Facebook 登入


  • 廣告版位

    網頁測邊

汽車6大科技車體材質-更輕更強的碳纖維

HyperCar的最愛

碳纖維特殊製程

看完了木材、鋼材與鋁合金材質所製成的車體結構以後,接下來就要看看目前屬於頂級超跑HyperCar才會使用到的碳纖維單體式車架,而說起來也還真是有趣,看似相當柔軟的碳纖維布,透過加熱塑形與高壓製程所生產的碳纖維,不僅強度比鋼材高4倍,重量更是比鋁合金還要輕,同時還能夠保有一定的韌性,而重量方面更只有金屬材質的1/4,因此能夠有效大幅控制車體重量。

目前屬於全球最頂尖的超跑品牌如McLaren、Pagani、Bugatti、Koenigsegg,早就已經將碳纖維列為車輛打造時的標配了。

不過雖然碳纖維具備高強度與重量輕的優勢,但是礙於製程難度高導致生產的成本高於金屬材質,因此初期使用範圍僅限於航太或者頂尖賽事,而真正將碳纖維技術下放至市售車款的首例就是McLaren F1,由於1988年當時的設計師Gordon Murray大膽向McLaren提出以F1方程式的設計概念用來打造Supercar,前所未有的創舉不僅成功開啟量產超跑採用全碳纖維製作工法,相當先進的技術與製程更是開啟許多Supercar製造商跟進使用,目前市面上最頂尖的HyperCar都必須具備碳纖維單體式車架才有資格。

為了躋身頂尖超跑的行列,對此英國品牌Aston Martin特別推出One-77以展現自家車廠的實力。

做為首家投入碳纖維單體式車架的超跑品牌McLaren,雖然在當時是相當大膽的技術突破,但是也讓往後各大超跑品牌紛紛採用相同手法。

對於重量錙銖必較的超跑而言,任何能夠減輕車體重量的部件都要輕,因此目前已有少數車款開始採用碳纖維輪圈。

Lexus LFA慢工出細活

日本唯一碳纖維座艙

提到了碳纖維單體式車架,最先讓人聯想到的肯定不外乎當代最具代性的HyperCar,而動輒將近上億的身價可真是相當嚇人,不過向來以追求性能兼具平價的日系車廠也同樣有代表作Lexus LFA,雖然在售價、外型或性能上頂多只能算是Supercar,但是為了有效控制車重而採用Carbon Fibre Reinforced Plastic(CFRP)的碳纖維強化塑料,不僅重量能較鋁合金材質減少100kg,高剛性車身也足以應付極端激烈操駕。

 

汽車6大科技-車體材質-鋼材演進強度UP

應用材料學的進化

鋼材演進強度UP

自從1886年首輛汽車正式由兩位德國工程師朱卡爾·木茨與戈特利布·戴姆勒量產問世以後,無論是內燃機、車身外觀、車體結構與安全科技等配備就開始展開不斷的演進,時至今日在長達130年的歷程中也讓我們能夠有機會了解車體結構與應用材料的改變。

首先最早使用在汽車結構的主要素材其實就是木材與部分金屬鋼管,由於當年引擎可輸出的馬力仍相當低,因此車身結構只要能夠應付路面所帶來的衝擊已經很夠用了,不過隨著引擎科技的進步,加上引擎重量的負擔加大,為了能夠獲得更好的車身結構強度,因此選用金屬材質的比例也逐漸提高,但是礙於當時鋼材取得的成本偏高,加上重量負擔對於車輛有相當大的影響,因此一開始是先以錫片壓模,再進行焊接與組裝,有效降低生產成本也控制車身重量,直到後來福特T型車的大量生產才有機會逐步採用合金鋼材。

隨著造車工藝的演進,極為陽春的汽車逐漸變得稍稍豪華與舒適,不過能夠用來打造車體的材質還並未使用到強度更高的鋼材。

高價汽車逐漸普及化

福特T型車最大功臣

早期的汽車由於始終無法大量快速生產,因此售價方面更是讓人高不可攀,汽車幾乎等同於有錢人的身分象徵,直到1908年由美國福特亨利所開創的汽車生產線才開始量產汽車,不僅售價方面能夠更為親民,實際所生產的T型車更是在1908年到1927年一共銷售有多達1500萬輛,創下對於汽車產業相當大的變革,至今仍是全球公認最有影響力的車型。

 

雖然整體構造真的很陽春,但是能夠看到全世界第一輛的汽車仍舊吸引許多車迷從旁欣賞。

由於鋼材隨著量產汽車的增加而逐漸普及,因此後來才會由手動敞篷車變成更能遮風避雨的座艙式樣。

除了車體結構與科技配備逐漸進化以外,對於外觀上的改變更是趨近於流暢車身線條設計。

汽車6大科技車體材質-輕盈高強度的鋁合金車體

重金打造鋁合金車體

輕盈高強度就是屌

然而隨著汽車的科技不斷演進,想要提升性能表現,除了不斷壓榨引擎的輸出功率以外,如何有效減輕重量負擔其實也是直接而有效的方法,畢竟傳統鋼材過於笨重的重量負擔,不僅不利於引擎的效能,所能夠提供車輛的高剛性也是不及鋁合金,而受惠於鋁合金應用材料的技術突破,Audi便著手投入研發擁有輕量化與高剛性的鋁合金車體,因此在1991年德國IAA法蘭克福車展及日本東京車展,Audi便率先推出Audi quattro Spyder及Avus quattro兩款概念車。

全世界第一輛採用鋁合金高剛性車身結構的量產車就是第一代的Audi A8,一口氣將車重減輕多達100~150公斤。

極為大膽性的突破創舉,不僅讓Audi在1994年發表了全球第一款鋁合金高剛性車身結構的量產車第1代Audi A8,同時面對同級的競爭對手更能減少100~150kg的重量有助於油耗降低,而車體剛性也提高60%,雖然截至今日仍只有少數豪華房車採用全鋁合金的車體結構,不過許多車廠紛紛改以鋁合金材質取代部分底盤機件以減輕重量。甚至在後來的應用材料學進化之下,配合結構補強技術的進步,透過不同材質的鋼材來達成輕量化與高剛性的車體目標。

礙於成本與科技上的考量,目前仍只有部分高級豪華房車如Audi、Jaguar與Land Rover會採用全鋁合金式車體。

雖然全鋁合金式單體車艙的造價成本相當高,不過像是合金輪圈或底盤支臂等機件也逐漸成為市售車輛減輕車重的選擇。

受惠於應力的計算加上車體補強技術的進步,透過部分強化鋼材就能達到高強度車體結構所需,藉此減輕重量負擔。

抗衡歐系Supercar

東瀛超跑Honda NSX

向來追求性能與操控至上的日本車廠Honda,當年為了力抗歐系超跑如Ferrari 328或348等競爭對手,因此在1990年便推出了東瀛超跑NSX,除了外觀上採用流線型的跑車線條,透過鋁合金及鍛造技術不僅成功打造出全鋁合金的車體結構,車身重量也較以往鋼材能減輕高達200公斤,另外加上大量零件同樣採用鋁合金,因此最終車重能控制在1350公斤。