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塑料這種材質(zhì)，在汽車上絕不算少見。
比如一坐進車內(nèi)，習慣性就上手敲敲中控臺，看看究竟是軟塑料還是硬塑料。
當然除此以外，車內(nèi)的各種大小零件，更是隨處可見塑料的身影。
但如果告訴你，塑料還被用在了汽車的部分結(jié)構(gòu)件，這你敢信嗎？
就比如一種名為“工程塑料+金屬材料”的混合結(jié)構(gòu)，最大的優(yōu)點當然是輕。特斯拉Model 3的前端框架就采用了這種材質(zhì)的“π”字型結(jié)構(gòu)，重量從鈑金材質(zhì)的5.2kg直接降到2.3Kg。
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對于Model 3這樣的純電動車型而言，類似“挖空心思”的偷輕減重手法，目的不僅僅在于降低車頭的荷載以提升操控，更輕的車重更能有效提升續(xù)航里程。
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前端框架的主要作用是固定中冷器、冷凝器等負責散熱的零件，當然有時還會用于固定大燈等其他配件。上圖便是前端框架與其對手件的裝配情況。
那有沒有可能更進一步，把工程塑料運用到更需要減重的部件上，比方說懸架呢？
畢竟懸架的輕量化，不僅有利于降低油耗或電耗，減小的簧下質(zhì)量可以帶來大幅的操控性提高。
只是這回輪到消費者犯嘀咕了。因為按照常規(guī)認知，塑料這種脆了吧唧的材質(zhì)，當真能代替金屬的活么？
工程塑料在汽車底盤上有哪些創(chuàng)新應用？汽車結(jié)構(gòu)件運用工程塑料這件事，主機廠其實干的挺低調(diào)的。一是因為消費者對工程塑料替換金屬件多少有些排斥，所以這些年廠家也一直在小心摸索，應用到量產(chǎn)車上的規(guī)模并不大；其次也是出于相同的原因，就算用了，也極少會大張旗鼓的宣揚。那暫且把這一做法的利弊放在一邊，先來看看都有哪些車型，已經(jīng)使用了這項新技術(shù)。Model 3的前懸上控制臂，采用的便是單層沖壓鋼板+內(nèi)部填充樹脂，優(yōu)點是相比于鈑金拼焊方案能減重30%。這種結(jié)構(gòu)應該是用高強鋼外包覆+“PA6+GF50”為主的復合材料，來自韓國日進和巴斯夫聯(lián)合開發(fā)。從實物圖能明顯看出，靠下一側(cè)采用了工程塑料，但在固定軸處還是傳統(tǒng)的鋼材。在2013北美車展上，雪佛蘭發(fā)布了超級跑車克爾維特C7 Stingray。C7最大的特色就是各種挖空心思的輕量化手段，除了采用全鋁車身，車門、翼子板、后護板等部位，還采用了比上一代更輕的碳纖維以及復合材料，成功減重17kg；而單是采用碳纖維材料打造的下控制臂，就減去了多達4kg的簧下質(zhì)量。克爾維特C7 Stingray采用的是雙叉臂前后懸掛，因此下控制臂的受力比上控制臂更大。接下來就是頗具話題性的理想One。這款車的前下控制臂，采用了高強鋼外包覆PA6+GF50為主的尼龍/玻纖復合材料，和特斯拉為同一供應商。其下控制臂重量僅為約3.2kg，和鋁合金下控制臂重量相當。理想One的前懸因為是傳統(tǒng)且常見的麥弗遜結(jié)構(gòu)，因此并沒有上控制臂。如果說以上的案例只在受到?jīng)_擊相對較小的上下控制臂做文章，那么沃爾沃的做法更具爭議性，因為他們采用了一種橫向纖維增強復合材料葉片彈簧，代替?zhèn)鹘y(tǒng)金屬螺旋彈簧。這款葉片彈簧由50%的玻纖增強材料和50%的聚氨酯原料構(gòu)成，新型葉片彈簧僅重3kg左右，減重接近50%。葉片彈簧的形狀看起來很像是扁擔，也就是連接左右懸架的綠色部分。而這根新奇的零部件，是由本提供玻璃纖維的特勒公司和提供聚氨酯的漢高公司聯(lián)合開發(fā)。豪華車用板簧大概已經(jīng)刷新很多人的認知，但除此以外，其實個別超跑也會使用類似的結(jié)構(gòu)。在沃爾沃之前，克爾維特就是忠實的板簧愛好者。從C5開始到C7，其減振原件都是這種橫向的葉片彈簧式設(shè)計，且前后均為板簧。以沃爾沃S90為例，因為板簧比螺旋彈簧輕，相當于降低了簧下質(zhì)量，懸掛系統(tǒng)得以具備更好的動態(tài)響應。另外板簧還有效降低了汽車振動，改善了NVH性能，同時還讓后備箱空間變得更大。只是這些優(yōu)勢并不足以打消消費者的疑慮，畢竟“塑料”這個詞多少會讓人有些發(fā)怵：它的強度會不會減弱、抗疲勞能力和抗撞擊能力又能否達標？再拿控制臂舉個例子，眾所周知，這類零件是要做疲勞壽命耐久測試。比方最常見的測試方法：載荷力F2=6.82KN，試驗頻率f=2Hz。疲勞壽命限值次數(shù)不得小于30萬次，試驗后不允許出現(xiàn)大于10mm裂紋，樣件能正常加載且不失效。而以實際的測試結(jié)果來看，塑料+鑄鐵的抗疲勞能力的確會減弱。其實連特斯拉之前都沒敢這么用，Model S和Model X的上控制臂是雙層沖壓鋼板。Model 3作為新車型，新車狀態(tài)下普通消費者或許不太能直觀感受到差別，但五六年之后的確是個潛在問題。相比于上控制臂，下控制臂的受力會更大。比如理想ONE，前麥弗遜懸架只有下控制臂；加之這臺車的重量高達2270kg，所以抗疲勞能力如何很值得關(guān)注。在下控制臂的控制標準中，有一項靜強度測試，測試方法和要求如下所示。測試過程中，需要在上圖的F1~F4四個方向，對擺臂施加力。就筆者接觸到的，鋁合金的下擺臂普遍能做到要求的100%~150%水平；但由于未能接觸到實際案例，工程塑料打造的下擺臂有何表現(xiàn)不得而知。不過理想ONE的官方宣傳里倒是提到過，“這種復合材料打造的下控制臂其強度甚至要稍高于鋁合金?！?/span>沃爾沃也曾宣稱，“疲勞壽命，葉片彈簧是螺旋彈簧的1.5倍?！?/span>只是略顯可惜的是，廠家沒有公布或者宣傳更多的技術(shù)細節(jié)，釋放更多測試細節(jié)，也難怪消費者會對這種新型材料有所疑慮。由于沒有數(shù)據(jù)支撐，下面的討論僅是拋磚引玉，歡迎大家爆料更多的資料，豐富今天討論的話題。就發(fā)展趨勢看，汽車底盤用料確實在朝著輕量化方向發(fā)展，比如早期的控制臂多采用鑄鐵、鑄鋼或鋼板沖壓焊接制成。隨著計算機輔助設(shè)計與制造技術(shù)的提高，鋁合金在強度上的劣勢可以被經(jīng)過優(yōu)化的造型和制造技術(shù)彌補，在中高端車型市場，鍛造和鑄造鋁合金控制臂正在逐步替代鋼和鑄鐵控制臂。“工程塑料+金屬材料”的混合結(jié)構(gòu)則是更進一步，確實是很有創(chuàng)造力的展現(xiàn)。不過對這些材料的應用，筆者持開放、但稍不樂觀的態(tài)度。首先這種產(chǎn)品對工藝和結(jié)構(gòu)設(shè)計水平要求很高。比如上文提到的PA6和GF50混合結(jié)構(gòu)，“PA6”是尼龍的一種，介紹是說它有著比較好的機械強度、剛度、韌性和耐磨性，常常用于機械結(jié)構(gòu)零部件；“GF50”代表了玻纖含量為50%，加入它的目的是增強機械性能，不過玻纖百分比越大強度也越大，但材料的韌性就會變差。至于結(jié)構(gòu)設(shè)計更是不用說，工程塑料與鋼板的配合如何達到最佳狀態(tài)要反復的仿真和實際測試。就筆者接觸到的塑料前端框架產(chǎn)品，行業(yè)內(nèi)的結(jié)構(gòu)設(shè)計水平就層次不齊。此類非安全件表現(xiàn)尚且如此，懸架件的表現(xiàn)多少讓人擔憂。而鍛造和鑄造鋁合金工藝技術(shù)已經(jīng)成熟，整體質(zhì)量表現(xiàn)更穩(wěn)定。加之懸架結(jié)構(gòu)的重點，在大部分人看來，舒適性、駕控感還是得排在穩(wěn)定性和耐久性之后。現(xiàn)在看來，工程塑料作為懸架結(jié)構(gòu)使用還有很大阻礙，這來自于消費者的不信賴，也和新技術(shù)的不透明、市場不夠成熟有關(guān)。值得肯定的是，汽車發(fā)展到現(xiàn)在，底盤懸架結(jié)構(gòu)基本定型，想要大刀闊斧減重已經(jīng)很難，只有在細節(jié)處找辦法；但用腳投票的話，筆者還是站傳統(tǒng)模式這一邊，至少在現(xiàn)階段，還沒必要去冒險越過危險線。添加AL頻道二管家（alpindao2）留下聯(lián)系方式哦~
