Kolfiberhjul kan bli nästa uppsving för elbilar

Australiens Carbon Revolution är kanske inte den mest kända hjultillverkaren i världen, men de är bland de mest intressanta. De flesta av de märken som är kända och säljer i hög volym som BBS, Rial och OZ tillverkar sina hjul av metallegeringar, mestadels aluminium. Carbon Revolution använder kolfiberkompositer. Hittills har de mestadels levererat sina exceptionellt lätta hjul för högpresterande maskiner som Ford GT, Shelby GT350 och Ferrari 488 Pista. Nu vill de expandera till mer vanliga fordon, särskilt de som drivs av batterier.

Kolfiberkompositer är inte ett särskilt nytt koncept. De har använts inom flyg- och rymdindustrin i många år innan McLaren tog detta lätta och höghållfasta material till Formel 1981 1990 och till vägarna på 1-talet i legendariska F2013. 3 använde BMW för första gången en kolkompositstruktur i en modell med relativt hög volym för första gången med iXNUMX.

Men det tillvägagångssätt som Carbon Revolution lägger fram med fokus på hjulen kan visa sig vara både mer kostnadseffektivt och erbjuda en större effektivitetsfördel än vad BMW gjorde. Med tanke på batteriernas kostnad och massa är maximering av energieffektiviteten avgörande för att elbilar ska få största möjliga räckvidd från minsta mängd batteri.

Att minska massan av något slag är en enkel väg att förbättra effektiviteten genom att helt enkelt minska arbetsbelastningen på framdrivningssystemet och energilagringen (alias batteriet). Men alla massminskningar har inte samma effekt. Vi känner till tröghet från Newtons andra rörelselag. I en mycket förenklad form handlar det om att ett föremål i vila kommer att stanna i vila eller att ett föremål i rörelse fortsätter att röra sig om inte en obalanserad kraft appliceras.

Men tröghet har riktningsvektorer associerade med sig. Att accelerera ett fordon kräver en kraft i den riktning du vill förflytta dig. När det gäller ett hjul finns det faktiskt flera viktiga riktningar, horisontell, vertikal och rotation.

Vertikal tröghet måste övervinnas för att följa vägens konturer såsom gupp eller gropar. När hjulen blir större, vilket de obönhörligen verkar göra för estetiska ändamål, blir de väldigt tunga och åkkvaliteten försämras snabbt eftersom hjulet inte kan accelerera upp eller ner tillräckligt snabbt för att följa vägen, vilket överför dessa krafter in i kabinen.

Horisontell tröghet måste övervinnas för att accelerera, bromsa eller styra fordonet. Men det uppnås genom att faktiskt vrida hjulen från motorn eller motorerna så att rotationströgheten måste övervinnas. Återigen, ju större hjulets diameter är, desto större är rotationströgheten och detta visar sig vara en större faktor i EV-effektiviteten än bara hjulets massa. Om två hjul av olika storlek har samma massa kommer det med vikten längst från mitten att ta mer energi att köra.

Det är där kolfiberhjul kan vara en stor fördel för elbilar tack vare en massminskning på 40 till 50 % jämfört med en lättmetallfälg av liknande storlek. Enligt Carbon Revolutions vd Jake Dingle kan kolhjul på en typisk SUV spara upp till 130 pund massa som rör sig vertikalt och roterar. Med tanke på huvuddelen av batterier som kan väga upp till 1,600 150 lbs i Ford F-2,900 Lightning eller mer än XNUMX XNUMX lbs i GMC Hummer, är det en anmärkningsvärd minskning som skulle förbättra körräckvidden.

Men det finns fler fördelar med kolkomposithjul. Jämfört med aluminium eller stål dämpar de tvärbundna fibrerna i kompositstrukturen vägpåverkan som överförs mer direkt genom metall. Resultatet är upp till 5 dB mindre vägbuller som kommer in i kabinen. Eftersom elbilar inte har en motor för att maskera andra omgivande ljud, hjälper en reducering av dessa ljud vid källan att hålla saker tysta utan att lägga till mer ljuddämpande mattor.

Kolkomposithjul erbjuder också mer flexibilitet i formningen som inte är möjlig med gjuten eller smidd aluminium. Detta kan möjliggöra mer aerodynamiskt formade hjul som minskar motståndet och naturligtvis förbättrar effektiviteten.

På en elbil kan användning av ett hjul med större diameter men smalare bidra till att minska det aerodynamiska motståndet samtidigt som en rimlig kontaktyta för däcket på vägen bibehålls. Det var vad BMW gjorde med i3. Om de större, smalare hjulen vore gjorda av kolfiberkomposit istället för aluminium hade de haft en ännu mer positiv effekt på räckvidden.

Carbon Revolutions hjul tillverkas genom en hartsöverföringsformningsprocess som inte kräver manuell uppläggning av fibrerna, vilket skulle göras för något som strukturen hos en högpresterande sportbil. De torra fibrerna är betydligt billigare än den hartsförimpregnerade fibern som används i andra processer och kräver inte härdning i autoklav. Företaget gör samtidigt konstruktion av sina produkter och processer för att öka produktionskapaciteten och automatisera många av stegen.

Medan kolfiberhjul fortfarande har en betydande prispremie idag, krymper det när volymerna går upp. I år räknar företaget med produktion av cirka 50,000 1 hjul och till 2022 miljon enheter förväntar sig värdeparitet med lättmetallfälgar. Carbon Revolutions första SUV-program lanseras mot slutet av 15 och Dingle förväntar sig cirka XNUMX fordonsprogram under de kommande sex åren med en betydande produktionsexpansion i mitten av decenniet.