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碳纤维复合材料汽车地板的前世今生

发布时间:2020-08-05浏览次数:1361
地板是汽车车身的主要承力部件,与汽车扭转刚度、NVH、碰撞安全等息息相关。地板性能不达标,将造成一弯一扭低阶模态频率偏低,从而使车身在外界作用下产生共振,产生明显的低频噪声,严重影响汽车的舒适性;白车身一阶模态频率太低,可能导致汽车安全气囊误爆、延时等严重故障;此外,地板在汽车行驶过程中,受到扭转、冲击等动态载荷,若刚度不足,会造成车身严重变形,进而导致汽车的操控性能下降,某些电动车自然事故是由地板设计缺陷带来车身扭转刚度不足引起的。
碳纤维复合材料地板借助碳纤维优异的高刚度、高模量特性,及显著的轻量化减重效果,已成功应用在蔚来ES6、宝马I3/I8系等量产车型,在众多碳纤维汽车部件中脱颖而出,顺利渡过民用碳纤维产品的培养期,正处在批量化应用的爆发期。
  
图1  碳纤维地板中通道等部件宝马7系上的应用
 
蔚来ES6的碳纤维后地板总成、碳纤维座椅板总成、碳纤维后地板横梁总成三大部件,三个总成共4个碳纤维部件组合。经过蔚来汽车全球测试证明,碳纤维后地板的使用让车身整体的扭转刚度更高,被动安全性能提高,整体耐久性也得到很大提升。碳纤维后地板嵌入到全铝车身中,比铝合金减重30%以上,与相同体积的高强度钢相比,重量仅是它的1/5。综合工况续航里程510km,百公里加速4.7秒,百公里制动距离33.9米,整车抗扭刚度高达4930N•m/deg,其比肩赛车的优良性能离不开其高强度铝和碳纤维复合材料的车身结构。
 

图2 ES6碳纤维地板部件
 
搭载了碳纤维地板总成的ES6从2019年6月18日宣布正式开始交付,6月交付413辆,7月交付673辆,8月交付1797辆,9月交付1726辆,10月交付2220辆,11月交付2067辆,到12月底累计交付11433辆。分析ES6销售数据可以看出,ES6碳纤维后地板获得用户广泛认可,实现从研发到批产的质变,成为汽车碳纤维领域的明星产品。
表1 搭载了碳纤维地板的ES6获得市场广泛认可
排名 豪华电动SUV 2019年12月销量
1 ES6 2547
2 Model X 1666
3 ES8 637
4 EQC 73
5 e-tron 44
 
                数据来源:中汽中心数据资源中心零售数据
国家轻量化材料成形技术及装备创新中心依托单位北京机科国创轻量化科学研究院有限公司(简称“轻量化院”)在国创中心能力建设项目的支持下,引进了宝马、蔚来碳纤维湿法模压地板成形同款成套装备,在碳纤维地板设计、仿真、批产制造、装车验证等领域形成一整套工程化解决方案。
 

 
图3 轻量化院碳纤维复合材料成形装备
近年来,轻量化院与北汽、奇瑞、广汽等自主品牌主机厂紧密合作,开发多款复合材料地板,并获得验证应用,对打通我国复合材料汽车地板“实验室研究-工程化制造-产业化应用” 技术发展路径具有重要意义,也是轻量化院作为央企响应国务院国资委“进一步聚焦主业,加强关键核心技术攻关”要求的典型案例。轻量化院与国内自主品牌主机厂的广泛合作,将进一步扩大碳纤维复合材料工程化应用系列化成果,为碳纤维汽车地板等关键部件先进制造领域“十四五”高质量、高水平发展奠定扎实基础。
作者:轻量化院德州分公司 任明伟
 
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