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采用玻纤复合材料设计的汽车前轴
发布时间:2018-01-12   浏览次数:326

工业运输系统供应商Hutchinson公司(法国巴黎)为新款标致208FE开发出了采用玻璃纤维增强复合材料制成的前后桥。据介绍,这款混合电动概念车每100km只消耗1.9L的汽油。从传统的金属轴/悬架系统转向一个基于复合材料的系统,降低了20.4kg的重量,或者说降低了大约40%的重量。标致汽车公司与Hutchinson的母公司Total(法国巴黎)合作,设计了这款汽车,以探寻一种可行的方法来满足欧洲关于“到2020年,每公里CO2的排放量低于90g”的严厉的法规要求。显然,208FE轻松地达到了这一标准,据介绍,其每公里的CO2排放量是49g,这对于一辆纯粹的(非插电式)混合动力汽车而言,是一项突出的世界纪录。

Hutchinson的复合材料前轴悬架叶片示意图

作为材料配方公司以及面向汽车、轨道交通和航空工业的振动控制技术制造商,Hutchinson利用其经验设计了208FE的车轴。Hutchinson将这些轴的结构复合材料核心称为是一种“多功能的悬架叶片”,因为其设计特点是:在一个部件中整合了4种重要功能——悬架、转向、抗振动/噪声以及防侧倾。在开发过程中,设计工程师们整合/消除了12个部件,包括:弹簧、弹簧座、防侧倾杆、防侧倾杆配件、防侧倾杆的连接杆以及叉臂(转向部分)元件等。

标致208 FE, 一款混合动力概念汽车, 配备了采用大约50%单向环氧/玻璃纤维制成的前、后轴(图片来自标致汽车公司)

相比金属悬架,该复合材料的叶片设计降低了20.4 kg(约40%)的重量。在加工中,设计工程师们能够整合或消除12个部件(图片来自标致汽车公司)

这一全新的悬架实际上起源于Hutchinson在20年前为另一家欧洲汽车制造商生产的一个部件。Hutchinson复合材料技术中心(简称“CTeC”)的技术总监Bertrand Florentz回忆说,当时该部件已准备投入生产,但由于对传统的钢悬架的偏好,这一生产计划最终被取消。随着2020更严厉的排放标准即将落实,未达标的企业将面临处罚,从而使今天的汽车制造商们正面临着市场形势的巨大变化。与此同时,Hutchinson早期所积累的悬架应用经验,也使其快速地响应了标致208FE新的、设计独特的发展要求。

尽管Hutchinson为标致208FE设计了复合材料的前、后轴,但由于增加了转向元素而使前轴更为复杂。最终的悬架设计由一个弓形主结构的玻璃纤维增强叶片构成,其厚度范围在12~15mm之间,纤维的体积含量超过50%。该叶片长约1.2m,名义宽度140mm,弓深大约315mm。在消除上述所有部件的过程中,该复合材料的轴/悬架设计整合了传统金属悬架的所有功能,如:该弓形的悬架叶片在组装过程中按其预压的形状被安装到汽车上,并横跨汽车前端宽度而作为一个单一的弹簧用于吸收路振。该复合材料叶片的每一面都由一对橡胶铰接(一个垂直的,一个纵向的)而与汽车的白车身(BIW)相连。当叶片为应对路振而发生弯曲或压缩时,在两对固定之间的横向轴中被拉长。为适应这种横向延伸,橡胶底座提供了必要的横向位移弹性,同时它们还可对路振和噪声进行额外的过滤。这些铰接被集成到一对包封了叶片每一面的钢底壳中。

虽然这项技术仍被认为是概念性的,但这项应用却值得关注且具有潜力。长期以来,复合材料一直被认为不适合商业化汽车的结构应用,为此,复合材料行业做了许多艰难的努力,来证明复合材料替代金属的潜力。凭借Hutchinson公司在此方面迈出的重要一步,相信汽车制造商和消费者们可以做出自己的判断。


来源:AI《汽车塑化》
 关键词:玻璃纤维
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