宝马i的一个秘密

　　从宝马新能源车型品牌“i”的碳纤维材料运用，看世界汽车工业在可持续发展道路上正在进行的一场轻量化赛跑

　　ABR记者 王剑 见习记者 姜天琪

　　有没有一种材料，既可以满足顾客对其产品更长的行驶里程的期待，又可以达到欧盟在2015年对在欧洲销售车辆设定的每公里CO2排放量为130克的新标准，更为重要的是，同时还可以让一个豪车品牌继续保持良好的品牌溢价。

　　昂贵的、超轻的碳纤维或许就是这样一个不错的选择。

　　藉此，宝马对其全新开发的新能源车型品牌“i”的产品理念以及快速推进的姿态——大量使用碳纤维的锂离子纯电动汽车i3和插电式混合动力汽车i8，将分别于明年、后年上市——已在无形中将身边的那些竞争者变成了追赶者。

　　奔驰虽然几乎与宝马同步推出相关车型，但却是基于现有的C级、E级、S级车型平台，奥迪则是基于A3、Q5等车型平台。

　　宝马走得很快，快得让人忽略了从日本大竹到美国摩西湖，再到德国瓦克斯多夫、兰茨胡特以及莱比锡的距离；忽略了昂贵的尖端材料碳纤维强化塑料(CFRP—Carbon Fibre ReinforcedPlastics)从军用或是航空飞行器的使用到民用的推广速度；忽略了一辆全新电动或者插电式混合动力车型，从概念到量产的正常研发时间。

　　值得注意的是，这是宝马凭借分布在3国5地的生产链条，首次率先实现大量使用碳纤维制造汽车，或者说这是碳纤维首次在i系列产品中得到广泛应用。幕后的Project i团队为此不断压缩车型开发时间——“就像是在使用时光穿梭机，两年来我和我的同事取得了这么多进展”

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　　2012年4月，在i8 Spyder概念车于北京国际车展全球首发后，i产品概念经理，负责i车身结构的设计和碳纤维材料应用的克里斯蒂安(Senger Christian)对《汽车商业评论》如此说道。

　　碳纤维车身导致的轻量化，对于汽车工业具有重要意义。

　　2012年3月，宝马集团董事长雷瑟夫博士(Dr.Norbert Reithofer)在集团新闻年会上对包括《汽车商业评论》在内的全球媒体声称，他们“在应用碳纤维材料进行汽车制造领域拥有专业技术”，这将使他们“在轻量化车身制造方面取得领先优势”。

　　然而，追赶者的实力仍然值得关注，尤其是其他车企与主流碳纤维制造商的结盟。

　　除了与宝马合作的日本三菱丽阳株式会社(Mitsubishi Rayon)和德国SGL公司，其他重要碳纤维生产企业还有日本的东丽株式会社(Toray Industries,Inc。)、帝人株式会社(TEIJIN)、美国的卓尔泰克(ZOLTEK)、阿克苏(AKZO)、阿尔迪拉(ALDILI)等(日本三家企业占据世界78%左右的份额)，也在辅助奔驰、大众和通用等企业进入碳纤维轻量化的发展路线。

　　世界汽车工业在绿色环保可持续发展道路上正在进行一场使用碳纤维材料的轻量化赛跑。

　　黑色黄金

　　汽车的整车重量降低10%，燃油效率可以提高6%～8%；汽车重量每减少100公斤，每行驶100公里的里程，油耗便可降低0.3～0.6升，CO2的排放可以减少500克。

　　由于汽车轻量化对提高汽车各性能的贡献，引发了轻量化材料的开发，其中CFRP已经成为研发的热点。

　　现在的传统汽车，钢铁材料约占车体重的3/4，用CFRP制造的车身和底盘可以减重40%～60%，相当于钢结构的1/3～1/6，但其抗拉强度却是同等截面钢材的7〜10倍。

　　CFRP是由塑料基体(环氧树脂)包围的碳纤维组成，树脂对纤维起到了支持和保护的作用，它比铝轻30%，比钢轻50%，有特别好的吸收碰撞能量的特殊性能，并且永远不会腐蚀，不会因为疲劳而老化、撕裂。它因此被誉为“黑色黄金”，是继石器和钢铁等金属之后的“第三代材料”。

　　但是，通常情况下，CFRP比钢材价格要贵20倍。它在当下所具备的这种极端价值特点和物理属性，只有对价格不敏感的国家军事领域、航空航天飞行器等会大量采用，如新近出海的世界上第一个按照全隐形规范由碳纤维制造的瑞典维斯比护卫舰，或是被称为“梦想客机”的美国波音787飞机，70%～80%的材质都采用了碳纤维。

　　目前，CFRP在F1赛车、高级轿车和小批量车型上有所应用，如法拉利F430装备的碳纤维制动盘，马自达RX-8传动轴，丰田1/X混合动力车车身骨架，英国Kahm公司使用CFRP制造RX-X高级轿车专用车轮，奥迪R8 Spyder跑车的车顶、行李箱的两边及顶部，奔驰SLR迈凯轮高性能跑车几乎完全由碳纤维复合材料制成。

　　2012年3月，宝马在日内瓦亮相的M6，其车顶同样也应用了CFRP。但宝马决定胆子更大一些，在i系列新能源汽车中大量使用这种碳纤维材料。

　　因为如果要实现更长距离的行驶，尤其是电动车在增加250～300公斤电池重量后，这种重量轻、强度高和耐腐蚀的碳纤维复合材料制造座舱结构，同时由电池、驱动系统等组成的驱动模块也将由轻质铝质材料制成，可以抵消大型电池组通常会给汽车带来的额外负荷。

　　宝马i系列车型如果在配备了100千瓦电动机和电池后，使用碳纤维零部件正好可以抵消电池的重量，i8 Spyder概念车的重量为1630公斤，能够比传统新能源汽车减轻250～350公斤，使得i系列产品在运动操控性和续航里程两项指标上都有大幅度的提升，譬如2014年将推出的i8的操控可以和宝马高性能轿车M3相提并论。

　　操控优异之外，强度也是一流。碳纤维有着出众的能量吸收能力，非常耐碰撞。在不影响安全性的前提下，它是车身制造中可以使用的最轻质的材料。这种高强度的秘密在于碳纤维特殊的抗撕裂性能，使其在沿着纤维的方向上具有巨大的韧性。

　　这一特殊性能意味着它可以调整到符合其负荷的最佳形态。正如在自然界中动物骨骼或植物只在需要的地方形成较厚的结构，人们只需在需要重点防护的地方调整纤维的方向和用量，就能实现更好的安全保护。

　　比如用一个柱子以时速35公里撞击车辆侧部，对于普通钢板制造的车身，实验结果是撞击深度可达450毫米，而使用碳纤维制造的i3，实验结果只有225毫米左右。而且假设有一颗树正面倒下来，如果是钢材车身，汽车会整个变形，而碳纤维车身只是接触的地方是凹进去，凹进去的部分可以切掉，再用粘贴的方法来修复，比其他车身容易多了。

　　同时，碳纤维永远不会腐蚀，除非在与不是碳纤维的材料结合时，那时它容易在交点发生腐蚀，但只要在这些地方额外注意防腐蚀措施就可避免。

　　而碳纤维具有的一体式结构特点还有好处，就是在未来极有可能将车内乘员座位部分设计成一个整体——如果是铁制需要焊接50～60个部件，而碳纤维复合材料制只需焊接3个部件即可，生产效率大大提高。

　　《汽车商业评论》了解到，轻量化对于提高车辆的加速性、控制稳定性、噪音、振动，碰撞时减小惯性和制动距离都有着积极的作用。

　　当然，尽管碳纤维材料有着众多优点，但是由于汽车整体结构、工艺的复杂性以及各车体部位功能的不同，即使汽车轻量化已成未来发展趋势，包括钢材等金属材料，在今后的一段时期内仍然难以被完全替代。

　　艰难量产

　　现在，仍然是碳纤维材料商用化的起步阶段。

　　从日本广岛县西南部的大竹市，到德国东部的莱比锡有多远，期间还要在美国西雅图的摩西湖、德国的瓦克斯多夫和兰茨胡特工厂，进行3次停留，才能将碳纤维这种材料完整地呈现在一辆i系列车型。

　　为什么碳纤维在汽车上的大批量使用会如此周折？因为从成本到生产周期、生产工艺，以及市场的竞争压力，远没有生产一辆内燃机汽车或者在原车型上研发新能源汽车容易或者有迹可循。

　　碳纤维的生产起点是聚丙烯腈制成的一种纤维，这种成分在羊毛织物上也有出现，它的制造过程很不简单：