奥迪汽车公司经过几年的研究，确定了在哪些部位以及如何将复合材料应用到其2016 R8 Spyder车型的模块化跑车系统(MSS)上。这款汽车的后壁集成了B柱，其CFRP的传动轴通道采用碳纤维复合材料成型。在此款汽车中，一个可折叠的后壁将乘员舱与后发动机舱分隔开来。由于没有车顶结构，因此，后壁和通道必须为汽车提供整个中等大小的汽车所需要的刚性和结构支撑(图片来自奥迪汽车公司)

 

　　对于汽车OEMs而言，应用复合材料的问题是：从哪里开始?受欢迎的且明智的策略之一是，从低产量的应用开始，然后向高产量方向发展。这就是奥迪汽车公司(以下简称“奥迪”)7年前的想法，当时该公司开始开发其为R8 Coupe、R8 Spyder、R8 LMS(赛车)和兰博基尼Huracan等车型的应用而设计的模块化跑车系统(Modular Sports-Car System，简称“MSS”)，所有这些车型，都是发动机后置的双人座汽车。

　　特别是随着汽车向电动化方向发展，奥迪的模块化跑车系统(MSS)被视为是“将先进材料应用于白车身上以减轻重量并提高效率”的一种工具。奥迪轻量化设计中心CFRP技术开发专家 David Roquette说，代R8是铝的，但奥迪决定下一代的MSS项目要应用碳纤维复合材料。但问题是，应用在哪里?为寻找答案，奥迪开展了一项为期3年的白车身评估。Roquette与其同事采用一种内部开发的优化的软件包来确定白车身上的23种负载情况，然后确定白车身上的哪些部位承受的各向异性应力大，这些部位即被认为是适合采用复合材料。

 

　　奥迪R8模块化跑车系统(MSS)的CFRP后壁和通道：白车身的负载情况表明，复合材料是用在后壁、B柱和通道结构上的有效的材料。可模压的3D泡沫芯材优化了强度/重量比，而且聚甲基丙烯酰亚胺材料还防止了芯材被压碎。这种三明治结构减少了碳纤维的用量，控制了成本，要求采用低压高速的RTM工艺

　　“然而，还不只是应力问题。”Roquette介绍说，“还有经济问题。我们可以制造它吗?我们有技术吗?成本和重量是否合理?”随着开发工作的推进，符合这些标准的部位发生了变化，终是围绕着传动轴通道以及将乘员舱与后发动机舱分隔开来的后壁。在2016 R8 Spyder和Coupé车型上，碳纤维复合材料在这些部位得到了应用，显著提高了汽车的扭转应力和刚性，同时为汽车减重带来了良好的机遇。

 

　　Roquette的同事、同样是奥迪技术中心的CFRP专家Felix Diebold介绍说，当奥迪对复合材料的研究先集中在之前提到的23种负载情况时，该公司特别需要寻找的机会是，复合材料将能够在哪些部位提高白车身的扭转刚度并减轻重量，由此来提高整个车辆的强度和乘员安全性。在实施设计工程的过程中，奥迪提出了一种铺层方案，包括采用单向的和机织的碳纤维织物增强材料以及采用一种快速固化的环氧树脂系统。

 

　　此外，Diebold介绍说，奥迪想要采用含泡沫芯材的三明治结构来制造R8 Spyder车型上的一些复合材料部件，特别是B柱和后壁的上方。Roquette说，之所以决定采用泡沫芯材，是因为公司想要减少每个结构中所使用的碳纤维数量，以及在B柱中集成部件并提高强度和刚性。作为一款敞篷车，增强B柱的性能对于Spyder是至关重要的。因为在一辆非敞篷车中，底盘的稳定性和刚性是由地板/通道断面和车顶框架提供的，但对于敞篷车而言，地板/通道断面必须提供所有的稳定性和刚性。

 

　　奥迪想要通过树脂传递模塑成型(RTM)工艺，来生产由环氧树脂浸润的碳纤维和泡沫芯材所构成的三明治结构。Diebold回忆说，这项计划的主要问题是，要找到一种易于处理的芯材，它既不能太重(密度在100～150 kg/m3)、也不能太轻而导致在RTM加工中易于破碎。终，奥迪在市场上找到了一种新的解决方案和相对新的产品，即一种聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫。“它完全能够受压，不易压碎，易于处理。”Diebold说，“我们也尝试了其他芯材，但热量、成本或其他一些限制问题使得它们不可能得到应用。”他补充说，这种泡沫可以被成型为几乎任何的三维形状，允许集成轴套、嵌件和其他金属部件，避免了复合材料结构制造中与泡沫芯材相关的典型的加工和铣削。此外，PMI拥有均匀的泡孔结构，经得起水压试验。