碳纤维复合材料顶盖前横梁设计概述作者：李红夏天吴德凤刘莹来源：《新材料产业》第03期近年来，由于世界各国对节能环保的规定越来越高，汽车轻量化也成为汽车行业发展的重要课题。现在，汽车轻量化的重要方法涉及新材料、新工艺和先进的构造设计及与优化技术3个方面[1]。由于钢制汽车构造设计经历了上百年的经验积累，通过构造优化进行减重的空间已十分有限。因此新材料和新工艺对于汽车轻量化的意义尤为重要。碳纤维作为一种高强度高模量的先进构造材料开始逐步进入汽车轻量化领域。碳纤维复合材料含有质量轻、强度高、可设计性好等特点，与传统钢制车身相比可减重二分之一以上，并且能够最大程度确保车辆在发生碰撞时车内人员的安全性[2]。1碳纤维复合材料在汽车上的应用现状近些年，碳纤维复合材料已在量产车型上批量应用。作为燃油车应用碳纤维复合材料的代表公司，宝马（BMW）汽车在欧洲车身会议上公布的第6代7系车身，重要在乘员舱部位应用碳纤维复合材料，用来加强车身构造，减轻车身质量的同时提高了碰撞安全性。BMW7系的白车身包含16个碳纤维零部件，应用4种技术（如图1）。顶盖前横梁、中通道上盖板和门槛等零件应用湿法模压技术，衣帽架加强件和C柱加强板应用片装模塑料模压成型技術，A上柱加强件等零件应用高压树脂传递模塑成型技术，B柱处应用碳钢混合构造。并且，第6代BMW7系的白车身所用的碳纤维原料均来源于可再生资源[3]。欧洲车身年会公布的报告显示，奥迪A8车型应用了碳纤维复合材料后隔板，减重达50%；雷克萨斯LC车型采用碳纤维增强复合材料制造顶盖，使汽车达成轻量化目的的同时增加了整车外观性。沃尔沃汽车集团在欧洲车身年会公布的报告显示，极星（Polestar）1车型采用了碳纤维增强复合材料制造整个乘员舱，风挡横梁、顶盖横梁、A柱外板、C柱、底板前横梁上板等构造件以及侧围外板、发罩外板、行李箱盖外板等外覆盖件均使用了碳纤维复合材料。雷克萨斯LC和Polestar1是轿跑车，这2款车型的选材和设计与常见的车型有差别。对于规模化生产的汽车零部件来说，需要兼顾性能、成本等多方面的因素，因而混合材料车身成为乘用车发展的一种重要方向。运用碳纤维复合材料高模量等特点，对车身钣金件进行补强设计，已成为行业的共识。随着碳纤维复合材料在汽车上应用的拓展，国内诸多汽车生产厂家也开展了碳纤维零件的“”设计研究。中国第一汽车集团有限公司（下列简称一汽）很早就开展了碳纤维复合材料的应用技术研究工作，其在红旗H7车型的开发中，在发动机罩盖和行李箱盖上进行过钢、铝和碳纤维的多方案研究与开发，前后盖由碳纤维和玻璃纤维复合材料制成，应用热固基体，采用热压罐工艺进行了零件试制。与钢板构造相比，发动机罩盖降重达13kg，行李箱盖降重4.4kg。“”一汽在小型乘用车轻量化技术研究的课题研究中，于B30的电动车平台开展了碳纤维乘员舱的研究与开发，在车身的构造设计、CAE（计算机辅助设计）分析与仿真、车身的性能实验和碰撞安全方面进行了大量的研究工作，试制了2辆样车并进行了部分整车的实验[4]。（第六届）中国轻量化车身会议上，有2款参展车型应用了碳纤维复合材料零件。北汽新能源汽车LITE车型的上车体采用碳纤维一体化设计，其碳纤维应用量为13.1%，并集成原碳纤维顶盖和铝合金框架，实现整体减重35%；另外，前防撞梁本体、后地板、后尾板、玻璃升降器支架也采用了碳纤维复合材料。前防撞梁本体和玻璃升降支架应用湿法模压技术，后地板应用HP—RTM“（高压树脂传递模塑成型）技术，顶盖、后地板和铝合金车身采用胶结+”铆接“的连接形式，前防撞梁与铝合金吸能盒采用胶结+”螺栓的连接形式。前途汽车K50车型运用碳纤维复合材料零件可集成模块化设计的特点，除前后保险杠和侧裙这些易损件之外，车身外覆盖件均由碳纤维材料制作，集成设计应用了29个碳纤维复合材料零部件，重要有车门外板、侧围外板、顶盖外板、发动机罩外板等外覆盖件，相比钢减重总计达40%以上。3月20—日，长安汽车首款碳纤维铝合金混合构造车身正式成功试制下线。研发团体突破了碳纤维车身模块化设计，实现车身零件由300余件减少到40余件，突破了快速成型工艺技术...
