# 車身篇 #

Vol.02

車身輕量化及減重

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

所有的這些部件，都是安裝在車身上的，有些時候，車身會對轉彎特性和安全性等方面產生決定性的影響。

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

在這個系列文章里，我們請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。

希望能讓各位車手、玩家和車隊更全面的認識車身的重要性。

其中包括了車身基礎知識、輕量化方案、防滾架設計施工、焊接工藝、損毀評估修復等多個方面，還有獨家的GK5車身分析。

—— 蟹爪朝天

輕量化是車身設計中非常重要的內容。更輕的車身意味著更好的動力、更好的剎車、更好的操控及圈速。

• 原廠車在設計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注哪些問題呢？

來看大飛哥的講解吧。

快速回顧一下，上一篇介紹了車身的焊接邏輯、連接技術、整車強度和剛度，以及碰撞時力的傳導原理和路徑。改裝一輛車就像練習駕駛技術一樣需要循序漸進，首先摸清楚你想要改的這臺車的基本情況，才可以根據(jù)車身情況、技術規(guī)則以及場地，打造出更適合的備戰(zhàn)車輛。

對于車身的評價也是一件可重復的事情，在設計原理的基礎上，積累足夠豐富的汽車相關的技術經驗，也就可以很自然的對一臺車身進行相關的主觀評價。

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

在買車或者看車的時候，有些人會習慣性的按按發(fā)動機蓋，按按車門，用自己的手勁去測試一下。有時還會發(fā)出感嘆“這個車鐵皮太薄了，不禁撞”。這些外板確實是為了輕量化考慮的。

• 那么是不是這臺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？

帶著這兩個小疑問繼續(xù)往下說。

說到車身輕量化，有一個需要記住的關鍵詞：車身輕量化系數(shù)。這是目前評價車身設計優(yōu)劣的重要指標之一，也是國際汽車領域流行的車身設計評價指標。

輕量化系數(shù)的計算方法

• L為輕量化系數(shù)
• MBIW為白車身（無門蓋，無前后風擋玻璃）質量
• CT為車身靜態(tài)扭轉剛度
• 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寬，是因為輪距和軸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計趨勢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?。O計越是趨向合理。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秒成績緊密相關的，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，車輛的動力表現(xiàn)就越強勁，加速度相對越快，燃油經濟性表現(xiàn)的越好。

從通常的數(shù)據(jù)上看，在每降低整車質量的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。

對于純電動車輛來說，重量更是一個關鍵，較低的輕量化系數(shù)伴隨而來的就是續(xù)航里程的提高。其實對于實用性來說，這正是車身輕量化研究的意義。

那么車身在設計階段對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)其抗拉強度可分為普通鋼、高強鋼、超高強鋼和熱成型鋼（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）。其抗拉強度區(qū)間可從300Mpa~1000Mpa，一般熱成型鋼可保持在1500Mpa以上。

材料強度的提升，可使得原有的多板疊加的車身結構進行優(yōu)化。比如減少加強板的數(shù)量以及降低板材的厚度等。對于鋼板的玩兒法，說兩個典型的：

• 激光拼焊 —— 將兩個不等料厚的鋼板用激光焊焊接在一起，然后在進行零件的沖壓工序。
• 不等料厚的鋼板 —— 就是卷料可根據(jù)設計要求劃分不同料厚區(qū)域，然后在裁切進行零件沖壓。從而進行車身的減重。

除了鋼板之外呢，在車身上還會有鋁、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不得不從產品的市場定位去考量要多少比例的鋁投入運用，也不得不考慮到成本因素，所以每臺車材料的應用比例會有不同。但在車型級別的大門檻中，波動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)出質疑強。其實大家的出發(fā)點都對，這個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，但在市場的驗證下也使其褪色不少。

首先從材料本身的構成來說，其包含高耐久性、高防腐性和密度確實是其突出的特點，可以大大降低車身的重量。但如果說全鋁車身的話，在碰撞測試中絕對不會得到一個很好的結果。

而且鋁件的成型成本較高，連接工藝相對特殊，且維修成本較高，所以才慢慢淡出市場的熱點。隨著熱成型鋼的慢慢普及和應用，其成型工藝和制造工藝的日益成熟，也使其在車身的應用比例不斷的增大。但為了使車身有一個很好的融合，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加涂膠的形式進行工藝連接。如果有人問為什么選擇這幾個位置，這是一個好問題。

隔物板在車身內部且不是受力點，所以沒有強度的要求。對于減震塔和副車架，由于鋁材質量輕盈的特性，在減輕整車重量同時，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，也會提高方向盤的響應速度，從而為整車操控性做出貢獻。

圖中是高壓鑄鋁減震塔，這一個材料的改變可以用一個零件替代原有的14個零件，重量較鋼板降低了40%。

在了解材料對車身重量的影響后，我們來看看在設計中是如何體現(xiàn)的：首先從區(qū)域來看，減重孔會較多的分布在受力位置較弱的梁體和車身的內板位置，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?shù)臏p重孔。

另外在地板總成中以及加強梁中會分布很多的漏液孔，是為了在車身過涂裝點泳池后讓電泳液流出車身的孔，在總裝車間會用膠堵進行密封，在漏液的同時也是一種減重。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。

在結構中減重，是需要經驗積累和測試驗證的。有經驗的設計師可根據(jù)自身經驗識別出可以進行減重的部位，在進行合理減重的同時規(guī)避掉風險點和減重操作對車身的不良影響。

能讓車手覺得這臺車開著舒服絕非易事，對于普通轎車來說，為了在賽道有一個出色的成績，要從車身入手整體進行優(yōu)化。車身減重一定要做到合理，只能進行優(yōu)化，絕不能降低車身設計參數(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構合理搭配，焊接質量是否達標等相關問題。

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完整的車身結構。

其實OEM對于每個產品的誕生都是很嚴謹?shù)?，各種CAE模擬和實車的測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。

對于R8的車身，同樣的鋁合金，但是型材和板材的強度是天壤之別。

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。但成型工藝相對復雜，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用，使得整車剛度提升了很多。超高的抗拉強度（5500+）和屈服強度可以很好的保護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、高模、超高強、高強高應變及超高模幾種。在隨著進步，碳纖維也從之前的3.5GPa 提高到5.5GPa, 小眾的可以做到7.0GPa。