Mechanics 版 (精华区)

发信人: rhc (土藤), 信区: Mechanics
标  题: 有趣的仿生学4
发信站: BBS 哈工大紫丁香站 (Mon Dec 19 08:55:55 2005)

仿生学在宝马研发中的应用 
 
仿生学是研究生物系统的结构和性质，为工程技术提供新的设计思想及工作原理的科学。
仿生技术通过对各种生物系统所具有的功能原理和作用机理作为生物模型进行研究，最后
实现新的技术设计并制造出更好的新型仪器、机械等。 

仿生学的研究方法和概念对汽车产品的提升和发展同样潜力巨大，这正是宝马专家在汽车
设计和材料选择中应用仿生学的原因所在。 

多年来，宝马一直在车身设计领域应用仿生学概念和原理，保证精巧的设计工艺技术和正
确的选材。因为没有一种材料或一种组织结构是完美的，可以适用任何车型，所以我们的
工作就是要找到最适合这款车的材料和设计。只有量体裁衣的解决方案加上可靠的工艺科
技才能打造出一个高精度的车身，重量轻但结构坚固。因此，涉及组织结构及原材料的智
能轻质工艺，就成为生产安全舒适、动力强劲且燃油经济汽车的关键。 

宝马集团董事Burkhard Goschel博士指出：“仿生学概念是对传统生产方式的丰富和补充
。原材料和零部件可以通过与生物进化类似的原理得到改进提高。在我们身边有太多这样
的例子：在追求轻量构架的过程中，我们发现重量轻也就意味着充沛的动力和更经济的油
耗。于是，当代宝马5系和新3系在提高舒适性和安全性的基础上，车身重量较前一代却没
有增长。实际上，当代宝马5系的车重反而减少了40多公斤。” 

然而，仿生学不是简单地直接复制自然界，而是要学习自然界，从中得出自己的结论。于
是，工程师与生物学家之间跨领域的对话就成为成功并有效应用仿生学的关键因素。 

没有包治百病的万能药——这就是为什么专家们要对每一个部件和每一个项目中检测、开
发适合的材料，分步骤层层推进。宝马专家尤其注重寻求减少质量、节省能源，同时在构
造和功能上又有优势的资源。因为选择了适合的原料，车辆的动力性、灵敏性和节油性就
能得到改善，使消费者直接、快速受益。生态科学就是这样服务于材料学，提供有意又有
益的概念。 

找到最佳选择——轻质原料，“少既是多” 

从汽车诞生之日起，钢因为处理工序简单，和在重复利用过程中几乎无质量损失的优点成
为首选金属。特殊钢合金可以提供前所未有的强度和硬度，还具有卓越的抗老化性。但是
，许多情况下，高密度的钢也就意味着相对高的重量。 

自然中空结构 

在自然界，我们发现很多高度复杂的中空结构，重量保持最轻，却有出色的韧性和强度，
这些正是汽车生产需要的特性。于是，鸟类的羽毛骨质，螃蟹、蜘蛛等的壳就成为我们研
究自然界的原型。 

尖端工艺科技——内部高压造型技术由此诞生，主要应用在汽车底盘和悬挂的设计中，比
如后轴。将金属管置于模具中，高压状态下将液压液体或气体注入金属管两端，使金属在
2400巴的高压下形成模具的形状。此技术保证了零件精准的尺寸和形状，在充分利用空间
、赢得更多轴力度和硬度的同时，减轻了重量。至今为止，宝马是唯一一个可以生产结构
如此复杂且内部成型零件的汽车生产商。 

铝是进一步减轻重量的最佳候选。它密度小，所以相对轻，易塑型、成型，抗腐蚀，并且
导热系数高。因此，铝应用在许多底盘部件、车身还有动力传动系统的生产上。之所以没
能在全球推广应用，是因为铝材提炼耗能大，并且处理工艺精细、昂贵。 

仿制轻骨架组织——发泡金属 

BMW研发与创新中心内的工程师们正在进一步研究和开发铝的应用。泡孔组织结构的零部件
，其强度/密度比极佳。向铝模具内充气或把将要发生化学反应的小颗粒注入铝模具，形成
发泡铝的多孔组织。因为在吸收能量，缓冲震动和噪音方面的品质，发泡金属在汽车生产
中有积极的前景。为此，宝马轻质技术专家开始关注哺乳动物和鸟类的骨骼结构。发泡材
料出色的能量吸收性能在自然中发挥最突出的例子是猫头鹰，另一个就是大象的头部。虽
然象头只有几公斤，却能轻松移动几百公斤的重量。 

镁是又一种非常有发展前景的轻质材料。原则上讲，镁比铝轻33%，比钢轻77%。宝马已经
开始镁的研究和开发，重新定义其在汽车生产中的位置。宝马专家最近正在应用一种特殊
合金和先进的工艺技术为公司一款6缸车型生产镁/铝曲轴箱。仅这一材料组合，就节省约
10公斤重量。而镁铝组合模式的原理正是来源于海葵和水母。 

总重量/高负重组织结构——以马为鉴的轻质技术 

目前，宝马集团的金属专家们正在研究动物世界中经过数亿年繁衍优化形成的自然轻质组
织。车身结构，就象哺乳动物的骨骼，支撑着体内的其他部分。对于宝马3系，车身重量约
占整车的20%，而人的骨骼占人体重的18%。再以马为例，马的骨骼与其总体重之比达到完
美的7~10%，平衡的秘密就在于马骨骼的结构和密度。 

聚合物——轻质结构，舒适的手感，卓越的安全性 

转到塑料领域，同样可以发现自然科学在处理工艺中的运用。以当代宝马3系为例，其仪表
板选材的标准就是要找到这样一种材料，它要能够吸收能量，符合人体工程学要求，同时
造价经济。 

于是，BMW研发与创新中心的工程师们从自然界中受到启发，开发了一种崭新的工艺技术—
—整体注塑发泡。 

将催化剂加入熔化的塑料里，在高温环境某一设定的程序下释放出气体，就好象酵母在制
作蛋糕中的催化作用。一旦模具充满，零件的表面凝固变硬，模具就在设定的程序下打开
。这样可以降低零件内部仍是流体状态的压力，使气体在熔化的塑料里形成泡孔。经过此
工序，零件的重量减少近20%，多孔的组织结构就象动物骨骼泡沫似的内部组织。这种材料
重量轻，负重大，感觉又很舒适自然。 

鱼、海豚、企鹅——流线品质的最佳化 

宝马的H2R氢燃料汽车成为汽车发展史的一座里程碑。12缸发动机释放出210千瓦的能量，
0~100公里/时加速不到6秒，最高时速达300.175公里。无庸置疑，发挥到极至的空气动力
学是实现这一高速的关键因素。宝马H2R外型和设计的灵感来自海豚和企鹅的低阻身材。圆
鼓的前脸、收起的尾部，极小的正锋面，成就了其0.21的阻力系数。同样，尺寸庞大的宝
马7系得益于其流线造型，阻力系数也仅为0.29。而球的阻力系数则是0.50。 

宝马的专家很高兴可以循着大自然激发的灵感，通过应用仿生学，扩展并推动汽车产品、
工艺的传统设计理念，使宝马汽车更轻、更安全、更省油，同时更舒适、动感，继续宝马
的纯粹驾驶乐趣。
 http://auto.dahew.com/gaiban/news/news/2005617124737.shtml

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高度和眼光决定人能走多远！

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