汽車底盤用都在用PA6+GF50復合材料？這些車企的應用案例你必須知道

　　

　　無論是新能源汽車還是以往傳統的燃油汽車，都需要穩定的汽車底盤來實現汽車性能的穩定性，同時，汽車底盤也是汽車最重要的組成部分，直接決定著汽車的整體運行性能。

　　

　　一旦新能源汽車底盤設計不夠完善，那么汽車底盤放置的電池將極有可能會受到外界因素的影響，甚至威脅到人們的生命安全。

　　

　　在汽車底盤上使用材料，最顯而易見的好處是，減重。即使是添加了玻璃纖維，PA6零件仍然可以比鋁合金輕20%到30%左右，低車重可以帶來更好的能耗表現。而且對于下擺臂等部件而言，減輕的是簧下質量，可以大幅提升行駛性能，使車身更為平穩，操縱也更為靈敏。

　　

　　汽車底盤的組成

　　

　　底盤是汽車除輪胎之外最接近地面的重要部件，也是整臺車提供剛性與承載性的機構。

　　

　　底盤的作用是支承、安裝汽車發動機及其各部件、總成，形成汽車的整體造型，并接受發動機的動力，使汽車產生運動，保證正常行駛。

　　

　　底盤由以下四部分組成：

　　

　　傳動系統

　　

　　包括離合器、變速器、萬向傳動裝置、傳動軸和驅動橋等。

　　

　　

　　

　　行駛系統

　　

　　包括車架、車橋、車輪和懸架等。

　　

　　

　　

　　轉向系統

　　

　　包括方向盤、轉向器、轉向節、轉向節臂、橫拉桿和直拉桿等。

　　

　　

　　

　　制動系統

　　

　　供能、控制、傳動裝置和制動器等。

　　

　　

　　

　　無論是新能源汽車還是以往傳統的燃油汽車，都需要穩定的汽車底盤來實現汽車性能的穩定性，同時，汽車底盤也是汽車最重要的組成部分，直接決定著汽車的整體運行性能。

　　

　　新能源汽車的汽車結構主要是由穩定的底盤來實現對電池的承載，因此，在對新能源汽車進行設計時，需要注重對汽車底盤的設計，保證新能源汽車底盤能夠很好的將電池進行承載放置，同時還要考慮到新能源汽車底盤電池放置的安全性，將電池可能受到的外界影響因素統統考慮到，盡可能的避免新能源汽車電池受到外界不確定因素的影響。

　　

　　選材方案：PA6+GF50

　　

　　使用于汽車底盤件上的塑料，以尼龍PA（聚酰胺）為主。尼龍品種多，分為PA6、PA66、PA11、PA12、PA610、PA612、PA1010、PA46等型號，但主要產量集中在PA6、PA66這兩種型號上，占了尼龍總產量的90%。

　　

　　PA66具備高強度性、抗高溫阻力、化學阻力、高硬度和抗磨損性能等優勢在較高溫度下也能保持較強的強度和剛度；PA66機械強度較高，耐應力開裂性好，是耐磨性最好的尼龍；PA66自潤滑性優良，僅次于聚四氟乙烯和聚甲醛；PA66熱性也較好，屬自熄性材料，但吸水性大，因而尺寸穩定性差。

　　

　　然而，PA66樹脂和化合物的成本飆升，而依賴PA66產品的制造商，無論付出何種代價，都難以滿足他們的供應需求。PA66的需求將很快超過供應10萬噸左右，一些PA66消費者將被迫考慮另一種選擇。

　　

　　PA6在剛度和強度上與PA66相當，是一種很好的材料，在替代PA66的項目上面應該是最有潛力可以挖掘，也是最有可能的方案。

　　

　　

　　

　　PA6具有非常高的強度和剛性，而且非常耐磨，還可以承受-40℃的低溫，以及100℃高溫并阻燃，不易腐蝕、不會生銹。使用于底盤上時，PA6往往還會添加玻璃纖維，使其性能得到進一步強化，最高添加比例是50%。

　　

　　在基本性能上面來看，其實區別最大的就是熔點。但以長期熱性能看，PA6并不比PA66差。

　　

　　在150度和170度，PA66在后段的性能衰減更快，以最終5000小時的測試結果看，PA6可以保持和PA66接近的性能。

　　

　　

　　

　　在耐疲勞性能上，PA6往往表現出比PA66更好的表現。以PA6 50%GF為例，其疲勞壽命可以達到PA66 50%GF的1.5-2倍。

　　

　　這主要是因為以下兩點：

　　

　　PA6 50%GF比PA66 50%GF具有更好的韌性和更高的延伸率；

　　

　　有利于將應力峰值分散在更大的面積上而降低了應力水平。

　　

　　

　　

　　PA6+GF50復合材料，兼顧了強度和韌性，這恰恰是懸架控制臂所需要的，并且它還耐腐蝕，從材料上講，它有著更長的壽命。

　　

　　在汽車底盤上使用塑料，最顯而易見的好處是，減重。即使是添加了玻璃纖維，PA6零件仍然可以比鋁合金輕20%到30%左右，低車重可以帶來更好的能耗表現。而且對于下擺臂等部件而言，減輕的是簧下質量，可以大幅提升行駛性能，使車身更為平穩，操縱也更為靈敏。

　　

　　而且塑料的特性不同于金屬，它不會傳遞共振，有利于減少惱人的異響、改善NVH；它的抗疲勞能力也更強，在結構即將崩壞時，征兆也比金屬疲勞更明顯，更易發現；它還具有一定的自修復能力，輕微變形可以依靠彈性復原。

　　

　　

　　

　　

　　

　　PA6+GF50在汽車底盤上的應用實例

　　

　　Model 3的前懸上控制臂

　　

　　Model 3的前懸上控制臂，采用的便是單層沖壓鋼板+內部填充樹脂，優點是相比于鈑金拼焊方案能減重30%。

　　

　　

　　

　　這種結構應該是用高強鋼外包覆+“PA6+GF50”為主的復合材料，來自韓國日進和巴斯夫聯合開發。

　　

　　

 

　　

　　從實物圖能明顯看出，靠下一側采用了工程塑料，但在固定軸處還是傳統的鋼材。

　　

　　

　　理想下擺臂的復合材料采用的是巴斯夫的專利技術，基材為PA6，加入50%的GF，和特斯拉為同一供應商。其下控制臂重量僅為約3.2kg，和鋁合金下控制臂重量相當。

　　

　　

　　理想One的前懸因為是傳統且常見的麥弗遜結構，因此并沒有上控制臂。

　　

　　從下圖可以看出PA6+GF50復合材料在熱脹冷縮方面的性能，膨脹量介于鋁合金和鋼之間，收縮量小于鋁合金，可以說很穩定，受溫度影響很小。

　　

　　

　　

　　強度和壽命如何呢

　　

　　據理想官方披露，產品強度上，PA6+GF50復合材料側向屈曲可以做到 100KN以上，約相當于7倍的理想One的滿載前軸載荷，同等邊界下的鋁擺臂約在70kN左右。

　　

　　據說這個擺臂內部加強筋是通過巴斯夫專用CAE工具Ultrasim開發，可以按照設計需求強化任意點結構，完全無死角，這是金屬材料工藝無法做到的。

　　

　　

　　

　　耐久上暫無明確對比，但理想方面表示，進行了多輪的臺架和路試驗證，可以實現整車全生命周期。對于材料本身，其熱變形系數接近于鋼材質，在 120℃環境下，存放 11 年其機械性能基本沒有什么損失；低溫下（-30℃）材料本身抗拉強度會提升45%。