2020年9月25日 星期五
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AUDI TechDay:輕量化設計先驅體驗之旅(策略篇五)
AUTONET記者:盧佛青(09/28/2009)
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日前,我們談到AUDI AG由打造出全球第一款ASF鋁合金車身概念車開始,除了鋁合金這種輕量化材質外,也因為研究鋁這種材質並且針對其特性與所需生產流程等等研究過程,進而衍生出對於各種輕量化應用概念,並且在第二代TT車系導入了首件的鋁鐵合金混合技術,結合兩種不同金屬的優點,並且為輕量化高強度車身結構的發展,再度立下一個里程碑。

應用鋁鎂合金製造的通風煞車碟,不但實現輕量化高強度的目標,更具備散熱佳與低熱衰減的特性!

不過,AUDI AG並不因此自滿,輕量化研究部門持續尋求各種適合替代傳統鋼鐵或金屬材質的素材,其中鎂金屬與碳纖維強化高分子複合材料等等也陸續成為AUDI AG落實輕量化設計概念的新元素。

鎂:一種極端輕巧的材質

鎂金屬本身就是一種輕量化材質最佳的代表之一,一塊單邊為十公分寬度的純鎂金屬立方體重量僅有1.8kg,約僅有同體積的鋁金屬立方體的三分之一,當然其應用作為車輛結構與零組件在輕量化與高強度方面的表現將比鋁合金更為傑出。

AUDI AG開始將鎂這種金屬材質應用在造車上,使於1996年式的 A4中型豪華運動房車,當時量產新車所搭載的手排變速系統外盒便採用鎂合金,到今日2009年式的AUDI S5與S6性能轎跑車與房車,也採用鎂金屬作為引擎進氣系統、方向盤支架,在2009年式的 AUDI A8頂級旗艦豪華房車上,更應用鎂合金作為儀表總成內襯,而今日的2009年式AUDI A3與TT跑車所搭配的六速手排變速系統外箱也採用這種材質。

在AUDI AG首度量產的市售純種跑車R8車系,引擎本體除了採用鋁合金外,負責生產這具鋁合金引擎的壓模便是由鎂金屬製成,而因為驚人的結構強度表現,也讓AUDI AG位於德國 Neckasulm的生產線,得以讓強度高且輕量化的鋁合金車身結構可以完美成形,並且保有最優異的生產品質與精緻度表現。

為了降低引擎本體各種材質對於動力系統運轉所造成的負載,AUDI AG今後將擴大鎂合金在動力系統各項零組件上的應用範圍,在我們受邀參觀德國Neckasulm這個輕量化聖殿的同時,原廠也在現場向全球媒體表示,在下一代全新頂級旗艦豪華房車AUDI A8新車上,除了變速系統本體外箱之外,包括負責傳輸動力至後車輪的傳動軸也將採用鎂合金材質。

AUDI R8可以說是21世紀第一輛集AUDI數十年輕量化設計於一身的完美跑車。

CFRP碳纖維強化高分子複合材料

被譽為是輕量化與高強度的終極材料,被稱為CFRP(Carbon fiber-reinforced plastics)的碳纖維強化高分子複合材料,已經在AUDI市售車款中開始應用,根據AUDI輕量化研究中心提供的測試資料顯示,CFRP碳纖維強化高分子複合材料,將成為未來造車領域中成為明日之星的一種新材質,每一平方公釐的CFRP碳纖維強化高分子複合材料可承受高達500-1350牛頓的壓力,CFRP碳纖維強化高分子複合材料而且本身更會吸收能量,進而達到緩衝作用力的效果,一塊單邊為十公分寬度的純鎂金屬立方體重量僅有1.5kg。

此外,單一碳纖維可以僅有人類髮絲的十分之一,在生產流程中可以藉由類似編織的方式成形,而且比傳統金屬材質更能夠滿足各種不同的形狀或曲面,一般來說CFRP碳纖維強化高分子複合材料會以矩陣或交叉方式編織而成。

AUDI AG首度採用這類CFRP碳纖維強化高分子複合材料材質,是在1988年的AUDI 200 TransAm賽車,這輛戰駒代表原廠參加了1988年的北美賽事,並且使用在該輛賽車的傳動軸上,目前在AUDI R15 TDI賽車、R8 LMS與A4 DTM賽車上也可得見,其中R15 TDI與 A4 DTM 就採用CFRP碳纖維強化高分子複合材料材質打造車體,而R8 LMS則結合ASF鋁合金車體結構與CFRP碳纖維強化高分子複合材料材質的特點來打造車身。

AUDI在被稱為是輕量化聖殿的Necjasulm廠為大家示範鋁合金材質生產過程中切割與焊接。

AUDI R8與CFRP

目前在市售新車上,對於CFRP碳纖維強化高分子複合材料材質應用最廣的就是 AUDI R8這輛跑車,包括全車空力套件在內的前後下擾流與側裙部位,以及引擎本體的進氣系統,還有位於車門後方的外觀飾板與內裝飾板,就可以見到CFRP碳纖維強化高分子複合材料材質的蹤跡。

同集團的義大利純種跑車LAMBORGHINI Gallardo LP 560-4 Spider敞篷限量版,引擎上蓋就採用CFRP碳纖維強化高分子複合材料材質,而且更讓零件數量大幅減少至二件,這讓整個組件的重量降低至16kg,至少比採用鋁合金打造減少5kg的重量,等於達成四分之一的輕量化效果。

此外,為了打造這項以CFRP碳纖維強化高分子複合材料材質的組件,原廠必須採用高成本的手工製造流程,而這對於整體多數以自動化生產為主的整車廠來說又是一項挑戰,而且在以手工裝置於生產線之前,CFRP碳纖維強化高分子複合材料材質的原始材料更必須透過「樹脂轉注成型」(RTM- resin transfer molding)的技術來達成,而AUDI AG也表示在下一代全新大改款的頂級旗艦房車A8車系上,也將導入這樣的配置以達成輕量化的目標。

   新聞列表(09/28/2009)

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