發布時間:2024-04-19
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說到碳纖維車輪,其實它并不新鮮。早在1984年的大獎賽上,本田公司就使用了碳纖維車輪,但直到近十年,碳纖維車輪才真正開始影響汽車產業,而這則幾乎完全歸功于澳大利亞Carbon Revolution公司。
Carbon Revolution公司起初是為售后市場生產碳纖維車輪,但與福特公司簽訂了2016款Shelby GT350R的合同使其成為一家批量生產碳纖維車輪的制造商。截至目前,Carbon Revolution公司有超過8萬個車輪在路上行駛,并與雪佛蘭、法拉利、路虎和福特簽訂了供應合同。
鑫材泰克小編告訴你碳纖維車輪具有明顯的潛在好處:碳纖維既輕又很結實,任何一位汽車工程師都會努力減輕汽車重量,但有些輕量化措施比其他方案更有影響力。
Carbon Revolution公司的創始人兼首席技術官Ashley Denmead博士表示:“我喜歡給每個人上的基本物理課是,車輪是汽車中第二重要的重量?!保ㄖ匾氖堑妆P。)
汽車的車輪是非簧載的旋轉物體。減少非簧載質量意味著懸架需要做的工作更少,從而提高行駛質量。旋轉質量的減少也降低了慣性,在加速、轉彎和制動方面帶來了微小的改進。與汽車的所有非簧載和旋轉質量相比,使用車輪容易減輕重量。
這也是為什么汽車使用鋁合金車輪的原因,雖然它們比鋼制車輪更貴,但它們實現的輕量化效果通常值得付出額外的成本。雖然目前碳纖維車輪遠比鋁制車輪貴,但有望擴大更輕型車輪的優勢。
目前很難找到有關車輪重量的確切數字,但Carbon Revolution公司的C8 Corvette Z06車輪比汽車的標準鍛造鋁車輪總共輕41磅(約18.5kg),對于汽車的重量而言,這是一個相當大的數字。在旁觀者看來,碳纖維似乎是一種奇怪的車輪材料。很明顯,它非常輕且堅固,這也是為什么它被用于賽車底盤的原因,但是,當碳纖維失效時,它會發生破碎。破碎的車輪是一件可怕的事情;鋼和鋁制成的車輪往往會變形,而不是破碎。
但是Denmead指出,這些擔憂是完全沒有根據的。就固體碳纖維而言,車輪的某些部分幾乎有兩英寸厚,這種材料不容易破裂,也不容易在低能量的情況下破裂。汽車工程師協會(SAE)和汽車制造商都對車輪性能制定了很高的標準。法拉利和摩德納大學對Carbon Revolution公司的碳纖維車輪進行的一項研究概述了車輪測試的極端情況。SAE的標準很高,法拉利的標準更高。其他汽車制造商也有類似的高標準。
正如Carbon Revolution公司首席執行官Jake Dingle所說,車輪是他們汽車的“安全關鍵”部件。Dingle講述了公司早期與福特合作的故事。事實上,這家汽車制造商購買了Carbon Revolution公司的售后車輪,并在底特律坑坑洼洼的街道上盡情地測試它們,然后才承諾與該公司合作。
與Carbon Revolution公司隨后的所有OEM產品一樣,后來的GT350R車輪的制造標準甚至高于售后市場產品。Dingle甚至還介紹了一些汽車制造商用角磨機在車輪上切割缺口以模擬開裂的案例,還有一個是輪胎以每小時180英里的速度爆胎,車輪卻挺住了。這些車輪在嚴重碰撞后的失效模式也不完全是人們所期望的。
“我們用胡蘿卜和芹菜來做個對比,這很有趣。如果你想象你有一根胡蘿卜和一根芹菜,”Denmead說?!芭c更均勻、各向同性的金屬相比,芹菜更像是一種纖維狀的復合材料。所以想象一下,如果你有一塊鋁和一塊碳纖維,你試著像折斷胡蘿卜和芹菜一樣折斷它們。你可能無法用手做到這一點,但如果你用力,鋁往往會像胡蘿卜一樣折斷,而復合材料往往更像折斷芹菜一樣,纖維往往仍以某種方式保持在一起。”
在法拉利論文的極端疲勞測試中,這種失效模式也會發生。Denmead解釋說,出現故障的輪輻永遠不會失去其承載能力。Carbon Revolution公司公司表示,它可以在不增加太多重量的情況下制造出強度巨大的車輪。Dingle和Denmead說,對于單輪項目,Carbon Revolution公司只增加了10%的重量,就增加了50%的沖擊強度。這得益于碳纖維獨特的制造方式??梢愿鶕枰黾踊驕p少編織材料的層,稱為疊層。因此,在需要大量力量的區域,可能會有一個厚的鋪層,而在其他區域,疊層可能會更薄。與鋁制車輪相比,這是一個關鍵優勢。
Denmead說:“鋁輪制造的一大制約因素是,必須能夠在液態熔融鋁凝固之前將其倒入模具中,并填充整個腔體。所以你知道不可能會有薄切片?!蹦壳?,Carbon Revolution公司只為高性能汽車提供車輪,但這種情況很快就會改變。該公司正在尋找一種新的輕量化和提高效率的電動汽車制造商。Denmead說:“當我們與當今行業中存在真正問題的客戶交談時,真正的問題在于重量,他們真的在為如何實現電動汽車傳動系統的目標而絞盡腦汁,他們真的沒有很多選擇可以為他們節省大量重量,使他們恢復到可接受的水平,所以這似乎是他們可以節省100磅的一個選擇?!?/span>
Denmead甚至談到了如何使用碳纖維來創造獨特的空氣動力學特征,這一點尚未得到充分的探索。他和Dingle也很快指出,碳纖維車輪帶來的重量和強度效益隨著車輪尺寸的增加而增加。該公司正尋求在其本土澳大利亞和北美擴大生產,以滿足每年數十萬個車輪的不斷增長的需求。與迄今為止的8萬多相比,這是一個巨大的飛躍。