碳纤维在汽车上的应用

碳纤维在汽车上的应用

胡兴军

碳纤维（ＣＦ）是纤维状的碳素材料，含碳量在９０％以上，它是利用各种有机纤维在惰性气体中、高温状态下碳化而制得。具有十分优异的力学性能。特别是在２０００℃以上高温惰性环境中，是唯一强度不下降的物质。碳纤维和碳纤维增强复合材料（ＣＦＲＰ）做为２１世纪的新材料，其高强度、高弹性模量和低比重性能，在汽车上迅速得到广泛的应用，无论是在车辆外观钣件、引擎舱内集气箱、车室内门板或是饰板等，皆可以看到碳纤维的出现。专家指出，在未来５年内碳纤维将引起汽车工业性的变革。

小批量车型上有所应用，如ＢＭＷ公司的Ｚ－９、Ｚ－２２的车身，Ｍ３系列车顶蓬和车身，ＧＭ公司的Ｕｌｔｒａｌｉｔｅ车身，福特公司的ＧＴ４０车身、保时捷９１１　ＧＴ３承载式车身等。

华轿车都配备了这种座椅加热装置，比如奔驰、宝马、奥迪、大众、本

田、日产等等。碳纤维热载荷碳纤维是一种比较高效能的导热材料，热效率高达９６％，并在加热垫中均匀密布，保证热量在座椅加热区域均匀释放，碳纤维线及温度分布均匀，又确保了加热垫长期　使用保持座椅表面皮革平整完好。不产生纹路痕迹、不产生局部变色。温度超出设定区间则自动断电，不能满足

２　刹车片

碳纤维还因为其环保、耐磨的特点而应用在刹车片上，但含有碳纤维复合材料的产品都格外贵，所以目前这种刹车片还主要应用在高档轿车上。碳纤维制动盘被广泛用

温度要求时自动通电调节温度。碳

于竞赛用汽车上，例如Ｆ１赛车上。纤维适宜人体吸收的红外线波长，

可以充它能够在５０ｍ的距离内将汽车的速具有促进健康的　保健作用，

度从３００ｋｍ／ｈ降低到５０ｋｍ／分减少驾乘疲劳，增加舒适度。ｈ，此时制动盘的温度会升高到９００℃以上，制动盘会因为吸收大量的热能而变红。碳纤维制动盘能够承

１　汽车车身、底盘

由于碳纤维增强聚合物基复合材料有足够的强度和刚度，其适于制造汽车车身、底盘等主要结构件的最轻材料。预计碳纤维复合材料的应用可使汽车车身、底盘减轻重量４０％～６０％，相当于钢结构重量的１／３～１／６。

英国材料系统实验室曾对碳纤维复合材料减重效果进行研究，结果表明碳纤维增强聚合物材料车身重量仅为１７２ｋｇ，而钢制车身重量为３６８ｋｇ，减重约５０％。并且当生产量在２万辆以下时，采用ＲＴＭ工艺生产复合材料车身成本要低于钢制车身。

东丽确立了使用碳纤维强化塑料（ＣＦＲＰ）、在１０ｍｉｎ内成形汽车底盘（前地板）的技术。

但由于碳纤维成本过高，碳纤维增强复合材料在汽车中的应用有限，仅在一些Ｆ１赛车、高级轿车、

４　轮毂

德国的知名轮毂制造专家ＷＨＥＥＬＳＡＮＤＭＯＲＥ推出的

受２５００　℃的高温，而且具有非常优

秀的制动稳定性。虽然碳纤维制动“Ｍｅｇａｌｉｇｈｔ－Ｆｏｒｇｅｄ－Ｓｅｒｉｅｓ”轮毂盘具有性能卓越的减速性能，但是系列，采取两片式设计，外环为碳目前在量产的汽车上使用碳纤维制纤维材质打造，内毂为轻量化的合动盘却并不实际，因为碳纤维制动盘的性能在温度达到８００℃以上时才能够达到最好。也就是说，必须在行驶了数公里之后，汽车的制动装置才能进入最佳工作状态，这对于大多数只是短途行驶的车辆并不适用。另外，碳纤维制动盘的磨损速度很快，制造成本也非常高。

金，搭配不锈钢制的螺丝，较一般同尺码的轮毂可轻上４０成左右；以２０寸的轮毂为例，Ｍｅｇａｌｉｇｈｔ－Ｆｏｒｇｅｄ－Ｓｅｒｉｅｓ轮圈仅有６ｋｇ，较一般大约１８ｋｇ的重量相较，轻了一大截。２０寸的Ｍｅｇａｌｉｇｈｔ－Ｆｏｒｇｅｄ－Ｓｅｒｉｅｓ一组轮毂要价２万欧元，约２１．８６万人民币；目前共有１８～２３寸尺码可供选择。

３　座椅加热垫

英国Ｋａｈｍ公司使用ＣＦＲＰ制

碳纤维汽车座椅加热垫是碳纤得的ＲＸ－Ｘ型高级轿车专用车轮，维加热应用于汽车工业的一个突破，重量仅为６ｋｇ，可高速行驶，并可最碳纤维加热元技术在汽车配套市场大限度地降低车轮的径向惯性力。变得越来越受欢迎，它将会完全替由英国ＤＹＭＡＧ公司开发的世界最代传统的座椅加热系统。目前几乎轻碳纤维／镁车轮由碳纤维轮网和全球所有汽车制造厂商的高档、豪镁刹车盘两部分组成，并用镀钛的

442009-5技术与研究

汽车电气工程与车用网络概述

佟为明　　白哲松

内容提要：汽车车上网络可简化汽车线路连接、大大增强汽车性能并提供新的性能，因此在高档汽车中获得了愈来愈广泛的应用。为便于理解汽车车上网络在整个汽车电气电子系统中的地位与作用，本文首先简要介绍了汽车电气工程的概念，然后阐述了汽车车上网络的产生、组成与功能，最后给出了在车内控制网络中应用最为广泛的ＣＡＮ和ＬＩＮ总线的技术特点。

关键词：汽车　　电气工程　　车用网络

１　汽车电气工程的概念

１．１　汽车电气工程的基本概念汽车电气工程是研究作为机电一体化典型产品的现代汽车中与电有关的装置、设备、模块等系统的组成、原理、特性、检测、使用维修的综合技术。汽车电气工程所涉及的理论与技术包括汽车构造、电

备及系统。汽车电子控制系统主要是指与汽车本体的性能密切相关（如提高汽车本体性能、增加汽车本体性能）的具有控制作用的电子系统，它一般要与车上机械系统进行配合使用，即所谓“机电结合”的汽车电子系统。汽车电子信息系统或称车载汽车电子系统，是在汽车环境下能使用的电子系统，主

络系统，包括安装于车上的网络设备、道路与停车场上的网络设备、交通管理部门中的网络设备乃至太空中的网络设备（通信卫星）等。由于汽车车上网络在技术上是相对的，因此亦常常将其作为一个单独的部分来阐述。这样，在将汽车车上网络出来的情况下，汽车电气工程的范畴即包括了汽车电器系统、汽车电子控制系统、汽车电子信息系统、智能交通系统和汽车车上网络五部分。从本质上讲，前四部分为具有功能的系统；后一部分主要作为贯穿于前四部分的技术，亦可能为某些部分（如汽车电子信息系统、智能交通系统）的

工学（电路理论、电机技术、电器要是指与汽车本体的性能无直接关

技术、电力电子技术）、电子技术、系或关系不大的起信息显示、传输嵌入式（单片机、微处理器、微控等作用的以及能提供娱乐和办公等制器）系统技术、检测技术、转换条件的电子或信息系统，它只要满技术、传感器技术、数字信号处理技术、现场总线技术、计算机高级语言编程技术、控制理论与技术、电磁兼容技术、信息技术等。１．２　汽车电气工程的范畴

以现代汽车作为一个物理实体，以对该实体各主要部分及整体的运行、控制为出发点，汽车电气工程的范畴包括汽车电器系统、汽车电子控制系统、汽车电子信息系统、智能交通系统。

汽车电器系统主要是指与汽车

足汽车的使用环境（电气环境、电磁环境、机械环境、气候环境、化学环境）要求即可安装使用。智能交通系统是为解决因汽车数量的急

子系统。另一方面，为叙述方便起

剧增加而导致的交通问题产生的，见，有时也将汽车车上网络这一部与汽车的使用者（司机、乘客和出分作为一个系统来称呼，以便与其

他４个系统相一致。

一般来说，汽车电气工程的范畴所包括的汽车电器系统、汽车电子控制系统可归为汽车电气系统；而汽车电子信息系统、智能交通系统和汽车车上网络可归为汽车电子系统。因此，总起来说，汽车电气

行者）及交通管理部门联系紧密，在技术实现上以电子技术、信息技术和通信技术为主。

对于现代汽车、特别是高档汽车，在汽车电器系统、汽车电子控制系统、汽车电子信息系统中均采

上电能的产生、供给、分配、保护、用了或正在采用汽车车上网络；而变换、使用、检测等有关的装置、设智能交通系统更是依赖于（通信）网工程的范畴所包括的五个部分／系～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～特殊硬件连接起来。随着环保汽车（Ｅｃｏ－ｃａｒ）的开发，万台汽车使用燃料电池。美国福特

以氢为燃料的燃料电池汽车使用汽车Ｈｕｍｍｅｒ　Ｈ２Ｈ越野车也开始

５　燃料贮罐

ＣＦＲＰ材料制作燃料贮罐已为市场使用氢燃料电池，预计２０１０年氢燃

采用ＣＦＲＰ可以在满足该要求所接受。依据日本能源厅燃料电池料电池汽车将会达到一定的市场规的条件下实现压力容器的轻量化。研讨会信息，２０２０年日本将有５００模。

2009-545