為捷豹F型開發新的前車身底板

捷豹F 型，一輛引人注目的跑車（圖片由? 捷豹路虎提供）。

總部設在奧地利的POLYTEC集團是一家全球領先的塑料部件開發商和生產商，他們在世界各地擁有超過4200名員工。其設在荷蘭羅森達爾的分公司，是集團復合材料業務部門的一部分，其為如捷豹路虎這樣的汽車制造商供應纖維增強塑料部件。

“2013年， 我們恰好在那里開展了另外一個項目?！盤OLYTEC公司的項目經理Andre Oppeneer說，“當捷豹公司的一名工程師為捷豹F 型全輪驅動設計新的輕量型前車身底板時，他詢問我們是否可以幫忙解決他所遇到的問題”。

最初，前車身底板是由一塊厚厚的、相對重的GMT（玻璃纖維增強型熱塑性塑料，將其在烘箱中加熱，然后放入模具中壓成需要的形狀）制成的。但事實證明，采用標準化的解決方式不可能減輕該部件的重量。POLYTEC公司能否幫助他們，使前車身底板變得更輕呢？

開發第一階段

“問題是，前車身底板需要相當高的側圍，用于安裝橡皮擋泥板，以保護一些關鍵部件免受外屆水的影響?！監ppeneer說，“捷豹工程師的想法是采用一種類地毯式材料，但結果發現很不實用”。

捷豹F 型的俯視圖（圖片由? 捷豹路虎提供）。

這種輕的類地毯式的材料是LWRT（低重量增強熱塑性塑料）。它最開始是一塊薄薄的、平的玻璃纖維增強聚丙烯板。但是在制造零件的時候，由于要在烘箱中對其進行加熱，玻璃纖維會趨向于恢復它原有的纖維取向。結果導致纖維向上翻轉，并且在其中會產生大量的空隙。由此產生的蓬松的類紡織品材料具有吸音的效果，而且是厚厚的，其具有很高的彎曲剛度- 重量比和強度- 重量比。如果給它安裝上足夠多的加固件，它將足夠牢固，以填充空隙。但是如果卸除這些載荷，它就不能再使用了。

“我們提出了一個綜合的解決方案?！監ppeneer說，“這意味著生產的側圍，需要有GMT 所具有的高強度和剛度的特點，而大的中間部分，需要有LWRT 所具有的重量輕和噪聲吸收的特點”。

這種降噪對于降低發動機噪聲來說并不是那么多。擁有一臺像捷豹這樣引人注目的高性能跑車的車主喜歡聽到引擎強勁的轟鳴聲。降噪對于汽車底部來說很重要，比如汽車行駛在礫石路面上的時候，可以降低沙石撞擊汽車底部所發出的聲音。

捷豹F 型保險杠和車身底板組件俯視圖。所有部件由POLYTEC 公司的不同業務部門采用不同的技術生產（圖片由POLYTEC 集團提供）。

GMT側圍繞過拐角到底部的一點距離，形成堅固的邊緣，以連接在LWRT上。由于它們都含有聚丙烯，因此不需要螺栓或配件連接。只要將這兩個部分簡單地放入模具中，采用高溫和高壓將它們黏合在一起，并這在一次過程中形成產品。

開發第二階段

“我們做了幾個模型，捷豹公司花了兩三個月仔細地對其進行測試?！監ppeneer說，“在測試期間，發現了一個問題。證明模型太有局限性了：來自發動機的余熱沒有足夠快地散去。唯一快速的解決方法是在LWRT部分插入通風孔。但是發動機艙內部仍然需要防水。所以在LWRT部分的中間插入冷卻狹縫。但是，當然這樣的話LWRT會相當脆弱：最終只剩下幾個細條，這樣會使這部分很容易斷裂。測試之一是汽車必須通過高速飛濺的水。那就是當前車身底板受到很大沖擊的時候。”

為了防止在高速水飛濺時，前車身底板失效，LWRT通風狹縫必須局部加固，這是在一次過程中意識到的挑戰。

幸運的是，目前在工業中使用有機板是一種趨勢：使用玻璃纖維織物薄層或碳纖維增強片材旨在增加局部的強度和剛度。選擇的材料是TenCate Cetex?，一種高剛性和重量輕的玻璃纖維增強聚丙烯，能夠精確地增強背襯材料。

“它的抗拉強度遠高于普通材料?！監ppeneer說，“這是因為使用了特殊的玻璃纖維織物。與GMT 不同，它不是采用玻璃纖維針刺材料制成。這些有機板用于冷卻狹縫和通風孔周圍。這樣可以將三種不同的材料組合在一起，放入模具中并壓在一起，所有步驟一次完成?！?/p>

使用“VICS”系統（可變模內復合材料夾層） 與Cetex有機板來增強通風狹縫的周圍區域（圖片由POLYTEC集團提供）。

“我們熱塑性復合材料的目標應用體現了在汽車行業應用熱塑性塑料的創新方法?！盩enCate公司新業務開發總監Robert Lenferink說：“除了材料的性能之外，復合材料的智能加工是這個解決方案的核心所在。”

以這種方式將三種不同的復合材料組合在一起的想法在兩周內構想出。而構思、交付和測試這種新的前車身底板總共只花了15周時間。這部分成功地通過了捷豹公司的所有測試。前車身底板成品的重量為1.2kg，比原來只使用GMT部分重量減輕了約33%。其聲學性能也更好。

自2015年10月以來，每月已經有約500個這樣的車底護板，在位于羅森達爾的POLYTEC工廠的自動化生產線上進行生產。這個產量很快就會增至三倍。因為捷豹公司對解決方案非常滿意，他們依照相同的概念重新設計了捷豹F型后輪驅動車的前車身底板，并委托POLYTEC公司進行生產。后輪驅動器車具有不同的形狀，因為它必須覆蓋其它部件。并且這種后輪驅動車使用的是具有這種材料性能的有限元仿真模型設計的。

開發合作伙伴

現如今，一個非常有趣現象的是，在一個看似簡單的部件上應用如此多的技術。除了高機械性能和低成本外，重量輕和良好的聲學效果也已成為非常重要的要求?！岸姨貏e是在二氧化碳減排方面?！監ppeneer說，“重量輕是減少二氧化碳排放的一個方面，良好的空氣動力學性能是另外一個方面。在很長一段時間內，汽車底部的空氣動力學對于跑車來說很重要：它們通常覆蓋整個汽車底部。而這也越來越多的應用于普通車?！?/p>

捷豹F 型前保險杠和車身底板組件基本上由三部分組成：（橙色）保險杠，（黑色）保險杠下側（由直接注射成型滑石粉增強聚丙烯制成）和（也是黑色）新前車身底板，這是汽車最低的部分，因此承受的負載最大，如果汽車打到礫石或者濺到水花的話（圖片由POLYTEC 集團提供）。

供應商經常被要求幫忙找到最佳的解決方案?！澳惚仨殲槟承┎考岢隽可矶ㄖ频慕鉀Q方案?！監ppeneer說，“在很多情況下，客戶要求一個部件須具有一系列功能或者具備某些性能，并且依靠具備相應知識、技術和經驗的制造商應用某些材料來進行生產。如果你享有專家的聲譽，一些客戶會非常依賴該制造商。如果客戶遇到什么問題，而你能經常想出解決方案，那么你會成為第一個他們要找的人。這和推廣你自己的技術無關。有時我們會推薦一種我們自己不具備的技術。但如果你每次都能幫助你的客戶找到解決方案，那么他就會一直找你”。

“我們不是作為一個生產工廠而著稱，而是作為一個可以同時生產零件的開發合作伙伴。” Walter van Gilst補充道，其為捷豹路虎客戶團隊就新技術在業務發展方面提供支持?！半S著LWRT的發展，十年前就開始的趨勢是，將更多的技術投入到汽車底部保護?！?br/>
未來的發展趨勢

減輕重量的需求意味著越來越多的塑料或混合部件將取代金屬部件。由于已經生產出重量減輕最顯著的部分，汽車工業現在正在加快步伐，同樣替換構成汽車剛度和強度的金屬部件。甚至碳纖維也應用于結構零件里?！罢б豢?，這是一種相當昂貴的材料選擇，但是使用回收的碳纖維，也找到了實現批量化生產的途徑?！盫an Gilst說，“對于寶馬7系列，我們生產了局部碳纖維SMC（片狀模塑料）加強C柱：一根連接到車身的梁。”

位于英國布羅姆亞德的POLYTEC 公司的捷豹F 型前保險杠的智能裝配站。保險杠由增強反應注射成型聚氨酯制成（圖片由POLYTEC集團提供）。

另一個趨勢是由電動汽車和充電式混合動力汽車的出現帶來的挑戰所引發的。“由于幾個客戶的緣故，我們正在致力于研究使用感應充電的汽車底盤。”Van Gilst說，“在這些汽車底部，有一個很容易損壞的無線充電單元。這個單元必須在汽車底部受到保護，而金屬板會屏蔽建在道路上的充電站發射的磁場。”

寶馬7 系列的碳纖維片狀模塑料增強C 柱（圖片由寶馬公司提供）。

這些保護罩的開發仍處于早期階段，但通常它們具有成型的外形和在內部的肋，以使它們足夠堅固。同樣，就像捷豹F型的前車身底板一樣，選擇合適的材料和設計是必須的，如GMT、LWRT和有機板。

用于在“道路不好的國家”的大眾高爾夫VII 底部發動機保護罩（圖片由POLYTEC 集團提供）。

無線充電器保護裝置的概念可以與專門用于“道路不好的國家”的發動機保護罩的概念相媲美。例如，大眾汽車公司過去一直使用一塊厚厚的，重量約為17.6 kg的鋼板，來保護了在這些國家道路行駛的舊款的高爾夫和帕薩特汽車的發動機艙底部?！拔覀兺ㄟ^改用合適的設計和材料的復合材料，將其重量減少到4.6kg?！盫an Gilst說，“如果汽車底部撞到了路上的大石塊，它必須保護汽車內部不受影響。而且之后，它會恢復到其原有的形狀。這是復合材料的優點之一：鋼板形變后不能恢復，而生產的復合材料可以更富有彈性?！?/p>

重型保護罩通常具有成型的外形和碰撞側的肋，以使它們足夠堅固（圖片由POLYTEC 集團提供）。

關鍵的測試是車身底部保護必須能夠承受住整個汽車的重量，壓在高達150mm的大石塊時，發動機艙內部沒有受到任何損壞。

這種車身底部保護由GMT和局部纖維增強（可以使用有機板）制成。除了撞擊巖石后可以恢復到原有的形狀外，塑料材質具有防腐蝕性，并且（由于其重量較輕）易于安裝在生產線上。當然，小石頭撞擊時產生的聲音也要比金屬材質低很多。而且集成部件可能可以節省成本。