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寶馬i系新能源車與碳纖維材料應(yīng)用大起底

2017-06-28 10:57:54 作者：本網(wǎng)整理來源：網(wǎng)易新聞分享至：

提起寶馬i8，很對人還對電影《碟中諜4》里阿湯哥駕駛著寶馬i8混合動力雙門超級跑車在街頭上演追逐大戲記憶猶新，這款性能卓越造型前衛(wèi)充滿科幻色彩的油混超跑在亮相的瞬間就賺足了全球車迷的尖叫。在搶盡風(fēng)頭的外表下，作為寶馬在新能源領(lǐng)域的首款跑車，i8融合了寶馬高效動力策略技術(shù)，將強(qiáng)勁動力與低碳節(jié)能完美結(jié)合，通過應(yīng)用大量輕量化碳纖維材料徹底顛覆了傳統(tǒng)汽車制造技術(shù)，給全球汽車工業(yè)帶來前所未有的革新。

寶馬新能源，碳纖維材料，新能源車，碳纖維車身寶馬i8中大量使用的碳纖維材料完整學(xué)名為碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（Carbon Fibre-reinforced Polymer, 簡稱CFRP），主要以碳纖維或碳纖維織物為增強(qiáng)體，以樹脂、陶瓷、金屬、水泥、碳質(zhì)或橡膠等為基體復(fù)合形成，具有高強(qiáng)輕質(zhì)的特點(diǎn)。由于碳纖維生產(chǎn)制造過程需要使用大量電力，因此成本非常高，早期主要用于航空航天領(lǐng)域。由于CFRP骨架具有非常優(yōu)異的輕量化性能，如今許多汽車制造商開始將這種材料應(yīng)用于汽車生產(chǎn)，目前在這一應(yīng)用領(lǐng)域領(lǐng)跑全球的就是寶馬公司。寶馬對碳纖維材料的癡迷世人有目共睹，特別是在新能源汽車上大量使用了碳纖維復(fù)合材料，今天我們就來談?wù)剬汃R新能源車和碳纖維材料的“前世今生”。

“革命性設(shè)計(jì)”實(shí)現(xiàn)全新動力和排放平衡

在2007年前后的一次寶馬集團(tuán)未來發(fā)展戰(zhàn)略研究會上，經(jīng)技術(shù)專家詳細(xì)分析后，寶馬高層一致決定將“高效動力”作為寶馬未來主要的技術(shù)發(fā)展方向。符合歐盟節(jié)能減排政策需求的小型車顯然不符合寶馬始終追求“駕駛樂趣”的品牌初衷，因此電力驅(qū)動作為一種環(huán)保動力被寶馬選定為補(bǔ)充能源。經(jīng)過對諸多數(shù)據(jù)的研究分析，寶馬集團(tuán)認(rèn)為，真正的電動車不能是在傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)動力車型基礎(chǔ)上的再開發(fā)，必須按照電力驅(qū)動特點(diǎn)全新開發(fā)，龐大的電池體積和重量限制了以鋼鐵為車身材料的研發(fā)，寶馬的技術(shù)工程師決定采用一種“革命性的設(shè)計(jì)”來達(dá)成目標(biāo)，“i”品牌由此誕生。

寶馬i品牌問世不僅代表著寶馬在新能源領(lǐng)域的研究成果，其革命性意義在于憑借創(chuàng)新的車型設(shè)計(jì)及貫穿整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，重塑了人們對豪華車的認(rèn)識，引發(fā)了新一輪汽車工業(yè)轉(zhuǎn)型革新浪潮。和目前已經(jīng)問世的大多數(shù)新能源車型不同，寶馬i3和i8在充分展示其節(jié)能環(huán)保以及可持續(xù)發(fā)展理念的同時(shí)，也將寶馬品牌精神“純粹駕駛樂趣”發(fā)揮到極致，使這兩者完美結(jié)合。

作為寶馬BMW的子品牌，i目前有i3和i8兩款產(chǎn)品，前者是純電動轎車，后者是插電式混合動力跑車。在這項(xiàng)“革命性設(shè)計(jì)”中，寶馬推出BMWi新能源汽車專用的“LifeDrive”輕量化車輛架構(gòu)及以電驅(qū)動為核心訴求的eDrive動力系統(tǒng)。寶馬i8與i3都采用了“LifeDrive”模塊架構(gòu)，這種全新的設(shè)計(jì)理念將車身結(jié)構(gòu)包括Life和Drive兩個(gè)獨(dú)立的部分。

寶馬新能源，碳纖維材料，新能源車，碳纖維車身寶馬i8與i3均采用了“LifeDrive”模塊架構(gòu)Life代表的乘員艙結(jié)構(gòu)是其中的亮點(diǎn)。由于高強(qiáng)度且輕質(zhì)的CFRP碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在輕量化車身結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性與安全性方面性能遠(yuǎn)超其它材料，其早已應(yīng)用在F1賽車、航空航天領(lǐng)域，寶馬決定用碳纖維作為i系列的車身材料，以此來解決重量與動力之間的矛盾。Life結(jié)構(gòu)通過應(yīng)用CFRP碳纖維復(fù)合材料，大幅降低了車身的整體重量，同時(shí)車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性和操控性得以提升；Drive代表車身底盤，該承重部分主要采用了鋁合金材料，它集成有車輛的懸架、動力系統(tǒng)、電池以及傳動結(jié)構(gòu)等，這種特殊的結(jié)構(gòu)和材料也是寶馬專門為新能源汽車而研發(fā)。通過寶馬工程師開創(chuàng)的框架式車身、發(fā)動機(jī)后置、前輪電驅(qū)動、后輪內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動等“革命性設(shè)計(jì)”，寶馬i系列完美實(shí)現(xiàn)了全新的動力和排放的平衡。

寶馬i新能源汽車通過使用創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)和輕量化材料將大規(guī)模電池組所增加的車身重量很好的加以彌補(bǔ)，同時(shí)有效的增加了車輛的續(xù)航里程。對于消費(fèi)者來說，這意味著更好的操控性與更低的使用成本之間的完美結(jié)合。

匠心打造純電動寶馬i3碳纖維輕量工藝

寶馬新能源汽車的車身完全由DFRP碳纖維復(fù)合材料打造而成，作為汽車覆蓋件最理想的非金屬材料，DFRP復(fù)合材料強(qiáng)度是常見鋼材的10倍，重量卻只有鋼材的一半，比鋁合金輕30%，同時(shí)具有重量輕、彈性高、耐腐蝕、更堅(jiān)固等特點(diǎn)。制成的寶馬i3乘員艙僅需兩個(gè)成年男子便可輕松抬起，極其有利于提高汽車燃油經(jīng)濟(jì)性及電動車的電能利用率。

CFRP復(fù)合材料在減輕車身質(zhì)量的同時(shí)，也具有優(yōu)異的防撞性能，如寶馬i3已通過了嚴(yán)苛的E-NCAP測試，并獲得4星級的評定，即使取消了B柱，依然可以為車內(nèi)乘員提供足夠的保護(hù)。CFRP復(fù)合材料組裝成本低、投資小，避免了傳統(tǒng)車身的噴涂過程和相應(yīng)的環(huán)保處理及資金成本，同時(shí)在零部件整合、模塊性方面也具有優(yōu)異的性能。

寶馬i3乘員艙結(jié)構(gòu)整體采用的CFRP復(fù)合材料主要以聚丙烯腈的熱塑性紡織纖維為原材料，在一定的壓力和溫度下，轉(zhuǎn)化成比頭發(fā)絲還要細(xì)10倍直徑僅有0.007毫米細(xì)長的碳纖維絲線，由此制成的碳纖維織物再通過加工機(jī)械被切割成不同的形狀，經(jīng)熱處理或塑料粉末高壓粘合技術(shù)最終把這些板件加工為立體車身構(gòu)型。

寶馬車身用CFRP復(fù)合材料，根據(jù)樹脂種類的不同以及碳纖維品種、制成織物及短纖維等多種形態(tài)差異，最終得到CFRP特性也大不相同，僅是主要的中間基材及成型材料就有多種。這些基材及成型材料成型方法多樣，目前主流的成型工藝為RTM，即將樹脂注入到模具中浸潤增強(qiáng)材料并固化，該技術(shù)可以有效地降低設(shè)備及成型成本，數(shù)分鐘即可完成硬化，效率非常高。

與常規(guī)焊接車輛不同，i3車身所有部件都是通過一種寶馬與一化工企業(yè)聯(lián)合開發(fā)的先進(jìn)的粘合劑組裝到一起，該膠粘劑擁有快速硬化的特性，只需幾秒鐘即可固化。寶馬在核心連接點(diǎn)還配置了紅外線輔助加熱設(shè)備，固化時(shí)間進(jìn)一步縮短。最后，通過焊接工序進(jìn)行寶馬i3碳纖維框架和其他部件組裝，僅需要十個(gè)金屬緊固件以及膠粘劑，就能夠把i碳纖維車身與底盤、動力合體為一輛新車。

寶馬i3作為一款零排放電動車，通過采用碳纖維復(fù)合材料打造的車身，整車重量降至1255千克，完美解決了由于電池重量導(dǎo)致的車輛重量大增從而車輛駕控敏捷度降低的問題，并創(chuàng)造了百公里7.2秒的加速時(shí)間。

碳纖維帶來插電混動寶馬i8夢幻傳奇

寶馬i8從設(shè)計(jì)之初就被定義為一款兼具有跑車的動態(tài)行駛性能和完美能源效率的插電式混合動力跑車。寶馬在前期已積累i3豐富的研發(fā)和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，不斷在探索中降本增效，將大量CFRP復(fù)合材料寶馬應(yīng)用于i8車身，從而實(shí)現(xiàn)整車重量僅為1540公斤。

i8的生產(chǎn)流程與i3基本相同，乘員艙由多層碳纖維復(fù)合材料拼合而成，最大的特點(diǎn)是輕量化和高強(qiáng)度。通過采用類似于F1賽車中駕駛艙的單體橫造結(jié)構(gòu)由碳纖維復(fù)合材料構(gòu)成的設(shè)計(jì)模式，實(shí)現(xiàn)了車身的大幅減重。車頂同樣采用了碳纖維復(fù)合材料，與車身其它部位主要通過不同于傳統(tǒng)金屬車身焊接的粘接工藝結(jié)合，碳纖維車身與鋁合金底盤間則采用焊接而非傳統(tǒng)的螺絲鉚接。i8的內(nèi)飾采用了充分體現(xiàn)環(huán)保理念的再生材料，整個(gè)碳纖維生產(chǎn)以及i8整車組裝制造都基本實(shí)現(xiàn)自動化。

作為全球第一款LifeDrive模塊化結(jié)構(gòu)的插電式混合動力跑車，寶馬i8除了大量應(yīng)用碳纖維復(fù)合材料和鋁合金材質(zhì)，還應(yīng)用了BMW Twin Power Turbo增壓技術(shù)，能夠輸出高達(dá)170千瓦的最大功率和320牛？米的峰值扭矩，加上寶馬專為BMWi8開發(fā)的電機(jī)帶來的96千瓦最大功率和250牛？米的峰值扭矩，這款車成功實(shí)現(xiàn)了堪比高性能跑車的4.4秒零到百公里加速時(shí)間，歐盟標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)測試中的綜合油耗低至2.1升/100公里，CO2排放量為49克/公里，成功實(shí)現(xiàn)車輛輕量化和安全性。

寶馬i3和i8的上市不僅開創(chuàng)了碳纖維復(fù)合材料在量產(chǎn)車型大規(guī)模應(yīng)用的新紀(jì)元，也標(biāo)志著寶馬集團(tuán)業(yè)已成為目前唯一掌握車用碳纖維復(fù)合材料大批量生產(chǎn)和制造技術(shù)的廠商。

綠色能源降本增效延續(xù)可持續(xù)發(fā)展理念

面對讓許多汽車制造企業(yè)望而卻步的碳纖維高昂制造成本的難題，寶馬專注致力于降本增效，不斷在對碳纖維的探索應(yīng)用中積累節(jié)能減排的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，對可持續(xù)發(fā)展的重視和追求更是達(dá)到極致。寶馬在碳纖維復(fù)合材料生產(chǎn)和i系列新能源汽車制造中均使用綠色能源，負(fù)責(zé)碳纖維材料原材料生產(chǎn)的美國華盛頓摩西湖工廠全部采用水利發(fā)電，負(fù)責(zé)車輛制造的萊比錫工廠全部采用風(fēng)力發(fā)電，真正實(shí)現(xiàn)了二氧化碳零排放。萊比錫工廠與傳統(tǒng)汽車工廠相比，能耗降低50%，水資源消耗降低70%。

作為可持續(xù)發(fā)展的設(shè)計(jì)理念的重要組成部分，使用回收材料也是寶馬i系列生產(chǎn)中非常重要的一環(huán)，寶馬i8生產(chǎn)中使用的塑料、鋁合金大多采用可循環(huán)使用的材料，并且使用可再生能源制造。

這些舉措都有效助力寶馬i系新能源汽車制造成本的大幅降低，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)車輛制造產(chǎn)業(yè)鏈的可持續(xù)發(fā)展。

新能源是未來汽車發(fā)展的趨勢，寶馬作為德系豪車品牌突破傳統(tǒng)，引入全新汽車設(shè)計(jì)概念，將應(yīng)用于F1賽車上的碳纖維車身材料應(yīng)用于民用車，在不斷探索中以領(lǐng)跑市場的技藝傳遞著低碳環(huán)保的用車?yán)砟?，在車輛的降耗減排節(jié)能上發(fā)揮了巨大作用，不僅塑造和提升自身品牌價(jià)值，也將汽車行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展帶入新高度，更是推動了實(shí)現(xiàn)未來綠色交通和城市可持續(xù)的發(fā)展進(jìn)程。

寶馬新能源汽車的創(chuàng)新性設(shè)計(jì)很好兼顧了車身輕量化與車身強(qiáng)度的矛盾，但是拼接的車身結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度是否可以滿足實(shí)際使用需求，車輛售后維修成本和難度是否會受到影響，駕乘者的實(shí)際體驗(yàn)如何，后續(xù)蓋世汽車將繼續(xù)關(guān)注和解析。

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