隨著環(huán)保和節(jié)能減排需求的不斷增加，全球汽車行業(yè)正在尋求多樣化的輕量化解決方案。簧下質(zhì)量的減重需求尤為突出，而作為簧下質(zhì)量的重要組成部分，車輪在汽車整體質(zhì)量中占據(jù)很大比重，減重的有效途徑之一就是采用碳纖維輪轂。隨著原材料和制造成本的下降，原本造價(jià)高昂、僅用于豪華或超豪華車型的碳纖維輪轂正在逐步“下探”。

需要指出的是，碳纖維在汽車行業(yè)并不是什么新鮮事物，在汽車車身及多個(gè)部件上早已得到應(yīng)用，例如2013年上市的寶馬i3的車身、底盤(pán)等部位就采用了碳纖維材料。

當(dāng)前，隨著汽車行業(yè)加快向電動(dòng)化轉(zhuǎn)型，一些制造工程上的挑戰(zhàn)正從內(nèi)燃機(jī)汽車轉(zhuǎn)移到電動(dòng)汽車上。減重、改善空氣動(dòng)力學(xué)性能和降低噪聲，這可能是當(dāng)代汽車工程師在研發(fā)電動(dòng)汽車時(shí)面臨的三大非動(dòng)力系統(tǒng)挑戰(zhàn)。與內(nèi)燃機(jī)汽車相比，電動(dòng)汽車的零部件少得多，但它們并不一定比內(nèi)燃機(jī)汽車更輕。事實(shí)上，很多電動(dòng)汽車比同級(jí)的內(nèi)燃機(jī)汽車更重，因?yàn)樗鼈兣溲b了“大塊頭”電池組。例如，通用汽車不久前推出的全新GMC悍馬電動(dòng)皮卡重量高達(dá)9046磅（約合4.1噸）。

另外，近年來(lái)，不少越野車和皮卡的輪轂尺寸和重量都在大幅增加。一些大型SUV的輪轂尺寸為22英寸（約合55.9厘米），個(gè)別甚至超過(guò)30英寸（約合76.2厘米），這就使得一個(gè)車輪的重量達(dá)到近100磅（約合45公斤），也就是說(shuō)一輛車的車輪重量就達(dá)到400磅（約合181公斤）。不少車企在為新車配裝更大的輪轂和輪胎。例如，雪佛蘭在今年8月中旬發(fā)布了一款新車預(yù)告，稱基于通用Ultium電動(dòng)汽車平臺(tái)打造的雪佛蘭索羅德電動(dòng)皮卡將搭載四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，并可選裝24英寸（約合61厘米）大輪轂。

在這種情況下，碳纖維在車輪上的減重引發(fā)業(yè)內(nèi)關(guān)注。總部位于澳大利亞的Carbon Revolution（碳革命）是一家技術(shù)較為領(lǐng)先的一體式碳纖維復(fù)合材料汽車車輪制造商，其首席執(zhí)行官杰克·丁格爾表示，碳纖維輪轂較鋁制輪轂要輕40％～50％，一套碳纖維輪轂可以使車輛減重88～110磅（約合40～50公斤）。這是一個(gè)相當(dāng)大的數(shù)字，畢竟底盤(pán)和車身工程師為了減輕1公斤重量都要絞盡腦汁。

對(duì)于碳纖維來(lái)說(shuō)，與其出色的輕量化效應(yīng)同樣出名的是其高昂的成本。在售后市場(chǎng)，一套碳革命公司的碳纖維輪轂價(jià)格往往在1萬(wàn)美元以上。因此，雖然碳纖維輪轂已經(jīng)不算是新鮮事物，但大多仍是作為昂貴的選裝配置，用于售價(jià)10萬(wàn)美元以上的豪華車型，包括奧迪、寶馬、保時(shí)捷、邁凱倫、賓利、法拉利等品牌。

當(dāng)前，不少全球享有盛譽(yù)的經(jīng)典跑車在都使用碳革命公司的碳纖維復(fù)合材料車輪，例如福特野馬謝爾比GT350R、法拉利488 Pista等高端跑車。其中，前者將原本每個(gè)重14.98公斤的鋁合金輪轂替換成8.17公斤的碳纖維輪轂后，全車減重27.24公斤，從而顯著改善了車輛的操控性能。價(jià)格方面，福特野馬謝爾比GT350R跑車采用的一套碳纖維車輪售價(jià)約為1.5萬(wàn)美元。

“如果一輛汽車車輪較大，會(huì)讓人覺(jué)得方向盤(pán)很重。如果車輪較輕，就可以獲得更好的轉(zhuǎn)向反應(yīng)，同時(shí)剎車更輕松。”碳革命公司北美副總裁羅恩·柯林斯表示，“如果在車輛的關(guān)鍵部位——輪轂輕量化方面取得卓越成效，車企就可以不用太糾結(jié)懸掛和車身附件的重量了。這樣看來(lái)，雖然碳纖維輪轂售價(jià)不菲，但貴得有道理。”柯林斯曾是福特汽車底盤(pán)研發(fā)部門(mén)負(fù)責(zé)人。

據(jù)了解，通過(guò)使用碳纖維輪轂，車輪重量大幅減輕，跑車得以實(shí)現(xiàn)更加優(yōu)異的操控性能。由于碳纖維車輪慣性更小，汽車轉(zhuǎn)向感和牽引力都會(huì)得到改進(jìn)，無(wú)論是加速還是制動(dòng)，反應(yīng)都更快。

此外，里程焦慮是很多潛在消費(fèi)者對(duì)于購(gòu)買電動(dòng)汽車較為猶豫的重要因素之一，雖然電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程主要取決于電池，但其他因素也會(huì)對(duì)此產(chǎn)生影響。而輕量化的碳纖維車輪能夠大幅減少汽車每次加速或減速時(shí)車輪旋轉(zhuǎn)帶來(lái)的能耗，也在最大限度延長(zhǎng)了電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程。

丁格爾還進(jìn)一步介紹說(shuō)，碳革命公司的一體式碳纖維輪轂設(shè)計(jì)，有助于進(jìn)一步減輕重量，并提升強(qiáng)度。他強(qiáng)調(diào)，“一體式”并不是指單片碳纖維。相反，該公司的一體式碳纖維輪轂是由幾塊碳纖維通過(guò)注入樹(shù)脂后粘合在一起，這種一體式碳纖維輪轂不僅比鋁制輪轂更輕，而且比目前市場(chǎng)上多數(shù)大規(guī)模量產(chǎn)輪轂所用的材料要堅(jiān)固13倍。碳纖維輪轂的另一個(gè)好處是可以降低噪聲，尤其是在電動(dòng)汽車上。丁格爾解釋說(shuō)：“碳纖維復(fù)合材料非常堅(jiān)硬，阻尼性能很好，可以顯著降低車輛噪聲。根據(jù)測(cè)試，采用碳纖維輪轂的汽車，噪聲至少可以降低5分貝。”

碳纖維也成為很多超豪華以及豪華品牌新車的重要宣傳賣點(diǎn)。例如，今年5月，法拉利發(fā)布了基于812 Superfast車型打造的終極性能版——812 Competizione及其敞篷版。碳纖維材料被廣泛應(yīng)用于新車的前保險(xiǎn)杠、后保險(xiǎn)杠、后擾流板、進(jìn)氣口等多個(gè)部位，同時(shí)新車還采用全碳纖維輪轂，據(jù)稱比同類合金輪轂要輕42％。

除了跑車外，還有一些豪華品牌的輕卡、SUV等車型都采用了碳纖維輪轂。例如，不久前賓利聯(lián)合意大利Bucci Composites復(fù)合材料供應(yīng)商歷經(jīng)5年研發(fā)，為添越SUV打造了一款定制的22英寸（約合55.9厘米）碳纖維輪轂，每個(gè)車輪減重6公斤。“我們與賓利密切合作，開(kāi)發(fā)了一款滿足車身結(jié)構(gòu)和美學(xué)設(shè)計(jì)要求，同時(shí)具備出色性能的輪轂。Bucci Composites總經(jīng)理安德烈·彼得斯奇說(shuō)：“對(duì)于我們來(lái)說(shuō)，這只是個(gè)開(kāi)始，我們將在高端汽車和售后市場(chǎng)嶄露頭角，打響知名度。”

“當(dāng)我們建立碳纖維業(yè)務(wù)時(shí)，我們的目標(biāo)是創(chuàng)造一種顛覆性技術(shù)，并使之得到大規(guī)模應(yīng)用。因此，我們必須使得流程自動(dòng)化，大幅縮短碳纖維輪轂的生產(chǎn)時(shí)間、降低制造成本。”丁格爾說(shuō)，“我們一直希望該技術(shù)能夠得到更廣泛的應(yīng)用，不僅僅局限于超豪華或豪華品牌，而是能走向主流市場(chǎng)。”據(jù)了解，碳纖維車輪的制造需要高精度的碳纖維鋪放和高壓成型技術(shù)，該公司擁有約50項(xiàng)與碳纖維車輪產(chǎn)品及制造工藝相關(guān)的專利，并希望通過(guò)改進(jìn)制造工藝，提高效率。為此，碳革命公司不僅開(kāi)發(fā)了高度自動(dòng)化的生產(chǎn)線，還廣泛使用機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能技術(shù)來(lái)優(yōu)化生產(chǎn)制造流程。

“如果生產(chǎn)制造流程完全自動(dòng)化，那么每條生產(chǎn)線每年可生產(chǎn)15萬(wàn)個(gè)輪轂。實(shí)現(xiàn)了規(guī)模化生產(chǎn)，就可以大幅降低成本。”丁格爾說(shuō)，該公司希望能在價(jià)格方面“顛覆”市場(chǎng)，一旦產(chǎn)量增加，碳纖維輪轂的成本將非常接近鋁制輪轂。未來(lái)幾個(gè)月，將有數(shù)款采用碳革命公司碳纖維輪轂的SUV陸續(xù)上市，而且該公司還將為1款電動(dòng)汽車提供大尺寸碳纖維輪轂。

“雖然現(xiàn)在碳纖維車輪看起來(lái)就像車輪界的‘魚(yú)子醬’，但我們希望通過(guò)規(guī)模經(jīng)濟(jì)來(lái)降低成本，讓它變得更加普及。”丁格爾預(yù)測(cè)，通過(guò)增加產(chǎn)量、降低成本，到2035年，碳纖維輪轂將從鋁制輪轂?zāi)抢飱Z得15％的市場(chǎng)份額。

事實(shí)上，早在3年前，碳革命公司與澳大利亞迪肯大學(xué)展開(kāi)一項(xiàng)耗資1500萬(wàn)美元的合作研發(fā)項(xiàng)目，為全球汽車行業(yè)開(kāi)發(fā)創(chuàng)新的復(fù)合材料輪轂，涉及的合作包括樹(shù)脂和纖維在內(nèi)的原材料研發(fā)、復(fù)合材料系統(tǒng)和先進(jìn)工藝研發(fā)、自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)和工業(yè)化量產(chǎn)技術(shù)等。丁格爾當(dāng)時(shí)就表示，該項(xiàng)目有助于該公司提升產(chǎn)品產(chǎn)量，并帶動(dòng)其產(chǎn)品向海外市場(chǎng)出口。

顯而易見(jiàn)，考慮到成本、技術(shù)等因素，短期內(nèi)鋼鋁輪轂仍將是市場(chǎng)上的主流，但碳革命、Bucci Composites等公司已經(jīng)開(kāi)始籌備在一些備受市場(chǎng)矚目的主流車型上安裝其碳纖維輪轂。此舉將迫使鋁制和鋼制輪轂制造商也積極行動(dòng)起來(lái)，努力“瘦身”。