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碳纤维的BMW i3使汽车业技术进一步创新

文章出处:网络责任编辑:管理员人气:发表时间:2015-08-29【

据彭博社11月15日报道,为了让旗下车辆免遭可能的淘汰,宝马在华盛顿郊区开始了新的尝试。在这里的生产车间内,几十万条纤细的白色细线蜿蜒向上。

蜿蜒盘旋,长度近一英里,这些细丝看起来像是世界上最细的米线,经过拉伸、烘烤,直至变成黑色,它们就成了碳纤维——这是一种比人类头发还细,但比钢铁还坚硬的材料。

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宝马将使用这些光滑的黑色细丝制造i3电动车的车架。这款电动车将于明天起在德国的经销商处开始销售。在未来的几个月中,它将销往世界各地。这是首次将碳纤维大规模运用到量产车上,也是自至少上个世纪80年代,当第一批全铝车架生产以来,汽车生产中的最大转变。

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这款战略产品缘起于六年前。当时刚刚上任的宝马集团董事长诺伯特•雷瑟夫博士通过观察分析,认为不断增强的环保意识很可能会推动更加严格的排放法规的出台,这会对汽车行业的发展走势产生巨大的影响,与此同时,像宝马5系这样的车辆在未来发展中可能会处于不利的地位。 123456

商业威胁 123,123

“展望2020年,我们看到了我们的商业模式所面临的威胁,” 当时负责战略规划的现任宝马首席财务官弗里德里希•艾希纳在位于慕尼黑总部的四缸大厦中陈设简单的办公室里接受采访时说道,“我们必须为了6系,7系和X5等车型的未来发展而寻找解决方案。”

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为了继续销售那些无愧于“终极驾驶机器”称谓的汽车,宝马需要为不断发展的城市提供一款可行的电动车来抵消排放,在这些城市中,会有越来越多的潜在客户。这就是BMW i3电动车的开始。 本文来自123

那时,电动车市场并不景气,因为沉重的电池充电一次,需要保证车辆至少行驶100公里(62英里)——这是日常使用中,最基本的驾驶距离。这就意味着,车辆需要轻一些,减少电池组的尺寸和成本,并提高操控性。碳纤维!能够使用的,最轻、最坚固的材料就是碳纤维。

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高成本 123456

但是极其昂贵的造价却是碳纤维的缺点。据咨询公司弗若斯特沙利文公司(Frost & Sullivan)估算,使用碳纤维的成本折算下来相当于每公里花费20美元。使用钢铁时,这一数字仅为1美元。宝马的目标是——截至2020年,将碳纤维车架的造价降低到与铝制车架同一水平。

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虽然这些黑色的细丝已经在F1赛车、像布加迪威龙这样的超级跑车以及波音787中得到了应用,但是在大批量生产中,由于自身的复杂性以及高昂的造价和时间成本,碳纤维还未经测试。因此,宝马想要在这方面开创先河——批量生产碳纤维。

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当时,宝马最初的计划是碳纤维产量占全球市场份额的约10%。这在现代汽车业是不同寻常的。现在,越来越多的汽车企业将配件生产进行外包,以降低成本。 123456

“宝马的做法让人想起了工业革命。当时企业的生产都是从铁矿石开始,或者他们把工厂修在电厂附近,”一名来自Frost & Sullivan 森奈办公室的分析师Aravind Chander表示。“这是一种激进的做法,目前还没法证明的对错。” 123456

稳固合作关系

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为生产纤维,宝马于2009年和SGL Carbon SE 成立了一家合资公司。由于该项目的战略重要性,宝马甚至做出了一项罕见的举措,即通过购买16%的股份来对抗大众所购买的10%股份,从而来保证其在位于德国威斯巴登的制造商的影响力。匡特家族的成员之一Susanne Klatten是宝马的大股东,她也购买了SGL的27%的股份,令该BMW对这家公司控制力远远超过其竞争对手。

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生产碳纤维远比塑钢和通过敲打打造车外体板复杂。首先需要从丙烯酸线中剥离原子,然后将碳晶体链层层叠加,再注入塑料树脂。宝马的生产过程至少涉及了三个场所。在整车最后从德国东部的莱比锡工厂下线之前,碳纤维材料的辗转旅行超过5000英里。

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不同的想法 123,123

虽然大多数汽车制造商都在进行碳纤维实验,但是没有厂商打算立刻追赶宝马。戴姆勒集团的奔驰并没有把碳纤维看得很重要,相反,它正在设计由传统发动机和电动机驱动的汽车,并计划在2017年推出燃料电池车,因为这种车比纯电动车的续航里程更长。 123456

对于采用碳纤维制造汽车的益处,“我们有不同的想法,”戴姆勒首席财务官博多·乌博在一次采访中表示,“让我们看看谁能给出更好的答案。”

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作为宝马在豪华车销量上的最接近的对手,奥迪把目光投向了混合材料,包括铝、轻钢以及碳纤维,而不是依靠一个单一的解决方案,奥迪发言人Josef Schlossmacher 表示。 内容来自123456

在宝马内部,对于基于碳纤维材质研发电动车的战略,也不是没有批判的声音。艾希纳和CEO诺伯特•雷瑟夫不得不向世界各地持有怀疑态度的公司管理人员论证他们的选择,以获得广泛的支持。 copyright 123456

“一些人开始并没有意识到电动车的重要性,还建议我们制造超级跑车,”艾希纳表示,“这一战略在最初并没有获得普遍认可。” copyright 123456

代号:Chinook 123456

2010年7月,宝马集团与SGL投资一百万美元在美国华盛顿州摩西湖镇建立了一个碳纤维工厂。在以“Chinook”代号进行全球搜索之后,这两家公司决定将工厂落户于这个地处干旱高原地带的小镇上。 内容来自123456

摩西湖镇拥有两万人口,距离西雅图有三个小时的车程,距离斯波坎市有一个半小时的车程,通常来说,不是一个很理想的选择。但是,最终令两家公司决定将工厂建于此镇的原因是该地毗邻哥伦比亚河。宝马希望车辆从一开始就使用可再生资源,利用水力发电来运转工厂的烘炉,当地的水力发电成本约为3美分/千瓦时,不到德国的五分之一。

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伯恩斯坦公司分析师马克思•沃伯顿说道,“宝马决定全力以赴地投入碳纤维电动汽车制造中,这是一个勇敢的决定。这提示我们,宝马比其他汽车生产商更精于此、更专注于此,而且眼光更为长远,而不是局限于眼前的竞争层面。” 123,123

比日产聆风还轻

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第一批纤维材料生产于2011年夏天,为最终量产进行试运行。BMW i3采用了碳纤维复合材料,用以保护乘客的生命安全。因为采用爱游戏官方app复合材料制成的部件具有一定的弹性,可以有效避免事故时的撞击力。而电池安装在铝制底盘上。

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得益于所使用的材料,宝马i3的重量比世界上最畅销的电动汽车日产聆风还轻20%。这使得车辆的0-100公里/小时加速时间仅为7.2秒,比日产聆风快4秒。

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“宝马已经将一些创造性思维应用到BMW i3的几乎每一个部分,”英国汽车杂志Top Gear在评论中说道,“并且这些做法经实践证明非常有效。”

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当然,向碳纤维转型具有详细的规划。它始于给人印象不深的丙烯酸线,这些纤维在日本定制,被拉伸缠绕在轴上,然后在超过200摄氏度(392华氏度)的温度下烘烤约一个半小时,从金色逐渐变为青铜色、棕色、黑色。 123,123

无氧处理 copyright 123456

当炉中的温度高达1400℃时,非碳原子就会从纤维中分离出去。炉内是无氧环境,因此,能够防止原料燃烧起来。经过加工后,逐渐形成碳晶体分子链。

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这些闪亮的黑色碳线,每根的细度只有人体头发的约七分之一。这些线再被分成多个纤维束,每束含有5万股纤维,这远远超过了行业标准。在最后的加工过程中,线束会被迅速地缠到线轴上。

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摩西湖畔的碳纤维工厂几乎实现了全自动化操作。仅有不到12人负责监控机器,间或打开新的丙烯酸线盒,将其接到下一个批次。 123456

即使BMW i3的销量未达预期,碳纤维生产也不会停止。从新一代宝马7系开始,宝马的主要产品的构造中将采用碳纤维材料。 123456

钢铁极限 123456

“我们在碳纤维方面的投入不仅仅是针对单辆汽车,而是针对未来我们的整个产品系列及业务,” 艾希纳说道。“目前对钢铁的利用已经达到了极限,已经没有办法可以使车辆变得更轻。”

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在宝马位于莱比锡的工厂,钢铁不再是车辆韧性的衡量指标。那里有这样一条标语:“nerves of carbon fiber”。

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宝马不害怕孤军奋战。

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“走一条新的道路总是伴随着风险。”艾希纳说道。“但是,如果我们成功了,这将给我们带来一个巨大的机会。我们需要时间来超越竞争对手。现在已经没有太多的机会来获得这样的优势。”

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