日前,奥迪汽车公司宣布为其A6旅行版车型推出了全新的玻璃纤维增强型复合材料(glass-fiber-reinforced polymer,GFRP)减震弹簧。与其他汽车生产厂商相同的是,奥迪汽车公司一直以来都在努力研发应用新材料,其主要目的就是为了降低整车重量、提高车辆工作效率、增强外观美感以及实现节能减排等,以上也正是所有汽车生产厂商一致的追求目标。奥迪汽车公司此次全新玻璃纤维增强型复合材料减震弹簧的成功推出,其主要是来自于奥迪汽车公司对细节的关注以及富有想象力的产品应用,以上也正是奥迪汽车公司此次并未采用高成本外来产品的原因。
奥迪汽车公司的最新一代A6旅行版车型,其在2014年10月份刚刚上市,其搭在了2.0升TDI ultra发动机。同时,该奥迪A6旅行版车型还配备有全新的玻璃纤维增强型复合材料减震弹簧,该全新减震弹簧取代了之前采用的传统钢结构减震弹簧。通过以上全新玻璃纤维增强型复合材料连续玻璃纤维的应用以及聚酰胺6在成型材料方面的应用,奥迪A6目前采用的复合材料减震弹簧较之前的钢结构减震弹簧相比,前者可以减重约50%。
赛车用玻璃纤维增强型复合材料减震弹簧
奥迪汽车公司新推出的螺旋弹簧大约可以减重40%。通过与意大利公司索格菲(Sogefi)的研发合作,奥迪公司此次推出的全新玻璃纤维增强型复合材料减震弹簧的外径与之前采用的钢结构弹簧相比要略大一点。同时,全新减震弹簧的圈数也相对更少一些。
以上全新玻璃纤维增强型复合材料减震弹簧是由长丝型的玻璃纤维绞合在一起并在其表面涂覆环氧树脂而得到的。同时,在中心玻璃纤维表面还将涂覆附加的玻璃纤维,这些玻璃纤维将沿着弹簧的轴向轴线正负45°交替分布。
奥迪公司表示以上全新玻璃纤维增强型复合材料减震弹簧中的复合材料薄片可以相互之间协同工作,这样一来该弹簧就可以根据动作需求而进行精确的调整,在这一点上以上玻纤弹簧与之前采用的钢结构弹簧是一致的。
车辆减震弹簧采用以上玻璃纤维增强型复合材料还有一个优点,那就是全新复合材料的弹簧具有非常强的抗腐蚀性。据称,以上浅绿色的全新玻璃纤维增强型复合材料减震弹簧可以有效抵抗车轮清洁剂等类型化学品的腐蚀。
以上全新材料减震弹簧的生产过程所需要消耗的能量也相对更低。奥迪公司表示一个传统的钢弹簧重量可以达到2.7千克(约合6磅),而以上复合物弹簧的重量仅有1.6千克(约合3.5磅)。通过以上全新合物弹簧的应用,奥迪A6旅行版车型在减震弹簧这一方面就可以使得车辆整体减重4.4千克(约合9.7磅),以上减重部分的重量相当于减震系统非弹簧部分重量的一半。因此,通过以上全新复合材料减震弹簧的应用不仅可以为车辆节省一正一反双份的重量,而且还可以改善车辆的行驶状况,使得车辆的悬挂系统可以根据实际路况更加精确地做出反应。
应对外界各种环境
奥迪汽车公司技术研发部门负责人Ulrich Hackenberg教授兼博士认为以上复合材料减震弹簧恰好位于车辆悬挂系统最为关键的位置处。“正是由于减震弹簧所处位置的重要性才使得我们此次推出的复合材料减震弹簧可以更加精确的对驾驶工况做出反应并提高了车辆的振动舒适性能”。
奥迪汽车公司悬架系统研发部门专家Christoph Bayerlein补充道:“以上玻璃纤维增强型复合材料具有非常高的强度,从而由以上材料制成的减震弹簧强度也将非常高。因此以上复合材料减震弹簧可以承受一般钢弹簧所不能承受的外力腐蚀破坏。在应用到车辆后减震弹簧将不可避免的受到来自外界的各种挑战,其中飞溅的石子在撞击传统的减震钢弹簧时会使得钢弹簧表面的防锈层脱落,而在长时间的腐蚀条件下传统的钢弹簧将会发生疲劳破坏。而以上玻璃纤维增强型复合材料减震弹簧就不会发生以上情况,其主要原因是构成以上复合材料弹簧的主要材料玻璃纤维并不是直接裸露在外面,其表面还将涂覆一层厚度为1.5毫米的环氧树脂层。因此,在以上玻璃纤维增强型复合材料减震弹簧表面受到一定程度损伤时其也不会发生疲劳破坏。”
以上玻璃纤维增强型复合材料减震弹簧之所以会选择应用在奥迪A6旅行版车型上,其主要原因在于奥迪A6旅行版车型应用该全新复合材料减震弹簧可以非常直观的显示出以上新材料技术所能带来的减重成果。同时,Christoph Bayerlein对此还表示:“我们之所以选择奥迪A6旅行版车型还考虑了以上玻璃纤维增强型复合材料减震弹簧目前所能达到的供应量。就目前而言,以上玻璃纤维增强型复合材料减震弹簧所能达到的供应量恰好与奥迪A6旅行版车型的供应量相同。在未来我们将大幅提高以上全新复合材料减震弹簧的应用范围。”
目前,奥迪汽车公司每年生产的钢弹簧数量达到了3400万。对此,Christoph Bayerlein表示:“虽然以上玻璃纤维增强型复合材料减震弹簧的项目对于整个奥迪公司来说是一个很小的研究项目,但是我们奥迪公司对该技术的未来应用是非常感兴趣的。尤其是通过以上全新复合材料的应用,未来的减震弹簧将不再有任何的限制应用条件。其作为车辆减震系统重要的一部分,其可以应用到车辆前轮以及汽车后轮的减震系统中。在未来,以上全新复合材料减震弹簧将可以应用到奥迪全系项目车型中。”

奥迪汽车公司推行的所谓“超级(ultra)”的设计主要集中在最新技术的应用上,其中所采用的技术主要涉及轻量化结构设计和发动机优化设计。玻璃纤维增强型复合材料减震弹簧项目是由奥迪汽车公司和Allevard Rejna公司联合合作完成的。Allevard Rejna公司作为索格菲(Sogefi)集团的一部分,其每年用于研发的费用都占到了公司总收入的3%。索格菲公司表示以上玻璃纤维增强型复合材料减震弹簧已经成功申请专利,而且与普通钢弹簧相比其重量可以节省将近70%。以上玻璃纤维增强型复合材料减震弹簧主要设计用于轿车和轻型商用车中,而且其并不会改变车辆原有的悬架系统结构,同时每辆车还可以因此减重4-6千克(约合8.8磅-13.2磅)。除此之外,以上复合材料减震弹簧的应用还可以大幅降低车辆非弹簧部分的重量。以上全新复合材料减震弹簧所能带来的减重量之所以会有所不同,其主要是由车辆之间的差异性以及车辆减震弹簧设计结构不同所决定的。
除此之外,以上玻璃纤维增强型复合材料减震弹簧与传统钢弹簧相比,前者生产过程中所产生的二氧化碳排放量也可以大幅降低。索格菲公司首席执行官Guglielmo Fiocchi表示:“在目前的汽车行业内,要想对车辆实现减重并提高车辆的工作效率很大一部分取决于汽车零部件企业。”
A6复合材料载体
奥迪A6所采用的复合材料信息娱乐系统不仅实现了减重的目的,而且其功能还非常强大,其配备有放大器和可选装的电视调谐器。以上奥迪A6复合材料信息娱乐系统是由Tepex公司和杜力顿(Durethan)公司联合研发制造的,该系统所采用的原材料供应商来自于朗盛(Lanxess)公司,以上全新复合材料具有非常高的强度和非常强的抗疲劳水平。
朗盛公司轻量化材料设计专家Martin Klocke表示:“以上奥迪A6复合材料信息娱乐系统主要是利用复合材料与普通材料混合应用大幅降低了产品的整体质量。此外,其还采用了连续的玻璃纤维增强型聚酰胺复合材料,从而实现了结构性的轻量化设计。对于以上系统所采用的混合材料搭配可以应用到非常多的其他汽车零部件中,例如车辆预先安装的电气和电子组件等。”
以上奥迪A6复合材料信息娱乐系统的解决方案是由朗盛公司和奥迪汽车公司控制器件封装研发与纤维增强塑料技术部门共同合作研发的。除此之外,克劳斯玛菲公司(KraussMaffei)也参与到了以上的项目设计中。在以上系统的原型机系统中,克劳斯玛菲公司设计了一套完全自动化的制造单元,该制造单元配备有一个定制的调节处理系统和一个加热单元,其中该加热单元位于模具台板的正上方。正是以此为基础,Reinert Kunstofftechnik公司对以上制造单元进行了优化设计,经过优化设计该制造单元可以实现对复合材料载体的系列生产。