碳纖維車輪可能成為電動汽車續航里程的下一個推動力

澳洲的 Carbon Revolution 可能不是世界上最知名的車輪製造商，但他們是最有趣的之一。 大多數知名且銷售量大的品牌（例如 BBS、Rial 和 OZ）均採用金屬合金（主要是鋁）製造輪圈。 碳革命使用碳纖維複合材料。 迄今為止，他們主要為福特 GT、Shelby GT350 和法拉利 488 Pista 等高性能機器提供超輕量輪圈。 現在，他們希望擴展到更主流的車輛，尤其是那些由電池驅動的車輛。

碳纖維複合材料並不是一個特別新的概念。 在麥克拉倫於 1981 年將這種輕質高強度材料引入一級方程式賽車並於 1990 世紀 1 年代在傳奇的 F2013 中將其引入公路之前，它們已在航空航天領域使用多年。 3年，BMW在iXNUMX上首次在相對大批量的車型中使用碳複合材料結構。

然而，Carbon Revolution 提出的以車輪為重點的方法可能會比BMW的做法更具成本效益，並提供更大的效率優勢。 考慮到電池的成本和質量，最大限度地提高能源效率對於電動車以最少的電池獲得最大的行駛里程至關重要。

減少任何形式的質量都是透過簡單地減少推進系統和能量儲存（又稱電池）的工作負載來提高效率的直接途徑。 但並非所有質量減少都會產生相同的影響。 我們從牛頓第二運動定律中了解了慣性。 以非常簡化的形式，它可以歸結為靜止的物體將保持靜止狀態，或者運動的物體將繼續移動，除非施加不平衡的力。

但慣性具有與之相關的方向向量。 加速車輛需要沿著您想要移動的方向施加力。 就輪子來說，其實有幾個重要的方向，水平、垂直和旋轉。

必須克服垂直慣性才能遵循道路的輪廓，例如顛簸或坑洞。 隨著車輪變得越來越大（出於美觀目的，它們似乎不可避免地會這樣做），它們會變得非常重，並且行駛質量會迅速下降，因為車輪無法足夠快地上下加速以跟隨道路，從而將這些力傳遞到駕駛室。

必須克服水平慣性才能加速、煞車或駕駛車輛。 然而，這是透過實際轉動引擎或馬達的車輪來實現的，因此必須克服旋轉慣性。 同樣，車輪的直徑越大，轉動慣量就越大，事實證明，這對於電動車效率來說是一個比車輪的絕對質量更大的因素。 如果兩個不同尺寸的輪子具有相同的質量，則距離中心最遠的輪子將需要更多的能量來驅動。

這就是碳纖維車輪可以為電動車帶來巨大好處的地方，因為與類似尺寸的合金車輪相比，碳纖維車輪的質量減少了 40% 至 50%。 根據 Carbon Revolution 執行長 Jake Dingle 介紹，典型 SUV 上的碳輪在垂直移動和旋轉時可減輕高達 130 磅的重量。 考慮到福特 F-1,600 Lightning 中的電池重量可達 150​​,2,900 磅，GMC 悍馬的電池重量超過 XNUMX 磅，這一顯著的減少將提高行駛里程。

但碳複合材料車輪還有更多好處。 與鋁或鋼相比，複合結構中的交聯纖維可以減弱透過金屬更直接傳遞的道路衝擊。 結果是進入機艙的道路噪音減少了 5 分貝。 由於電動車沒有引擎來掩蓋其他環境聲音，因此從源頭減少這些聲音有助於保持安靜，而無需添加更多隔音墊。

碳複合材料車輪在成型方面也提供了更大的靈活性，這是鑄造或鍛造鋁所無法實現的。 這可以使車輪具有更符合空氣動力學的形狀，從而減少阻力，當然也能提高效率。

在電動車上，使用直徑較大但較窄的車輪有助於減少空氣動力阻力，同時保持輪胎在道路上的合理接地面積。 BMW在 i3 上就是這麼做的。 如果那些更大、更窄的車輪由碳纖維複合材料而不是鋁製成，它們會對行駛里程產生更積極的影響。

Carbon Revolution的車輪是透過樹脂傳遞模塑製程製造的，不需要像高性能跑車結構那樣手動鋪好纖維。 乾纖維比其他製程中使用的樹脂預浸漬纖維便宜得多，並且不需要在高壓釜中固化。 該公司正在對其產品和流程進行並行工程，以提高生產能力並使許多步驟自動化。

儘管如今碳纖維車輪的價格溢價仍然很高，但隨著銷售量的增加，溢價正在縮小。 今年，該公司預計生產約 50,000 萬個車輪，預計產量為 1 萬個，與合金車輪的價值相當。 Carbon Revolution 的首款 SUV 項目將於 2022 年底推出，Dingle 預計在未來六年內推出約 15 個車輛項目，到 XNUMX 年中期產量將大幅擴張。