塑料這種材質(zhì)，在汽車上絕不算少見。

比如一坐進(jìn)車內(nèi)，習(xí)慣性就上手敲敲中控臺(tái)，看看究竟是軟塑料還是硬塑料。

當(dāng)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(diǎn)當(dāng)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。

  

對(duì)于Model 3這樣的純電動(dòng)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。

  

前端框架的主要作用是固定中冷器、冷凝器等負(fù)責(zé)散熱的零件，當(dāng)然有時(shí)還會(huì)用于固定大燈等其他配件。上圖便是前端框架與其對(duì)手件的裝配情況。

那有沒有可能更進(jìn)一步，把工程塑料運(yùn)用到更需要減重的部件上，比方說(shuō)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(lái)大幅的操控性提高。

只是這回輪到消費(fèi)者犯嘀咕了。因?yàn)榘凑粘Ｒ?guī)認(rèn)知，塑料這種脆了吧唧的材質(zhì)，當(dāng)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(yīng)用？

汽車結(jié)構(gòu)件運(yùn)用工程塑料這件事，主機(jī)廠其實(shí)干的挺低調(diào)的。

一是因?yàn)橄M(fèi)者對(duì)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(yīng)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(huì)大張旗鼓的宣揚(yáng)。

那暫且把這一做法的利弊放在一邊，先來(lái)看看都有哪些車型，已經(jīng)使用了這項(xiàng)新技術(shù)。

Model 3的前懸上控制臂

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(diǎn)是相比于鈑金拼焊方案能減重30%。

  

這種結(jié)構(gòu)應(yīng)該是用高強(qiáng)鋼外包覆+“PA6+GF50”為主的復(fù)合材料，來(lái)自韓國(guó)日進(jìn)和巴斯夫聯(lián)合開發(fā)。

  

從實(shí)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。

克爾維特C7采用碳纖維下控制臂

在2013北美車展上，雪佛蘭發(fā)布了超級(jí)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(hù)板等部位，還采用了比上一代更輕的碳纖維以及復(fù)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(dá)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。

理想One下控制臂使用工程塑料

接下來(lái)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(qiáng)鋼外包覆PA6+GF50為主的尼龍/玻纖復(fù)合材料，和特斯拉為同一供應(yīng)商。其下控制臂重量?jī)H為約3.2kg，和鋁合金下控制臂重量相當(dāng)。

  

理想One的前懸因?yàn)槭莻鹘y(tǒng)且常見的麥弗遜結(jié)構(gòu)，因此并沒有上控制臂。

沃爾沃XC90與S90用葉片彈簧作為后彈簧

如果說(shuō)以上的案例只在受到?jīng)_擊相對(duì)較小的上下控制臂做文章，那么沃爾沃的做法更具爭(zhēng)議性，因?yàn)樗麄儾捎昧艘环N橫向纖維增強(qiáng)復(fù)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(qiáng)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(lái)很像是扁擔(dān)，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)。

科爾維特C5、C6、C7用板簧作為后彈簧

豪華車用板簧大概已經(jīng)刷新很多人的認(rèn)知，但除此以外，其實(shí)個(gè)別超跑也會(huì)使用類似的結(jié)構(gòu)。

在沃爾沃之前，克爾維特就是忠實(shí)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(jì)，且前后均為板簧。

  

我們的擔(dān)心是什么？

使用工程塑料最直觀的優(yōu)勢(shì)，懸架變輕了。

以沃爾沃S90為例，因?yàn)榘寤杀嚷菪龔椈奢p，相當(dāng)于降低了簧下質(zhì)量，懸掛系統(tǒng)得以具備更好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。另外板簧還有效降低了汽車振動(dòng)，改善了NVH性能，同時(shí)還讓后備箱空間變得更大。

只是這些優(yōu)勢(shì)并不足以打消消費(fèi)者的疑慮，畢竟“塑料”這個(gè)詞多少會(huì)讓人有些發(fā)怵：它的強(qiáng)度會(huì)不會(huì)減弱、抗疲勞能力和抗撞擊能力又能否達(dá)標(biāo)？

再拿控制臂舉個(gè)例子，眾所周知，這類零件是要做疲勞壽命耐久測(cè)試。

比方最常見的測(cè)試方法：載荷力F2=6.82KN，試驗(yàn)頻率f=2Hz。疲勞壽命限值次數(shù)不得小于30萬(wàn)次，試驗(yàn)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(shí)際的測(cè)試結(jié)果來(lái)看，塑料+鑄鐵的抗疲勞能力的確會(huì)減弱。其實(shí)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(fèi)者或許不太能直觀感受到差別，但五六年之后的確是個(gè)潛在問(wèn)題。

相比于上控制臂，下控制臂的受力會(huì)更大。比如理想ONE，前麥弗遜懸架只有下控制臂；加之這臺(tái)車的重量高達(dá)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(biāo)準(zhǔn)中，有一項(xiàng)靜強(qiáng)度測(cè)試，測(cè)試方法和要求如下所示。

  

測(cè)試過(guò)程中，需要在上圖的F1~F4四個(gè)方向，對(duì)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(shí)際案例，工程塑料打造的下擺臂有何表現(xiàn)不得而知。

  

不過(guò)理想ONE的官方宣傳里倒是提到過(guò)，“這種復(fù)合材料打造的下控制臂其強(qiáng)度甚至要稍高于鋁合金?！?/p>

沃爾沃也曾宣稱，“疲勞壽命，葉片彈簧是螺旋彈簧的1.5倍?！?/p>

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(xì)節(jié)，釋放更多測(cè)試細(xì)節(jié)，也難怪消費(fèi)者會(huì)對(duì)這種新型材料有所疑慮。

到底是技術(shù)先進(jìn)還是廠家的借口？

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(shì)看，汽車底盤用料確實(shí)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(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的提高，鋁合金在強(qiáng)度上的劣勢(shì)可以被經(jīng)過(guò)優(yōu)化的造型和制造技術(shù)彌補(bǔ)，在中高端車型市場(chǎng)，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(jìn)一步，確實(shí)是很有創(chuàng)造力的展現(xiàn)。

不過(guò)對(duì)這些材料的應(yīng)用，筆者持開放、但稍不樂(lè)觀的態(tài)度。

首先這種產(chǎn)品對(duì)工藝和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(shuō)它有著比較好的機(jī)械強(qiáng)度、剛度、韌性和耐磨性，常常用于機(jī)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(qiáng)機(jī)械性能，不過(guò)玻纖百分比越大強(qiáng)度也越大，但材料的韌性就會(huì)變差。

至于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更是不用說(shuō)，工程塑料與鋼板的配合如何達(dá)到最佳狀態(tài)要反復(fù)的仿真和實(shí)際測(cè)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(jì)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(dān)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(diǎn)，在大部分人看來(lái)，舒適性、駕控感還是得排在穩(wěn)定性和耐久性之后。

AL頻道小結(jié)

現(xiàn)在看來(lái)，工程塑料作為懸架結(jié)構(gòu)使用還有很大阻礙，這來(lái)自于消費(fèi)者的不信賴，也和新技術(shù)的不透明、市場(chǎng)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(xì)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(xiǎn)越過(guò)危險(xiǎn)線