理想汽車下擺臂用塑料件,到底是簡配還是高配?

2020-12-14 騰訊網

最近微博上很多人討論理想汽車下擺臂用塑料件,一些人認為這是簡配,為了省成本已經不顧車主安全了;但也有人覺得不必大驚小怪,這是特殊複合材料,非普通塑料可比,而且成本比金屬材料還高。

關於這兩種說法各有各的理由,但筆者認為,後一種可能更理性一點。

可能很多小白不明白「下擺臂」是什麼,這麼說吧,我們平時所說的斷軸,其實就是斷的下擺臂。下擺臂連接著懸架與輪胎,是車身的主要支撐機構。當然,前下擺臂還承擔轉向功能,雙重壓力下更容易斷裂。

而一般擺臂材料常用的是雙層衝壓鋼板,好一點的車型會採用鑄造鋁合金,一些運動型車輛、豪華車甚至採用鍛造鋁合金。

至於把如此重要的零部件材料換成塑料,聽起來確實有點嚇人,它能撐起理想近兩噸重的車身嗎?壽命怎麼樣呢?

其實這些問題工程師早就替你考慮到了。

首先我們要明白這個塑料非普通塑料,而是Hybrid Control Arm,簡單來說就是金屬複合材料控制臂,從韓國進口而來。

擺臂由複合材料包裹高強鋼,就像韌帶附著在骨頭上,既增加了整體強度,也彌補了金屬韌性的不足。

而複合材料主要成分則是PA6(尼龍)+GF50%(玻纖)。

玩過RC汽車模型的就知道,尼龍的優點很多,強度高,韌性好,耐腐蝕、易加工、輕巧、自潤滑。

但尼龍的缺點也明顯,剛度略遜於金屬,拉伸強度、彎曲強度等也會隨著溫度和吸水率的升高而降低,同時低溫脆性大。

所以工程師在其中加入了玻纖材料來提高PA6的性能,玻纖太少起不到加強作用,太多加工時的流動性不好材料發脆。

而理想下擺臂的複合材料採用的是巴斯夫的專利技術,基材為PA6,加入50%的GF。從下圖可以看出它在熱脹冷縮方面的性能,膨脹量介於鋁合金和鋼之間,收縮量小於鋁合金,可以說很穩定,受溫度影響很小。

至於強度和壽命怎麼樣?我從理想官方那裡拿到一些數據。

產品強度上,複合材料側向屈曲可以做到 100KN以上,約相當於7倍的理想one的滿載前軸載荷,同等邊界下的鋁擺臂約在70kN左右。

據說這個擺臂內部加強筋是通過巴斯夫專用CAE工具Ultrasim開發,可以按照設計需求強化任意點結構,完全無死角,這是金屬材料工藝無法做到的。

耐久上暫無明確對比,但理想方面表示,進行了多輪的臺架和路試驗證,可以實現整車全生命周期。對於材料本身,其熱變形係數接近於鋼材質,在 120℃環境下,存放 11 年其機械性能基本沒有什麼損失;低溫下(-30℃)材料本身抗拉強度會提升 45%。

其實在量產車上使用塑料擺臂也不是理想開的頭,此前特斯拉從Model X到Model 3,一直在使用塑料前上叉臂,這麼多年沒聽說因為強度出問題,反而是鋁合金擺臂出現過斷裂的情況。

科爾維特C5-C7跑車的葉片簧也是複合材料造的,用了20多年;還有最新的 Volvo Xc90/s90等,所以材料穩定性、抗老化性能以及適應環境的能力基本不用擔心。

甚至你還可以去找找外圍資料例如飛機機翼材料,空客A380的中央翼盒就使用了複合材料,後來B787和A350飛機甚至在機翼主要結構上採用碳纖維複合材料,也可以歸為塑料一類。

那麼採用複合材料下擺臂有哪些好處呢?

首先是降低簧下質量,汽車設計中一直有種說法叫「簧下一公斤簧上十公斤」,就是說簧下質量減輕一公斤效果相當於簧上質量減輕十公斤,當然或許有誇張,但它依然說明了減輕簧下質量的重要性。

尼龍與鋁合金材料的密度比1.2:2.7,即使尼龍用料更多,重量依然輕於傳統金屬材料。較小的簧下質量可以讓汽車懸架反應更迅速,有利於提升車輛動態性能。

同時,從下圖可以看出,相比鋁合金,複合材料可以在震動衰減時間上縮短2-3倍,有利於提升車輛舒適性。

其次,複合材料下擺臂擁有更低的球銷力矩(傳統的為5~10Nm,複合材料可以降低到 0.5~4Nm),可以降低懸架內摩擦,為駕駛者提供更輕盈的手感。

此外,下擺臂集成了轉向球頭,包裹性也更好,不容易脫出。唯一需要考慮的是它的維修費用,一旦球頭損壞可能需要連同擺臂一體更換。

最後還有一個好處耐腐蝕,可以很好地避免傳統電泳鋼擺臂受到碎石衝擊造成的漆膜破損問題。廠家提供了一張路測兩萬公裡的理想ONE的下擺臂照片,它看起來除了有點髒以外,幾乎沒什麼磨損和傷痕。

至於成本,複合塑料成本真的會低於金屬材料嗎?

其實一點都不便宜,參考市場價格,鋼板大概6元/kg,鋁合金14元/kg,PA6要20元/kg,PA6+GF50要50元/kg。

當然,有人說複合材料加工成本低於金屬,此外複合材料密度低,重量輕,所以材料成本也低。目前沒有明確的數據表明誰成本更高,但理想方面表示,複合材料下擺臂成本要高於目前的鋼製衝壓和普通鋁合金鑄造件,但是比鍛造鋁合金件還是便宜一些的。

最後,你可能還想問,既然複合材料有這麼多優勢,為什麼豪華車不採用,例如勞斯萊斯,它們完全不用考慮成本。

你懂不懂什麼叫金屬質感?畢竟再高檔的塑料也是塑料,特別當它與普通塑料完全看不出差別的時候……

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