Hjul i karbonfiber kan være neste løft for EV-rekkevidden

Australias Carbon Revolution er kanskje ikke den mest kjente hjulprodusenten i verden, men de er blant de mest interessante. De fleste av merkene som er kjent og selger i høyt volum som BBS, Rial og OZ lager sine hjul av metallegeringer, for det meste aluminium. Carbon Revolution bruker karbonfiberkompositter. Til dags dato har de stort sett levert sine eksepsjonelt lette hjul for høyytelsesmaskiner som Ford GT, Shelby GT350 og Ferrari 488 Pista. Nå ønsker de å utvide til mer vanlige kjøretøy, spesielt de som drives av batterier.

Karbonfiberkompositter er ikke et spesielt nytt konsept. De har blitt brukt i romfart i mange år før McLaren brakte dette lette og høystyrkematerialet til Formel 1981 i 1990 og til landeveien på 1-tallet i den legendariske F2013. I 3 tok BMW for første gang i bruk en karbonkomposittstruktur i en modell med relativt høyt volum for første gang med iXNUMX.

Imidlertid kan tilnærmingen som Carbon Revolution presenterer med fokus på hjulene vise seg å være både mer kostnadseffektiv og gi en større effektivitetsfordel enn hva BMW gjorde. Gitt kostnadene og massen til batterier, er maksimering av energieffektiviteten avgjørende for at elbiler skal få mest mulig rekkevidde fra minst mulig batteri.

Å redusere masse av noe slag er en enkel vei for å forbedre effektiviteten ved ganske enkelt å redusere arbeidsbelastningen på fremdriftssystemet og energilagring (også kalt batteriet). Men ikke alle massereduksjoner har samme effekt. Vi vet om treghet fra Newtons andre bevegelseslov. I en veldig forenklet form kommer det ned til at et objekt i hvile vil forbli i ro eller et objekt i bevegelse vil fortsette å bevege seg med mindre en ubalansert kraft påføres.

Men treghet har retningsvektorer knyttet til seg. Å akselerere et kjøretøy krever en kraft i den retningen du ønsker å bevege deg. Når det gjelder et hjul, er det faktisk flere viktige retninger, horisontal, vertikal og rotasjon.

Vertikal treghet må overvinnes for å følge veiens konturer som humper eller jettegryter. Ettersom hjulene blir større, noe de ser ut til å gjøre ubønnhørlig for estetiske formål, blir de veldig tunge og kjørekvaliteten forringes raskt fordi hjulet ikke kan akselerere opp eller ned raskt nok til å følge veien, og dermed overføre disse kreftene inn i kupeen.

Horisontal treghet må overvinnes for å akselerere, bremse eller styre kjøretøyet. Det oppnås imidlertid ved å faktisk dreie hjulene fra motoren eller motorene, slik at rotasjonstregheten må overvinnes. Igjen, jo større diameter hjulet har, desto større er rotasjonstregheten, og dette viser seg å være en større faktor i EV-effektiviteten enn bare hjulets masse. Hvis to hjul av forskjellig størrelse har samme masse, vil det med vekten lengst fra midten bruke mer energi på å kjøre.

Det er der karbonfiberhjul kan være en stor fordel for elbiler takket være en massereduksjon på 40 til 50 % sammenlignet med et lettmetallfelg av tilsvarende størrelse. I følge Carbon Revolution-sjef Jake Dingle kan karbonhjul på en typisk SUV spare opptil 130 lbs masse som beveger seg vertikalt og roterer. Gitt hoveddelen av batterier som kan veie opptil 1,600 lbs i Ford F-150 Lightning eller mer enn 2,900 lbs i GMC Hummer, er det en bemerkelsesverdig reduksjon som vil forbedre rekkevidden.

Men det er flere fordeler med karbonkompositthjul. Sammenlignet med aluminium eller stål, demper de tverrbundne fibrene i komposittstrukturen veipåvirkninger som overføres mer direkte gjennom metall. Resultatet er opptil 5 dB mindre veistøy som kommer inn i hytta. Siden elbiler ikke har en motor for å skjule andre omgivelseslyder, hjelper det å redusere disse lydene ved kilden å holde ting stille uten å legge til mer lyddempende matte.

Karbonkompositthjul gir også mer fleksibilitet i formingen som ikke er mulig med støpt eller smidd aluminium. Dette kan muliggjøre mer aerodynamisk formede hjul som reduserer luftmotstand og selvfølgelig forbedrer effektiviteten.

På en elbil kan bruk av et hjul med større diameter, men smalere, bidra til å redusere aerodynamisk luftmotstand og samtidig opprettholde en rimelig kontaktflate for dekket på veien. Det var det BMW gjorde med i3. Hvis de større, smalere hjulene var laget av karbonfiberkompositt i stedet for aluminium, ville de ha hatt en enda mer positiv effekt på rekkevidden.

Carbon Revolutions hjul er produsert gjennom en harpiksoverføringsstøpeprosess som ikke krever manuell opplegging av fibrene, slik man ville gjort for noe sånt som strukturen til en høyytelses sportsbil. De tørre fibrene er betydelig billigere enn harpikspreimpregnerte fibre som brukes i andre prosesser og krever ikke herding i autoklav. Selskapet utfører samtidig utvikling av produktene og prosessene for å øke produksjonskapasiteten og automatisere mange av trinnene.

Mens karbonfiberhjul fortsatt har en betydelig prispremie i dag, krymper det ettersom volumene øker. I år anslår selskapet produksjon på rundt 50,000 1 hjul og forventer på 2022 million enheter verdiparitet med lettmetallfelger. Carbon Revolutions første SUV-program lanseres mot slutten av 15, og Dingle forventer omtrent XNUMX kjøretøyprogrammer i løpet av de neste seks årene med en betydelig produksjonsøkning i midten av tiåret.