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寶馬i系新能源車與碳纖維材料應用大起底

2017-06-28 10:57:54 作者：本網整理來源：網易新聞分享至：

提起寶馬i8，很對人還對電影《碟中諜4》里阿湯哥駕駛著寶馬i8混合動力雙門超級跑車在街頭上演追逐大戲記憶猶新，這款性能卓越造型前衛充滿科幻色彩的油混超跑在亮相的瞬間就賺足了全球車迷的尖叫。在搶盡風頭的外表下，作為寶馬在新能源領域的首款跑車，i8融合了寶馬高效動力策略技術，將強勁動力與低碳節能完美結合，通過應用大量輕量化碳纖維材料徹底顛覆了傳統汽車制造技術，給全球汽車工業帶來前所未有的革新。

寶馬新能源，碳纖維材料，新能源車，碳纖維車身寶馬i8中大量使用的碳纖維材料完整學名為碳纖維增強復合材料（Carbon Fibre-reinforced Polymer, 簡稱CFRP），主要以碳纖維或碳纖維織物為增強體，以樹脂、陶瓷、金屬、水泥、碳質或橡膠等為基體復合形成，具有高強輕質的特點。由于碳纖維生產制造過程需要使用大量電力，因此成本非常高，早期主要用于航空航天領域。由于CFRP骨架具有非常優異的輕量化性能，如今許多汽車制造商開始將這種材料應用于汽車生產，目前在這一應用領域領跑全球的就是寶馬公司。寶馬對碳纖維材料的癡迷世人有目共睹，特別是在新能源汽車上大量使用了碳纖維復合材料，今天我們就來談談寶馬新能源車和碳纖維材料的“前世今生”。

“革命性設計”實現全新動力和排放平衡

在2007年前后的一次寶馬集團未來發展戰略研究會上，經技術專家詳細分析后，寶馬高層一致決定將“高效動力”作為寶馬未來主要的技術發展方向。符合歐盟節能減排政策需求的小型車顯然不符合寶馬始終追求“駕駛樂趣”的品牌初衷，因此電力驅動作為一種環保動力被寶馬選定為補充能源。經過對諸多數據的研究分析，寶馬集團認為，真正的電動車不能是在傳統內燃機動力車型基礎上的再開發，必須按照電力驅動特點全新開發，龐大的電池體積和重量限制了以鋼鐵為車身材料的研發，寶馬的技術工程師決定采用一種“革命性的設計”來達成目標，“i”品牌由此誕生。

寶馬i品牌問世不僅代表著寶馬在新能源領域的研究成果，其革命性意義在于憑借創新的車型設計及貫穿整個產業鏈的可持續發展戰略，重塑了人們對豪華車的認識，引發了新一輪汽車工業轉型革新浪潮。和目前已經問世的大多數新能源車型不同，寶馬i3和i8在充分展示其節能環保以及可持續發展理念的同時，也將寶馬品牌精神“純粹駕駛樂趣”發揮到極致，使這兩者完美結合。

作為寶馬BMW的子品牌，i目前有i3和i8兩款產品，前者是純電動轎車，后者是插電式混合動力跑車。在這項“革命性設計”中，寶馬推出BMWi新能源汽車專用的“LifeDrive”輕量化車輛架構及以電驅動為核心訴求的eDrive動力系統。寶馬i8與i3都采用了“LifeDrive”模塊架構，這種全新的設計理念將車身結構包括Life和Drive兩個獨立的部分。

寶馬新能源，碳纖維材料，新能源車，碳纖維車身寶馬i8與i3均采用了“LifeDrive”模塊架構Life代表的乘員艙結構是其中的亮點。由于高強度且輕質的CFRP碳纖維增強復合材料在輕量化車身結構、穩定性與安全性方面性能遠超其它材料，其早已應用在F1賽車、航空航天領域，寶馬決定用碳纖維作為i系列的車身材料，以此來解決重量與動力之間的矛盾。Life結構通過應用CFRP碳纖維復合材料，大幅降低了車身的整體重量，同時車輛的燃油經濟性和操控性得以提升；Drive代表車身底盤，該承重部分主要采用了鋁合金材料，它集成有車輛的懸架、動力系統、電池以及傳動結構等，這種特殊的結構和材料也是寶馬專門為新能源汽車而研發。通過寶馬工程師開創的框架式車身、發動機后置、前輪電驅動、后輪內燃機驅動等“革命性設計”，寶馬i系列完美實現了全新的動力和排放的平衡。

寶馬i新能源汽車通過使用創新的結構和輕量化材料將大規模電池組所增加的車身重量很好的加以彌補，同時有效的增加了車輛的續航里程。對于消費者來說，這意味著更好的操控性與更低的使用成本之間的完美結合。

匠心打造純電動寶馬i3碳纖維輕量工藝

寶馬新能源汽車的車身完全由DFRP碳纖維復合材料打造而成，作為汽車覆蓋件最理想的非金屬材料，DFRP復合材料強度是常見鋼材的10倍，重量卻只有鋼材的一半，比鋁合金輕30%，同時具有重量輕、彈性高、耐腐蝕、更堅固等特點。制成的寶馬i3乘員艙僅需兩個成年男子便可輕松抬起，極其有利于提高汽車燃油經濟性及電動車的電能利用率。

CFRP復合材料在減輕車身質量的同時，也具有優異的防撞性能，如寶馬i3已通過了嚴苛的E-NCAP測試，并獲得4星級的評定，即使取消了B柱，依然可以為車內乘員提供足夠的保護。CFRP復合材料組裝成本低、投資小，避免了傳統車身的噴涂過程和相應的環保處理及資金成本，同時在零部件整合、模塊性方面也具有優異的性能。

寶馬i3乘員艙結構整體采用的CFRP復合材料主要以聚丙烯腈的熱塑性紡織纖維為原材料，在一定的壓力和溫度下，轉化成比頭發絲還要細10倍直徑僅有0.007毫米細長的碳纖維絲線，由此制成的碳纖維織物再通過加工機械被切割成不同的形狀，經熱處理或塑料粉末高壓粘合技術最終把這些板件加工為立體車身構型。

寶馬車身用CFRP復合材料，根據樹脂種類的不同以及碳纖維品種、制成織物及短纖維等多種形態差異，最終得到CFRP特性也大不相同，僅是主要的中間基材及成型材料就有多種。這些基材及成型材料成型方法多樣，目前主流的成型工藝為RTM，即將樹脂注入到模具中浸潤增強材料并固化，該技術可以有效地降低設備及成型成本，數分鐘即可完成硬化，效率非常高。

與常規焊接車輛不同，i3車身所有部件都是通過一種寶馬與一化工企業聯合開發的先進的粘合劑組裝到一起，該膠粘劑擁有快速硬化的特性，只需幾秒鐘即可固化。寶馬在核心連接點還配置了紅外線輔助加熱設備，固化時間進一步縮短。最后，通過焊接工序進行寶馬i3碳纖維框架和其他部件組裝，僅需要十個金屬緊固件以及膠粘劑，就能夠把i碳纖維車身與底盤、動力合體為一輛新車。

寶馬i3作為一款零排放電動車，通過采用碳纖維復合材料打造的車身，整車重量降至1255千克，完美解決了由于電池重量導致的車輛重量大增從而車輛駕控敏捷度降低的問題，并創造了百公里7.2秒的加速時間。

碳纖維帶來插電混動寶馬i8夢幻傳奇

寶馬i8從設計之初就被定義為一款兼具有跑車的動態行駛性能和完美能源效率的插電式混合動力跑車。寶馬在前期已積累i3豐富的研發和生產經驗的基礎上，不斷在探索中降本增效，將大量CFRP復合材料寶馬應用于i8車身，從而實現整車重量僅為1540公斤。

i8的生產流程與i3基本相同，乘員艙由多層碳纖維復合材料拼合而成，最大的特點是輕量化和高強度。通過采用類似于F1賽車中駕駛艙的單體橫造結構由碳纖維復合材料構成的設計模式，實現了車身的大幅減重。車頂同樣采用了碳纖維復合材料，與車身其它部位主要通過不同于傳統金屬車身焊接的粘接工藝結合，碳纖維車身與鋁合金底盤間則采用焊接而非傳統的螺絲鉚接。i8的內飾采用了充分體現環保理念的再生材料，整個碳纖維生產以及i8整車組裝制造都基本實現自動化。

作為全球第一款LifeDrive模塊化結構的插電式混合動力跑車，寶馬i8除了大量應用碳纖維復合材料和鋁合金材質，還應用了BMW Twin Power Turbo增壓技術，能夠輸出高達170千瓦的最大功率和320牛？米的峰值扭矩，加上寶馬專為BMWi8開發的電機帶來的96千瓦最大功率和250牛？米的峰值扭矩，這款車成功實現了堪比高性能跑車的4.4秒零到百公里加速時間，歐盟標準循環測試中的綜合油耗低至2.1升/100公里，CO2排放量為49克/公里，成功實現車輛輕量化和安全性。

寶馬i3和i8的上市不僅開創了碳纖維復合材料在量產車型大規模應用的新紀元，也標志著寶馬集團業已成為目前唯一掌握車用碳纖維復合材料大批量生產和制造技術的廠商。

綠色能源降本增效延續可持續發展理念

面對讓許多汽車制造企業望而卻步的碳纖維高昂制造成本的難題，寶馬專注致力于降本增效，不斷在對碳纖維的探索應用中積累節能減排的技術和經驗，對可持續發展的重視和追求更是達到極致。寶馬在碳纖維復合材料生產和i系列新能源汽車制造中均使用綠色能源，負責碳纖維材料原材料生產的美國華盛頓摩西湖工廠全部采用水利發電，負責車輛制造的萊比錫工廠全部采用風力發電，真正實現了二氧化碳零排放。萊比錫工廠與傳統汽車工廠相比，能耗降低50%，水資源消耗降低70%。

作為可持續發展的設計理念的重要組成部分，使用回收材料也是寶馬i系列生產中非常重要的一環，寶馬i8生產中使用的塑料、鋁合金大多采用可循環使用的材料，并且使用可再生能源制造。

這些舉措都有效助力寶馬i系新能源汽車制造成本的大幅降低，實現了整個車輛制造產業鏈的可持續發展。

新能源是未來汽車發展的趨勢，寶馬作為德系豪車品牌突破傳統，引入全新汽車設計概念，將應用于F1賽車上的碳纖維車身材料應用于民用車，在不斷探索中以領跑市場的技藝傳遞著低碳環保的用車理念，在車輛的降耗減排節能上發揮了巨大作用，不僅塑造和提升自身品牌價值，也將汽車行業的可持續發展帶入新高度，更是推動了實現未來綠色交通和城市可持續的發展進程。

寶馬新能源汽車的創新性設計很好兼顧了車身輕量化與車身強度的矛盾，但是拼接的車身結構整體強度是否可以滿足實際使用需求，車輛售后維修成本和難度是否會受到影響，駕乘者的實際體驗如何，后續蓋世汽車將繼續關注和解析。

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責任編輯：殷鵬飛

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