如何在車身輕量化的同時保證車身的強度？

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這個是本專業的問題，每天的工作內容啊。

先說工程上實現的方法：一條路是使材料利用的更有效率；另一條路是採用更輕或更強的材料。

車身作為汽車的主要承載件，需要保證足夠的剛度、強度和疲勞耐久性能從而使整車具有良好的安全、振動雜訊和耐久性能。很多人會混淆剛度、強度和疲勞耐久，其實這三個詞不是一回事。剛度指的是材料抵抗外力變形的能力，通常在車身開發中特指材料在屈服前的彈性特性，良好的剛度是整車NVH性能、車輛動力學性能和疲勞耐久性能的基礎，常見的評判指標有車身扭轉剛度等。強度是指零件受到衝擊載荷發生屈服後仍能維持功能的能力，常用於車身碰撞安全性、耐衝擊等性能的評估。疲勞耐久性能是指零件受長期交變載荷後維持功能的能力，車子的可靠性、耐用性就是基於此進行評估的。

在材料的基礎性能上來說，剛度與材料的彈性模量相關，基本上材料種類確定，彈性模量也就確定了，比如採用高強鋼並不會提升車身的剛性，因為鋼的彈性模量都一樣。強度與材料的屈服強度和斷裂強度相關，為了提升車子的安全性能，現代車身設計大量採用高強度鋼材就是這個原因。而疲勞耐久特性與材料的疲勞曲線相關，當然，在車子上更重要的是焊點或其他連接方式的疲勞性能。

基於這三條性能要求，工程上首先要解決的就是如何讓材料利用的更有效率。隨著CAE技術的普及和進步，大量的優化方法被開發出來用於解決車身結構的優化設計，目前幾乎所有的優化設計的思路都是在保持車身性能不下降的前提下降低車身重量。下圖是網上搜來的車身拓撲優化設計的圖片，基本思路就是在給定的工況下求出載荷的最佳傳遞路徑，從而設計出最優的車身結構。

與此同時，大量的新材料新工藝也在幫助車身降低重量。首先是高強鋼，通過提升鋼材的屈服強度，使同樣結構設計的情況下，縱梁能吸收更多能量，A柱B柱不發生明顯變形等等。現在屈服強度1000MPa的熱成形鋼已經普及了，未來屈服強度超過2000MPa的馬氏體鋼也已經開始了產業化。其次就是以鋁為代表的輕質合金，採用鋁合金可以顯著的降低車身重量，代價就是成本比較高，目前還只在高端車身大量應用，10幾萬的車一般只有外覆蓋件如發動機罩、側門外板採用了鋁合金材料。圖片就不貼了，網上大把大把的奧迪、美洲虎的全鋁車身圖片。再高端一些，碳纖維也已經在車身上開始應用了，寶馬最新的i3就採用了一個碳纖維的頂棚，當然，價格就更高了。此外還有很多塑料零件應用於車身上，比如大眾系的車子都採用了塑料的前端水箱框架，有些車子有塑料的後地板等等。

除了結構件之外，還有很多新的技術被開發出來用於提升車身性能，降低車身重量，比如結構膠，過去烘烤硬化結構膠只在車身上有少量應用，但是現在的趨勢是可以通過採用更多的結構膠提升車身剛度性能，從而降低結構件的重量，奧迪、沃爾沃的一些車身上採用了超過100米的結構膠；再比如填充在車身接頭的發泡硬化材料，可以有效替代傳統加強板形式的加強件，即提升性能，又降低重量。

作為車身結構工程師，每天的工作都充滿了挑戰，成本、重量與性能是時刻需要考慮的矛盾，平衡好這些方面，就能設計出安全可靠安靜又省油的好車啊～

一般來說，汽車企業在處理這種問題時，會從下面幾個方面下手：

優化車身的結構
優化白車身所用的材料（如使用熱成型鋼材或鋁件）
優化連接工藝

昨天剛好去馬自達4S店美美的試駕了一把昂克賽拉，對創馳藍天技術充滿了好奇，今天就拿馬自達的拳頭產品昂克賽拉舉栗子吧，它剛好就是題主所說的減重同時還能增加強度，好比減脂的同時還能增肌。。。

可以看到昂克賽拉（以下簡稱它）的車身下部由非連續性改為了連續性，馬自達官方的說法是，該種設計可以使車身連接的更緊密，可以提高車身剛性，三條連續性的結構，可以在碰撞時有效的分散撞擊能量。

上圖紅色部分也使用了高強度鋼材，相比與傳統鋼材重量更輕，強度更高。此外一次成型的熱成型鋼，可以減少零件的數量，有效降低重量。比如達到同樣的強度，普通鋼材需要焊接兩個加強件，而熱成型鋼只需一次成型，無需焊接多餘的零件。看個圖就明白了。

再來張昂克賽拉骨架整體圖

可以看到，這款車使用高強度鋼材的比例相當之高。

高強度鋼材使用率超過60%
車架採用直線化連續化的結構
多路徑的碰撞能量分散結構

馬自達三管齊下，效果顯而易見：

車身剛性增加30%，重量降低8%，碰撞安全係數更高，燃油經濟性還降低了，這個栗子應該很契合題主的問題吧。

此外，Audi慣用的減重技術還有使用鋁合金材質，但是單就原料成本而言，鋁卷就比鋼卷高出4-5倍，此外，鋁製零部件需要由特製的專用模具進行衝壓，而這些專用模具的調試、使用和維護更是需要4-5倍於普通模具的後期投入。此外因為鋁製部件獨特的物理特性，不能用傳統方式進行焊接，必須使用沖鉚工藝聯接，成本要高於普通的點焊。

因此受限於成本問題，鋁件在汽車行業的使用並不廣泛，目前Audi國產車型使用鋁件的有：

A3（前後蓋，翼子板）

A6（前後蓋，四門，翼子板）

Q3（前後蓋，翼子板）

此外還有使用塗膠和發泡件等方法，也可以減重， @Brandon Lu說的挺詳細了，我就不贅述了。

很簡單，可以從兩個方面下手，一個是材料的強度，一個是合理的結構，現在很多汽車都是用鋁合金的板材了，或者是強度更高的合金，這種合金的好處就是重量輕，而且強度比鐵高。從而可以做的更薄，重量又更輕。

結構方面可以看看日韓車的機蓋，你會發現以前日韓車機蓋裡面的加強筋很不一樣，一種好的結構能讓脆弱的材料變得結實，現在的汽車已經在合金材料更薄的情況下尋求更好的結構，用最薄的鐵皮來架構最強的車身。

你可以看看這個汽車維修鈑金社區，裡面很多事故車，看了就明白了

鈑金維修 www.tiemofang.com/index.php/group/show/id-1

看到，某答案說高強度鋼超過60%。。。。

我也不知道這是多少。。。。

贊同排名第一的答主。鋁製車身這個是目前的趨勢。但目前無法快速推廣。

關鍵是。鋁製車身的工藝難度是很高的（焊接電阻不同）。目前國內整車廠很少有做，返修難度也高。

不推薦吊絲買鋁製車身的豪車。真心撞壞了沒辦法修，4s修出來強度也是。呵呵。

至於鋁製前後蓋。成熟產品。。

畢業之後正好在做著一方面的事，也來談談吧。

我們做的是結構上的改進，主要通過先通過有限元模擬，將模擬的結果與各個參數搭建成一個數學模型，以重量為目標，求解最優解，得到最輕同時又滿足要求的結構。

基本的流程大概是這樣的：

拓撲優化，找到力的傳遞路徑，尋找相關參數；建參數化模型；數據挖掘；建數學模型；求解；驗證。

從目前來看，以這種方式進行輕量化設計的效果很不錯。

材料種類，材料的形狀

正好看到另一個問題，裡面的有答主回答的不錯，我搬過來，其餘內容歡迎大家轉過去為什麼最輕的中級車居然是美系的？ - 汽車說起邁銳寶看是新穎的名字其實是個歷史悠久的車，作為雪佛蘭的旗艦轎車，邁銳寶（Malibu）在50多年的歷史中經歷了多次換代，我記得剛進中國的時候，那年上海車展還是讓梁朝偉做的代言你，駕駛著特老的Malibu拍了個飆車大片做宣傳。現在這個邁銳寶XL是最新款，似乎將以往略顯「傳統」的設計拋擲一旁。這裡要強調，邁銳寶XL中的XL其實意思並不是加大，「XL」是Cross（X）Limits的縮寫，意指創新跨越極限。不過，邁銳寶XL車身比上一代整車加長68mm，在軸距方面增加92mm，相比現款邁銳寶的確是大了一號，然而，在「體重」部分，你會發現它比現款邁銳寶輕了整整120kg，它到底是如何做到的？！ 1、車身優化解析
邁銳寶XL車身超過40%部分使用了超高強度鋼，這使得車身在更寬大的同時，重量降低了48kg。此外，在不影響車身強度和剛度的情況下，在車身打孔以達到減重的目的，於是重量進一步的降低。將拓撲轉為設計，通過大量的CAE模擬計算，得出最優化車身設計。
拓撲技術帶來的最大好處是優化結構，結構的優化讓車輛性能的提升事半功倍。舉個例子，我們小學就知道，平行四邊形是不穩定的，三角形是穩定，這就是結構之間差異的一個最好的例子。好鋼用在刀刃上，合理使用鋼材，可以在提供良好車身結構的同時，降低重量。
另外在發動機方面邁銳寶也進行了大量的減重工作，比如集成式歧管設計，鋁製缸體等，都為減重做出了一定貢獻。 2、舒適性優化解析
新款邁銳寶通過加強車身剛度來減少車輛在行駛中的震動，給乘客提供更良好的舒適度。值得一提的是，邁銳寶XL雖然有天窗，但是車頂車身的靜態扭轉剛度卻達到了驚人的23.6千牛·米/度，這是一個非常高的抗扭剛性。
惰性氣體保護焊解決了很多焊槍無從下手的焊接點。使用同樣重量的材質可以提供更高的強度。
水箱托架位於吸能盒上方，採用了管狀設計，可以明顯提升剛性。
發動機艙內的小連接件也做到精益求精，經過CAE模擬模擬計算，優化了截面形狀，減少了應力集中的情況。
前擋風玻璃的連接處採用了吸能結構，這種設計可以降低前擋風玻璃震動，同時也對行人起到了一定保護作用。 3、振動控制撞擊試驗
對於車輛的震動控制，需要軟硬兼施。比如發動機新款邁銳寶選擇軟連接，就好像把給發動機做了一個懸架，這樣發動機傳遞到車身的振動就可以減輕了。吸能的設計可以避免把震動傳遞到擋風玻璃上，此設計另一個好處是，如果出現撞擊行人的意外，那麼此處的吸能結構可以在一定程度內減輕行人的傷害。 A柱B柱是整個車身關鍵部位之一，邁銳寶車型使用了高強度鋼，確保結構更加堅固。
縱梁承擔著傳到傳導碰撞能量以及提升車身剛性的重要任務。

從後部碰撞的俯視圖我們可以清楚看到，發生碰撞前後車輛後橋和油箱都沒有明顯的形變，對後排乘客的保護起到了至關重要的作用。

行李箱底盤在碰撞時起到了吸能的作用，備胎也承載了一部分撞擊力。

正面碰撞試驗中，車頭部吸收了大量的能量，並且將能量傳遞到了車架，駕駛艙結構未發生明顯形變。
新款邁銳寶除了在車身方面的改進，在進入國內後，針對國內路況也進行了適應性修改，比如動態、高環和操控穩定的大量測試。
動態模擬：動態模擬測試分很多複雜路況，包括正弦波路面，水泥顛簸路面，彎道坑窪路面等，車輛需要通過所有測試，才算符合要求，這些在國內的大型試驗場中每天都在做大量的測試。邁銳寶XL在經過複雜路面時表現出色，減震器回彈速度很快，車身緊貼路面。彎道坑窪路面表現依然給力，邁銳寶XL的懸架硬朗了許多，但這並沒有犧牲舒適性。
高環測試：高環測試是模擬一段無限長的公路，用來進行車輛極速測試。廣德試車場的高環跑道長9公里，跑了一圈不到3分鐘。以測試高速穩定性，耐久性，以及搭配風噪胎噪等相關的測試。重量減輕後主要有哪些優勢？　　車身重量的降低，首要的優勢就在於發動機的負擔更小，從而使用更少的燃料就能夠行駛更長的里程。然而根據通用內部的計算，如今要讓車輛油耗降低0.1L/100km，每台車的成本提升大概1000元人民幣。雪佛蘭也是對邁銳寶XL下了血本。

對比發現，邁銳寶XL相比老款，雖然車身增大、動力提升，而油耗反而卻降低了2L/100km，這其中輕量化的車身功不可沒（當然更大的因素在於它的動力傳動系統）。

上面所有的回答都默認為是乘用車的輕量化，其實商用車的輕量化益處更多：如果一輛8x4,30ton 載重的自卸重卡自重減輕一噸，帶來的油耗，胎耗和CO2排放的節約就很驚人了-最近做過的一個測試case的綜合收益為3k RMB/m,想想我國每年自卸重卡產量近30w台啊。

國內商用車輕量化剛起步，各家都在推，無非從結構設計，配合高強鋼來實現。

上面提到的鋁材，在底盤和上裝上都有應用，但製造成本過高，性價比與高強鋼比，沒有優勢。

從工程的角度，應該說「如何在保證車身強度的同時保證車身輕量化。」一個工程師首先考慮的一定是機器的性能，必須在保證強度的基礎上盡量實現輕量化。

個人覺得從兩方面解決：

新材料
結構設計

前面有人還提到了熱處理，覺得有這方面（我沒想到，面壁中）。先佔個坑，回頭再好好答。

真好自己是做衝壓SE的，回答一下僅供參考：

這個問題主要的關鍵詞是：新材料、新結構、新工藝，各舉一個例子來說一下。

新材料：關於鋁合金及碳纖維等材料的應用就不說了，很多大神都回答過了，唯一考慮的就是成本問題。我想說的是在做SE時和大的鋼廠進行的新材料實驗，比如像寶鋼研發的QP980鋼種，含錳量較高，有良好的成型性能，屈服強度也可以達到1000MP左右，而且回彈的調試成本也和一般的高強鋼差不多，這樣就可以將材料的厚度降低，同時保證力學性能，降低單件重量。見下圖，拉延深度210，材料為QP980.

新的結構，主要是指對傳統設計的較大更改，來實現保證強度的同時又減輕重量，舉一個例子，比如福特某款汽車的ABC柱設計。是用一個鋼管液壓成型，來替代傳統的冷衝壓件焊接成的腔體，有效的減輕了重量，同時又減少了焊縫和焊點數量，大大提升了車身強度。

新的工藝，主要是液壓成型、熱成型等代替傳統的冷衝壓，特別是熱成型工藝，700-800的強度，衝壓冷卻後可以提升到1200左右，在滿足強度的情況下，就可以通過減小厚度來實現減重。

此外還要說一下比較關鍵的一個問題：就是SE工程的提前介入，也可以起到很大的提升強度的作用，比如對白車身結構分塊的合理優化，就可以有效的減少分縫線長度，來實現減少焊縫總長度和焊點的數量。

由於時間緊張，還有一些沒有說，歡迎大神補充。

你說的是車身剛性吧，如果是車架的輕量化，原本橫樑、縱梁、A柱、B柱、門檻梁、中央通道這些比較厚，運用超高強鋼進行減薄輕量化，我所了解的對剛性影響不大，有影響也可以調整結構。如果是覆蓋件的話，板材減薄到0.7mm以下，就要考慮下型面的設計還有材料的抗凹性了。

鎂合金重量只有鋁合金的2/3，剛強度稍好於鋁合金，同時散熱，吸噪音都大大好於鋁合金。所以我們現在給供應東風小康DK-12，13等鎂合金髮動機殼體件。

用更好的材料咯。

現在的乘用車結構大部分都是冷軋鋼板，強度相比需要熱加工的高強度鋼、鋁、碳纖維就是渣一樣的存在。

現實就是這些玩意太貴，重量省下來全壽命油錢少5w，造價高20w，誰買？

這個就要涉及到材料工程了，在車身材料上下功夫，利用高強度輕質材料。

從材料結構和製造工藝上入手採用更高強度的材料結構的話設法改變應力分布讓車輛整體性能更加好加裝合理結構的防滾架平衡桿製造工藝上面我知道的比較少但是的確很重要熱成型技術什麼的

設計結構和使用材料兩方面下手

貼上兩田的logo

即可提高車身強度

採用傾斜裝甲啊。。然後換大直徑負重輪，主炮使用輕量化材料，就這樣

如果不計成本，高強度鈦鋁碳纖維混合車身是個不錯的選擇。