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汽车达人秀(36) 奥迪的玻璃纤维弹簧

2014年08月08日 03:00:00
来源:凤凰汽车 作者:李志

凤凰汽车达人秀 先是全力宣传创新的激光大灯,然后又高调宣布加入谷歌的OAA联盟,并推出了概念性的平板电脑...奥迪汽车这是要进军IT行业吗?显然不对,他们还是一家标准的汽车厂商,并且还在专注着汽车机械技术本身,这一期《汽车达人秀》我们会一起聊聊奥迪推出的玻璃纤维(GFRP)弹簧,德国人与意大利人合作的产物,这很有意义。

什么是《汽车达人秀》?

《汽车达人秀》是由凤凰汽车出品的一档汽车新技术解读栏目,这里有最前沿的汽车圈时尚科技,这里也有机械制造领域里的点点滴滴。我们喜欢精美的图片和详实的文字,我们讨厌杂乱的数据和枯燥的说教。凤凰汽车的技术解读栏目,每周五如期上线 。

超级枯燥,但我们有必要知道GFRP是什么

GFRP是什么?首先它与我们无线上网用的GPRS(通用分组无线服务技术)无关;然后它与我们导航用的GPS(全球定位系统)也无关。实际上,它是一种人造化学材料的名称——玻璃纤维增强聚合物(glass fiber-reinforced polymer,简称GFRP),有时候我们也俗称它为“玻璃钢”。与碳纤维增强聚合物(CFRP)的物理属性相似,这种玻璃纤维聚合物也是以环氧树脂(EPOXY)为基材的。不懂没关系,举个实际应用的例子:很多制造工厂的地面上都会铺有一层光亮的“绿皮”材质,它就是用环氧树脂类材料制造的,还有很多电子线路板的生产也离不开这种材质。就环氧树脂本身来说,它具有电绝缘性好、物理特性稳固、易于加工等诸多优点。

相比之下,玻璃纤维我们应该更熟悉一些,这是一种很好的金属替代材质(别总想着啤酒瓶的样子),它具有绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好,机械强度高等等优点,但缺点也很明显:耐磨性差且特性生脆,不过聪明的科学家们发现把这种材质抽丝后,就可以即保证其坚固特性又能赋予柔软性,再配合树脂类材质塑形,于是物理特性优秀的玻璃纤维增强聚合物(GFRP)就这样出现了。它不是金属,也不能完全等于塑料。

德国奥迪推出的玻璃纤维弹簧和意大利人有关

其实“玻璃纤维”弹簧并不算什么顶尖新技术,首先,工厂大批量生产玻璃纤维树脂已经有几十年历史,然后,奥迪早在2011年其实就提出了用这种材质生产汽车减震弹簧的概念,并在2012年的巴黎车展上应用到了一款名为Crosslane Coupe Concept的概念车上。只是人们当时更关注了概念车的造型本身,而忽视了这一技术亮点,具体到GFRP弹簧的研发生产层面,奥迪的合作伙伴是意大利汽车零部件设计兼生产商索格菲(SOGEFI )集团,相应的,索格菲集团也是这项专利的持有者。

和传统钢制弹簧相比,玻璃纤维弹簧牛在何处?

一个字回答:轻!与普通的钢制弹簧相比,玻璃纤维弹簧最大的优点就是轻,不是轻一点,而是轻很多。举个例子:奥迪A4的前悬挂系统中钢制弹簧每个重量约2.7公斤,换成纤维树脂材料后仅重约1.6公斤,也就是说,整体减轻了40%以上的重量,一辆车上4根GFRP弹簧大约共减重4.4千克,这其中的一半是属于簧下质量。我们知道,对于一辆汽车的操控性和舒适性来说,簧下质量更低是非常有意义的,最简单的例子:很多性能车型的悬挂下摆臂都是采用的轻量铝合金材质,而不是普通的钢制件,意义就在于此。

其实不仅仅是更轻的质量,从外观上看,这种弹簧直径比传统弹簧略大,但弹簧卷数减少了。另外,应用玻璃纤维弹簧也可以更加方便车辆的调校。这要从玻璃纤维弹簧的生产过程说起:玻璃纤维弹簧的芯轴直径其实只有几毫米,由长玻璃纤维组成,内部灌注了环氧树脂(epoxy resin)材料,更多的玻璃纤维则以正负45度的方向包裹在芯轴上。这样,玻璃纤维的压缩层就会形成相互支撑,以充分吸收作用在弹簧上的压力。在最后的生产阶段,坯件将在温度高达100摄氏度以上的烤炉中进行加工,这个过程中,可以更方便对弹簧拉伸和压缩负荷值进行精准调校。同时,这种弹簧也要比传统钢制件具有更好的耐腐蚀性,更重要的,生产过程的能耗也会更低。

用“塑料”替代金属,不会每次保养汽车还换弹簧吧

必须不会,装配玻璃纤维弹簧的奥迪R8 e-tron已经在2012年公开亮相。目前这项新技术产品正在进行长时间道路测试,同时完成了试验台上进行的马拉松式测试循环,每次循环都要对弹簧施加相当于普通驾车者驾驶大约30万公里时产生的负荷。实践证明效果它并不比金属材质的耐久度更差,而随着生产技术的提升,玻璃纤维弹簧的载荷量将随之提高,弹簧的长度、直径和线圈数量也更加容易控制,应用前景是非常光明的。到2014年年底,玻璃纤维弹簧将被首先引入到奥迪的中大型车上。

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