“造车就要把好钢用在刀刃上” | 《汽车实验室》

汽车对新材料的应用一直走在前列，如何有选择性地采用重量轻、强度高、耐久性强的材料，是精益求精、权衡取舍的历程。麦格纳与福特、通用都有合作，将碳纤维复合材料用于车辆制造，提高车身强度的同时减轻了车重。
 

造车就要把好钢用在刀刃上，
 

这个“好钢”是碳纤维
 

什么是制造车身的终极好材料？这个答案必定是碳纤维。

碳纤维（carbon fiber，简称CF），它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材，含碳量在95%以上的高强度材料。

 

 

为什么民用车很少会提起碳纤维，因为贵嘛！碳纤维不仅材料贵，还因为它的生产工艺复杂导致产量不足，必然不能代替传统的钢材和铝合金。碳纤维造价为每千克至少要20美元，相比之下传统的钢制材料造价不到每千克1美元。

 

迈凯轮超跑是全系碳纤维单体壳

即使是售价数百万元的超级跑车，也不会全部采用碳纤维。例如法拉利近年整车采用的只有LaFerrari，而488 GTB级别的车体只能给你铝合金了。所以你想像一下，普通民用车真的不可能给到你多少碳纤维，可能康师傅牛肉面里的牛肉都比这个多。

不过现在有了一种新的造车思维，既然碳纤维又昂贵但又超级好用，那可以有选择性地在关键的部位少量使用，这样可以起到“好钢用在刀刃上”的作用，又能把成本控制在一个可接受的范围内。

那么车身什么地方需要用到碳纤维这种“好钢”？

车身A、B、C柱等结构加强件

在新一代7系的车体框架中，碳纤维被有限地用于最重要几个地方：加固车顶横梁结构以及B柱和C柱、底部侧围、中央通道和后部支撑，这些部件以往只能用高强度钢材打造，换成钢和碳纤维混合结构后直接减轻50%以上重量，而且强度是钢的7～9倍，最终7系比上一代减轻了130kg重量。

 

宝马7系车架上的碳纤维加强件

碳纤维除了减重，还明显复优化了7系的车身刚性，经过碳纤维加固的B柱不会因为冲击而变形，而且由高强度钢和碳纤维混合使用后会分散冲击力，提升了车辆的安全性能。

连接悬架和车身的副车架

所有运动型和豪华型车中，副车架的作用非常重要，这种放置在底盘最下层，主要负责连接引擎、悬挂和车身的部件。副车架是整车构造中的一大关键部件，旨在提高车辆强度，防止碰撞变形。

曾经有车厂寻求用铝合金代替钢材来打造副车架，这样可以大幅度降低重量，但后来发现铝合金强度还是不足够，最后不得以又用回了钢材这种笨重的材料。

于是终于有人想起了碳纤维。

福特和麦格纳合作开发的碳纤维副车架

早些时候，福特与麦格纳合作，研发出一款全新的碳纤维复合材料副车架，相较于钢质冲压件，可使车重降低34%。

这款原型副车架样件使用2个模塑件和4个金属零部件替代了此前由45个钢制件制成的副车架，减少了高达87%的零部件使用量。其中，模塑件通过粘结和结构型铆钉连接固定。

在底盘应用中使用碳纤维增强复合材料，对降低车重的非常有优势，但技术挑战也非常大。例如两家公司引入算机辅助工程（CAE）来进行研发，但由于CAE分析无法实现对车辆耐腐蚀性、抗石击实验以及螺栓载荷保持能力的评定，所以仍然需要进行大量的实际测试。

 

凯迪拉克CTS-V及其碳纤维的引擎盖

事实上美国车企对新材料的应用一直走在前列，例如近年在轻量化方面颇为成绩的通用。早在几年前，麦格纳就为凯迪拉克CTS/ATS-V车系推出一款碳纤维引擎盖，之后又为福特野马谢尔比眼镜蛇GT500打造一款碳纤维格栅口加固件。

福特野马谢尔比眼镜蛇

电池无法减重，碳纤维是电动车的最好材料

碳纤维这东西自从1981年被迈凯轮引入到F1赛车后，直到今天仍然是赛车和超级跑车最佳的制造材料。以F1赛车为例，除了引擎等极少数部分不得不采用传统金属外，在能够使用碳纤维的地方都大量采用。

保护车手安全性的单体壳、车身壳体、悬挂部件，甚至是变速箱外壳等等，都采用了这种世界上最好的造车材料。

宝马i3电动车全碳纤难车架

现时新能源电动车流行，但技术上依然无法解决电池组的重量问题，为了减重只能在车身材料上作文章，于是轻量化又能支撑较重车身的碳纤维又成来最好材料。

宝马一早已经这样干了，之前在i3电动和i8混合动力车型中，碳纤维首次成为车身架构的主要材料，宝马甚至计划将碳纤维的应用于更多车型，以便全面减轻车身重量。