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摘要：轻量化技术已经成为汽车工业发展的重要研究课题之一，如何评价汽车轻量化水平已引起了汽车行业的广泛关注，文章主要对国内的主流的汽车轻量化评价指标作了详细论述。本文就对汽车车身结构轻量化进行分析。
关键词：汽车车身；结构；轻量化
引言
车身的轻量化设计，可以保证车身具有良好的刚度性能和均匀合理的受力分布，提高材料的利用率。在保证汽车安全性的前提下，实现汽车车身结构的轻量化设计，从燃油经济性角度看有重要的现实意义。
1汽车车身轻量化的意义
汽车车身轻量化的目的是在确保零部件的强度、刚度的前提下，减轻车身的质量，达到使整车的整备质量降低，以改善汽车的有关性能。
据有关研究资料表明，白车身和车身附件的质量之和几乎占了轿车整备质量的一半，客车车身质量约占汽车总质量的30%～40%。可见，如使车身质量降下来，可节约大量钢材及其他原材料，使车身或汽车的制造成本大幅度下降。由于车身质量减轻，作用到悬置及动力系统上的载荷会相应减小，从而使有关总成受力情况得到改善。如果使整车质量减小10%，则燃油消耗就可以降低8%左右，这将大大节约燃料，同时可使汽车动力性得到提高。
2实现车身轻量化的途径
综上所述，车身轻量化对汽车性能的提高及整车质量具有举足轻重的作用，已成为新车开发中最重要的课题之一。
2.1选择合理的总布置
总布置设计会对汽车车身的轻量化产生重大影响。对于同吨位的货车，如果选用平头布置形式代替长头布置形式，使整车的轴距与总长缩短，从而可使车身的质量得以减轻；客车设计时，如采用承载式车身，则可省去笨重的车架而使车身质量减轻；在轿车设计中，若选用发动机前置前轮驱动的布置方式，则长的传动轴及车身地板的中间凸起可以取消，也能使车身达到较好的轻量化效果。
2.2采用合理的汽车造型
据统计，车身外板件约占车身总质量的20%，因此合理的外形是车身轻量化的重要因素。以20世纪50年代红旗轿车CA72型和60年代的CA70型两种车型的前部造型为例，CA72型的前部采用灯筒形前翼子板与前照灯的造型，这对减小空气阻力和质量都不会产生好的效果；而新型红旗轿车采用表面光滑链接，减少了板料的使用量，得到了轻量化的效果。
2.3缩小整车尺寸
在不影响车内乘员活动空间的前提下，利用人机工程学原理，详细检验乘员与周围车身结构和转向系统、座椅、前挡风玻璃等相互位置关系，在满足法规要求的情况下，尽量缩小整车的外形尺寸，以达到车身轻量化的目的。例如，我国红旗轿车把车身外形尺寸逐渐缩小，CA772的长、宽、高由5740×2000×1670（mm），缩小至CA750的长、宽、高为4754×1860×1441（mm），从而使车身质量减少了150～200kg。
2.4尽可能将板件设計成大型冲压件
将车身的板件进行合理分块，尽可能将板件设计成大型冲压件。这样可以免去小件焊接时的重叠部分以及为焊接而采用的较复杂的结构；同时大型零件便于采用拉深的冲压方法制造；而且还可提高零件的刚性，从而达到轻量化的目的。
2.5选择合适的轻质材料制造车身
采用轻质材料代替低碳钢板是车身轻量化的重要途径，现在使用较多的轻质材料有高强度钢板、铝、塑料、复合材料等。一是高强度钢板的应用。用高强度钢板取代普通结构钢能使一些零件的质量平均减少10%～25%，甚至在某些情况下可减少50%，减轻车身质量约10%以上。据有关资料介绍，美国汽车用高强度板来制造车身骨架已很普遍，约占全部薄钢板用量的50%～85%，车身质量约减轻10%以上。二是铝材的应用。铝合金的优点是密度小、耐腐蚀且质量轻。有时为了使铝零件达到与钢铁同样的强度和刚度，必须使零件加厚，但即使零件加厚以后，仍比同样的钢制零件质量小30%～50%。车身零件制造可选用铝合金板材、型材和采用压铸或锻造方法。铝合金制造的难点是焊接性能差，因此设计铝合金车身时要尽量减少焊接工作量和焊缝长度。近年来，铝制车身零部件的数量不断增加，如奥迪A8的全铝车身，采用了100多根铝型材构成骨架，骨架之间的连接采用压铸铝件而避免焊接，覆盖件采用铝板相互焊接、粘合或镶嵌而成。该车身可减轻重量35%，而扭转刚度则增加50%。当然，铝制车身的缺点除焊接性能差外，其车身的碰撞安全性问题也有待研究提高。三是塑料的应用。由于塑料质量轻，造型方便，工艺简单，易于成形和着色，且具有隔热、隔声、耐腐蚀、耐冲击等特性，作为轻量化材料，其使用量在急剧增加。目前，用塑料来制作车身零部件已成为减小质量、降低油耗、提高汽车动力性的主要方式之一。例如，奔驰公司某车型塑料用量为110kg；奥迪公司的Audi100III型塑料用量为140kg；我国EQ240型货车非金属材料用料的总质量已达536kg，占汽车自身质量的12.5%。此外，塑料用于汽车车身可大大减少焊接点并改善装配工艺，充分显示了塑料的优越性。塑料的缺点是机械强度低、耐热性差、低温脆性大、易老化等，但通过采取共聚、共混、填充、增强、渗入各种助剂等方法，可使其性能得到改善。因此，在汽车上应用塑料及其复合材料，已成为实现车身轻量化的重要途径。
2.6采用CAD/CAE/CAM现代设计方法
除了采用轻质材料与合理的车身零配件外，还可采用CAD/CAE/CAM现代设计方法来减轻车身的质量。可采用结构分析方法，优化结构受力性能，充分利用材料强度提高结构刚度，使车身有关零件的厚度薄壁化，体积小型化，以消除应力分布的不均性以及局部应力集中等现象，并以此为依据，改变结构的布置或改变结构的截面形状来调节车身的刚度分配，以改善结构整体抵抗变形的能力和局部的变形分布，从而达到既减轻车身质量又经济合理的目的。
3车身轻量化设计时应注意的问题
车身设计轻量化必须以不损害其他性能，如振动、寿命、强度和安全等要求为前提。随着汽车产业的发展，汽车安全法规越来越严格。要使汽车既达到安全标准又实现轻量化设计，就必须充分利用计算机辅助设计和现代设计方法，采用有限元等方法对汽车结构进行仔细分析，同时充分利用新型材料，以解决安全性与轻量化之间的矛盾。在实现车身轻量化的同时还应注意车身防腐蚀问题。在进行结构设计时，应采用难以腐蚀的结构或在结构中涂以石蜡、聚乙烯等防腐蚀材料，这要与轻量化设计综合考虑。在使用防振、隔声材料时，应选择质量轻、效果好的材料。即使在进行舒适性设计和环保设计过程中，也应考虑影响轻量化的综合因素。
4结束语
汽车轻量化推动了汽车制造业在成形加工和连接技术上不断创新。随着轻量化技术的发展，在材料、工艺、设计等方面已逐渐成熟。针对不同的产品，材料、工艺的混合结构设计，即同一总成的零件可由不同材料制造，以实现所用的材料与零件功能最佳组合，成为未来汽车设计发展的方向。
参考文献：
[1]马东辉，马少康，闫禄平.电动汽车车身结构设计与轻量化策略[J].汽车实用技术，2018（10）：6-8+21.
[2]赵贤珠.以轻量化为目标的汽车车身结构优化方法综述[J].科技创新与应用，2017（19）：87+89.
[3]王骞，刘军，张亚军，谢书港.基于侧面碰撞安全性的电动汽车车身结构件轻量化设计[J].汽车技术，2017（02）：44-50.
关键词：汽车车身；结构；轻量化
引言
车身的轻量化设计，可以保证车身具有良好的刚度性能和均匀合理的受力分布，提高材料的利用率。在保证汽车安全性的前提下，实现汽车车身结构的轻量化设计，从燃油经济性角度看有重要的现实意义。
1汽车车身轻量化的意义
汽车车身轻量化的目的是在确保零部件的强度、刚度的前提下，减轻车身的质量，达到使整车的整备质量降低，以改善汽车的有关性能。
据有关研究资料表明，白车身和车身附件的质量之和几乎占了轿车整备质量的一半，客车车身质量约占汽车总质量的30%～40%。可见，如使车身质量降下来，可节约大量钢材及其他原材料，使车身或汽车的制造成本大幅度下降。由于车身质量减轻，作用到悬置及动力系统上的载荷会相应减小，从而使有关总成受力情况得到改善。如果使整车质量减小10%，则燃油消耗就可以降低8%左右，这将大大节约燃料，同时可使汽车动力性得到提高。
2实现车身轻量化的途径
综上所述，车身轻量化对汽车性能的提高及整车质量具有举足轻重的作用，已成为新车开发中最重要的课题之一。
2.1选择合理的总布置
总布置设计会对汽车车身的轻量化产生重大影响。对于同吨位的货车，如果选用平头布置形式代替长头布置形式，使整车的轴距与总长缩短，从而可使车身的质量得以减轻；客车设计时，如采用承载式车身，则可省去笨重的车架而使车身质量减轻；在轿车设计中，若选用发动机前置前轮驱动的布置方式，则长的传动轴及车身地板的中间凸起可以取消，也能使车身达到较好的轻量化效果。
2.2采用合理的汽车造型
据统计，车身外板件约占车身总质量的20%，因此合理的外形是车身轻量化的重要因素。以20世纪50年代红旗轿车CA72型和60年代的CA70型两种车型的前部造型为例，CA72型的前部采用灯筒形前翼子板与前照灯的造型，这对减小空气阻力和质量都不会产生好的效果；而新型红旗轿车采用表面光滑链接，减少了板料的使用量，得到了轻量化的效果。
2.3缩小整车尺寸
在不影响车内乘员活动空间的前提下，利用人机工程学原理，详细检验乘员与周围车身结构和转向系统、座椅、前挡风玻璃等相互位置关系，在满足法规要求的情况下，尽量缩小整车的外形尺寸，以达到车身轻量化的目的。例如，我国红旗轿车把车身外形尺寸逐渐缩小，CA772的长、宽、高由5740×2000×1670（mm），缩小至CA750的长、宽、高为4754×1860×1441（mm），从而使车身质量减少了150～200kg。
2.4尽可能将板件设計成大型冲压件
将车身的板件进行合理分块，尽可能将板件设计成大型冲压件。这样可以免去小件焊接时的重叠部分以及为焊接而采用的较复杂的结构；同时大型零件便于采用拉深的冲压方法制造；而且还可提高零件的刚性，从而达到轻量化的目的。
2.5选择合适的轻质材料制造车身
采用轻质材料代替低碳钢板是车身轻量化的重要途径，现在使用较多的轻质材料有高强度钢板、铝、塑料、复合材料等。一是高强度钢板的应用。用高强度钢板取代普通结构钢能使一些零件的质量平均减少10%～25%，甚至在某些情况下可减少50%，减轻车身质量约10%以上。据有关资料介绍，美国汽车用高强度板来制造车身骨架已很普遍，约占全部薄钢板用量的50%～85%，车身质量约减轻10%以上。二是铝材的应用。铝合金的优点是密度小、耐腐蚀且质量轻。有时为了使铝零件达到与钢铁同样的强度和刚度，必须使零件加厚，但即使零件加厚以后，仍比同样的钢制零件质量小30%～50%。车身零件制造可选用铝合金板材、型材和采用压铸或锻造方法。铝合金制造的难点是焊接性能差，因此设计铝合金车身时要尽量减少焊接工作量和焊缝长度。近年来，铝制车身零部件的数量不断增加，如奥迪A8的全铝车身，采用了100多根铝型材构成骨架，骨架之间的连接采用压铸铝件而避免焊接，覆盖件采用铝板相互焊接、粘合或镶嵌而成。该车身可减轻重量35%，而扭转刚度则增加50%。当然，铝制车身的缺点除焊接性能差外，其车身的碰撞安全性问题也有待研究提高。三是塑料的应用。由于塑料质量轻，造型方便，工艺简单，易于成形和着色，且具有隔热、隔声、耐腐蚀、耐冲击等特性，作为轻量化材料，其使用量在急剧增加。目前，用塑料来制作车身零部件已成为减小质量、降低油耗、提高汽车动力性的主要方式之一。例如，奔驰公司某车型塑料用量为110kg；奥迪公司的Audi100III型塑料用量为140kg；我国EQ240型货车非金属材料用料的总质量已达536kg，占汽车自身质量的12.5%。此外，塑料用于汽车车身可大大减少焊接点并改善装配工艺，充分显示了塑料的优越性。塑料的缺点是机械强度低、耐热性差、低温脆性大、易老化等，但通过采取共聚、共混、填充、增强、渗入各种助剂等方法，可使其性能得到改善。因此，在汽车上应用塑料及其复合材料，已成为实现车身轻量化的重要途径。
2.6采用CAD/CAE/CAM现代设计方法
除了采用轻质材料与合理的车身零配件外，还可采用CAD/CAE/CAM现代设计方法来减轻车身的质量。可采用结构分析方法，优化结构受力性能，充分利用材料强度提高结构刚度，使车身有关零件的厚度薄壁化，体积小型化，以消除应力分布的不均性以及局部应力集中等现象，并以此为依据，改变结构的布置或改变结构的截面形状来调节车身的刚度分配，以改善结构整体抵抗变形的能力和局部的变形分布，从而达到既减轻车身质量又经济合理的目的。
3车身轻量化设计时应注意的问题
车身设计轻量化必须以不损害其他性能，如振动、寿命、强度和安全等要求为前提。随着汽车产业的发展，汽车安全法规越来越严格。要使汽车既达到安全标准又实现轻量化设计，就必须充分利用计算机辅助设计和现代设计方法，采用有限元等方法对汽车结构进行仔细分析，同时充分利用新型材料，以解决安全性与轻量化之间的矛盾。在实现车身轻量化的同时还应注意车身防腐蚀问题。在进行结构设计时，应采用难以腐蚀的结构或在结构中涂以石蜡、聚乙烯等防腐蚀材料，这要与轻量化设计综合考虑。在使用防振、隔声材料时，应选择质量轻、效果好的材料。即使在进行舒适性设计和环保设计过程中，也应考虑影响轻量化的综合因素。
4结束语
汽车轻量化推动了汽车制造业在成形加工和连接技术上不断创新。随着轻量化技术的发展，在材料、工艺、设计等方面已逐渐成熟。针对不同的产品，材料、工艺的混合结构设计，即同一总成的零件可由不同材料制造，以实现所用的材料与零件功能最佳组合，成为未来汽车设计发展的方向。
参考文献：
[1]马东辉，马少康，闫禄平.电动汽车车身结构设计与轻量化策略[J].汽车实用技术，2018（10）：6-8+21.
[2]赵贤珠.以轻量化为目标的汽车车身结构优化方法综述[J].科技创新与应用，2017（19）：87+89.
[3]王骞，刘军，张亚军，谢书港.基于侧面碰撞安全性的电动汽车车身结构件轻量化设计[J].汽车技术，2017（02）：44-50.