2018年新能源汽车智新峰会-中航复合材料有限责任公司部长张明-复合材料汽车结构轻量化思考与研发实践

中航复合材料有限责任公司部长 张明

11月15日，2018新能源新汽车智新峰会在北京召开，论坛重点围绕着打造关键零部件核心竞争力这一主题展开今天研讨。中航复合材料有限责任公司部长张明作为嘉宾参会，发表“复合材料汽车结构轻量化思考与研发实践”的主旨演讲。

各位大家下午好。非常感谢给这样一个平台能够在这儿介绍一下我们在汽车结构轻量化方面的思考跟实践。说起轻量化跟新能源车也是相关，轻量化从材料结构上来讲有几大选择：结构钢、铝合金。复合材料可以说是作为新的势力正在做一些工作。

我的报告分为三部分：

1、思考。

2、实践。

3、具体的研发的产品跟大家介绍一下。

复合材料已经被证明轻量化有效地材料之一，这在航空的领域已经广泛地应用，而且在汽车领域也是被证实了，尤其是I3系列出来之后了，以及后续I系列都证明了这个复合材料轻量化在这些方面的贡献。

复合材料在轻量化材料应用是受一些约束条件，像性能、环保、成本、效率的约束，实际上这是一个哲学跟艺术方面的问题。要在这些方面是有一些必须突破的关键技术，包括低成本的材料，低成本的工艺，以及快节拍了生产技术，以及一体化的设计技术，最后还有回收的技术。

另外也需要突破设计的理念，对于金属材料做设计就是不断分，做不出来就可以更细分，复合材料实际是合，把很多东西合起来，这样可以做很多的迭代。就需要设计师在做理念上的更新。

复合材料经过这么多年，我们认为复合材料在车上的应用事实上是有一个过程，可能有一个路径。首先是内外饰、四门两盖、白车身、底盘、动力与传动。内外饰是2020年前后，白车身是2025年左右，底盘是2025年之后。大家都在讲复合材料成本的问题，复合材料也是有低成本的路线，尤其是纤维已经做了很多的工作，两提一降，就是提速和提束，降设备的能耗，我们现在国内纤维企业已经做了很多的，大家知道已经有企业获国家的大的奖。

另一个材料方面，固化的树脂，可以做到五分钟之内相应企业领域快节拍的生产。同时还要多元化的工艺跟制造，材料的加工难以程度跟他的性能之间也有一个匹配的关系，包括不同的工艺的选择，包括不同的批量的选择，有小批量的，有中批量，有大批量，也有不同的工艺，都是需要做一个交叉的优化，而且还有一些自动化的制造，SMC、LFT、RTM这些自动化的制造。

汽车的复合材料设计理念方面，也在走逐步地过程。现在大家更多地是做等代的设计，现在的主车厂给我们很多的都是在做等代的设计，这实际上没有发挥复合材料各项异性的作用。宝马是给了比较新的设计理念，基于功能模块一个硬力分解的这个“板”设计，把这个模块分为两个，一个是Life以及Drive可以发挥整个复合材料的优势，这个减重效果很明显，投资成果非常高，一条生产线下来是上千万的投资。i3之后，宝马后续也做了一些优化，做混杂的车身，国内很多企业也在做这个混杂的设计，它发挥了复合材料的各项异性，但是是局部加强或者是贴补，车的减重的幅度是有限的，7系就是这样。

复合材料最大限度地发挥复合材料的作用，可以是基于整车的硬力设计的复合材料的框架全承载的设计，这是借用了航空的设计，同时也是传承传统车的设计，它的减重效率很高，这个生产线的投资也比较小，实际上现在正在做探索的阶段，这个将来可能会颠覆主车厂的概念，将来交互的产品就是一个车身总成可能会是一个零件。

研发的实践。这是我们公司做零部件设计的流程以及能力，还有一些过程的解决、输入输出以及我们CD、CE的工具，材料数据库，尤其是这个材料数据库，很多车企认为复合材料没有办法下手，事实上很多时候因为缺少基础的数据，没有办法实现设计。我们在这些方面，汽车轻量化方面我们有原材料的平台，我们也有零部件的平台，同时我们也正在做一些像贯车以及大巴车身的平台。我们就是做的快速固化的材料体系，可以实现150度分钟固化，同时跟航空的中温的还氧树脂体系是相当的，我们还是做过很多的验证包括我们大巴车上，包括大家知道我们这个前途K50整车的28个覆盖键的材料，就是我们公司的。

我们也做了一些很多的开发，包括传统轴、车身，我们的车身也已经做了3C认证，而且进了公告，这是我们现在做了一些设计以及我们突破的关键的技术，在大巴车身方面，我们不只是做乘用车，我们也正在做大巴车身的轻量化。这是大巴车身这个相关直接的效益，我们做的这个大巴车身是六片的结构，车身部分只有1.8吨，整车是8.5吨，是全世界最轻的。

这是我们生产线的规划，包括万件级的这个汽车零部件的生产线，都是由一些模块来组成的。事实上将来如果要量产的话，都是去做1-N的放大。这也是产线的规划。

碳纤维这个前舱盖的研发以及性能设计。设计理念实际上是做等代，我们做等代我们也有很多的选择，做了至少六个方案，在这六种方案的情况下做有限元的分析，借鉴我们航空的技术做有限元的优化和分析。分析完了之后，来做重量地评估这个轻量化的程度，评估完了之后选定方案，做相关的重量的统计，因为每一个键都是有不同的材料，有不同的组合。原有的引擎盖将近20公斤，我们把它做到了9.2公斤，是减重了50%。在这里面也做了很多的结构设计，包括撑杆这些结构都可以做在里面，我们选择自己的材料，都是选择成熟材料体系，后面是工艺成熟度，我们选用这种交接的工艺最终装配，这都是有比较细节的连接。

目前我们的生产效率是可以保证一天50件，这只是单线的生产，现在这个成本还比较高，只能用在一些高端的车型上面，下一代我们想做第二代、第三代的产品，可以达到现有金属结构的两倍左右的目标，我们已经有了一些成果。

产品一致性，我们做了整个产品OTS的实验，包括材料级、部件级、总成级，我们做了将近30项的实验。这里面有很多的细节，选材、漆膜这个牢固程度还有我们做的防撞实验，在国内都是首先来做的。这是我们工艺的试制的过程。这是最终的总装。我们目前已经形成了完整的技术文件，完成了整个的产线的布局，而且我们已经申请了相关的专利。

我们公司在行业里面的作用和地位。我们本身是做航空的，我们是做军工的。这个领域我们都是作为材料跟制造的牵头单位，对于上游的纤维、树脂这种原材料供应商我们是拉动，对下游是支撑我们的战斗机等等这些研发，我们产出的就是我们的材料体系还有设计制造验证的技术体系，是推动这个复合材料应用一套方法，实际上这是一种逻辑，把这套逻辑拿出来支撑军用就是军用技术推广，支撑汽车、轨道方面的应用，这实际上把这种方法移植到我们的汽车领域推动它的轻量化的运用。

这也是有迭代，我们可以提供研发到实验的解决方案，我们拥有这个材料的设计，拥有示范线的能力，来支撑产品的试制，通过试制验证之后通过资本的形式，再作为这个零部件的批产供应商支撑整个车企的研发，最终推动复合材料在汽车上的产业化的应用。

谢谢大家。

以上内容据峰会现场速记整理，未经嘉宾本人审阅。