汽車輪胎迎來碳纖維時代？
撰文 / 張 鷗
編輯 / 温 莎設計 / 師玉超來源 / The Drive 作者：JAMES GILBOY / PETER HOLDERITH題圖圖源 / TWITTER @CARBONREV
像動力系統一樣，汽車車身和部件也在不斷進行升級和發展，這一次是車輪。
次輕量級的碳纖維車輪已經得到了福特、通用和保時捷的認可，但在整個汽車行業內，仍舊有許多人對其發展前景持懷疑態度。
從Facebook的評論員們到著名賽車設計師高登·莫瑞（Gordon Murray），在大多數來自專業領域的愛好者看來，重量的減輕並不足以將其離譜的成本合理化——福特的零件目錄顯示，Mustang Shelby GT500使用碳纖維的車輪單個價格高達7390.57美元。且它們太脆弱了，遠不如傳統車輪那樣堅實，在現實世界中難以大範圍採用。
澳大利亞先進材料研發和車輛工程公司Carbon Revolution的工程和設計總監阿什·登米德（Ash Denmead），對這樣的質疑聲全然不贊同。他不僅認為碳纖維輪轂是對傳統合金輪轂的一個重量級挑戰，而且認為它們能夠提高效率，使其成為從電動汽車到商用卡車的必備品。
當下，有許多技術承諾都聲稱它們將在未來改變汽車行業，這個“未來”通常是不確定且未知的。登米德認為，碳纖維時代將很快到來，可能就在幾年之內。
福特GT500的碳纖維輪轂圖（圖源：福特）
減重，增加續航
登米德的碳纖維研發與迪肯大學有着密不可分的關係。今天Carbon Revolution的工廠就在迪肯大學，登米德也曾帶領學校SAE（國際汽車工程師學會）方程式車隊進行工程研究。
在學校的時候，他和夥伴們用自制的玻璃纖維模具來鋪設13英寸（33cm）的小型車輪，以提高他們從零開始建造的賽車的性能。他們的製造能力在短時間內逐漸增強，可以生產小批量的原型車輪，其中一些用於他們自己的車。登米德説：“當我回頭再看時，發現當時的成品其實挺粗糙的。”
Carbon Revolution公司就是從那個時候起開始飛速發展的。今天，他們為北美地區數以萬計的汽車提供輕質車輪——從法拉利和保時捷到福特野馬Shelby GT500和2023年雪佛蘭科爾維特Z06。儘管對高性能轎車來説，車輛減重已不是什麼新鮮話題，但這個市場十分有限，登米德也開始熱衷於將碳輪轂推廣到潛力更加廣闊的市場，如電動汽車。
“與減少汽車其他部分的規模相比，減少車輪規模會產生倍增效應。”登米德解釋説，“用更少的能量使車輪加速，在制動時用更少的能量使其減速。”
更少的能量使用立即能夠轉化為更大的續航里程。反過來，也有效地加快了充電的速度。而且，由於其材料特性，伴隨着優化動力學的車輪設計逐步發展，碳纖維的重量優勢也會隨之增強。
“用金屬當然也能夠完成一個真正符合空氣動力學的車輪。但這樣的話，車輪會變得更重。”登米德解釋説。這一點在大直徑的車輪上變得特別明顯，比如雪佛蘭Silverado電動車上的24英寸（61cm）車輪。而同樣的尺寸，如果使用碳纖維材料，車輪可以減少多達45%的重量，這取決於客户想要怎樣的耐久性。
2022年福特GT艾倫曼遺產版上的20英寸碳纖維車輪（圖源：福特）
“使用碳纖維，中空部分能夠有非常薄的壁結構，不需要擔心重量也可以達成符合空氣動力學的風格和性能。目前已經有客户對24英寸（61cm）和26英寸（66cm）的車輪感興趣，希望用來作為汽車的標準配置。”登米德説道。
數不盡的耐用性測試
不管是實際使用過，還是新聞上看到過，很多人都對於時不時發生的碳纖維輪轂變形、開裂的小事故並不陌生。
談到它們的耐用性，登米德説這是一個絲毫不需要擔心的問題：“Carbon Revolution的首席執行官傑克·丁格爾（Jake Dingle）有一輛寶馬320d，採用的便是自研發車輪。他住在墨爾本，每天開車200公里去工廠，之後再返回。5年裏沒有出現過任何問題。”
登米德強調，目前在北美有大約4萬個碳纖維車輪在路上行駛。這在很大程度上可以説明，這一技術已經處於基本成熟的階段。
車輪製造商會為碳纖維輪轂制定一系列標準，當然，重要的是它的車輪必須達到這個標準，他們還需要通過汽車製造商的嗅探測試。因為汽車製造商才是那些如果出現任何問題需要為車主負責的企業。
同樣，換個角度看，我們都知道汽車公司大概是地球上一些最規避風險的企業。如果它們不認為碳纖維車輪已經準備好了，碳革命就不會有今天的成就。
但這一過程是漫長的，部分原因是每個車輪都要經過長久的設計和測試過程。車輪製造商採用一種擬議的設計，並會模擬其抗疲勞和抗衝擊的表現，從使用的樹脂類型到每層的碳編織方向，將盡可能想到的所有因素都考慮在內。
“客户對耐用性測試的要求非常高，設計一個車輪並將其投入生產通常是兩到三年的過程。”登米德解釋説。
2023年雪佛蘭護衞艦Z06上的可選碳纖維車輪將非簧載質量減少了41磅（18.6KG）（圖源：雪佛蘭）
“在獲得模擬批准後，會對原型車輪展開一系列的實際上路測試，我們必須通過所有這些測試，然後它們才能被安裝到車輛上並投入使用。”然後，汽車製造商會對原型車再次進行自己的測試——這些車輪在到達客户那裏之前，經歷了數不盡的測試。
價格走勢
登米德和他的同事們認為，正是這種經過性能驗證、由OEM支持的技術可以使電動汽車更精簡，更環保。碳輪的減重和空氣動力學設計相得益彰，效率可能提高約5%。在一輛續航里程為300英里（483公里）的電動汽車上，僅僅更換車輪就能獲得15英里（24公里）的額外續航里程。
當你就差了那麼一點距離就可以開回家或到達最近的充電樁的時候，這個看起來不起眼的24公里可太關鍵了。而丹米德對碳纖維輪轂的價格走向同樣持樂觀態度。
美國著名脱口秀主持人傑·雷諾（Jay Leno）在其YouTube頻道上一個視頻中説，這些車輪過去要花2萬美元/個，一套四個輪子便是8萬美元。登米德對此進行了否認：“從來沒有過一套輪轂收取8萬美元費用的時候。但在過去10年中，成本確實大大降低了。”
現在的價格仍舊在持續走低，目前，一套售後碳輪轂價格在1.2萬美元左右，四五年後，隨着批量生產的增加，預期會降至大多數消費者都能夠接受的區間，一套低至2000美元都有可能。
裝備了碳纖維輪轂的車主經常給出這樣的反饋，當他們試圖向周圍朋友們介紹這個輪胎的時候，往往沒什麼回應。人們對新事物的接受程度似乎一直是這樣，對於碳纖維輪轂的理解也普遍不成熟。
登米德認為，更換碳纖維車輪和鋁製車輪沒有什麼區別，只是目前，人們害怕有可能損壞昂貴的車輪。但是對於陌生車輪的不安很大概率會隨着價格的下降逐漸消失。
技術人員正在處理碳纖維輪轂（圖源：TWITTER @CARBONREV）
這種節能技術的應用有可能影響很多行業。從個人運輸到航運和車隊，在全球運輸能源消耗方面做出微小但關鍵的改變。最終，就像人類發展長河中的太多例子一樣，技術將無情地向前推進。
“這與多年前卡車行業從鋼製車輪轉向鋁製車輪的情況相同。技術是不可磨滅的，節約和高效也是真實存在的，就像現在已經在使用碳纖維輪轂的車主一樣，最終會有更多人發現它的好。這只是時間問題。”