# 車身篇 #

Vol.02

車身輕量化及減重

大家都知道，改車應(yīng)該先強(qiáng)化操控方面的性能，輪胎、避震、防傾桿等部件是很多車友的首選改裝項(xiàng)目。

所有的這些部件，都是安裝在車身上的，有些時(shí)候，車身會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)彎特性和安全性等方面產(chǎn)生決定性的影響。

然而，車身可能是我們最容易忽視的部件了，即使已經(jīng)做完賽道化的車輛，也有些可以改進(jìn)的地方。

在這個(gè)系列文章里，我們請(qǐng)到了自身車身工程師大飛哥來給我們講講車身方面的知識(shí)。

希望能讓各位車手、玩家和車隊(duì)更全面的認(rèn)識(shí)車身的重要性。

其中包括了車身基礎(chǔ)知識(shí)、輕量化方案、防滾架設(shè)計(jì)施工、焊接工藝、損毀評(píng)估修復(fù)等多個(gè)方面，還有獨(dú)家的GK5車身分析。

—— 蟹爪朝天

輕量化是車身設(shè)計(jì)中非常重要的內(nèi)容。更輕的車身意味著更好的動(dòng)力、更好的剎車、更好的操控及圈速。

• 原廠車在設(shè)計(jì)中是如何考慮減重的呢？

• 在改裝及賽道化減重過程中我們需要關(guān)注哪些問題呢？

來看大飛的講解吧。

Hello，大家好，我是大飛.今天我們接著說車身方面的那些事兒。

快速回顧一下，上一篇介紹了車身的焊接邏輯、連接技術(shù)、整車強(qiáng)度和剛度，以及碰撞時(shí)力的傳導(dǎo)原理和路徑。改裝一輛車就像練習(xí)駕駛技術(shù)一樣需要循序漸進(jìn)，首先摸清楚你想要改的這臺(tái)車的基本情況，才可以根據(jù)車身情況、技術(shù)規(guī)則以及場(chǎng)地，打造出更適合的備戰(zhàn)車輛。

對(duì)于車身的評(píng)價(jià)也是一件可重復(fù)的事情，在設(shè)計(jì)原理的基礎(chǔ)上，積累足夠豐富的汽車相關(guān)的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，也就可以很自然的對(duì)一臺(tái)車身進(jìn)行相關(guān)的主觀評(píng)價(jià)。

開始我們今天的主題，我盡量用簡(jiǎn)單的句子來把技術(shù)方面的事兒說出來 —— 車身輕量化及減重。

在買車或者看車的時(shí)候，有些人會(huì)習(xí)慣性的按按發(fā)動(dòng)機(jī)蓋，按按車門，用自己的手勁去測(cè)試一下。有時(shí)還會(huì)發(fā)出感嘆“這個(gè)車鐵皮太薄了，不禁撞”。這些外板確實(shí)是為了輕量化考慮的。

• 那么是不是這臺(tái)車的外板鐵皮較薄這車就不耐撞呢？

• 車身是不是越輕就越好呢？

帶著這兩個(gè)小疑問繼續(xù)往下說。

說到車身輕量化，有一個(gè)需要記住的關(guān)鍵詞：車身輕量化系數(shù)。這是目前評(píng)價(jià)車身設(shè)計(jì)優(yōu)劣的重要指標(biāo)之一，也是國際汽車領(lǐng)域流行的車身設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)。

輕量化系數(shù)的計(jì)算方法

• L為輕量化系數(shù)

• MBIW為白車身（無門蓋，無前后風(fēng)擋玻璃）質(zhì)量

• CT為車身靜態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度

• A為四輪間的正投影面積（即前、后輪平均輪距乘以軸距）

之所以選用輪距和軸距而不選用車輛的長(zhǎng)寬，是因?yàn)檩喚嗪洼S距的大小更能反映乘客艙的水平尺寸大小，這和目前國際主流設(shè)計(jì)趨勢(shì)追求的可利用乘客艙空間更大、停車占用面積更小相吻合。

也就是說，在保證整車靜態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度的性能參數(shù)不被迫降低的前提下，白車身的重量越輕（輕量化系數(shù)越?。?，設(shè)計(jì)越是趨向合理。所以并不是一味的車身越輕越好，要看輕量化系數(shù)，系數(shù)，系數(shù)。

和提高0.001秒成績(jī)緊密相關(guān)的，就是在固定扭矩和功率輸出的情況下，車身輕量化系數(shù)越低，車輛的動(dòng)力表現(xiàn)就越強(qiáng)勁，加速度相對(duì)越快，燃油經(jīng)濟(jì)性表現(xiàn)的越好。

從通常的數(shù)據(jù)上看，在每降低整車質(zhì)量的10%，燃油效率可提高6%-8%。也就是說，整車重量每減少100Kg, 百公里油耗可降低0.2-0.4/L，CO2排放量可減少約5g/Km。

對(duì)于純電動(dòng)車輛來說，重量更是一個(gè)關(guān)鍵，較低的輕量化系數(shù)伴隨而來的就是續(xù)航里程的提高。其實(shí)對(duì)于實(shí)用性來說，這正是車身輕量化研究的意義。

那么車身在設(shè)計(jì)階段對(duì)于輕量化有什么討巧的地方呢？

在眾多的輕量化的因素中，最先考慮的是車身的材料，在這里就將常見材料和較新的材料放在一起來說。主流民眾用車的主要材料為鋼板，鋼板根據(jù)其抗拉強(qiáng)度可分為普通鋼、高強(qiáng)鋼、超高強(qiáng)鋼和熱成型鋼（或叫硼鋼，是指鋼材在冶煉中加入了硼、錳等元素的合金鋼）。

將鋼材加熱到950°C的高溫后一次成型，然后迅速冷卻，使其形成厲害的馬氏體）。其抗拉強(qiáng)度區(qū)間可從300Mpa~1000Mpa，一般熱成型鋼可保持在1500Mpa以上。

材料強(qiáng)度的提升，可使得原有的多板疊加的車身結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。比如減少加強(qiáng)板的數(shù)量以及降低板材的厚度等。對(duì)于鋼板的玩兒法，說兩個(gè)典型的：

• 激光拼焊 —— 將兩個(gè)不等料厚的鋼板用激光焊焊接在一起，然后在進(jìn)行零件的沖壓工序。

• 不等料厚的鋼板 —— 就是卷料可根據(jù)設(shè)計(jì)要求劃分不同料厚區(qū)域，然后在裁切進(jìn)行零件沖壓。從而進(jìn)行車身的減重。

除了鋼板之外呢，在車身上還會(huì)有鋁、工程塑料和碳纖維。這些也算不上新材料了，但由于每種材料成型工藝和連接工藝的特殊性，以鋁材為主來介紹。

首先OEM不得不從產(chǎn)品的市場(chǎng)定位去考量要多少比例的鋁投入運(yùn)用，也不得不考慮到成本因素，所以每臺(tái)車材料的應(yīng)用比例會(huì)有不同。但在車型級(jí)別的大門檻中，波動(dòng)的比例范圍差距不是很大。

說到鋁材，有的人叫好，有的人發(fā)出質(zhì)疑強(qiáng)。其實(shí)大家的出發(fā)點(diǎn)都對(duì)，這個(gè)問題也是目前汽車行業(yè)中討論較多的地方，在最初的全鋁車身概念面市后，大家拍手叫絕，但在市場(chǎng)的驗(yàn)證下也使其褪色不少。

首先從材料本身的構(gòu)成來說，其包含高耐久性、高防腐性和密度確實(shí)是其突出的特點(diǎn)，可以大大降低車身的重量。但如果說全鋁車身的話，在碰撞測(cè)試中絕對(duì)不會(huì)得到一個(gè)很好的結(jié)果。

而且鋁件的成型成本較高，連接工藝相對(duì)特殊，且維修成本較高，所以才慢慢淡出市場(chǎng)的熱點(diǎn)。隨著熱成型鋼的慢慢普及和應(yīng)用，其成型工藝和制造工藝的日益成熟，也使其在車身的應(yīng)用比例不斷的增大。但為了使車身有一個(gè)很好的融合，鋁合金目前在車身比例中有15%左右。

尤其BBA中，將前后減震塔和副車架以及隔物板的位置使用鋁合金型材和板材，以 Clinch/HSN/FLS加涂膠的形式進(jìn)行工藝連接。如果有人問為什么選擇這幾個(gè)位置，這是一個(gè)好問題。

隔物板在車身內(nèi)部且不是受力點(diǎn)，所以沒有強(qiáng)度的要求。對(duì)于減震塔和副車架，由于鋁材質(zhì)量輕盈的特性，在減輕整車重量同時(shí)，減輕輪上重量和壓力。這樣可以讓車輪彈跳速度更快、釋放出更多的輪上扭矩，也會(huì)提高方向盤的響應(yīng)速度，從而為整車操控性做出貢獻(xiàn)。

圖中是高壓鑄鋁減震塔，這一個(gè)材料的改變可以用一個(gè)零件替代原有的14個(gè)零件，重量較鋼板降低了40%。

在了解材料對(duì)車身重量的影響后，我們來看看在設(shè)計(jì)中是如何體現(xiàn)的：首先從區(qū)域來看，減重孔會(huì)較多的分布在受力位置較弱的梁體和車身的內(nèi)板位置，在不影響整車剛度的情況下可以起到很好的減重效果。

通常在這些位置大于 50mm*50mm 的區(qū)域可根據(jù)功能性增加適當(dāng)?shù)臏p重孔。

另外在地板總成中以及加強(qiáng)梁中會(huì)分布很多的漏液孔，是為了在車身過涂裝點(diǎn)泳池后讓電泳液流出車身的孔，在總裝車間會(huì)用膠堵進(jìn)行密封，在漏液的同時(shí)也是一種減重。還有用于安裝通過或維修的孔位，在完成其作業(yè)后也是具備減重功能的。

在結(jié)構(gòu)中減重，是需要經(jīng)驗(yàn)積累和測(cè)試驗(yàn)證的。有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)師可根據(jù)自身經(jīng)驗(yàn)識(shí)別出可以進(jìn)行減重的部位，在進(jìn)行合理減重的同時(shí)規(guī)避掉風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)和減重操作對(duì)車身的不良影響。

能讓車手覺得這臺(tái)車開著舒服絕非易事，對(duì)于普通轎車來說，為了在賽道有一個(gè)出色的成績(jī)，要從車身入手整體進(jìn)行優(yōu)化。車身減重一定要做到合理，只能進(jìn)行優(yōu)化，絕不能降低車身設(shè)計(jì)參數(shù)。而且還要考慮增加防滾架的重量以及與車身匹配的位置是否與車身原有結(jié)構(gòu)合理搭配，焊接質(zhì)量是否達(dá)標(biāo)等相關(guān)問題。

來看一下上篇我們留下的 Audi R8。車身采用碳纖維材料和鋁合金型材、板材和鑄鋁來組合成一個(gè)完整的車身結(jié)構(gòu)。

其實(shí)OEM對(duì)于每個(gè)產(chǎn)品的誕生都是很嚴(yán)謹(jǐn)?shù)模鞣NCAE模擬和實(shí)車的測(cè)試方法也是非常完整的，更是形成體系的流程，千萬別用盲人摸象的方式去理解。

對(duì)于R8的車身，同樣的鋁合金，但是型材和板材的強(qiáng)度是天壤之別。

型材無論是吸能和抗沖擊能力，還是剛度，都要比鋼板高7-8 倍，更是鋁板材的幾十倍以上。但成型工藝相對(duì)復(fù)雜，成本更是非常高，所以普通車型也只有在前防撞梁用鋁型材。

鋁型材再加上碳纖維材料的應(yīng)用，使得整車剛度提升了很多。超高的抗拉強(qiáng)度（5500+）和屈服強(qiáng)度可以很好的保護(hù)駕駛員的高速駕駛安全、降低車身的重 量、降低輕量化系數(shù)、提升駕駛性能。

目前碳纖維有高強(qiáng)、高模、超高強(qiáng)、高強(qiáng)高應(yīng)變及超高模幾種。在隨著進(jìn)步，碳纖維也從之前的3.5GPa 提高到5.5GPa, 小眾的可以做到7.0GPa。

下期預(yù)警，防滾架布置要點(diǎn)和車身強(qiáng)度分布。

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