汽车轻量化时代，碳纤维车轮安全吗？

herahera 2024-04-02 发布于辽宁

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　　碳纤维车轮并不新鲜。本田公司曾在 1984 年的摩托车大奖赛上使用过碳纤维车轮，但直到最近十年，碳纤维车轮才真正开始影响量产车领域。

　　这几乎完全归功于澳大利亚公司 Carbon Revolution。该公司开始为售后市场生产碳纤维车轮，但与福特签订的 2016年GT350R的合同使其成为一家批量制造商。

　　现在，Carbon Revolution 已经生产了 8 万多个轮毂，并与雪佛兰、法拉利、路虎和福特签订了供货合同。

（GT350R 碳纤维车轮）

　　碳纤维车轮的潜在优势是巨大的。碳纤维既轻又坚固。任何汽车工程师都会想方设法减轻重量，但有些重量的减轻比其他重量的减轻更有影响力。

　　Carbon Revolution 公司创始人兼首席技术官 Ashley Denmead 博士说：'我想给大家普及的基础物理知识是，车轮是汽车中第二重要的重量(最重要的是底盘）。”

　　车轮是非簧载质量和旋转质量。减少簧下质量意味着减少悬挂系统的工作，从而提高行驶质量。减少旋转质量可以降低惯性，从而在加速、转弯和制动方面带来微小的改进。与汽车的所有簧下质量和/或旋转质量相比，车轮最容易减轻重量。

　　这就是我们使用铝合金车轮的原因--它们比钢制车轮更贵，但减轻重量所带来的好处是值得的。目前，碳纤维车轮的价格远高于铝合金车轮，但碳纤维车轮有望扩大轻型车轮的优势。

　　Carbon Revolution 的 C8 Corvette Z06 车轮比标准锻造铝制车轮总共轻 41磅（约合18.6公斤），这是一个相当大的减重。

　　对于普通人来说，碳纤维可能是一种奇怪的车轮材料。碳纤维显然非常轻便坚固，因此被广泛应用于赛车底盘。车轮碎裂是一件非常可怕的事情；钢和铝制成的物体往往会变形，而不会碎裂。

　　Denmead 博士说，这些担心是没有根据的。

　　他告诉《Motor1》：'就实心碳纤维而言，车轮的某些部分有近两英寸厚。无论如何，这种材料都不会轻易破碎，也不会在能量较低的情况下破碎。”

　　美国汽车工程师学会（SAE）和汽车制造商本身都对车轮性能制定了非常高的标准。法拉利和摩德纳大学对 Carbon Revolution 车轮进行的一项研究概述了车轮测试的极端情况。SAE 的标准很高，法拉利的标准更高。其他汽车制造商也有类似的高标准。正如 Carbon Revolution 首席执行官Jake Dingle所说，车轮是汽车的 '安全关键 '部件。

　　Dingle讲述了公司早期与福特合作的故事。福特实际上购买了 Carbon Revolution 的售后轮毂，并在底特律坑坑洼洼的街道上对其进行了异常苛刻的验证，然后才承诺与该公司合作。

　　Dingle 说：'他们不停地把这些东西往坑坑洼洼的路面上碾压，结果毫发无损。路面损坏了法兰，这是意料之中的，但他们说服了自己。”

　　'因此，做所有的实验室测试和一切是一回事，这些都非常成熟，也很好理解。但在安全关键型产品中引入一种全新的材料类型，他们就决定必须将其引入现实世界，看看会发生什么。就这样，他们花了几个月的时间来试验这些东西，最终说服了他们。”

　　最终的 GT350R 车轮和 Carbon Revolution 之后的所有 OEM 产品一样，都是按照比其售后市场产品更高的标准制造的。Dingle 甚至听说过一些汽车制造商用角磨机在车轮上切出凹槽来模拟开裂的情况，还听说过轮胎在时速 180 英里时爆裂，而车轮却依然坚挺的情况。这些车轮在受到严重撞击后的失效模式也令人满意。

　　Denmead 说：'我们用'胡萝卜'和'工芹菜'来做比喻，这个比喻很有趣。如果你想象有一根胡萝卜和一根芹菜，芹菜更像一种纤维状的复合材料，而金属则更均匀、各向同性。因此，想象一下，如果你有一块铝和一块碳纤维，你想把它们像胡萝卜和芹菜一样折断。你可能无法用手折断，但如果你用力折断，铝会像胡萝卜一样折断，而复合材料则更像芹菜一样折断，因为纤维仍以某种方式保持在一起。

　　在法拉利论文概述的极端疲劳测试中，也出现了这种失效模式。Denmead 解释说，因此，失效的轮辐不会永远失去承载能力。Carbon Revolution 公司表示，它可以在不增加过多重量的情况下制造出具有巨大强度的车轮。Dingle 和 Denmead 说，在一个车轮项目中，Carbon Revolution 公司只增加了 10% 的重量，却增加了 50% 的抗冲击强度。

　　这得益于碳纤维独特的制造方式。你可以根据需要增加或减少编织材料的层数，即所谓的层叠。因此，在需要高强度的部位，可以采用较厚的铺层，而在其他部位，铺层可以较薄。这是相比铝制车轮的一大优势。

　　Denmead 说：'铝制车轮制造的一大制约因素是，你必须能够在液态熔铝凝固前将其倒入模具，而且必须填满整个模腔。所以你经常会知道。你不能有薄的部分'。