CarbonTT公司的四軸NCF復(fù)合材料底盤為 Borco H?hns 的3.5噸Fiat Ducato市場車輛增加了185公斤的載重量。

CarbonTT的碳纖維增強聚合物（CFRP）底盤集成在Borco H?hns Fiat Ducato中。先進的復(fù)合材料設(shè)計使底盤重量減輕了185公斤，提高了有效載荷能力和運行效率。在不斷發(fā)展的城市物流和移動商務(wù)格局中，對專用、輕型商用車的需求激增。在快速城市化的推動下，按需服務(wù)蓬勃發(fā)展，最后一英里配送、食品配送、移動醫(yī)療和專業(yè)維修等行業(yè)越來越依賴于結(jié)構(gòu)緊湊、適應(yīng)性強的車輛。在大型車輛面臨運營和監(jiān)管障礙的人口密集區(qū)和禁區(qū)，這些車輛能夠提供高效、靈活的服務(wù)。

這些行業(yè)的一個關(guān)鍵制約因素是嚴(yán)格的3.5公噸（MT）重量門檻--在大多數(shù)歐洲市場和許多全球市場上，這一法規(guī)至關(guān)重要，它將輕型商用車輛（LCV）與重型貨車（HGV）區(qū)分開來。超過這一限制通常會產(chǎn)生額外費用（如通行費），需要專門的駕駛執(zhí)照，并使運營商受到更嚴(yán)格的監(jiān)管。對于努力優(yōu)化物流同時盡量減少開支的公司來說，保持在3.5-MT的分類范圍內(nèi)是至關(guān)重要的。

2023年，專業(yè)零售車輛銷售商 Borco H?hns（德國羅滕堡）開始通過最大限度地減少車輛基本重量來提高其 3.5-MT 最大重量車輛的商業(yè)效率。為此，Borco H?hns 與專門從事結(jié)構(gòu)復(fù)合材料開發(fā)和自動化生產(chǎn)的 Carbon Truck & Trailer GmbH（CarbonTT，德國布克斯特胡德）合作，為其基于菲亞特 Ducato 的零售車輛開發(fā)碳纖維增強聚合物 （CFRP） 底盤，以取代鋼制底盤。經(jīng)過18個月的開發(fā)，CFRP底盤為3.5MT以下的 Borco H?hns Fiat Ducato 減輕了185公斤的重量，同時保持了專業(yè)零售車輛應(yīng)用所需的堅固性。這使鋼制底盤版本510千克的有效載荷增加了36%，從而使每次運輸?shù)氖杖霛摿Π幢壤黾印?/p>

“CarbonTT 首席執(zhí)行官 Gerret Kalkoffen 解釋說：“通過減輕車輛重量，我們?yōu)榭蛻籼峁┝烁蟮撵`活性--無論是承載更多貨物、增加設(shè)備，還是遵守影響許可和道路通行的重量限制?！斑@可能會改變整個行業(yè)的游戲規(guī)則。

設(shè)計挑戰(zhàn)和材料選擇

對負載下的底盤安裝支架進行有限元分析（FEA）模擬?？梢暬瘧?yīng)力集中情況，以優(yōu)化復(fù)合材料設(shè)計。

CarbonTT 設(shè)計了 CFRP 底盤，包括優(yōu)化纖維鋪層、樹脂化學(xué)成分和開發(fā)新型拉擠制造工藝。“拉擠制造要求型材厚度均勻，”Kalkoffen 解釋說。“當(dāng)載荷分布不均勻時，例如位于中央的接口與車輛懸架，要找到載荷、重量和成本的最佳值就很有挑戰(zhàn)性?？紤]到全球負載、纖維成本和生產(chǎn)速度，我們不希望超過3毫米。這只有通過我們的專利接口才能實現(xiàn)，該接口可將載荷從鋼材轉(zhuǎn)移到復(fù)合材料。

底盤設(shè)計采用了對稱四軸非卷曲織物（NCF）結(jié)構(gòu)，由 Zoltek（美國密蘇里州圣路易斯市）50K 絲束 PX35 碳纖維制成，展示了 0°、+45°、-45° 和 90°纖維取向。“Kalkoffen 指出：“縫合特性是決定織物可塑性的關(guān)鍵?！拔覀冏屑毚_定縫合強度和紗線類型，以平衡拉擠加工的剛度和織物適應(yīng)復(fù)雜外形的能力。這種方法意味著在制造過程中對纖維進行精確控制，同時保持材料處理縱向和扭轉(zhuǎn)載荷的能力。

定制拉擠技術(shù)、方法

CarbonTT 解決方案的核心是定制拉擠制造技術(shù)。該系統(tǒng)以 Pultrex/KraussMaffei（英國曼寧特里）拉擠生產(chǎn)線為基礎(chǔ)，配備了定制設(shè)計的纖維架、成型裝置、夾具、自動張力控制系統(tǒng)、鋸和注塑箱。CarbonTT 以 Covestro（德國勒沃庫森）公司的聚氨酯系統(tǒng)為基礎(chǔ)，配制了一種專用樹脂，其中含有各種功能添加劑，以促進拉擠工藝的順利進行。這些添加劑可調(diào)節(jié)粘度和固化動力學(xué)，從而在灌注階段實現(xiàn)完全的纖維潤濕。此外，樹脂中還加入了紫外線穩(wěn)定劑和耐熱化合物，可為底盤提供長期的耐用性。

CarbonTT 為制造 CFRP 底盤大梁而開發(fā)的定制拉擠生產(chǎn)線可確保精確的纖維定向和無縫樹脂灌注。

“我們的纖維導(dǎo)向系統(tǒng)代表了拉擠技術(shù)的重大進步，”Kalkoffen 說?！皞鹘y(tǒng)的拉擠技術(shù)在復(fù)雜的纖維結(jié)構(gòu)中舉步維艱。經(jīng)過數(shù)年和無數(shù)次的努力，我們開發(fā)出了一種獨特的控制系統(tǒng)，使用多個傳感器來保持相對于模具的精確纖維進給定位。這些傳感器持續(xù)監(jiān)測纖維的位置和方向，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)阶詣訌埩刂葡到y(tǒng)，該系統(tǒng)可進行實時調(diào)整，以防止纖維錯位、起皺或形成空洞，從而影響結(jié)構(gòu)的完整性“。這項技術(shù)使 CarbonTT 能夠以高速生產(chǎn)復(fù)雜形狀的型材，而不會產(chǎn)生褶皺，這對于實現(xiàn)良好的材料性能和最大限度地降低每種應(yīng)用的纖維成本至關(guān)重要。

CarbonTT 還開發(fā)了在注射區(qū)產(chǎn)生和控制壓力梯度的專有技術(shù)?！霸谧⑺芟到y(tǒng)中產(chǎn)生足夠的壓力需要對多個變量進行精確控制，”Kalkoffen 指出?！坝捎诶瓟D工藝的連續(xù)性，注塑箱的兩側(cè)是開放的，因此如果需要一定的壓力才能使樹脂到達中心纖維，就不能僅僅增加計量機上的壓力。我們必須開發(fā)樹脂，以便在這種具有挑戰(zhàn)性的情況下進行滲透和固化。

CFRP 底盤中復(fù)合材料與金屬連接的界面驗證測試裝置。多個方向的載荷測量確保了連接性能的穩(wěn)健性。

隨后進行了車輛級動力學(xué)驗證。這包括使用配備全套儀器的車輛和測試軌道進行專門測試，以收集穩(wěn)定性能數(shù)據(jù)，包括驗證復(fù)合底盤沖擊力的緊急機動場景。每個階段都通過了德國車輛認證機構(gòu) TüV Rhineland（科?。┑恼J證程序，確保符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

這個已完成的 CFRP 梁部件展示了四軸向織物結(jié)構(gòu)和通過 CarbonTT 拉擠工藝實現(xiàn)的優(yōu)化剛重比。

Borco H?hns 菲亞特 Ducato 配備了 CarbonTT 的 CFRP 底盤，并在受控賽道上進行了動態(tài)性能測試。復(fù)合材料底盤大大提高了操控性能。隨著城市配送和移動零售的持續(xù)擴張，以及減排壓力的增加，輕量化解決方案將在3.5公噸汽車行業(yè)的發(fā)展中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。有效載荷的顯著增加，能夠以更少的行程實現(xiàn)更高的收入，并推進可持續(xù)性指標(biāo)，這表明復(fù)合底盤技術(shù)在未來的商用車應(yīng)用中可能會越來越普遍。