碳纖維復合材料頂蓋前橫梁設計概述

李紅 夏天 吳德鳳 劉瑩

近年來，由于世界各國對節能環保的要求越來越高，汽車輕量化也成為汽車行業發展的重要課題。

當前，汽車輕量化的主要措施涉及新材料、新工藝和先進的結構設計及與優化技術3個方面[1]。由于鋼制汽車結構設計經歷了上百年的經驗積累，通過結構優化進行減重的空間已十分有限。因此新材料和新工藝對于汽車輕量化的意義尤為重要。碳纖維作為一種高強度高模量的先進結構材料開始逐步進入汽車輕量化領域。碳纖維復合材料具有質量輕、強度高、可設計性好等特點，與傳統鋼制車身相比可減重一半以上，而且能夠最大限度保證車輛在發生碰撞時車內人員的安全性[2]。

1 碳纖維復合材料在汽車上的應用現狀

近些年，碳纖維復合材料已在量產車型上批量應用。作為燃油車應用碳纖維復合材料的代表企業，寶馬（BMW）汽車在2015年歐洲車身會議上發布的第6代7系車身，主要在乘員艙部位應用碳纖維復合材料，用來加強車身結構，減輕車身質量的同時提高了碰撞安全性。BMW 7系的白車身包含16個碳纖維零部件，應用4種技術（如圖1）。頂蓋前橫梁、中通道上蓋板和門檻等零件應用濕法模壓技術，衣帽架加強件和C柱加強板應用片裝模塑料模壓成型技術，A上柱加強件等零件應用高壓樹脂傳遞模塑成型技術，B柱處應用碳鋼混合結構。并且，第6代BMW 7系的白車身所用的碳纖維原料均來源于可再生資源[3]。2017年歐洲車身年會發布的報告顯示，奧迪A8車型應用了碳纖維復合材料后隔板，減重達50%；……