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碳纖維復(fù)合材料汽車地板的前世今生

發(fā)布時間:2020-08-05瀏覽次數(shù):1668
地板是汽車車身的主要承力部件,與汽車扭轉(zhuǎn)剛度、NVH、碰撞安全等息息相關(guān)。地板性能不達(dá)標(biāo),將造成一彎一扭低階模態(tài)頻率偏低,從而使車身在外界作用下產(chǎn)生共振,產(chǎn)生明顯的低頻噪聲,嚴(yán)重影響汽車的舒適性;白車身一階模態(tài)頻率太低,可能導(dǎo)致汽車安全氣囊誤爆、延時等嚴(yán)重故障;此外,地板在汽車行駛過程中,受到扭轉(zhuǎn)、沖擊等動態(tài)載荷,若剛度不足,會造成車身嚴(yán)重變形,進(jìn)而導(dǎo)致汽車的操控性能下降,某些電動車自然事故是由地板設(shè)計缺陷帶來車身扭轉(zhuǎn)剛度不足引起的。
碳纖維復(fù)合材料地板借助碳纖維優(yōu)異的高剛度、高模量特性,及顯著的輕量化減重效果,已成功應(yīng)用在蔚來ES6、寶馬I3/I8系等量產(chǎn)車型,在眾多碳纖維汽車部件中脫穎而出,順利渡過民用碳纖維產(chǎn)品的培養(yǎng)期,正處在批量化應(yīng)用的爆發(fā)期。
  
圖1  碳纖維地板中通道等部件寶馬7系上的應(yīng)用
 
蔚來ES6的碳纖維后地板總成、碳纖維座椅板總成、碳纖維后地板橫梁總成三大部件,三個總成共4個碳纖維部件組合。經(jīng)過蔚來汽車全球測試證明,碳纖維后地板的使用讓車身整體的扭轉(zhuǎn)剛度更高,被動安全性能提高,整體耐久性也得到很大提升。碳纖維后地板嵌入到全鋁車身中,比鋁合金減重30%以上,與相同體積的高強度鋼相比,重量僅是它的1/5。綜合工況續(xù)航里程510km,百公里加速4.7秒,百公里制動距離33.9米,整車抗扭剛度高達(dá)4930N•m/deg,其比肩賽車的優(yōu)良性能離不開其高強度鋁和碳纖維復(fù)合材料的車身結(jié)構(gòu)。
 

圖2 ES6碳纖維地板部件
 
搭載了碳纖維地板總成的ES6從2019年6月18日宣布正式開始交付,6月交付413輛,7月交付673輛,8月交付1797輛,9月交付1726輛,10月交付2220輛,11月交付2067輛,到12月底累計交付11433輛。分析ES6銷售數(shù)據(jù)可以看出,ES6碳纖維后地板獲得用戶廣泛認(rèn)可,實現(xiàn)從研發(fā)到批產(chǎn)的質(zhì)變,成為汽車碳纖維領(lǐng)域的明星產(chǎn)品。
表1 搭載了碳纖維地板的ES6獲得市場廣泛認(rèn)可
排名 豪華電動SUV 2019年12月銷量
1 ES6 2547
2 Model X 1666
3 ES8 637
4 EQC 73
5 e-tron 44
 
                數(shù)據(jù)來源:中汽中心數(shù)據(jù)資源中心零售數(shù)據(jù)
國家輕量化材料成形技術(shù)及裝備創(chuàng)新中心依托單位北京機科國創(chuàng)輕量化科學(xué)研究院有限公司(簡稱“輕量化院”)在國創(chuàng)中心能力建設(shè)項目的支持下,引進(jìn)了寶馬、蔚來碳纖維濕法模壓地板成形同款成套裝備,在碳纖維地板設(shè)計、仿真、批產(chǎn)制造、裝車驗證等領(lǐng)域形成一整套工程化解決方案。
 

 
圖3 輕量化院碳纖維復(fù)合材料成形裝備
近年來,輕量化院與北汽、奇瑞、廣汽等自主品牌主機廠緊密合作,開發(fā)多款復(fù)合材料地板,并獲得驗證應(yīng)用,對打通我國復(fù)合材料汽車地板“實驗室研究-工程化制造-產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用” 技術(shù)發(fā)展路徑具有重要意義,也是輕量化院作為央企響應(yīng)國務(wù)院國資委“進(jìn)一步聚焦主業(yè),加強關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)”要求的典型案例。輕量化院與國內(nèi)自主品牌主機廠的廣泛合作,將進(jìn)一步擴大碳纖維復(fù)合材料工程化應(yīng)用系列化成果,為碳纖維汽車地板等關(guān)鍵部件先進(jìn)制造領(lǐng)域“十四五”高質(zhì)量、高水平發(fā)展奠定扎實基礎(chǔ)。
作者:輕量化院德州分公司 任明偉
 
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