复合材料汽车控制臂及其制作方法

背景介绍：

碳纤维是一种碳含量超过90％以上的高强度、高模量的纤维，可用聚丙烯腈、粘胶纤维、沥青纤维等原丝做原料，经高温氧化碳化制成。可以与金属、陶瓷、树脂等基质混合制成碳纤维复合材料，用途广泛。

因碳纤维增强复合材料的优异的材料性能，越来越多的应用于汽车，表现在：

1、轻量化：碳纤维应用于汽车后，给汽车制造带来最明显的好处就是汽车轻量化，最直接影响的就是节能、加速、制动性能的提升。

2、安全性：车身轻量化可以使整车的重心下移，提升了汽车操纵稳定性，车辆的运行将更加安全和稳定。碳纤维复合材料具有极佳的能量吸收率，碰撞吸能能力是钢的六到七倍、铝的三到四倍，这进一步保证了汽车的安全性。

3、舒适度：碳纤维复合材料具有更高的震动阻尼，轻合金需要9秒才能停止震动，碳纤维复合材料2秒就能停止，故碳纤维应用在汽车上，对于整车NVH的提升贡献同样很大，会大幅增强汽车行驶的舒适性。

4、可靠性：碳纤维复合材料具有更高的疲劳强度，钢和铝的疲劳强度是抗拉强度的30‑50％而碳纤维复合材料可达70‑80％，因此汽车上应用碳纤维复合材料对于材料疲劳可靠性有较大提升。

5、提升车身开发水平：由于碳纤维复合材料可设计性比金属强，因此更易于车身开发的平台化、模块化、集成化。

这样碳纤维车身及金属平台的混合车身结构对于传统汽车车身结构而言，可以做到模块化、集成化，大大减少零件种类，减少工装投入，缩短开发周期。目前越来越多的碳纤维复合材料应用于汽车部件，但主要用于一些覆盖件。对于汽车底盘控制臂，市场上的控制臂以金属为主，轻量化程度不高。为提高轻量化，一般以金属和工程塑料复合较多，主要在新能源车型上。金属与塑料复合后随着时间的推移，因两者属于异种材料复合，容易出现分裂情况，稳定可靠性差。

为此，奇瑞发明专利CN 115257002 A提供了一种复合材料汽车控制臂，包括控制臂本体、衬套结构以及球头结构，控制臂本体包括本体中间钢板和设在本体中间钢板两侧的本体碳纤维，衬套结构和球头结构均设在本体中间钢板的对应端部上。使用的碳纤维与钢复合的控制臂，减重明显，性能优越，一方面利用了碳纤维复合材料的高强度、高模量性能保证其性能，另一方面利用原钢点焊技术，连接村套金属套管，不改变原车连接方式。

复合材料汽车控制臂的组成：

复合材料汽车控制臂为碳纤维与钢板复合结构，其包括控制臂本体、衬套结构以及球头结构。控制臂本体包括本体中间钢板和设在本体中间钢板两侧的本体碳纤维，衬套结构和球头结构均设在本体中间钢板的对应端部上。球头结构包括连接板和设在连接板上的球头，连接板通过一组紧固件与本体中间钢板相连。连接板的内端为三角形结构，通过三个螺栓固定具体碳纤维部分的控制臂本体上，连接简便，稳定可靠。

本体中间钢板两侧的本体碳纤维分别为设在本体中间钢板上方本体上碳纤维和本体下碳纤维，本体中间钢板的端部不被两侧的本体碳纤维包裹，不改变与衬套结构和球头结构的连接方式。

本体中间钢板的端部上设有弧形槽，衬套结构的外缘焊接在弧形槽内。一衬套结构包括衬套套管和设在衬套套管内的橡胶衬套，衬套套管的外缘焊机在弧形槽内。不改变原整车衬套套管连接方式，沿用传统钢与钢点焊，成本相对较低。

本体中间钢板的厚度范围为0.25‑0.35mm，本体中间钢板每侧的本体碳纤维厚度范围为4‑6mm，本体中间钢板对应衬套结构和球头结构的端部均为凸台，结构稳定可靠。

复合材料汽车控制臂的制作方法：

S1、本体中间钢板选用厚度在0.25‑0.35mm冷轧板；

S2、本体中间钢板两侧本体碳纤维制作工艺相同，采用3K平纹布预浸料碳纤维成型，本体碳纤维分层制作，铺层角度为±45°依次铺叠加10次，可以保障汽车在屈曲或外部冲击式起到抗冲击；

S3、两侧碳纤维铺叠完成，进行合模，在模具中进行热模压成型，热模压成型温度为110‑130℃，时间为1.8‑2.5小时；

S4、焊接衬套结构，安装球头结构；

S5、在完成固化后钻孔，表面进行哑光处理。

结论：原控制臂焊接，材料Qste500TM高强钢，重量2.8kg。制作复合材料控制臂是由碳纤维本体，重量1.8kg，足足比原金属焊接控制臂板轻了约35.7％，实现了碳纤维与钢混合设计，同时，不改变原有连接方式，成本相对较低。

总结：

奇瑞发明使用的碳纤维与钢复合的控制臂，减重明显，性能优越，一方面利用了碳纤维复合材料的高强度、高模量性能保证其性能，另一方面利用原钢点焊技术，连接村套金属套管，不改变原车连接方式。