汽車制造商奧迪公司即將啟用一種纖維玻璃增強環氧車用彈簧,這種彈簧與應對震動負荷的鋼圈具備同樣的功能,但重量要輕約40%。
和其他汽車制造商一樣,奧迪的工程人員也在任何可行的地方盡可能減少車重,不僅在車身上,還包括其他各種零部件和組件。
超輕型設計對汽車底盤和懸掛系統來說尤為重要,因為簧下質量的減少對駕乘舒適性和操縱性的提升十分明顯。纖維增強塑料(FRP)圓簧是由奧迪的項目工程師JoachimSchmitt和意大利汽車零部件設計兼生產商索格菲集團共同開發的,索格菲集團也是該項專利的持有方。
與傳統的鋼制彈簧相比,FRP彈簧所用的“導線”更厚,總體直徑更長,圈數更少。最重要的是,這種彈簧的重量要輕得多。Schmitt介紹說:“奧迪A4前懸掛系統中所用的鋼制彈簧每個重量為2.66公斤。而FRP彈簧僅重1.53公斤,減輕了40%以上的重量,但在性能上毫不遜色。而且這種彈簧還保持著最‘天然狀態’的亮綠色!”
據奧迪公司稱,如果在設計中將這一特定用途考慮進去,由FRP制成的螺旋結構能夠極佳地吸收扭轉負荷。彈簧芯由長玻纖扭結而成,并在空隙處注入環氧樹脂。在彈簧芯周圍,依照縱軸±45°的角度交錯填充了更多纖維,直徑只有幾毫米。這一交替層互相支撐,發揮壓縮或拉伸的作用。整個零部件攜帶的扭轉負荷隨后在纖維中被轉換為拉伸和壓縮負荷。
接下來的生產階段將針對“導線”進行,盡管導線仍是又濕又軟的,目的是將導線貼合到低熔點的金屬合金芯線上。隨后在超過100°C的熔爐中對FRP材料做硬化處理,使芯線融化。
目前這項工藝被用在原型車生產中,但奧迪預計該工藝若被用在量產中將在速度和效率上得到顯著提升。
新的FRP懸掛彈簧將在2012年底前在電力驅動的奧迪R8e-tron車型上公開亮相。到2013年,該彈簧將被逐步加大數量用于奧迪的大中型豪華車款。目前該產品正在接受長期道路試驗,并在特殊試驗臺上進行馬拉松式測試循環,每次循環都要對彈簧施加相當于普通駕車者駕駛大約30萬公里時產生的負荷。
Schmitt回憶道:“在早期階段,我有許多同事都不確信這一項目是否會取得成功。但從一開始,FRP就顯示出了作為絕佳選材的潛質。它有很強的抗腐蝕能力,且能有效抵御車輪清潔劑這樣的化學制劑的侵蝕。FRP彈簧在生產過程中的能源消耗也低于鋼制彈簧,而且它能把諸如當前款奧迪A4的總體車重減輕約4公斤。這在汽車減重上跨出了一大步。”
FRP彈簧具有很強的“可調性”,能夠靈活滿足底盤工程師的要求,讓他們得以將車輛的軸載荷和駕乘舒適性與操縱性等特性考慮在內。可調變量包括“導線”的長度、直徑和線圈數量。據奧迪的工程人員預計,再過數年時間,隨著在生產方法上得到進一步的完善,FRP材料的載荷量將隨之提高,彈簧本體所需的空間將與如今的鋼制彈簧基本相當。
此外,除了少見的亮綠色外,奧迪還在設法為該彈簧提供更多的顏色選擇。Schmitt說道:“如果我們在FRP彈簧的混合材質中添加一定量的石墨,彈簧就會完全呈現黑色。而對于充滿激情活力的駕車一族,我們已經在著手制作紅色和藍色彈簧!”