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汽车轮胎迎来碳纤维时代?

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发布时间:2022-05-29 03:51:18 来源:博乐体育app官网 作者:博乐体育在线下载
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  次轻量级的碳纤维车轮已经得到了福特、通用和保时捷的认可,但在整个汽车行业内,仍旧有许多人对其发展前景持怀疑态度。

  从Facebook的评论员们到著名赛车设计师高登·莫瑞(Gordon Murray),在大多数来自专业领域的爱好者看来,重量的减轻并不足以将其离谱的成本合理化——福特的零件目录显示,Mustang) Shelby GT500使用碳纤维的车轮单个价格高达7390.57美元。且它们太脆弱了,远不如传统车轮那样坚实,在现实世界中难以大范围采用。

  澳大利亚先进材料研发和车辆工程公司Carbon Revolution的工程和设计总监阿什·登米德(Ash Denmead),对这样的质疑声全然不赞同。他不仅认为碳纤维轮毂是对传统合金轮毂的一个重量级挑战,而且认为它们能够提高效率,使其成为从电动汽车到商用卡车的必备品。

  当下,有许多技术承诺都声称它们将在未来改变汽车行业,这个“未来”通常是不确定且未知的。登米德认为,碳纤维时代将很快到来,可能就在几年之内。

  登米德的碳纤维研发与迪肯大学有着密不可分的关系。今天Carbon Revolution的工厂就在迪肯大学,登米德也曾带领学校SAE(国际汽车工程师学会)方程式车队进行工程研究。

  在学校的时候,他和伙伴们用自制的玻璃纤维模具来铺设13英寸(33cm)的小型车轮,以提高他们从零开始建造的赛车的性能。他们的制造能力在短时间内逐渐增强,可以生产小批量的原型车轮,其中一些用于他们自己的车。登米德说:“当我回头再看时,发现当时的成品其实挺粗糙的。”

  Carbon Revolution公司就是从那个时候起开始飞速发展的。今天,他们为北美地区数以万计的汽车提供轻质车轮——从法拉利和保时捷到福特野马Shelby GT500和2023年雪佛兰科尔维特Z06。尽管对高性能轿车来说,车辆减重已不是什么新鲜话题,但这个市场十分有限,登米德也开始热衷于将碳轮毂推广到潜力更加广阔的市场,如电动汽车。

  “与减少汽车其他部分的规模相比,减少车轮规模会产生倍增效应。”登米德解释说,“用更少的能量使车轮加速,在制动时用更少的能量使其减速。”

  更少的能量使用立即能够转化为更大的续航里程。反过来,也有效地加快了充电的速度。而且,由于其材料特性,伴随着优化动力学的车轮设计逐步发展,碳纤维的重量优势也会随之增强。

  “用金属当然也能够完成一个真正符合空气动力学的车轮。但这样的话,车轮会变得更重。”登米德解释说。这一点在大直径的车轮上变得特别明显,比如雪佛兰Silverado电动车上的24英寸(61cm)车轮。而同样的尺寸,如果使用碳纤维材料,车轮可以减少多达45%的重量,这取决于客户想要怎样的耐久性。

  “使用碳纤维,中空部分能够有非常薄的壁结构,不需要担心重量也可以达成符合空气动力学的风格和性能。目前已经有客户对24英寸(61cm)和26英寸(66cm)的车轮感兴趣,希望用来作为汽车的标准配置。”登米德说道。

  不管是实际使用过,还是新闻上看到过,很多人都对于时不时发生的碳纤维轮毂变形、开裂的小事故并不陌生。

  谈到它们的耐用性,登米德说这是一个丝毫不需要担心的问题:“Carbon Revolution的首席执行官杰克·丁格尔(Jake Dingle)有一辆宝马320d,采用的便是自研发车轮。他住在墨尔本,每天开车200公里去工厂,之后再返回。5年里没有出现过任何问题。”

  登米德强调,目前在北美有大约4万个碳纤维车轮在路上行驶。这在很大程度上可以说明,这一技术已经处于基本成熟的阶段。

  车轮制造商会为碳纤维轮毂制定一系列标准,当然,重要的是它的车轮必须达到这个标准,他们还需要通过汽车制造商的嗅探测试。因为汽车制造商才是那些如果出现任何问题需要为车主负责的企业。

  同样,换个角度看,我们都知道汽车公司大概是地球上一些最规避风险的企业。如果它们不认为碳纤维车轮已经准备好了,碳革命就不会有今天的成就。

  但这一过程是漫长的,部分原因是每个车轮都要经过长久的设计和测试过程。车轮制造商采用一种拟议的设计,并会模拟其抗疲劳和抗冲击的表现,从使用的树脂类型到每层的碳编织方向,将尽可能想到的所有因素都考虑在内。

  “客户对耐用性测试的要求非常高,设计一个车轮并将其投入生产通常是两到三年的过程。”登米德解释说。

  2023年雪佛兰护卫舰Z06上的可选碳纤维车轮将非簧载质量减少了41磅(18.6KG)(图源:雪佛兰)

  “在获得模拟批准后,会对原型车轮展开一系列的实际上路测试,我们必须通过所有这些测试,然后它们才能被安装到车辆上并投入使用。”然后,汽车制造商会对原型车再次进行自己的测试——这些车轮在到达客户那里之前,经历了数不尽的测试。

  登米德和他的同事们认为,正是这种经过性能验证、由OEM支持的技术可以使电动汽车更精简,更环保。碳轮的减重和空气动力学设计相得益彰,效率可能提高约5%。在一辆续航里程为300英里(483公里)的电动汽车上,仅仅更换车轮就能获得15英里(24公里)的额外续航里程。

  当你就差了那么一点距离就可以开回家或到达最近的充电桩的时候,这个看起来不起眼的24公里可太关键了。而丹米德对碳纤维轮毂的价格走向同样持乐观态度。

  美国著名脱口秀主持人杰·雷诺(Jay Leno)在其YouTube频道上一个视频中说,这些车轮过去要花2万美元/个,一套四个轮子便是8万美元。登米德对此进行了否认:“从来没有过一套轮毂收取8万美元费用的时候。但在过去10年中,成本确实大大降低了。”

  现在的价格仍旧在持续走低,目前,一套售后碳轮毂价格在1.2万美元左右,四五年后,随着批量生产的增加,预期会降至大多数消费者都能够接受的区间,一套低至2000美元都有可能。

  装备了碳纤维轮毂的车主经常给出这样的反馈,当他们试图向周围朋友们介绍这个轮胎的时候,往往没什么回应。人们对新事物的接受程度似乎一直是这样,对于碳纤维轮毂的理解也普遍不成熟。

  登米德认为,更换碳纤维车轮和铝制车轮没有什么区别,只是目前,人们害怕有可能损坏昂贵的车轮。但是对于陌生车轮的不安很大概率会随着价格的下降逐渐消失。

  这种节能技术的应用有可能影响很多行业。从个人运输到航运和车队,在全球运输能源消耗方面做出微小但关键的改变。最终,就像人类发展长河中的太多例子一样,技术将无情地向前推进。

  “这与多年前卡车行业从钢制车轮转向铝制车轮的情况相同。技术是不可磨灭的,节约和高效也是真实存在的,就像现在已经在使用碳纤维轮毂的车主一样,最终会有更多人发现它的好。这只是时间问题。”

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