Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃｓ），ＬＦＴｒ增强材料是纤维连续纱或者 短切纤维，其组成材料可以是玻璃纤维、芳基纤 维、碳纤维或者其它能够形成连续纱的纤维，主要
２．３
内外饰件的典型应用 与金属材料相比，复合材料具有独特物理性
有ＬＦｖｒ，Ｄ—ＬＦＴ，Ｌ订一Ｇ ３大类，本项目选用Ｄ．Ｌ兀’。 （２）设计：依据原件数模为基础，满足约束条 件：布置的空间要求；车灯、空调、保险杠、水箱和
Ｌ，ＣＯ，排放量减少１ ｋｇ。因而，汽车轻量化对
节能减排、减低油耗效果明显，已成为整车开发过 程中的主要研究方向之一。 采用先进复合材料是当前汽车轻量化的重要
汽车复合材料与汽车传统常规材料钢、铁、铝
以及塑料、橡胶是完全不同的一类新型材料，它不 像传统常规材料的材质均匀、各向同性，而是非匀
措施之一。先进复合材料具有比强度高、比刚度 高、可设计性强、抗疲劳耐久性好、耐腐蚀、可大规
全国复合材料总用量的３３％左右，并且呈增长态 势。目前，复合材料越来越多地被用于汽车车身 覆盖件、内饰件、结构件和功能件的开发与制造，
势看，采用玻纤增强的复合材料正逐步取代传统工
程塑料。表３为已被复合材料取代的内外饰件。
表３复合材料在内外饰件上的应用
汽车制造商 上海汽车 东风雪铁龙 海南马自达 上海大众 上海大众 车型 荣威系列 富康 马自达６ 帕萨特Ｂ５ 斯柯达 部件实例
高、弹性模量较低、材料特性分散性大、生产周期 较长、可回收性较差、高温烘漆的爆裂现象等。经
过５０多年不断地研究和发展，这种弊端得到了改
实现产品构件的整体化设计，同时可将材料、结构 以及制造工艺相结合进行综合优化。整体化设计 和综合优化可以带来构件整体性能好、造型容易、
减少零部件和连接件的数量，从而带来使工序简 化、缩短加工周期、提高生产效率和降低成本等显 著优点。 （４）汽车复合材料性能对工艺具有依赖性。
声；弹性变形特性，塑料制品能吸收大量的碰撞能 量，对强烈撞击有较大缓冲作用，对车辆和乘员起
材料，必将在其中扮演非常重要的角色，可以预测 在不久的将来，复合材料会更大范围地应用在汽
车领域中。
到保护作用。
目前在国内，汽车仪表板通常采用ＰＰ、ＰＣ、 ＡＢＳ、ＡＢＳ／ＰＣ等一次性注塑成型，但从国外发展趋
据统计，在欧美国家，汽车复合材料用量约占
ｔｏ
ｄｅｖｅｌｏｐ．
【关键词】复合材料汽车设计发展趋势
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００７４５５４．２０１３．０２．１３
模整体成型、减震阻尼性能好等一系列优点，其中
０
引言
全球主要国家和地区均对油耗制定了明确的
显著的优点是比强度和比刚度高，若用于汽车中
以替代原有钢质零件，可带来减重４０％～６０％的 效果。
（５）汽车复合材料具有各向异性和非均质性 的力学性能特点。由于汽车构件的常规材料多为 匀质各向同性材料，因此使设计人员形成一个习 惯，即进行结构设计时往往只考虑构件中最大应 力部位，认为此处是构件的薄弱环节。然而，汽车
复合材料具有各向异性和非均质性，在外力作用 下其变形特征不同于一般各向同性材料。若一个 较小的应力恰好作用在材料性能薄弱的方向上， 同样可能造成构件变形甚至破坏。因此采用复合
有比较大的分散性，这点应当引起重视。
件的使用要求和环境条件要求，通过组分材料的 选择和匹配、铺层设计及界面控制等工艺设计手 段，最大限度地达到预期的使用性能目标。所以 可以这样认为，汽车复合材料的性能具有可设计
性，而且还有极大的自由度，可以实现汽车工业真 正意义上性价比较高的汽车构件的开发和制造。 （２）汽车复合材料及其构件制造具有同一性。 采用金属材料制造的传统汽车构件，其成型通常 是对现成材料的再加工，选用以板、块、棒、管或型
复合材料在结构件与功能件上的应用
车型 部件实例 ＳＭＣ后保险杠缓冲梁、ＧＭＴ后 备胎箱、ＢＭＣ车灯反射罩、ＧＭＴ 前端模块 ＧＭＴ前端模块 ＳＭＣ车顶骨架 Ｌｎｌ前端支架 ＧＭＴ后排座椅骨架 ＧＭＴ保险杠缓冲梁
（１）由于混合动力汽车和电动汽车对节能和 续驶里程的要求较高，因此迫切需要整车轻量化， 复合材料在轻量化中大有可为。
（３）汽车复合材料可实现整体综合优化设计。 汽车复合材料的可设计性和材料一构件制造的同
一性，使汽车复合材料实现整体综合优化设计具 有可能。汽车复合材料通过适当的材料铺层设计 与系统结构优化，可以很好地解决工序复杂、生产 效率低、加工成本高等问题。作为汽车复合材料 增强相的纤维和纤维织物是柔软的，其基体相树 脂则是易于流动的，因此汽车复合材料比较容易
复合材料在汽车中应用的发展趋势
冯
奇
何
健
万党水
凌天钧
（上海汽车集团股份有限公司新能源和技术管理部，上海２０１８０４）
【摘要】
介绍了汽车用复合材料特点，阐述了复合材料在汽车内饰件、外饰件、结构件上的应用现状，重
点介绍了某新能源汽车平台上复合材料最新应用成果，探讨了复合材料在汽车中的发展趋势，展望了复合材料 在汽车部件中将不断开发的新应用。
（２）氢燃料电池等新能源轿车开发，也将极大 地推进复合材料在气瓶中的开发和应用。
一汽大众 一汽大众 南汽 东风雪铁龙 上海通用 奇瑞汽车
奥迪Ａ６ 宝来
ＭＧ７
标致 凯悦系列 东方之子
３
某新能源汽车平台设计案例
复合材料零件开发设计流程如下：材料配方
２．２
车身外覆盖件的典型应用 车身覆盖件被复合材料所取代的实例也越来
【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｔｈｅ
ｓｔａｔｕｓｅｓ
ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｖｅｈｉｃｌｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ
ａｒｅ
ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
ａｒｅ
ｏｆ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｉｎ ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ ｉｎｔｅｒｉｏｒ ｐａｒｔｓ，ｅｘｔｅｒｉｏｒ ｐａｒｔｓ，ａｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｐａｒｔｓ ｗｅｌｌ．Ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ，ｔｈｅ ｌａｔｅｓｔ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｃｈｉｅｖｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｉｎ
善，如今，复合材料及其新工艺、新技术不断涌现，
也越来越多被用于汽车制造行业中。
２
汽车复合材料应用
伴随着汽车工业发展的日新月异和复合材料
・５１・
由于汽车复合材料结构件在成型过程中，其组分
上海汽车２０１３．０２
万方数据
研究的突飞猛进，各种新车型、新造型及新材料、 新工艺不断地涌现。处于新材料科技前沿的复合
例）。汽车复合材料的力学、机械性能以及热、声、 光、电、防腐、抗老化等物理、化学性能都可以按构
法、工艺参数、工艺过程等依赖性很大，故选择科 学合理的复合材料制造工艺对满足汽车构件性能 至关重要。现阶段，受认识和技术等因素的局限，
汽车复合材料在成型过程中还很难准确地控制工
艺参数，一般来说汽车复合材料构件的性能尚具
收稿日期：２０１２—１１—３０
・５０・
上海汽车２０１３．０２
万方数据
质、各向异性。汽车复合材料与传统常规汽车材 料相比具有如下特点。
材料发生物理和化学变化，而不同成型工艺所用 原材料种类、增强材料形式、纤维体积含量和铺设 方案也不尽相同，因此构件的性能对复合工艺方
（１）汽车复合材料的性能具有可设计性。汽 车复合材料设计第一步是选择构成汽车复合材料 的基本组分如增强相和基体相（即确定复合体 系），并根据复合体系初步确定增强相在汽车复合 材料中的体积分数（即各组分材料之间的体积比
设计一产品结构设计一模拟测试一模具设计制作 一工艺试验一样品试制一批量化产品。
３．１
越多，表２即为已使用复合材料的车身外覆盖件。
表２
ＬＦＴ前端模块
该平台原有前端模块由普通钢板拼焊而成，
复合材料在车身外覆盖件上的应用
车型
现要求用复合材料替代开发制造，与原件相比实
汽车制造商 东风雪铁龙
ＰＳＡ ＰＥＵＧＥＯＴ ＣＩＴＲＯＥＮ
尤其是更多地用于新能源汽车研发当中。采用复 合材料将使汽车生产企业的成本降低、效率提高，
更趋竞争优势。
２．１
Ｌ丌底部导流板
ＳＭＣ扰流板 ＬＦＴｒ车门内板 ＧＭＴ蓄电池托架 ＬＦＴ仪表板
结构件与功能件的典型应用 近年来，复合材料在国内外轿车结构件与功
能件的最新应用实例有很多，详见表１。
表１
汽车制造商
２．４新能源汽车应用
部件实例 翼子板 ＳＭＣ双层车顶 ＳＭＣ后箱盖 车门板 行李箱盖
现减重５０％以上且提高抗冲击性能。开发的Ｌ丌
前端模块产品实物如图１所示，开发过程中的控 制关键如下。
标致 雪铁龙Ｍ５９
ＭＥＧＡＮＥ车型
ＲＥＮＡＵＬＴ公司 梅赛德斯 大众
奔驰
ＥＯＳ
（１）选材：选用Ｌ盯（Ｌｏｎｇ
Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ
材等形式提供的材料，再经过诸如车、刨等机械切 削加工和螺接、铆接、焊接、粘接等方式连接而形
成。与传统的金属构件形成过程相比较，汽车复
材料进行汽车构件设计时，应注意其复杂性和特
异性，除应考虑构件中的最大应力外，还应注意因 材料各向异性特点而产生的薄弱环节，例如复合 材料的剪切性能和拉伸性能，均呈现出纤维横向 的性能远低于纤维方向的性能。
合材料有显著的不同，通过采用某种设计方法将
增强相掺入基体相，在形成复合材料的同时形成 复合材料构件。
（６）汽车复合材料的叠加效应。叠加效应是 汽车复合材料的一种主要复合效应，目的是通过 此材料组分性能的互补而扬长避短，保持增强相
和基体相的协调一致，使之成为能够在指定的工 作环境中有效承担预期载荷和发挥预期效能的有 机整体，达到复合效果。 综上所述，复合材料用于汽车中具有许多优 势。但是，同时也存在弊端，比如：原材料成本较
纵梁等的安装定位孑Ｌ的孑Ｌ位限制，并结合原钢件