“造車就要把好鋼用在刀刃上” | 《汽車實驗室》

汽車對新材料的應(yīng)用一直走在前列，如何有選擇性地采用重量輕、強度高、耐久性強的材料，是精益求精、權(quán)衡取舍的歷程。麥格納與福特、通用都有合作，將碳纖維復(fù)合材料用于車輛制造，提高車身強度的同時減輕了車重。
 

造車就要把好鋼用在刀刃上，
 

這個“好鋼”是碳纖維
 

什么是制造車身的終極好材料？這個答案必定是碳纖維。

碳纖維（carbon fiber，簡稱CF），它是由片狀石墨微晶等有機纖維沿纖維軸向方向堆砌而成，經(jīng)碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材，含碳量在95%以上的高強度材料。

 

 

為什么民用車很少會提起碳纖維，因為貴嘛！碳纖維不僅材料貴，還因為它的生產(chǎn)工藝復(fù)雜導(dǎo)致產(chǎn)量不足，必然不能代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼材和鋁合金。碳纖維造價為每千克至少要20美元，相比之下傳統(tǒng)的鋼制材料造價不到每千克1美元。

 

邁凱輪超跑是全系碳纖維單體殼

即使是售價數(shù)百萬元的超級跑車，也不會全部采用碳纖維。例如法拉利近年整車采用的只有LaFerrari，而488 GTB級別的車體只能給你鋁合金了。所以你想像一下，普通民用車真的不可能給到你多少碳纖維，可能康師傅牛肉面里的牛肉都比這個多。

不過現(xiàn)在有了一種新的造車思維，既然碳纖維又昂貴但又超級好用，那可以有選擇性地在關(guān)鍵的部位少量使用，這樣可以起到“好鋼用在刀刃上”的作用，又能把成本控制在一個可接受的范圍內(nèi)。

那么車身什么地方需要用到碳纖維這種“好鋼”？

車身A、B、C柱等結(jié)構(gòu)加強件

在新一代7系的車體框架中，碳纖維被有限地用于最重要幾個地方：加固車頂橫梁結(jié)構(gòu)以及B柱和C柱、底部側(cè)圍、中央通道和后部支撐，這些部件以往只能用高強度鋼材打造，換成鋼和碳纖維混合結(jié)構(gòu)后直接減輕50%以上重量，而且強度是鋼的7～9倍，最終7系比上一代減輕了130kg重量。

 

寶馬7系車架上的碳纖維加強件

碳纖維除了減重，還明顯復(fù)優(yōu)化了7系的車身剛性，經(jīng)過碳纖維加固的B柱不會因為沖擊而變形，而且由高強度鋼和碳纖維混合使用后會分散沖擊力，提升了車輛的安全性能。

連接懸架和車身的副車架

所有運動型和豪華型車中，副車架的作用非常重要，這種放置在底盤最下層，主要負(fù)責(zé)連接引擎、懸掛和車身的部件。副車架是整車構(gòu)造中的一大關(guān)鍵部件，旨在提高車輛強度，防止碰撞變形。

曾經(jīng)有車廠尋求用鋁合金代替鋼材來打造副車架，這樣可以大幅度降低重量，但后來發(fā)現(xiàn)鋁合金強度還是不足夠，最后不得以又用回了鋼材這種笨重的材料。

于是終于有人想起了碳纖維。

福特和麥格納合作開發(fā)的碳纖維副車架

早些時候，福特與麥格納合作，研發(fā)出一款全新的碳纖維復(fù)合材料副車架，相較于鋼質(zhì)沖壓件，可使車重降低34%。

這款原型副車架樣件使用2個模塑件和4個金屬零部件替代了此前由45個鋼制件制成的副車架，減少了高達(dá)87%的零部件使用量。其中，模塑件通過粘結(jié)和結(jié)構(gòu)型鉚釘連接固定。

在底盤應(yīng)用中使用碳纖維增強復(fù)合材料，對降低車重的非常有優(yōu)勢，但技術(shù)挑戰(zhàn)也非常大。例如兩家公司引入算機輔助工程（CAE）來進行研發(fā)，但由于CAE分析無法實現(xiàn)對車輛耐腐蝕性、抗石擊實驗以及螺栓載荷保持能力的評定，所以仍然需要進行大量的實際測試。

 

凱迪拉克CTS-V及其碳纖維的引擎蓋

事實上美國車企對新材料的應(yīng)用一直走在前列，例如近年在輕量化方面頗為成績的通用。早在幾年前，麥格納就為凱迪拉克CTS/ATS-V車系推出一款碳纖維引擎蓋，之后又為福特野馬謝爾比眼鏡蛇GT500打造一款碳纖維格柵口加固件。

福特野馬謝爾比眼鏡蛇

電池?zé)o法減重，碳纖維是電動車的最好材料

碳纖維這東西自從1981年被邁凱輪引入到F1賽車后，直到今天仍然是賽車和超級跑車最佳的制造材料。以F1賽車為例，除了引擎等極少數(shù)部分不得不采用傳統(tǒng)金屬外，在能夠使用碳纖維的地方都大量采用。

保護車手安全性的單體殼、車身殼體、懸掛部件，甚至是變速箱外殼等等，都采用了這種世界上最好的造車材料。

寶馬i3電動車全碳纖難車架

現(xiàn)時新能源電動車流行，但技術(shù)上依然無法解決電池組的重量問題，為了減重只能在車身材料上作文章，于是輕量化又能支撐較重車身的碳纖維又成來最好材料。

寶馬一早已經(jīng)這樣干了，之前在i3電動和i8混合動力車型中，碳纖維首次成為車身架構(gòu)的主要材料，寶馬甚至計劃將碳纖維的應(yīng)用于更多車型，以便全面減輕車身重量。