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CarbonTT公司的四轴NCF复合材料底盘为 Borco Höhns 的3.5吨Fiat Ducato市场车辆增加了185公斤的载重量。
来源| Borco Höhns
CarbonTT的碳纤维增强聚合物（CFRP）底盘集成在Borco Höhns Fiat Ducato中。先进的复合材料设计使底盘重量减轻了185公斤，提高了有效载荷能力和运行效率。
在不断发展的城市物流和移动商务格局中，对专用、轻型商用车的需求激增。在快速城市化的推动下，按需服务蓬勃发展，最后一英里配送、食品配送、移动医疗和专业维修等行业越来越依赖于结构紧凑、适应性强的车辆。在大型车辆面临运营和监管障碍的人口密集区和禁区，这些车辆能够提供高效、灵活的服务。
这些行业的一个关键制约因素是严格的3.5公吨（MT）重量门槛--在大多数欧洲市场和许多全球市场上，这一法规至关重要，它将轻型商用车辆（LCV）与重型货车（HGV）区分开来。超过这一限制通常会产生额外费用（如通行费），需要专门的驾驶执照，并使运营商受到更严格的监管。对于努力优化物流同时尽量减少开支的公司来说，保持在3.5-MT的分类范围内是至关重要的。
2023年，专业零售车辆销售商 Borco Höhns（德国罗滕堡）开始通过最大限度地减少车辆基本重量来提高其 3.5-MT 最大重量车辆的商业效率。为此，Borco Höhns 与专门从事结构复合材料开发和自动化生产的 Carbon Truck & Trailer GmbH（CarbonTT，德国布克斯特胡德）合作，为其基于菲亚特 Ducato 的零售车辆开发碳纤维增强聚合物 (CFRP) 底盘，以取代钢制底盘。
经过18个月的开发，CFRP底盘为3.5MT以下的 Borco Höhns Fiat Ducato 减轻了185公斤的重量，同时保持了专业零售车辆应用所需的坚固性。这使钢制底盘版本510千克的有效载荷增加了36%，从而使每次运输的收入潜力按比例增加。
“CarbonTT 首席执行官 Gerret Kalkoffen 解释说："通过减轻车辆重量，我们为客户提供了更大的灵活性--无论是承载更多货物、增加设备，还是遵守影响许可和道路通行的重量限制。“这可能会改变整个行业的游戏规则。
设计挑战和材料选择
来源 | CarbonTT公司
对负载下的底盘安装支架进行有限元分析（FEA）模拟。可视化应力集中情况，以优化复合材料设计。
CarbonTT 设计了 CFRP 底盘，包括优化纤维铺层、树脂化学成分和开发新型拉挤制造工艺。“拉挤制造要求型材厚度均匀，"Kalkoffen 解释说。“当载荷分布不均匀时，例如位于中央的接口与车辆悬架，要找到载荷、重量和成本的最佳值就很有挑战性。考虑到全球负载、纤维成本和生产速度，我们不希望超过3毫米。这只有通过我们的专利接口才能实现，该接口可将载荷从钢材转移到复合材料。
底盘设计采用了对称四轴非卷曲织物（NCF）结构，由 Zoltek（美国密苏里州圣路易斯市）50K 丝束 PX35 碳纤维制成，展示了 0°、+45°、-45° 和 90°纤维取向。“Kalkoffen 指出："缝合特性是决定织物可塑性的关键。“我们仔细确定缝合强度和纱线类型，以平衡拉挤加工的刚度和织物适应复杂外形的能力。这种方法意味着在制造过程中对纤维进行精确控制，同时保持材料处理纵向和扭转载荷的能力。
定制拉挤技术、方法
CarbonTT 解决方案的核心是定制拉挤制造技术。该系统以 Pultrex/KraussMaffei（英国曼宁特里）拉挤生产线为基础，配备了定制设计的纤维架、成型装置、夹具、自动张力控制系统、锯和注塑箱。CarbonTT 以 Covestro（德国勒沃库森）公司的聚氨酯系统为基础，配制了一种专用树脂，其中含有各种功能添加剂，以促进拉挤工艺的顺利进行。
这些添加剂可调节粘度和固化动力学，从而在灌注阶段实现完全的纤维润湿。此外，树脂中还加入了紫外线稳定剂和耐热化合物，可为底盘提供长期的耐用性。
来源 | CarbonTT
CarbonTT 为制造 CFRP 底盘大梁而开发的定制拉挤生产线可确保精确的纤维定向和无缝树脂灌注。
“我们的纤维导向系统代表了拉挤技术的重大进步，"Kalkoffen 说。“传统的拉挤技术在复杂的纤维结构中举步维艰。经过数年和无数次的努力，我们开发出了一种独特的控制系统，使用多个传感器来保持相对于模具的精确纤维进给定位。这些传感器持续监测纤维的位置和方向，将数据传输到自动张力控制系统，该系统可进行实时调整，以防止纤维错位、起皱或形成空洞，从而影响结构的完整性"。
这项技术使 CarbonTT 能够以高速生产复杂形状的型材，而不会产生褶皱，这对于实现良好的材料性能和最大限度地降低每种应用的纤维成本至关重要。
CarbonTT 还开发了在注射区产生和控制压力梯度的专有技术。“在注塑系统中产生足够的压力需要对多个变量进行精确控制，"Kalkoffen 指出。“由于拉挤工艺的连续性，注塑箱的两侧是开放的，因此如果需要一定的压力才能使树脂到达中心纤维，就不能仅仅增加计量机上的压力。我们必须开发树脂，以便在这种具有挑战性的情况下进行渗透和固化。
来源 | CarbonTT
CFRP 底盘中复合材料与金属连接的界面验证测试装置。多个方向的载荷测量确保了连接性能的稳健性。
随后进行了车辆级动力学验证。这包括使用配备全套仪器的车辆和测试轨道进行专门测试，以收集稳定性能数据，包括验证复合底盘冲击力的紧急机动场景。每个阶段都通过了德国车辆认证机构 TÜV Rhineland（科隆）的认证程序，确保符合行业标准。
这个已完成的 CFRP 梁部件展示了四轴向织物结构和通过 CarbonTT 拉挤工艺实现的优化刚重比。
来源 | Borco Höhns
Borco Höhns 菲亚特 Ducato 配备了 CarbonTT 的 CFRP 底盘，并在受控赛道上进行了动态性能测试。复合材料底盘大大提高了操控性能。
随着城市配送和移动零售的持续扩张，以及减排压力的增加，轻量化解决方案将在3.5公吨汽车行业的发展中发挥至关重要的作用。有效载荷的显著增加，能够以更少的行程实现更高的收入，并推进可持续性指标，这表明复合底盘技术在未来的商用车应用中可能会越来越普遍。
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