“草上飛”秘籍2.0版

許鴻德

前述遺憾在近期有了突破——TOYOTA宣布為了提高車輛性能及行車安全性，計劃2020年之前推出免充氣輪胎，還可顯著降低整車重量。另一方面，車身可用碳纖維打造、就連輪圈也進入碳纖維時代，繼較早之前科尼塞克原車標配，福特、寶馬M提供選裝碳纖維輪圈之后，Porsche近期也推出一款純碳纖維增強塑料輪圈，該款輪圈意味著能讓車加速和制動更加輕盈，能夠增加駕駛動態和駕駛樂趣，同時更重要的是代表未來碳纖維輪圈的制造成本或許可能進一步降低。

綜合以上，超輕車輪時代離我們還有多遠？更低的簧下與簧上荷重將如何影響未來汽車產品？請看分析。

車輪輕有多重要？

如何減輕汽車重量、扭轉20年來讓新車因滿載各種安全和舒適配備而越來越重的問題，這已經成為高級與豪華車廠的首要挑戰與未來生死存亡的關鍵！從中國到歐盟總部比利時、再到全球最大單一汽車市場美國，各國政府都要求新車使用更少的汽油，或最好是完全不使用汽油（以電動能源取而代之）。

來自鋼鐵生產廠商Arcelor-Mittal、Robeft Bosch GmbH與咨詢公司Arthur D.Little的分析得出一個發人深省的結論：若汽車全車重量降低10%，則燃油效率可提高6%-8%：全車重量每減少100公斤，百公里油耗可降低0.3-0.6升，而車身減重的成本比如加裝任何形式的混合動力系統都要更低。要知道對于采用發動機的車輛來說，現有的節油科技包括可變氣門與進氣岐管、渦輪增壓和閉缸、啟停等方式，但沒有一種能達到5%的節油效果！

此外，降低車身重量還能減輕剎車系統工作壓力并提高發動機效能，是故基于當前環保和節能的需要，“汽車輕量化”已經成為世界汽車發展潮流。

正當其他汽車零部件科技在輕量化上突飛猛進之際，在輪胎與輪圈領域的創新卻乏善可陳。要知道，身為車輛唯一與地面接觸的零件，同時也是簧下荷重（包括車輪、懸掛搖臂、剎車系統）的主要部分，輪胎與輪圈的減重對于節能與性能提升的效果也非常明顯，業界共識是車輪每減少1公斤，相等于車身重量（簧上荷重）負擔少了10-15公斤左右（僅是車輪減重30%，燃油效率就可提升7%以上），于是常見許多競賽用車輛改裝的輕量車輪，為的是讓車輛加速性能提高并且省油少進加油站。

碳纖維輪圈飛入尋常百姓家？

在降低重量上，汽車工程師很早就懂得運用先進復合材料（主要以碳纖維材料為主）替代傳統鋼鐵，并且目前也算比較普及，但一旦嘗試將碳纖維材料應用在輪圈上，就始終無法克服成本及性能上的瓶頸，這也導致過去愿意將碳纖維材質引入到民用車輛輪圈制造上的僅有Koenigsegg、Ford、BMW M的特殊車款。

Koenigsegg Agera R與ONE：1是世界上率先采用中空式、一片式全碳纖維輪圈的民用車型，獨有的Aircore空心技術，令得輪圈的重量降低成效明顯（每個輪圈重量僅6公斤）、同時也減少了20%的簧下重量，不過一套這樣的輪圈配上米其林Pilot Sport Cup 2輪胎要價60000歐元！為啥這么貴？從Koenigsegg原廠公開碳纖維輪圈的制作過程可見：采用手工按照輪圈的雛型將碳纖維材料一片一片交織貼于模具上，無論是框面還是框身的基本結構都是用這復雜且慢條斯理的前置生產模式，最后再將完成的碳纖維框架真空處理、涂布硬化劑并送到烤爐成型，完成后進行打磨、烤漆外觀保護工序，而這樣僅完成ONE：1的一個輪圈而已。相較于鋁合金鍛造輪圈的全自動生產流程——用機器將鋁材壓成輪圈成型，再修飾細節打磨上漆即可，手工打造的碳纖維輪圈成本之高可想而知。

之后，Ford曾在Mustang Shelby GT350R跑車上使用碳纖維輪圈，并選擇與碳纖維專家Carbon Revolution共同設計，為了確保這套輪圈能夠達到民用車需求的耐久度，他們先后進行了包括撞擊、紫外線/化學暴露以及極端熱耐久性等測試，還采用了等離子弧陶瓷噴涂技術以強化使用壽命。

不管哪家的碳纖維輪圈，大家可以看出目前這種好東西之所以難得普及，癥結就在成本！

如何降低碳纖維輪圈的生產成本？Porsche近期宣布其研發成果：其碳纖維輪圈的中心以交織性碳纖維織物為材料，并經由200多個單獨的零件切割、組裝而成，為此他們還投資了全球最大的碳纖維編織機來用于生產，一個輪圈總計采用11英里長的碳纖維絲材料。編織機完成輪圈的雛形后，再經由高壓和高溫樹脂填充和初步的樹脂固化、模塑成型，冷卻、上保護漆、美化外觀等程序后完成，量產化的工序使得制造成本得以降低。根據Porsche表示，這款碳纖維輪圈的堅韌度比同等鋁合金輪圈高出20%，整套車輪的選配價格雖然還要16000歐元，但已較Koenigsegg Agera的同類產品價格大幅下降60%、同時質量更穩定，相信隨著生產規模的擴大，未來將有更多車主可享受到碳纖維輪圈所增加駕駛動態和駕駛樂趣。而這款純碳纖維增強塑料輪圈也預計于2018年初開始裝配在911 Turbo S Exclusive Series車型。

輪胎輕量化科技突破口

打從子午線輪胎上世紀50年代誕生，并于70年代成為主流輪胎產品之后，輪胎相關科技除了抓地力、耐用度、排水性、降噪能力提高之外，在降低輪胎本體重量上并無特別重大突破，直到免充氣輪胎科技的橫空出世！

傳統充氣式輪胎是Michelin兄弟發明，但也很可能被Goodyear等輪胎廠的新產品所淘汰！2005年Michelin就發表了“Tweel”輪胎研發計劃，如果這個計劃能廣為市場所接受，下一代的輪胎壽命將比現有產品多上三倍，而且永遠不必充氣（因為里面根本沒有空氣）。Tweel計劃的名稱是車胎（Tyre）與車輪（Wheel）的字母組合，不難看出它所傳達的“整合性車輪”概念：傳統車輪的輪圈及輪胎未來將被整合為一體，Tweel輪胎有兩層沒有空氣的實心橡膠，其中模擬傳統輪胎充氣的部分，改由Polyurethane（聚氨酯）為材料的高分子輪輻來擔任。endprint

Michelin的工程團隊表示Tweel輪胎胎壁能提供的橫向抵抗力比現有輪胎多上5倍，對于追求更佳車輛操駕性能的車主來說這是天大的好消息，但由于科技過于前衛至今尚未商用化！

反而是美國的輪胎制造商Goodyear固特異于2017年9月發表了專門使用于割草車的無空氣輪胎，該輪胎使用熱塑攔E連接結構，以提供剛性和柔性承載重載荷，同時保持平穩的行駛性能。這款被稱為“固特異草皮王（Goodyear TurfCommand）”的產品于2018年正式推出，這代表固特異未來推出轎車和商用車使用的免保養輪胎不遠了。

“‘草皮王輪胎的推出是我們開發無氣輪胎技術的重要里程碑，未來市場對維護成本更低，輪胎壽命更持久的需求將會不斷增加。”固特異首席技術官Christopher Helsel如是說。

此外，在2017年東京車展上，TOYOTA展示了其氫氣驅動的概念車Fine-Comfort Ride，這款車上也首次使用以橡膠帶環繞塑料制成的車輪，而且每個車輪上都有各自的驅動馬達。

Fine-Comfort Ride概念車所使用的無氣輪胎是由日本住友橡膠開發，據TOYOTA首席工程師Takao Sato表示：“這款無氣輪胎可提高行駛時的安全感，讓駕駛不用擔心輪胎被刺破或是胎壓不夠的問題。現階段無氣輪胎和普通輪胎的重量相當，但推估在2025年時，隨著橡膠技術的發展、每條無氣輪胎將減掉約5公斤或者30%的重量。”TOYOTA無氣輪胎主管Wako Iwamura規劃在2020年之前將無氣輪胎推向商用市場，并認為無氣輪胎可有效降低車輛（尤其是電動車）的車身重量。

除了減輕輪胎重量之外，無氣輪胎目前需要被迫切解決的是摩擦阻力問題，在滾動阻力（輪胎運動時對輪胎起作用的摩擦力）方面，無氣輪胎的性能要比目前的充氣輪胎差上10%到20%，這對于無氣輪胎的主要應用點——電動汽車來說非常不利。不過相信在材料工程師的努力之下，前述問題應該會在可見的未來有所突破！

未來可期

車輪相關技術的突破對減輕車重、提升車輛性能的幫助顯而易見：光是換用碳纖維車輪可降低的簧下荷重就可輕易達到20公斤，未來換用無氣輪胎又有機會降低將近20公斤，這意味著大約降低25%簧上（車身）荷重的同等效果。

此外，全面換甩無氣輪胎后，備胎順理成章的從后行李箱消失，行李廂在移除備胎與工具組之后又多出了15%空間，負載還減輕將近20公斤！新世代輪胎的吸引力一天比一天增加，不可諱言，近年來車輪相關科技的發展相對緩慢，還是有非常大的提升空間，我們也期待前述關鍵新技術能夠早日普及！endprint