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宝马超大城市车MCV有赖碳纤维技术 |
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作者：Amanda Jacob 来源：Ringer |
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超大城市车（MCV）是宝马公司第一款电动量产车。该车将采用新的车型结构，大量应用轻质的碳纤维复合材料。宝马公司认为他们是唯一拥有在量产车中使用碳纤维经验的汽车生产商。Amanda Jacob对最近公布的项目细节进行了回顾。
据联合国预测，到2050年，世界上大约70%的人口将居住在城镇和城市内。今天，全世界已经有超过130座城市拥有300万以上的人口。宝马认为在城市中，无污染的电用汽车将是人们的理想交通工具之一。MCV是一款环保型城市用车。该车计划于2013年投放市场，并将以宝马的子品牌进行销售。
轻量的结构设计
对于电动汽车来说，轻量化的设计是非常重要的，因为除了电池容量之外，重量是限制汽车里程的关键因素，宝马公司如此解释。汽车越轻，它能够行驶的距离越长，因为电子驱动系统需要移动的重量越少。重量越轻的汽车也具有越高的性能：重量越轻的汽车加速越快，转弯更灵活，刹车也更快。较小的加速质量意味着吸收能量的碰撞结构也相应减小，从而降低重量。
超大城市车将具有未来感的外观设计。该车有4个座位，比Mini系列大，但比宝马1系列小。
在2012年的伦敦奥运会上，该车将首次亮相。
因此，该项目的目标就是从一开始就将电动汽车的整体重量尽可能降低。但是，电动汽车的基础部件却不是那么容易做到这一点的。
电动汽车的动力传动系统比采用内燃机（即使在装满油的情况下）的汽车更重。电力驱动系统（包括电池）重量超过100公斤，其中大部分重量是电池。为了抵消这部分多余的重量，宝马公司一直致力于轻量设计原理和新型材料的应用研究，例如碳纤维增强塑料(CFRP)。
宝马公司称，碳纤维增强塑料用于车身结构带来了许多优势。碳纤维增强塑料重量大约只有钢材的50%，但强度却不比其低。相反，铝只比钢材节约30%的重量。在超大城市汽车中大量采用轻质碳纤维增强塑料不仅会给车带来更长的行驶距离，而且性能也更好。
由于碳纤维增强塑料的硬度使得驾驶感受更加直接，该车的操作性能也提高了。碳纤维增强塑料还使得汽车的舒适度提高了，因为这种刚性材料可以有效降低能量的吸收，从而避免令人不舒服的震动（响声和摇晃）。碳纤维增强塑料还可以耐腐蚀，不会腐烂，比金属材料的寿命更长，不需要采取复杂的防腐措施。
碳纤维增强塑料使得超轻的汽车车身结构不会牺牲乘客的安全性。高刚度及其吸收能量的能力使得碳纤维增强塑料极其不易损坏。这一点在F1赛车中得到了证明，碳纤维增强塑料制成的驾驶舱在高速撞击后仍然完整无损。 
宝马已经在M3系列的车顶中使用碳纤维复合材料
新型汽车结构
宝马在关注轻量化设计结构的同时，也关注着电动汽车的结构。宝马的MINI E和BMW ActiveE电动汽车概念表明，将以内燃机为动力的汽车转变为以电力为驱动的汽车并不是最佳的解决方案。这些“转变而来的汽车”相对较重，而要适应用于产生电能的又大又重的电池模块和特殊的电子驱动元件是比较困难的。因此宝马公司开发了一种新的车身设计，称之为LifeDrive概念。
LifeDrive概念包括两个水平分隔的独立模块——一个铝质结构：Drive模块和一个碳纤维增强塑料结构：Life模块。
Drive模块是一个铝质底盘，构成了汽车的基础，在一个单独的结构上集成了电池、驱动系统、碰撞元件和悬架装置。能量储存系统大约重250公斤，大小与儿童床垫差不多。
Drive模块概念中优先考虑的就是如何将汽车结构中最重最大的元件－电池集成到汽车结构中，从而使汽车运行平稳，并在碰撞中保持安全性。
Drive模块被分成三个部分。中间一段装有电池，被铝型材包围着。位于前后部位的两个碰撞主动响应结构可以在前后的碰撞事故中提供必要的挤压区域。Drive模块还带有电力传动单元和许多悬架元件。电力驱动系统整体来说是比内燃机更加紧凑的，在一个小空间里容纳了电机，齿轮装置，电路和车轴。
Life模块主要由高强度且轻量的碳纤维增强塑料车厢组成，安装在承重的Drive模块结构上。所有驱动组件集成在Drive模块上，从而摒弃了传统汽车中的传动轴通道。
因此在轴距相同的情况下，超大城市汽车具有多得多的乘坐空间。因此，这种“量身定制”的LifeDrive概念将电动车的所有关键特性包括电池系统和紧凑的驱动元件都集合在了一个耐冲击的结构中。
这一理念的运用实现了汽车的轻量化，延长了行驶距离，提高了性能，提升了乘客和电池的安全性。
宝马公司报道，LifeDrive的概念也给生产带来了好处。该车的框架结构非常适用于中等车型的生产，与此同时采用平行作业的工艺可以保证生产的高度灵活性。
水平分隔的模块可以独立生产，之后采用一种简单的组装工艺即可将两个元件进行组装。
M3的碳纤维增强塑料车顶在Landshut工厂内进行预制
投资碳纤维
作为超大城市汽车及其碳纤维增强塑料车厢计划的一部分，宝马投资了一家自有的碳纤维生产厂。去年10月，宝马宣布与德国碳纤维制造商SGL集团成立一家合资企业，为汽车行业生产碳纤维及其织物。宝马和SGL在碳纤维复合材料领域已经合作了许多年。该合资企业计划建造两座新的工厂：一个位于北美用于生产碳纤维，另一个位于德国负责生产碳纤维织物。SGL拥有合资企业51%的股份，宝马拥有其余49%的股份。
合资企业的这项投资总额预计将达到2.3亿欧元。工厂的建造在2010年已经开始，建造完成后，碳纤维和织物的年产量预计会有几千吨。该合资企业将创造180多个工作岗位。
今年4月份，SGL和宝马宣布了美国的碳纤维生产工厂的厂址-位于华盛顿的Moses Lake。在初始生产阶段，将会有1亿美元的投资，能为当地创造80个工作岗位。Moses Lake工厂将专门为超大城市汽车生产碳纤维材料。
Moses Lake工厂将SGL-MRC合资公司生产的碳纤维的原材料——聚丙烯腈基原丝制成碳纤维。然后这些纤维将在SGL/BMW位于德国的Wackersdorf工厂被进一步加工成轻质的碳纤维织物。
在宝马德国的Landshut工厂，这些纤维织物将用于生产碳纤维增强塑料部件和元件。超大城市汽车的组装将在宝马德国的Leipzig工厂进行，目前那里同时也在制造宝马1系列和X1系列车型。
从RTM压力机中取出M3的碳纤维增强塑料车顶
M3碳纤维增强塑料车顶的加工
大规模生产
以前，人们认为碳纤维增强塑料太昂贵，难以在量产车中使用，但宝马公司认为，他们已经拥有了必要的生产技能。宝马的Landshut创新和技术中心研究碳纤维增强塑料已经超过10年。2003年，宝马就开始了碳纤维增强塑料部件的量产化，从那时起，产量一直在迅速增加。
今天，Landshut工厂正为宝马M3和M6车型大量生产碳纤维增强塑料车顶，以及M6的碳纤维增强塑料保险杠支架。
该公司在碳纤维增强塑料生产工艺方面积累了丰富的经验，他们不断完善生产工艺，并实现了自动化。现在该工厂已经可以大量生产碳纤维增强塑料车身部件了。
这一工艺采用无纺碳纤维织物。与编织物相反，这些织物中的纤维不是按照直角铺放的相互编织在一起的，而是全部排列在同一平面上。编织会使纤维扭结在一起，破坏他们的性能。
织物被切割成一定的形状后，在一定的热量下进行预制，从而使织物层形成一个稳定的三维轮廓。几个预制的纤维层可以结合在一起形成一个较大的部件。采用这种方法，可以生产出具有大表面积的部件，如果采用铝或者钢板这是很难做到的。
这为车身的设计和制造带来了好处。例如，需要安装的部件或者其他结构可以直接集成到这个部件上。此外，复杂的结构部件和厚度不均匀的整个车身模块都可以在一个模具中制成。
采用碳纤维增强塑料制成的汽车白车身
下一个生产步骤是高压树脂传递成型（RTM）工艺，树脂被高压注射到预制件中。宝马公司开发了一整套独有的工艺、模具和生产设备，以保证高生产率和非常高的质量要求。
树脂注塑成型之后，剩下的就是修整工作，例如轮廓的精确切割以及插入将来可能会用到的插口。修整工作是在一台水射流切割机上进行的。宝马说，为了适应碳纤维增强塑料的处理，他们对这项技术进行针对性的调整。
宝马公司还研发出了一套回收体系，即将生产废料加工成具有商业价值的原材料。因此，这一系统可以将大量的碳纤维废料送回到生产过程中。由于采用了一套完善的回收流程，所得到的材料完全可以替代原始纤维。
进一步的发展
宝马公司相信，凭借10年所积累下来的技术和经验，他们已经实现了其长远目标：碳纤维增强塑料部件的大量生产。
该公司在获取和开发内部竞争力方面——加工能力和员工的技能——进行了大量的投资，这使企业具备了很高的自给自足能力，几乎不受外部资源的限制。但是，即使这一目标已经达成，超大城市汽车仍然面临着众多挑战。能量存储系统的开发工作会一如既往的进行，使系统更加紧凑，更轻便，成本更低，从而提高能量密度，增加车的行驶距离。最后一项挑战就是市场——消费者想买电动汽车吗？(end)
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| 文章内容仅供参考
(投稿)
(12/2/2010) |
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