碳纖維——寶馬輕量化殺手锏?

  6月11日凌晨德國慕尼黑,5月13日正式接任寶馬集團董事長的科魯格次向公眾展示了碳纖維車身技術第六代BMW 7系。
  科魯格表示:第六代BMW 7系相比上一代車型大減重達130公斤,并增強了整車的堅固與安全,成為大型豪華汽車市場智能輕量化的領導者,是款采用智能激光大燈的車型。
  丁格芬7系誕生地
  丁格芬工廠位于弗賴貝格穆爾德河畔,慕尼黑東北約110公里處。2015年7月1日,全新第六代BMW 7系在丁格芬工廠正式投產。自1977年至今,丁格芬工廠累計生產了逾160萬臺7系。平均每五輛BMW品牌汽車中就有一輛產自丁格芬工廠。是每一代BMW7系商務旗艦轎車的誕生地。丁格芬工廠產品陣列廣泛,共有17款車型在此生產。還為勞斯萊斯車型生產鋁制車身。是寶馬生產網絡的一個組成部分。
  丁格芬工廠負責人JosefKerscher表示:我們為全新BMW7系的生產做了充分的準備工作。為全新BMW7系產能提升搭建的生產結構及圍繞輕量化結構和產品電動化投入的全新生產技術也將惠及在丁格芬工廠生產的其他車型。
  超輕的高科技材料--碳纖維增強復合材料在全新BMW7系乘客艙框架中的應用。碳纖維材料比鋁輕30%,比鋼輕50%。
  濕壓法是將經過樹脂浸漬的碳纖維編織物在潤濕的狀態下置入三維鑄模中,然后進行壓型和硬化處理。這樣,就省去之前樹脂傳遞模塑流程中需要的成型前干燥工藝?;靿悍ㄊ菍渲n的碳纖維編織物在潤濕的狀態下和薄鋼板一起置入鑄模中,然后進行壓型和硬化處理,形成鋼和碳纖維的混合材料部件。這種混合材料部件的重量很輕,卻能夠提供大程度的剛度和優秀的碰撞性能。兩種流程都通過優化的生產工序實現了在極短的時間內低成本、大規模地生產碳纖維部件,每天多可達數千件。丁格芬工廠負責人說。
  外媒報道稱,新7系車型上運用的輕量化技術,底盤所采用的碳纖維、鋁材以及高強度鋼等輕量化材料復合技術,再加上應用于其它關鍵部位的鋁材料,新一代3系的整體重量將大幅降低。
  寶馬的目標是——截至2020年,將碳纖維車架的造價降低到與鋁制車架同一水平。這一細節說明在五年為寶馬運用新材料對成本的控制力己走在行業的前端。
  白車身減130公斤
  第六代寶馬7系底盤所采用的碳纖維、鋁材以及高強度鋼等輕量化材料復合技術,目前沒有其它公司能夠生產。該技術能夠將車身重量減少40千克,再加上應用于其它關鍵部位的鋁材料,新7系的整體重量減少了130千克。
  全新BMW 7系采用大范圍改進的V8發動機及BMW集團新一代的直列六缸發動機。8檔Steptronic手自一體變速箱標配組合。
  “寶馬不害怕孤軍奮戰”。在丁格芬工廠生產全新BMW 7系時,以獨特方式將碳纖維增強復合材料與鋁合金及高強度鋼材相結合,將這種混合結構用于乘客艙。為實現這一獨特的混合型結構,在生產中采用了全新流程。如次采用封閉結構的碳纖維管作為車頂框架,利用了材料極高的強度和超輕的特性。提高乘客艙的扭轉剛度,降低了車輛重心。
  車身工藝突破是將超高強度熱沖壓鋼材與碳纖維增強復合材料相結合,用于安全相關的區域。新型材料的使用,全新7系白車身重量減少了130公斤,相當于2個成年人的體重。
  戰略重要性
  為生產碳纖維,2009年寶馬專門與SGL成立了一家合資公司。由于項目的戰略重要性,寶馬通過購買16%股份對抗大眾所購買的10%股份,從而來保證在位于德國威斯巴登的制造商的影響力。
  寶馬碳纖維轉型始于丙烯酸線在日本定制,被拉伸纏繞在軸上,在超過200攝氏度的溫度下烘烤約一個半小時,非碳原子會從纖維中分離出去。能夠防止原料燃燒起來。經過加工后,形成碳晶體分子鏈。每根的細度是人體頭發七分之一。再被分成多個纖維束,每束含有5萬股纖維,遠超過行業標準。從資源戰略的角度,寶馬與SGL已共建了一流資源生態圈。
  韌性指標
  據咨詢公司弗若斯特沙利文公司估算,使用碳纖維的成本每公里花費20美元。使用鋼鐵時為1美元。
  從新一代寶馬7系開始,寶馬的主要產品的構造中將采用碳纖維材料。而鋼鐵不再是車輛韌性的衡量指標。
  此前BMW i8和i3兩款車型的投產,標志著寶馬集團業已成為目前唯一掌握車用碳纖維復合材料大批量生產和制造技術的廠商。這是有史以來次,量產車型大規模應用碳纖維復合材料打造車身。
  45度十90度
  2011年夏天批纖維材料試運行生產,碳纖維的編織方法按照不同用途的要求有不同的纖維編織方法,包括平行纖維編織,45度角編織,以及90度角編織。制造部件時,還會根據車身上結構要求的不同,使用不同走向纖維織物的組合。組合好的碳纖維織布在模具中預壓成型后,注入樹脂,形成成品部件。終量產。
  寶馬i3采用了碳纖維復合材料,用以保護乘客的生命安全。因采用碳纖維復合材料制成的部件有一定的彈性,可有效避免事故時的撞擊力。而電池安裝在鋁制底盤上。寶馬i3的重量比上暢銷的電動汽車日產聆風輕20%。這使車輛的0-100公里/小時加速時間僅為7.2秒,比日產聆風快4秒。
  隨之,新7系帶來的大成就是技術流程的工業化,i3車型帶來了很多經驗,碳纖維部件并非7系打造過程中的限制因素。加大碳纖維零部件在7系上的應用是一項成就,但這一技術應用于走量車型3系和5系上,是一項更大的挑戰。在換代時提升這些車型的燃油經濟性又是非常關鍵的,將使車型能夠使用較小的發動機,及在插電式混動版本中安裝電池。
  寶馬集團2020年前后將推出燃料電池車,該車有望歸于i系列電動車子品牌。時間節點同第二代寶馬i3電動車的產品周期吻合。
  當前,寶馬正與盟友豐田展開技術合作,涉及燃料電池領域。豐田已推出款燃料電池車Mirai,但寶馬并不急于投放燃料電池車產品。
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