CFRP在奥迪汽车白车身中的应用（一）：奥迪公司汽车轻量化发展战略与关键技术方案

1、何谓汽车白车身？

白车身英文名称Body in White，它是指车身结构件及覆盖件的总成，包括车顶盖、翼子板、发动机盖、行李箱盖和车门，但不包括附件及装饰件的未涂漆的车身。

按照结构件功能定位，白车身主要由车身覆盖件、车身结构件和结构加强件三部分组成。白车身加上内外饰、车门、引擎盖、行李箱盖和电子电器系统就组成真正意义上的车身。

2、CFRP在汽车白车身中应用

在汽车白车身应用中，碳纤维增强塑料（CFRP）与金属钢、铝的密度、应用潜力及综合成本对比如下图所示。CFRP在汽车轻量化领域应用潜力最大，与金属钢相比可以减重40%，但其加工成本也最高。

汽车如何实现轻量化和成本控制两者平衡成为CFRP在汽车轻量化领域应用的关键，而奥迪汽车公司将其目标定位在3right方案，即：The right material at the right place in the right amount；中文译为：在最正确的位置以最正确的数量应用最正确的材料。

3、奥迪公司的汽车轻量化之路

在汽车白车身轻量化领域，奥迪公司提出三步战略，首先开发出基础关键技术，其次实现高通量稳定化生产，最后综合产品轻量化和成本提出解决性方案，详细战略及主要阶段性进展如下图所示。

2012年以来，奥迪汽车在CFRP应用领域逐渐轻车熟路，2017年CFRP在奥迪A8汽车上实现一体化应用，关键技术发展流程如下图所示。

4、工艺技术方案

从奥迪R8到奥迪新A8，奥迪公司主要在复合设计上进行了以下几方面优化：

√ 采用一体式设计，有效减少零部件数量并整合功能；

√ 开发出组装线的预组装模块；

√ 具有局部载荷路径的高度各向异性叠层。

在原料和成型技术领域进行了以下几方面改进：

√ 形成包括碳纤维、树脂和胶粘剂等原料的具有成本效益的复合方案；

√ 开发出具有低模具压力、坚固的成型工艺、较短的循环时间等系列特征的新型Ultra-RTM技术；

√ 形成创新的纤维直接铺放技术，有效实现铺层优化并减少废料；

√ 制造过程高度自动化。

通过一体化成型设计有效降低了零部件数量，并实现了功能集成，相比较于目前奥迪A8，经过工艺优化后新A8密度下降45%，重量减轻50%，如下图所示。

CFRP后壁结构件实现了各向异性最大化，通过6-19层铺层优化以及高度的各向异性叠层，在满足性能同时使得碳纤维用量达到最少，从而提高了经济性。

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