Rassini混合板簧安裝在福特F-150卡車上Rassini的1+C混合板簧采用單鋼拋物面主板和平板玻璃纖維復合材料輔助板，為福特F-150皮卡的后輪提供懸架。

2016年，福特汽車公司（美國密歇根州迪爾伯恩）向Rassini International公司（美國密蘇里州普利茅斯）提出挑戰，要求其減輕F-150皮卡后懸架的重量，這是該汽車制造商的旗艦和標志性卡車。北美最大的鋼板彈簧和其他懸架部件供應商Rassini向福特提出了實現這一目標的幾種選擇，但傾向于將傳統鋼板彈簧與復合材料“助手”相結合的解決方案，這是一種多材料解決方案，代表著汽車復合材料終端市場的重大增長機會。

Rassini公司鋼板彈簧工程副總裁兼輕量化研發總監Brent Collyer表示，該公司在汽車供應鏈中的地位使其成為尋求創新解決方案的原始設備制造商的天然合作伙伴。Collyer說：“當福特工程部考慮如何使用下一代產品來滿足板簧的懸架需求時，他們會首先來找我們。”“他們在下一代F-150卡車的底盤上有一些非常激進的輕型目標……他們想知道我們有什么想法。”

Rassini向福特提出的方案是橫跨機動運輸歷史的板簧演變的邏輯延伸。早期的板簧設計依賴于使用多個恒定厚度的鋼板，這些鋼板堆疊并捆綁在一起，隨著有效載荷的增加，鋼板依次接合（從上到下）。多年來，隨著鋼材質量的提高，包裝中的鋼板數量逐漸減少，因為它們能夠用更少的鋼板承受相同的載荷。

 

Rassini在墨西哥Piedras Negras的三個高度自動化的HP-RTM工作站中為1+C混合板簧制造玻璃纖維/環氧樹脂輔助板。每個工作站使用一個10腔模具，整個工廠每年生產80多萬塊復合輔助板。

Hotchkiss懸架主要用于卡車和廂式貨車應用，在這些應用中，車輛設計為在不同的有效載荷和拖車牽引條件下運行。全尺寸皮卡的典型板簧采用2+1設計，包括兩塊連接在一起的彎曲鋼板主板和一塊連接在主板底部的扁鋼輔助板。主板長約2.0米，寬約70毫米，當處于自由、無應力位置時，其端部呈寬“U”形彎曲；輔助板通常在其自由位置是平的。

2+1彈簧結構通過主板的端部連接到轉向架上；有一個安裝在每個后輪內側的板簧，彈簧的中間剛性連接到一個實心后軸上。主板完成了懸架系統中的大部分工作，但當車輛裝載有效載荷時以及在道路負載的大懸架鉸接過程中，輔助板會接合。因此，當懸架加載時，輔助板是最后一個要結合的結構構件。這不是小事。像F-150這樣的車輛上的Hotchkiss懸架必須承受六個自由度（6D0F）的載荷和力矩：三種載荷情況是垂直、縱向、橫向，以及三種力矩情況是側傾、俯仰和偏航。

Collyer說：“鋼板彈簧是一種多功能懸架部件，它不僅能滿足垂直行駛負載情況下的彈簧要求，而且彈簧實際上也是一個將車軸連接到車輛的梁元件，因此橫向和縱向負載/力矩也會受到彈簧的反作用。”

Rassini為2021車型年款F-150設計的多材料板簧代表了2+1設計的進一步發展，并圍繞著兩項減重創新展開。它被稱為1+C，具有一個單一的鋼主板和一個復合輔助板。這些部件中的每一個都占整個結構中節省的重量的大約一半。單鋼主板具有拋物線錐度，可優化材料性能，并提供所需的大部分承載能力。玻璃纖維增強塑料（GFRP）輔助板在重載條件下接合。

 

復合輔助板在與鋼主板組裝之前，在數控機床中通過修剪和鉆孔完成。Rassini是北美最大的鋼板彈簧組件制造商，其墨西哥工廠有生產額外復合材料輔助板的擴張能力。

Collyer說：“我們可以做全復合材料彈簧，也可以做全鋼彈簧，或者我們可以做混合彈簧，這就是福特在這輛車上選擇的。”“主葉片仍然是鋼的，輔助葉片變成了復合材料。”Collyer強調，高強度鋼的拋物線錐形厚度本身就提供了顯著的強度和重量節約。他說：“通過這種設計方法，彈簧梁的應力分布得到了充分優化。”“我們使用最先進的材料來實現盡可能輕的重量，因此基本上我們已經完全優化了材料的設計和使用。”

M&P注意事項

Collyer表示，Rassini在設計復合材料輔助板時考慮了幾種材料選項，但最終選擇了由SGL Carbon（Wackersdorf，德國）提供的無卷曲織物E玻璃，該玻璃注入了西湖環氧樹脂（前德國杜伊斯堡Hexion）的EPIKOTE樹脂TRAC 06150環氧樹脂系統。Collyer報道稱，碳纖維曾被考慮過，但他表示，材料的成本并不支持這一商業案例。

隨著材料的選擇，Rassini不得不完成復合輔助板的設計。這里的挑戰圍繞著這樣一個事實，即GFRP的彈性模量遠小于鋼的彈性模量，后者與彈簧剛度成正比。Collyer說：“我們需要助手的彈簧剛度與鋼制版本相同，所以我們必須用GFRP使其更厚，以使其彈簧剛度-載荷-撓度曲線匹配。”

復合材料的模量性能也推動了多材料彈簧的設計偏好。如果彈簧是由全復合材料制成的，那么懸架將需要改變結構以適應更寬的GFRP主板。Collyer解釋道：“鋼板彈簧之所以在主板中，是因為它需要橫向載荷。如果主板中有一個與鋼板彈簧寬度相同的復合材料，由于復合材料的模量較低，懸架的橫向剛度會較低。因此，我們可以用復合材料制作主板，但我們必須使其更寬，以補償和保持車輛的橫向性能。這意味著懸架結構更加復雜，以封裝更寬的彈簧。”

 

Rassini制造的每個復合材料輔助板在交付給福特之前都要經過負載測試。復合輔助板，再加上鋼主板材料和設計的進步，使福特能夠從其F-150皮卡上消除16公斤的質量。

Rassini開發的最終復合輔助板長1.0米，寬70毫米，厚30毫米，約為其前代鋼的1.7倍，但仍輕53%。結合主板設計的優化所帶來的重量節約，Rassini為福特實現了每輛車約16公斤的總重量節約。Collyer承認，復合材料輔助板的成本很高，但考慮到重量節省，這是福特可以接受的溢價。這有助于減少溫室氣體（GHG），并為未來制定更嚴格的CAFE和排放標準。Collyer說：“市場開始接受這些減肥機會的每公斤一定美元的溢價，當你可以在一個項目中做到這一點并獲得16公斤時，這將成為一個非常有吸引力的商業案例。”

Collyer說，下一個挑戰是開發一種能夠滿足F-150產品線高產量的制造工藝。Collyer表示，最初的產品開發和原型設計使用了手工鋪設的預浸材料。然而，由于Rassini考慮大規模生產，它必須進入高容量、自動化、高度可重復的工藝，因此選擇了高壓樹脂轉移模塑（HP-RTM）。Collyer說：“對于這個特殊的項目，由于數量的原因，HP-RTM提供了最好的商業案例。”“預浸料每年可用于10萬個或更少的彈簧。由于該項目的規模很大，我們需要更多的東西。一旦你每年獲得超過10萬個預浸料，HP-RTM就開始看起來很有吸引力。”

Rassini與moldmaker Alpex Technologies GmbH（Mils bei Hall，Austria）和機械供應商FILL Gesellschaft GmbH，就在格蘭德河對岸，得克薩斯州拉雷多和德爾里奧之間。三個HP-RTM單元中的每一個以每年約28000-30000次循環的速率操作10腔模具，每年的總容量為84000-900000個輔助板。每個復合材料輔助板在運往福特之前也要進行負載測試。

 

Rassini于2018年在墨西哥科阿韋拉的PiedrasNegras建造了這座52000平方英尺的工廠，其唯一目的是為1+C混合葉片彈簧制造復合輔助板。高度自動化的制造僅在裝載玻璃纖維卷和卸載成品零件時需要接觸人工

Piedras Negras工廠可以說代表了汽車應用復合材料制造的未來。這座52000平方英尺的工廠于2018年3月投產，當時三條HP-RTM生產線中的第一條開始運營。到2020年3月，這三條線路都已開通運營，根據需要還有第四條線路的空間。而且，該設施周圍有足夠的土地，其規模幾乎翻了一番。Collyer說，復合材料輔助板是目前工廠生產的唯一零件，由于自動化程度高，操作員通常在流程開始時（裝載NCF輥）和結束時（拉動成品零件）與設備互動。

這16公斤的重量節省是如何轉化為福特及其客戶的切實利益的？Collyer表示，Rassini無法分享福特的具體數據，但它可以分享關于皮卡等輕型車應用的假設案例數據。例如，假設一輛燃氣汽車在其使用壽命內平均每加侖行駛20英里，平均車輛使用壽命為150000英里，使用輕型鋼板彈簧的車輛數量約為250萬輛。該車隊節省了16公斤的重量，估計在車隊使用壽命內可節省75.8萬噸二氧化碳排放和3.22億升燃料。

 

福特F-150是在該公司的P702平臺上制造的，預計該平臺將在其整個使用壽命內使用Rassini1+C混合動力板簧

Rassini在設計和開發F-150片簧方面的創新并沒有被忽視。該公司在2021 SPE汽車復合材料大會和博覽會（ACCE）以及2021 SPE創新獎競賽和頒獎典禮上獲得了獎項，贏得了底盤硬件類別和大獎。Rassini還因其多材料葉片彈簧組件獲得了2021年Altair啟蒙獎。

Rassini指出，現在它已經成功地執行了這個令人興奮的復合材料輕量級項目，人們意識到這項技術可以擴展到其他產品。Collyer表示，該公司愿意尋求行業可能需要的其他輕量化發展。