先进的碳纤维技术助力太阳能汽车挑战赛

  两年一度的太阳能车挑战赛是目前上大的太阳能汽车比赛,比赛路线横跨澳大利亚超过3000公里,从达尔文(Darwin)一直到阿德莱 德(Adelaide)。OWL,是由日本工学院开发的一种先进的太阳能动力车,其采用帝人(Teijin)公司的碳纤维增强塑料(CFRP)作为底盘和 车身结构。这款车代表日本参加比赛,取得了所在组别第二名的成绩。
  OWL的概念
  太阳能车挑战赛分为三个组别。参加“巡洋舰”组比赛的车辆,每辆车车内乘坐一名驾驶员、一位乘客,及有限的行李。比赛按实际计分方法,OWL专注于减少行驶时间,因为其占总分的70%。
      
  令阻力小化,是太阳能车挑战赛参加者的重要的任务。OWL车辆的双座体下部有个中空的大隧道,以减少其正面投影面积以及保在证舒适性的同时符合规定。正面投影面积的减小,是通过使用的后悬挂臂和前悬架臂,并把它们置于前部位置,位于轮胎和驾驶员之后。
  OWL的结构
  超轻碳纤维织物只有0.06毫米的厚度,由Tenax®W-1105 CFRP预浸基体树脂(预浸料)制成,被用于设计和制造OWL 车身,从而成功将其重量减少55公斤。传统的太阳能汽车的太阳能电池板模块位于可拆卸的车顶,这些车辆需要通过在车辆中添加框架以确保拉伸弹性模(刚性)。然而,OWL有着特别先进的结构——少数量的框架和先进的固定车顶。其表面通过分离排列及在正交辅设层进行单向(UD)层压从而达到部分增强,以提高抗扭刚度。
       
  OWL 的结构
  由前轮胎负载没有车顶的前端,是加强OWL底盘和车身结构刚度关键的特征之一。为了实现这一目标,前部的组成包括T 型30毫米蜂窝带状叠层连接前支架(BHD)、车身A柱和车顶的前缘,以及表面由单向(UD)层压CFRP制成的高拉伸模量前辊。
  OWL的部件
  凹模通过铣床直接成型。车身的下层主体具有大的一体化结构,以尽量减少后期处理与二次密合性装配操作,从而保障OWL具有超轻量底盘和车身。模具的中间段是隧道式,可以减少模具的重量,及保障在预浸料固化过程有效的传热条件。
      
  OWL 的部件
  OWL的成型
  OWL超轻量化的底盘和车身零件,包括扰流件和车门的制造,通过剥离薄膜分层并且使用大型模具设备一体成型。该技术有效地减少了零件之间的距离,也有助于减少阻力。上层表面的叠层结构由薄碳纤维构成:t=0.12毫米/ 蜂窝状:t=12.5毫米/碳纤维: t=0.12毫米,而作为前面板仍保持足够的刚性。在每个重要的点使用UD和t=30毫米蜂窝芯层叠,以确保车辆的整体刚性。
  车辆下部主体造型独特,并兼具挑战性。下部和侧部的压模成型分别层叠高达80%,并在层压过程中相结合。这种技术可以使用敏感的层压工艺,比如在开放的成型模具上操作零部件的分割,并且减少模具结合后的层压工艺。
  OWL的车门结构
  OWL的门铰链为双铰链结构。当单轴铰链连接于车辆内时,门的操控会受到车辆主体的干扰,而且较大的铰链会影响驾驶位置。当试图有效地减少阻力时,对于附着在车辆外部的铰链是不可能的。作为一个解决方案,通过使用小铰链和双铰链,以不干扰驾驶位置和车体。
      
  OWL 的车门结构
  多重锁支持的车门不会令驾驶更轻便,但如果门的刚性较低,驾驶时会在风压下变形。通过多点链接管理车门有助于集成控制和操控车门。
  OWL斩获所在组别的亚军,但赢得了太阳能车挑战赛的高行驶分数。它彻底的低阻力车体和车身轻量化结构,使其能够高速、高稳定地行驶。这是得益于OWL 创新底盘和车身结构。这种结构也减少了意想不到的变化调整,并有助于节能驾驶。
      
  OWL 的车门结构
  GH工艺公司成立于1972年,从事全阶段的复合材料结构制造,包括设计、成型和结构评估。是目前范围内碳纤维材料开发和应用的领导者,其开发的碳纤维材料广泛应用于运输行业,包括汽车、船舶、铁路和航空工业,同时还有能源领域如风力发电设备。GH工艺公司一直支持大学的活动,如太阳能汽车比赛和大学生一级方程式大赛、日本鸟赛、机器赛,以推广碳纤维复合材料在基层的应用。
  东邦公司(Toho Tenax)是帝人集团的碳纤维及复合材料业务的核心公司,帝人集团近年来一直对日本工学院的太阳能车研发项目给予支持,并提供由Tenax®碳纤维制成的超轻材料。这种薄至0.06毫米的超轻量碳纤维材料由东邦Tanex和Sakai Ovex于2010年共同合作开发。GH工艺公司还参与了该车全碳纤维车身的设计和生产。
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