多材料汽车车身的轻量化设计分析
汽车零部件结构性能分析及关键部件轻量化设计
汽车零部件结构性能分析及关键部件轻量化设计摘要：安全、节能、环保是当今汽车工业的三大主题，而汽车轻量化则是实现这三大诉求的重要途径。
部件结构作为车身的重要组成部分，其重量占到车身钣金件的比重达到20%左右，因此部件结构的轻量化对整车的轻量化具有重要意义。
关键词：汽车；零部件结构性能；关键部件；轻量化设计现代化的汽车工业中，为了降低成本，提高竞争力，模块化设计和平台化生产已经成为行业共识，前端框架的零件概念即由此产生。
部件结构将传统意义上汽车头部的散热器框架集成化，形成一个相对独立的模块连接到白车身。
汽车制造商因此解放出来，将各挂载组件的性能及尺寸控制交付给专业的零件供应商，从而更好地聚焦于整车性能表现以及尺寸匹配。
这种设计生产方式客观上加速了车型升级换代，使得汽车制造商在保持既有车型平台不变、多次复用的情况下，只需变更不同的模块设计(包括部件结构)就可以实现车型造型或功能升级，大大提升了迭代效率，同时节省了迭代成本。
1汽车零部件结构性能分析汽车开闭件在汽车整体系统中极为重要，其主要是指汽车上能够开闭的零部件，包括前后车门、前舱盖、后背门、顶棚总成等，多采取铰接方式连接。
开闭件对尺寸、公差要求较高，其制作工艺也极为复杂，安装时所需附件较多，且具有灵活、坚固、密封等多种安装要求，这些要求若无法得到保证，汽车的品质与性能都将受到严重影响。
前门作为汽车开闭件之一，其使用率极高，结构模态是影响车辆频率的重要因素，车门结构模态必须错开路面载荷激振频率与车辆频率，防止因车轮的不平衡导致激振频率的紊乱。
车门上部基本由玻璃组成，较为薄弱，而钣金件是汽车结构支撑的主要材料，它在车门门框的上部分较少，且门框相较车门其他部分更为薄弱，该处易导致门框外侧变形，引发车门密封性变差，使车门无法抵御风雨穿透，严重时易出现门框剧烈振动，导致玻璃无法正常升降。
窗沿处的前门内板腰线刚度在车门中的作用也是极为重要的，如若该处刚度不足，对于玻璃升降的平顺性可造成影响，易引发不必要的事故。
车身轻量化—碰撞介绍1新能源汽车轻量化钢制车身结构
新能源汽车轻量化钢制车身结构摘要未来钢制汽车计划（FSV）的目标是为紧凑型的电动汽车（BEV）提出一个能制造出完全不同的钢制车身结构的详细设计构思，也确认了为适应大的插电式混合动力车（PHEV）或燃料电池车（FCEV）车身结构的改变。
这篇文章将说明七个经过优化的车身的子部件是如何达到减重35%，同时满足安全要求和整个寿命周期内碳排放目标要求。
该文章也将对先进的设计优化过程和相应先进的钢材和制造技术概念进行解释。
前言“未来钢制汽车计划（FSV）”是世界汽车钢（WorldAutoSteel）项目，该组织为世界钢铁联盟下属的汽车钢组，共包含全球范围内17家大型钢铁生产企业。
“FSV计划”是一个涉及几百万欧元资金，为期三年的计划，旨在发展出安全、重量轻及采用先进高强钢制造的车身结构，该新型车身结构能够满足电动汽车的不同要求和减少汽车在整个寿命周期内的温室气体（GHG）排放。
GHG气体指的是大气中能够加剧地球温室效应的气体，这些气体能够吸收地球表面的热量，使热量在地球表面和大气层之间进行循环，导致地球表面的平均温度升高。
“FSV计划”将会阐明用先进高强钢来制造车身结构，减轻汽车重量和减少GHG气体排放。
本文说明了“FSV计划”中的相关的钢铁技术和设计构思，及第二阶段现已所获得的结果。
1.0 项目目标“FSV计划”中工程技术人员关注的焦点是提出一种新的全局性的开发设计方法，目标是开发出具有创新性的整车布置和优化的车身结构的先进汽车，该车将会使用一系列在2015年至2020年之间比较成熟的先进钢铁材料和制造技术。
“FSV计划”主要分为三个阶段：阶段1：工程研究（已完成）阶段2：构思与设计（至2010年）阶段3：展示和具体实施（至2011年）第一阶段主要是对将来适用于2015年至2020年之间的，先进汽车动力系统和适合批量生产的未来汽车技术进行综合性评价和验证，该阶段所获得的结果在另外一篇报告中有阐述。
图1-1 “FSV计划”的整个设计优化过程“FSV计划”已进行到第二阶段的中间阶段，优化设计采用先进高强钢制造的车身结构，主要涉及到4种不同的汽车，电动汽车（BEV）和插电式混合动力汽车（PHEV-20），属于A级/B级汽车；插电式混合动力汽车（PHEV-40）和燃料电池汽车（FCEV），属于C级/D 级汽车。
汽车车身结构优化设计
汽车车身结构优化设计随着汽车行业的持续发展，汽车设计和制造技术的日益成熟，如何实现汽车车身结构的优化设计成为一个重要的研究方向。
汽车车身结构对车辆的性能、安全和舒适度有着决定性的影响。
本文将从汽车车身结构设计的需求和方法，汽车车身结构材料选择和应用，以及汽车车身结构优化设计的案例研究进行分析和论述。
一、汽车车身结构设计的需求和方法在汽车设计中，汽车车身结构是一个重要的方面，它决定了汽车的稳定性、轻量化和节能性能。
汽车车身结构设计需求主要包括以下几个方面：1. 结构稳定性：汽车车身结构设计应考虑各种行驶情况下的稳定性和安全性。
2. 轻量化：轻量化是一个常见的汽车车身结构设计目标。
轻量化能有效地降低车辆的燃油消耗和环境污染，提高汽车的能源利用率。
3. 舒适性：汽车车身结构应该考虑到驾驶员和乘客的舒适度，并能减少噪音和震动。
在汽车车身结构设计中，一些方法和工具可以用于优化设计，例如CAE、拓扑优化等。
CAE（计算机辅助工程）技术能够通过数字仿真，快速计算车身结构下的各种工况下的应力分布，以便进行优化设计。
拓扑优化则是一种基于数学模型和算法的方法，它可以自动生成最优的车身结构模型，以便实现轻量化和优化性能的目标。
二、汽车车身结构材料选择和应用汽车车身结构材料是决定其性能和质量的关键因素之一。
环保节能是当前材料选择要考虑的主要因素。
1. 钢材和铝材：钢材和铝材是目前汽车车身结构中使用最广泛的材料。
高强度钢材和铝材能够有效地压缩车身的重量，并保证强度。
2. 轻质材料：在轻量化方面，汽车车身结构中不锈钢、镁合金等轻质材料也被用于汽车车身结构中。
由于这些材料有着很好的强度和耐腐蚀性能，底盘和车身的质量能够得到减轻。
3. 复合材料：由于汽车车身结构要求同时满足强度和轻量化的目的，因此复合材料正在成为汽车车身结构中的新兴材料。
这些材料由于其良好的强度和轻重量，能够实现汽车车身的更好的强度和轻量化。
三、汽车车身结构优化设计的案例研究在实际汽车车身结构设计中，优化设计的应用已经产生了很好的效果，在汽车轻量化和节能方面都取得了一定的成果。
基于多目标优化的白车身结构轻量化设计
基于多目标优化的白车身结构轻量化设计作者：王康曹永晟贺启才赵国栋来源：《时代汽车》2023年第22期摘要：白車身轻量化研究有利于提高整车性能和减少研发成本，首先建立了某乘用车白车身的有限元模型，接着根据仿真模型分别计算出与NVH、静刚度及正面碰撞安全性能相关的参数，模型各项指标均满足要求。
其次，依据综合灵敏度分析思路筛出与碰撞安全无关的设计变量，并且参照能量吸收曲线图选出正面碰撞安全板件的设计变量。
针对白车身非碰撞安全相关板件的轻量化设计，根据试验设计方法设计出样本点，对比各类近似模型的精度，采用了椭圆基近似模型，将白车身质量最小、低阶模态最大作为设计目标，把白车身的静态扭转刚度以及静态弯曲刚度作为设计的约束条件，并采用遗传算法对非碰撞安全板件进行多目标优化。
针对白车身正面碰撞安全相关板件的轻量化设计，根据试验设计方法设计出样本点，对比各种近似模型的精度，采用了响应面模型，将白车身质量最小、乘员舱加速度峰值最小作为设计目标，将一阶弯曲和一阶扭转模态频率、静态弯曲扭转刚度作为设计的约束条件，并采用遗传算法对碰撞安全板件进行多目标优化。
最后，对轻量化前后的性能参数进行比较分析，实现了白车身质量降低13.4kg，降幅3.32%，轻量化系数减小了1，不仅保证了静态弯曲刚度和扭转刚度、白车身的模态频率各项指标基本不变，并且提高了白车身正面碰撞性能。
结果表明基于多目标优化的白车身结构轻量化设计的减重效果较好，对车身的轻量化设计具有一定的参考意义与指导价值。
关键词：白车身灵敏度分析试验设计近似模型多目标优化轻量化1 引言随着新时代的发展，世界汽车保有量不断增加，国家对汽车的安全性能和排放指标也越来越严格。
车辆正朝着安全舒适、持续发展、电动智能的方向发展，白车身轻量化可以对汽车工业所遇到的绿色环保、主被动安全性和能耗等问题的解决有所帮助，白车身是集汽车造型以及性能为一体的关键子系统，汽车轻量化方案的选择中，白车身结构的轻量化备受学术研究者与各大车企的关注。
汽车轻量化设计-车身常用铝合金材料及性能简介
冷成型工艺
热成型工艺
铸造工艺
工程院车身部
二、铝合金零部件工艺路线
冲压工艺成型工艺路线：
第一阶段：板材制备（熔铸-热轧-冷轧-退火-分切）
自动化 程度高
连续静 压，性
能好
轧制 特点
生产效 率高
板材制备
材料利 用率高
工程院车身部
二、铝合金零部件工艺路线
材料状态选择
不可热处理强化合金（1XXX，3XXX，5XXX合金）： 轧制/挤压：H态，硬态（强度较高） 轧制/挤压—热处理：O态，软态（硬度较小） 轧制/挤压—热处理—轧制/挤压； H12，H14，H16，H18（硬度适中）； 例如5182-O态合金， 工艺路线：热轧-冷轧-360℃X4h退火处理获得5182-O态
工程院车身部
二、铝合金零部件工艺路线
冲压工艺成型工艺路线： 铸棒制备（熔铸-锯切）-挤出（加热铸棒及模具-挤压-锯切-时效）-机加工
工程院车身部
二、铝合金零部件工艺路线
冲压工艺成型工艺路线： 铸棒制备（熔铸-锯切）-挤出（加热铸棒及模具-挤压-锯切-时效）-机加工
整套模具：正模，模垫，模套三部分组成； 正模：工作带，空刀，导流槽，分流孔，分流桥，模芯，焊合室
车身用铝合金及性能简介
目录
1 2 3
铝合金分类及应用 铝合金零件工艺路线
铝合金零件性能
一、铝合金分类及应用
1 铝合金系列
一、铝合金分类及应用
2 铝合金在车身上应用
1XXX：纯铝，例如1050,1060，硬度强度较低，延伸率优良（UTS=70-100MPa； EL=40%）； 汽车中应用： 锂电池正极集流体铝箔（电池）
工程院车身部
二、铝合金工艺路线
阐述汽车结构的轻量化设计方法
阐述汽车结构的轻量化设计方法1 汽车结构轻量化设计的提出目前，国内外汽车技术的发展主要有以下三个方面的趋势：一是轻量化；二是环保；三是安全。
现在，人们已经渐渐认识到，想要让汽车工业长久发展下去，就要走可持续发展之路。
可持续发展之路一个很明显的要求就是要节约资源，减少消耗。
针对汽车工业，为了达到这样的要求，就必须采取提高发动机的效率、改善传动机构或者降低车身重量等方法。
其中降低车体重量的一个重要方法就是汽车结构的轻量化设计，其可以显著减轻汽车的重量。
在现实生活中，无论是普通的柴油汽油汽车、电驱动汽车还是燃气驱动汽车，车身机构轻量化都有极为重要的意义。
汽车行业一直在追求舒适、安全、快速，而为了达到这一目标，汽车轻量化是最佳途径之一。
2 汽车材料的轻量化2.1 高强度钢在汽车结构轻量化设计中的应用在汽车结构中，使用最多的材料就是钢。
因此，利用高强度钢来减少汽车结构中钢的使用，对于汽车结构的轻量化设计有重要意义。
一般来说，钢的强化途径主要有以下五种：一是加碳强化。
由于钢中含碳的百分比不同其刚度也不同，因此想要得到高强度钢就需要控制钢中碳的含量。
为此，必须适当增加钢中珠光体的含量，降低铁素体的含量；二是合金强化，在钢中添加合金元素可以大大增加钢的强度，而且不同的合金元素能够使钢所具有的性能也不同，能够大大扩大钢的适用范围；三是固溶强化，即在钢中添加磷、硅或者锰等元素来加强钢的强度的方法；四是热处理强化。
一般来说，钢在经过一定顺序的冷热交替处理之后，其金相组织的结构会发生变化，从而使钢的强度增加。
另外，热处理还可以使钢内碳等元素的含量发生变化，从而可以使钢内部形成一层一层地具有不同性质的结构；五是应力强化，钢在受到一定限度内的拉力之后，其屈服强度可能会提高。
因为钢在受到一定限度内的应力后表面会存在残余应力，这种应力可以抵消钢在今后使用中受到的弯曲应力、扭转应力等。
高强度钢主要是用于制造汽车的外壳和结构件，其优点是经济性好、强度较大；但是其缺点也比较明显，就是耐腐蚀性差。
新型汽车轻量化技术的研究和应用
新型汽车轻量化技术的研究和应用随着全球环保意识的不断提高，汽车轻量化成为了一个重要的研究方向。
轻量化的目的是通过降低汽车的重量，减少燃料消耗和排放，从而达到节能减排的目的。
目前，轻量化技术已经在汽车制造业中得到了广泛的应用，尤其是在新能源汽车领域。
本文将探讨新型汽车轻量化技术的研究和应用。
一、轻量化技术的分类轻量化技术可以分为结构设计轻量化和材料轻量化两个方面。
结构设计轻量化是通过优化汽车结构设计，减少不必要的部件和减轻零部件的重量来实现的。
而材料轻量化则是通过应用新型的轻质材料来实现。
1.结构设计轻量化结构设计轻量化是目前最广泛应用的轻量化技术之一。
它的主要思路是从结构上对汽车进行优化，减少汽车不必要的部件和减轻零部件的重量以达到减轻汽车整体重量的目的。
比如说，优化发动机的结构可以减少发动机的重量，从而减少燃料消耗和减少排放。
优化悬挂设计可以减少悬挂部件的数量，从而减轻汽车重量。
2.材料轻量化材料轻量化是指应用新型轻质材料来替代传统的汽车材料。
轻质材料具有比传统材料更高的强度和刚度，但是重量更轻。
应用这种材料可以使汽车在保证安全性的情况下，减少重量。
常用的轻质材料包括轻质合金、碳纤维复合材料、玻璃纤维增强塑料等。
二、轻量化技术的应用轻量化技术已经成功应用于现有的汽车制造业中。
下面这些汽车品牌已经在其汽车中使用轻量化技术：1.特斯拉特斯拉Model S采用了铝合金车身，其车身重量比传统的汽车车身轻了30%。
2.宝马宝马采用了碳纤维复合材料来制造其电动车i3。
相比传统汽车，宝马i3的车身重量仅有1/3。
3.福特福特采用了高强度钢和铝合金来制造F-150皮卡。
这使得F-150的整车重量减轻了700磅，相当于减少了15%的总重量。
4.奥迪奥迪采用了镁铝合金来制造TT RS的发动机支架。
这个支架比传统的铸铁支架轻30%。
三、轻量化技术的未来轻量化技术的未来发展趋势将是发展全新的材料和技术，并实现车辆整体质量的减轻。
SAE-ChinaJ0703-2013《轿车白车身轻量化设计方法》讲解
GB11551-2003《乘用车正面碰撞的乘员保护》；
GB20071-2006《乘用车侧面碰撞的乘员保护》；
GB/T20913-2007《乘用车正面偏置碰撞的乘员保护》；
SAE-China J0702－2013技术规范“普通乘用车白车身弯曲刚度测试方法”；
4.2
按照国家标准GB20071-2006《乘用车侧面碰撞的乘员保护》，进行基于侧面碰撞的白车身结构轻量化设计时，只考虑白车身结构的抗撞性评价指标如侧面压溃量、白车身吸能量、B柱加速度等，不考虑车内假人的伤害指标。
4.3
按照国家标准GB/T20913-2007《乘用车正面偏置碰撞的乘员保护》，进行基于正面偏置碰撞的白车身结构轻量化设计时，只考虑白车身结构的抗撞性评价指标如前端压溃量、白车身吸能量、防火墙侵入量和B柱加速度等，不考虑车内假人的伤害指标。
5.2
在进行整车被动安全性分析模型验证时，考虑到车身的四门两盖和门窗玻璃对整车被动安全性仿真分析结果有重要影响，车身有限元模型中包含四门两盖和门窗玻璃模型。
5.2.1
按照国家标准GB11551-2003《乘用车正面碰撞的乘员保护》，进行刚性壁障整车正面碰撞仿真分析，其假人伤害指标应满足标准规定要求；提取白车身结构抗撞性评价指标，如前端最大压溃量、B柱碰撞加速度曲线、防火墙最大侵入量、白车身吸能量曲线。
3.2
白车身产生单位扭转角所需要的外加扭矩，它表征了白车身抵抗扭转弹性变形的能力。
3.3
使白车身产生单位弯曲变形所需的弯矩，它表征了白车身抵抗弹性弯曲变形的能力。
3.4
指轿车前后轮距的平均值与轴距的乘积。
3.5
指白车身的性能指标，如弯曲刚度、扭转刚度、一阶整体弯曲频率、一阶整体扭转频率等，相对白车身结构设计变量如板厚、梁截面面积和形状尺寸等的一阶导数。
基于结构耐撞性的汽车车身轻量化设计
料提升到一定等级的高强度钢材料 ，同时降低料 厚， 达到不降低 ｌ能指标 而减重的 目的 。 生
４３ 结构 优化 结果 ．
减重环节的高强度钢可以降低大部分料厚大 于 １ｍ ． ｍ的零件 ，通过使用更高等级的高强度钢 ０
材料 可 以降低料 厚 ０２ ｍ ０４ ．ｍ ． ｍｍ。 把 以上 可接受 的方 案结 合在 一起 ，将 未被 列 入 敏感 表 的零 件考 虑其 他要 求及 工艺 实现 。仿 真 分 析最 终 方 案 包 括 全 宽正 碰 、０ ４ ％侧 面 碰撞 和侧
问题 。
关键 词 ： 强度 钢 高
轻量 化
结构 耐撞 性
１ 引 言
汽 车 的安 全性 能 和节 能环保 是 目前 汽 车结 构 设计 面 临 的两大 问题 ，这 些 问题 与 汽车 的轻 量 化 问题 密切 相关 。据统 计 ， 车总重 量每 减轻 １％ ， 汽 ０
轿车车身结构安全性设计的基本思路是 ： 利 用 车身 的可变 形 区域有 效 吸收撞击 能 量 ，以确 保
结果 的基 础上 对工 字 梁结构进行 了改进 。
关键 词 ： Ｂ Ｕ 前桥 Ａ ＡＱ Ｓ
工 字梁
强度
１ 前 言
工 字 梁 是前 桥 总 成结 构 中 最重 要 的 承载 件 ， 传递着车架与路面之间的全部作用力 ，在汽车制
动 时承受 巨大的 载荷 ，因此 对极 限制动 工况 下 工 字梁 的强度分 析 十分必要 。本 文利 用有 限元 软件
２ 轿 车车身结构设计过程
１ 技 术纵横 ８
轻 型汽 车技 术
２１ （ ） ２７ ０２ ９ 总 ７
Ａ Ａ Ｕ Ｂ Ｑ Ｓ在前桥工字梁结构改进中的应用
何 润华 沈 磊
全铝及钢-铝混合车身轻量化连接技术
摘要：铝合金应用比例的提升使得传统钢制车身逐步向全铝及钢-铝混合车身转变。
相应地，其材料匹配方式也由单一的钢-钢向钢-钢、铝-铝、钢-铝等多组合方式转变，涉及同种及异种材料的连接。
铝合金自身的物理化学属性导致其焊接性非常差。
传统电阻焊以及弧焊工艺已经无法满足铝合金的连接及应用需求，因而急需开发和掌握新的铝合金连接工艺。
详述了国内、外四款主流车型全铝及钢-铝混合车身的轻量化材料及连接技术应用情况，将当前铝合金主流连接工艺归纳为焊接、机械连接及粘接三大类，并依次阐述了其工艺原理、技术优势及在汽车上的主要应用情况，旨在为轻量化车身的设计与制造提供借鉴和依据。
关键词：全铝及钢-铝混合车身轻量化铝合金连接中图分类号：TG44文献标识码：BDOI ：10.19710/ki.1003-8817.20180093全铝及钢-铝混合车身轻量化连接技术张林阳（中国第一汽车集团有限公司研发总院材料与轻量化研究所，长春130011）作者简介：张林阳（1988—），男，工程师，硕士学位，研究方向为汽车用金属材料轻量化连接技术。
1前言随着能源危机以及环境污染变得日趋严重，作为全球制造业支柱产业的汽车行业正面临着前所未有的节能减排压力[1]。
汽车轻量化被视为实现节能减排最经济且行之有效的手段。
据报道：当汽车整车装备质量下降10%时，可带来6%～8%的油耗减少以及4%的尾气排放下降。
汽车车身质量约占汽车整车装备质量的35%左右，是实现汽车轻量化的重点、关键区域。
当前，汽车车身轻量化的主流是增加轻质材料的使用比例，主要包括高强钢板、铝/镁合金、碳纤维、工程塑料以及其他复合材料等。
铝合金由于质量轻，比重只有钢的1/3，加工性及吸能性好，且不用做防锈处理并易于回收，因而得到最为广泛的应用[2]。
铝合金在车身上的应用以铝板、铝型材以及铝铸件为主。
在国外，奥迪、通用、捷豹等汽车厂家已经开发出相应的钢-铝混合车身，甚至是全铝车身；而在国内除蔚来汽车外，大部分自主汽车制造厂商只是应用少量的铝合金材料来实现汽车的轻量化。
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多材料汽车车身的轻量化设计分析
摘要
最近几年，我国的环保政策越来严格，使得汽车工业面临着极其严峻的挑战，传统汽车具有油耗高、环境污染严重、资源使用率低等诸多缺点，已经不适应当
下的社会发展需求，因此很多汽车厂商逐渐走上了汽车车身轻量化设计的步伐。
但是就目前来看，我国汽车厂商的汽车车身轻量化设计结果不容乐观，尚未取得
良好的轻量化设计成果。
因此对汽车车身轻量化设计的概念、重要性进行简单地
阐述说明，从材料、结构、生产工艺等三个角度出发，制定一套切实可行的汽车
车身轻量化设计方案，具有重要的理论意义和实践价值。
关键词：多材料；汽车车身；轻量化设计
一、汽车轻量化设计的概念及意义
汽车轻量化指的是在保证汽车强度、安全性的基础上，尽可能降低汽车的总
质量，从而提升汽车燃油效率、降低污染物排放量。
汽车轻量化设计的途径主要
包括车身材料轻量化、车身结构轻量化等两种形式，一般情况下，全钢结构的车
身通过轻量化设计之后能够节约7%的质量，使用铝合金材料能够为汽车带来
30%-50%的轻量化效果，采用碳纤维材料能够达到50%以上的轻量化效果。
轻量化
材料的应用能够有效降低汽车的重量，但是轻量化的材料通常比较贵，尤其是碳
纤维材料，其价格达到了30万元/吨，与普通低碳钢材料相比高出许多。
由此可
以看出，材料价格是制约汽车轻量化设计的重要因素，汽车厂商应该适当引入轻
量化材料，不断优化汽车车身结构，创新使用新型汽车生产工艺，从而达到更好
的轻量化设计效果。
汽车轻量化设计是全世界范围内汽车设计生产的重要方向，与环保、安全相
比有着同等重要的地位。
如今全球范围内的能源短缺问题越来越严峻，人类赖以
生存的自然环境逐渐恶化，因此人们必须增强环保意识，推动汽车产业的绿色环保、可持续发展。
据有关资料显示，汽车车身轻量化设计的效果越好，燃油效率
越高。
如果汽车整车质量降低10%，燃油效率可提升6%-8%；若汽车滚动阻力降
低10%，燃油效率可提升3%；若车桥、变速器等机构的传动效率提升10%，那么
燃油效率可提升7%；汽车车身每减少100千克，二氧化碳的排放量可减少5g/Km。
由此可见，多材料汽车车身的轻量化设计是缓解能源短缺危机、抑制环境污染问
题的重要举措。
二、汽车车身轻量化设计的方法
截止到目前为止，汽车车身轻量化设计的方法主要有三种，即材料轻量化、
结构轻量化、生产工艺轻量化，具体内容如下所示：
（一）材料轻量化
材料轻量化是汽车车身轻量化最为主要的方式，目前使用的轻量化材料有高
强度钢、铝合金、镁合金、碳纤维材料。
其中高强度钢具有技术成熟、材料来源广、造价低廉的的优点，能够直接利用现有的冲压、焊接、涂装和总生产线，能
够节省10%的汽车重量；铝合金具有锻造技术成熟、机械性能好的优点，能够节
省30%的汽车重量；碳纤维材料具有强度高、减重效果好的优点，能够达到50%
的汽车重量，但是碳纤维材料也有一定的缺点，即材料价格昂贵，每吨价格约为
20-30万元，目前只应用在比较高端的汽车上，例如布加迪威龙、法拉利、奔驰、宝马等豪华品牌车型。
由于汽车车身不同部位对材料强度、刚度的要求有所不同，人们可以根据实
际需求来合理配置轻量化材料，在保证汽车车身强度不减的情况下，减轻汽车的
整体质量。
例如汽车车身A柱、B柱对承载能力、强度硬度提出了很高的要求，
因此可以在这些地方配备高强度钢材料；汽车的防撞梁需要承受较大的撞击力，
而传统的低碳钢不仅质量大，而且强度较低，与汽车车身的轻量化设计理念背道
而驰，因此很多车型都选择铝合金材料作为防撞梁。
如今很多汽车厂商都在进行
汽车车身轻量化设计工作，铝合金材料凭借低廉的成本、优异的性能成为汽车车
身轻量化设计的重要材料。
（二）结构轻量化
汽车结构轻量化设计是利用综合优化的方法，来降低汽车车身的重量，如今
很多汽车厂商综合使用数据模型、有限元分析等方法来优化汽车车身结构，尽可
能减少汽车车身上的材料，以此达到汽车轻量化设计的目的。
例如日本丰田、本
田等知名汽车厂商采用超薄汽车钣金、简化车门结构、使用泡沫防撞材料、降低
地车底盘厚度等方法来降低汽车重量，在保证汽车安全性的前提下，将汽车燃油
效率降到极致。
在汽车车身结构轻量化设计过程中，汽车厂商一般会使用CAD建
模工具，对汽车车身的结构布局进行优化设计，并在仿真软件上进行碰撞测试，
从整车角度出发去分析汽车车身结构，进一步简化汽车零部件结构，剔除不必要
的配置，保证汽车的各项性能符合需求。
再例如奥迪R8的ASF车身结构，将铝
合金材料挤压成型材，加工成各种形状的配件，按照骨架+蒙皮的方法组合在一起，形成一体式的铝制蒙皮结构，不仅能够勾勒出优美的汽车线条，还能减轻40%的车身重量。
在汽车结构轻量化设计过程中，汽车厂商通常会使用三维模型、CAE技术对
汽车结构、配件形状、板材厚度进行计算分析，试图通过降低零部件的厚度、减
少汽车材料的数量来达到轻量化设计的目的。
例如吉利汽车中FE车型散热器上
的横梁总成本来是独立的，集成了二道开启机构，还有独立的散热器格栅支架，
通过轻量化设计之后，格栅支架与散热器横梁总成结合在一起，剔除了格栅支架，不仅能够保证车辆的安全性不发生改变，还减轻了2.2千克的重量。
（三）生产工艺优化
在汽车车身轻量化设计过程中，不仅使用了新材料，也创新设计了新结构，
传统的生产工艺显然已经满足不了汽车车身轻量化设计的需求，必须使用新的生
产工艺。
在实际操作过程中，传统的生产工艺会导致汽车结构回弹力大，影响汽
车的外观和性能，必须使用差厚板工艺、热冲压成型工艺等等，其中差厚板工艺
能够优化汽车车身的受力结构，减少汽车材料的使用量，使用更少的材料达到更
好的效果。
在汽车车身装配过程中，当下使用最为广泛的当属激光焊接，激光焊
接能够有效避免人为焊接的缺点，在减少焊接数量的同时，还能提高焊接强度，
此外激光焊接还能焊接多种材料，简化焊接结构和焊接流程，对于汽车车身轻量
化设计来说有着不可忽视的积极影响。
总结
汽车轻量化设计是推动汽车产业结构升级，实现可持续发展的重要举措。
因此各大汽车厂商必须意识到汽车轻量化设计的重要性，积极响应国家的绿色环保号召，加大轻量化材料的使用比例，不断优化汽车车身结构，创新设计新的汽车生产工艺，在保证汽车安全性的基础上，尽可能降低汽车的重量，从而提升汽车的燃油效率，减少污染物的排放量，为环境保护作出更大的贡献。
参考文献
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