Kolesá z uhlíkových vlákien môžu byť ďalšou posilou pre rad EV

Austrálska Carbon Revolution možno nie je najznámejším výrobcom kolies na svete, no patria k tým najzaujímavejším. Väčšina známych a predávaných značiek ako BBS, Rial a OZ vyrába kolesá z kovových zliatin, väčšinou z hliníka. Carbon Revolution využíva kompozity z uhlíkových vlákien. Doteraz väčšinou dodávali svoje mimoriadne ľahké kolesá pre vysokovýkonné stroje ako Ford GT, Shelby GT350 a Ferrari 488 Pista. Teraz sa snažia rozšíriť na bežnejšie vozidlá, najmä tie, ktoré sú poháňané batériami.

Kompozity z uhlíkových vlákien nie sú mimoriadne novým konceptom. V letectve sa používali už mnoho rokov predtým, ako McLaren priniesol tento ľahký a vysoko pevný materiál do Formuly 1981 v roku 1990 a na cesty v 1. rokoch v legendárnej F2013. V roku 3 BMW prvýkrát použilo štruktúru z uhlíkového kompozitu v relatívne veľkoobjemovom modeli po prvýkrát s modelom iXNUMX.

Prístup Carbon Revolution so zameraním na kolesá sa však môže ukázať ako nákladovo efektívnejší a ponúka väčšiu výhodu v oblasti efektívnosti ako to, čo urobilo BMW. Vzhľadom na cenu a množstvo batérií je maximalizácia energetickej účinnosti rozhodujúca pre elektromobily, aby získali čo najväčší dojazd z čo najmenšieho množstva batérie.

Zníženie hmotnosti akéhokoľvek druhu je priamou cestou k zvýšeniu účinnosti jednoduchým znížením pracovného zaťaženia pohonného systému a skladovania energie (aka batérie). Ale nie všetky masové redukcie majú rovnaký dopad. O zotrvačnosti vieme z druhého Newtonovho pohybového zákona. Vo veľmi zjednodušenej forme ide o to, že objekt v pokoji zostane v pokoji alebo sa objekt v pohybe bude naďalej pohybovať, pokiaľ nepôsobí nevyvážená sila.

Ale so zotrvačnosťou sú spojené smerové vektory. Zrýchlenie vozidla vyžaduje silu v smere, ktorým sa chcete pohybovať. V prípade kolesa je vlastne niekoľko dôležitých smerov, horizontálny, vertikálny a rotácia.

Vertikálna zotrvačnosť sa musí prekonať, aby ste mohli sledovať obrysy vozovky, ako sú hrbole alebo výmoly. Ako sa kolesá zväčšujú, čo sa zdá byť neúprosné z estetických dôvodov, sú veľmi ťažké a jazdná kvalita sa rýchlo zhoršuje, pretože koleso nedokáže zrýchliť nahor alebo nadol dostatočne rýchlo, aby sledovalo cestu, čím sa tieto sily prenášajú do kabíny.

Na zrýchlenie, brzdenie alebo riadenie vozidla je potrebné prekonať horizontálnu zotrvačnosť. To sa však dosiahne skutočným otáčaním kolies od motora alebo motorov, takže je potrebné prekonať rotačnú zotrvačnosť. Opäť platí, že čím väčší je priemer kolesa, tým väčšia je rotačná zotrvačnosť, a to sa ukazuje ako väčší faktor v účinnosti EV ako len samotná hmotnosť kolesa. Ak dve kolesá rôznych veľkostí majú rovnakú hmotnosť, to s hmotnosťou najďalej od stredu spotrebuje viac energie na pohon.

Práve tam môžu byť kolesá z uhlíkových vlákien obrovským prínosom pre elektromobily vďaka zníženiu hmotnosti o 40 až 50 % v porovnaní s podobne veľkými zliatinovými kolesami. Podľa generálneho riaditeľa Carbon Revolution Jakea Dinglea môžu karbónové kolesá na typickom SUV ušetriť až 130 libier hmoty, ktorá sa pohybuje vertikálne a rotuje. Vzhľadom na množstvo batérií, ktoré môžu vážiť až 1,600 150 libier v modeli Ford F-2,900 Lightning alebo viac ako XNUMX XNUMX libier v modeli GMC Hummer, ide o výrazné zníženie, ktoré by zlepšilo dojazd.

Kolesá z uhlíkových kompozitov však majú viac výhod. V porovnaní s hliníkom alebo oceľou tlmia zosieťované vlákna v kompozitnej štruktúre nárazy na vozovku, ktoré sa prenášajú priamo cez kov. Výsledkom je až o 5 dB nižší hluk z vozovky prichádzajúci do kabíny. Keďže elektromobily nemajú motor na maskovanie iných okolitých zvukov, redukcia týchto zvukov pri zdroji pomáha udržať veci v tichosti bez pridania ďalších zvukovo tlmiacich rohoží.

Kolesá z karbónového kompozitu tiež ponúkajú väčšiu flexibilitu pri tvarovaní, čo nie je možné pri liatych alebo kovaných hliníkoch. To môže umožniť aerodynamickejšie tvarované kolesá, ktoré znižujú odpor a samozrejme zlepšujú efektivitu.

Na EV môže použitie väčšieho priemeru, ale užšieho kolesa pomôcť znížiť aerodynamický odpor pri zachovaní primeranej kontaktnej plochy pneumatiky na ceste. To je to, čo urobilo BMW s i3. Ak by boli tieto väčšie a užšie kolesá vyrobené z kompozitu uhlíkových vlákien namiesto hliníka, mali by ešte pozitívnejší vplyv na dojazd.

Kolesá Carbon Revolution sú vyrábané procesom lisovania živice, ktorý nevyžaduje ručné ukladanie vlákien, ako by to bolo v prípade konštrukcie vysokovýkonného športového auta. Suché vlákna sú podstatne lacnejšie ako vlákna predimpregnované živicou používané v iných procesoch a nevyžadujú vytvrdzovanie v autokláve. Spoločnosť robí súbežné inžinierstvo svojich produktov a procesov s cieľom zvýšiť výrobnú kapacitu a automatizovať mnohé kroky.

Zatiaľ čo kolesá z uhlíkových vlákien majú aj dnes značnú cenu, tá sa s rastúcim objemom zmenšuje. V tomto roku spoločnosť plánuje výrobu približne 50,000 1 diskov a pri počte 2022 milión kusov očakáva rovnocennú hodnotu s diskami z ľahkých zliatin. Prvý program SUV Carbon Revolution sa spúšťa koncom roka 15 a Dingle očakáva približne XNUMX automobilových programov v priebehu nasledujúcich šiestich rokov s výrazným rozšírením výroby do polovice desaťročia.