1250 身高（米） ħ 1.42 宽度（m） 瓦特 1.74 正面面积（m2） 一 2.47 风阻系数 光盘 0.30 滚动阻力系数 CRR 0.015
maleque等。2012年诠释。 J.车辆结构及系统，4（2），69-73 72 替换这些车辆规格和Eqns。 （4），（6），（7）及（8）入式。 （3）使用上面的制动转子的能量，比变为：
vTTvvvTvYRAMC44.1856819.0625）44.185625（100322 （9）
因此，可以说，在制动转子系统所使用的能量取决于速度和加速减速周期期间。 图图3示出了一个例子，在一个城市的条件驱动的现代车辆的能流图。由此可以看出，制动，不论所使用的功率输出的发动机。将发动机怠速运转的能量的总和，配件所使用的能源和能量提供给传动系[31]。的滚动和制动电阻总结了在车轮转子所使用的能量的大约75％的。如果传动系损失交付给传动系统的能量的量是一个常数因子，用于传动系统的能量的百分比，以克服滚动阻力和制动也将是在车轮转子所使用的能量的大约75％的。在此情况下，由发动机产生的机械能。将用于在待机状态下（17％），所使用的附件（2％）的能量的能量，和提供给传动系统的能量（19％）的总和。
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