汽车车身设计：实现轻量化的7种途径

实现车身轻量化主要有三种途径。一是优化车身结构，合理设计板件厚度和冲压薄板的形状，优化骨架传力路径和承载结构件材料分布，在结构设计上主要采用高刚性结构和超轻悬架结构等方法。二是通过材料替代或采用新材料使汽车轻量化。在替代材料方面，可使用铝镁轻合金等有色金属材料、塑料聚合物材料、陶瓷材料等密度小、强度高的轻质材料，或者使用同密度、同弹性模量而工艺性能好的截面厚度较薄的高强度钢。三是采用先进的制造工艺，使用基于新材料加工技术而成的轻量化结构用材，如连续挤压变截面型材、金属基复合板、激光焊接板材等可达到轻量化目的。

1.采用新材料实现车身轻量化

采用轻量化材料的原则：为了保证整个车身的强度和抗撞性，需要确保更换材料后车身零件的强度和吸能能力不会下降。在不降低整车性能的前提下，使用轻量化材料，结合新的制造技术和加工工艺的开发，替换原有车身零部件的材料，从而达到轻量化的效果。

未来车身的发展方向除车身会由目前的钢结构演变为先进的混合式空间结构，其他部位也会根据不同的要求采用不同性能的轻质材料，以实现材料与零部件功能的最佳匹配。铝合金、镁合金、工程塑料、复合材料和高强度钢、超高强度钢等轻量化材料的应用也会越来越广泛。

汽车轻量化要求：一方面用高强度的材料；另一方面要用轻质材料，即强重比高的材料，而且，它还必须在适于成型、耐蚀，焊接、表面处理等方面都具有出色的性能。

（1）高强度钢在汽车上的应用

目前，车身使用的钢材大部分是近10年开发的新型钢材。由于性能的不断改进，以及新的制造技术和加工工艺的开发，钢材仍然是大批量生产汽车车身的主要材料。作为车身制造材料，不仅要求板材冲压性能好，而且还要满足部件的刚度、强度、防腐防蚀能力。通过采用多种改进技术，近年来钢材的品质和性能大大提高，其中尤以超轻超薄高强度钢板最具发展潜力。到2010年，新型钢材的使用量已超过70%。当前车身用新型钢板主要有以下几种。

①冷轧钢板

冷轧钢板表面质量好，多用于车身冲压件。汽车车身多采用0.6～0.8 mm的薄钢板。这种薄板的尺寸精度非常高，表面光滑，具有良好的力学性能、加工性能、成形性能和焊接性能，主要用于车身侧围板、顶盖、发动机舱盖、翼子板、行李箱盖、车门板和仪表板等覆盖件。

②高强度钢板

普通低碳钢板的拉伸强度为280～320 MPa，高强度钢板的拉伸强度在350 MPa以上。高强度钢板同时还具有较高的屈服强度，因此降低板厚不会对冲压件的质量造成太大影响。高强度钢的缺点是冲压成形性比普通低碳钢差，容易产生成形不良现象，冲压时回弹较大，价格也较高。高强度钢板主要包括含磷高强度钢板、微合金高强度钢板、双相钢板及烘烤硬化钢板等。为了解决高强度钢的冲压成形问题，同时又保持钢板较好的延展性和耐凹陷性，使钢板冲压成形前具有较低的屈服强度，对钢板进行高温时效处理，薄钢板的屈服强度可以得到一定程度的提高，这种薄钢板称为烘烤硬化钢板，即BH钢。这样使汽车冷轧钢板的强度、深冲性能和零件的凹陷性三者统一起来。同时，BH钢具有减小车身质量的作用，这是钢板本身强度较高并通过烘烤硬化提高零件屈服强度的结果。由于烘烤硬化钢板的时效强化处理将加速薄钢板的常温时效，合理地控制钢板的烘烤硬化值、熔炼成分的碳含量和冷轧平整量，可望获得高BH值，同时可获得与冷轧镇静钢同水平的常温时效性。

③表面处理钢板

在寒冷、沿海、酸雨和工业区，车身裸露部分的零件，特别是车架、底板和挡泥板等腐蚀现象非常严重。表面处理钢板可以防止腐蚀，提高车身材料的抗高温、抗氧化能力。表面处理钢板有镀锌钢板、镀铝钢板、镀铜钢板、镀铅钢板、锡合金钢板和复层钢板。目前，车身底盘零件等采用的表面处理钢板主要是镀锌钢板。镀锌钢板可分单面镀锌钢板和双面镀锌钢板，从制造工艺上分为热镀锌钢板和电镀锌钢板。采用镀锌钢板的车身件有底板、门槛、发动机舱盖内板等。

④高强度拼焊钢板

高强度拼焊钢板是在冲压前按车型设计将不同厚度和不同性能的钢板剪裁后拼焊起来的一种钢板。使用拼焊钢板坯料可以在汽车最敏感的部位使用涂镀层钢板，便于更好地发挥其耐蚀性，而在其他部位使用较薄的高强度钢板。拼焊钢板部件能够进行优质组装，还能减轻车身质量，提高机械强度，实现抗扭刚性、抗冲撞性与提高材料收缩率和降低生产成本的最佳组合。另外，使用拼焊钢板可减少零件数量，简化生产工艺，从而降低模具、焊接夹具、材料和组装成本，改善零件稳定性和抗疲劳破断性。

⑤夹层板

夹层板有钢夹层板和铝夹层板两种。钢夹层板的外层是钢、铝、镁及纤维复合材料，中间夹层是网状或滚压的瓦楞形钢板；铝夹层板的外层与钢夹层板的外层材料相同，中间是发泡铝。其共同特点是质量轻、吸收噪声，可提高强度和刚度。

目前，阻碍高强度超轻超薄钢材在车身上应用的因素是钢材加工工艺问题。以博世公司为首的一个国际项目小组正在试验研究使用超轻高强度薄板钢来制造轿车车身的工艺技术。使用全镀锌钢板制造的车身，与普通类型车身相比，质量减轻25%，而车身强度则提高80%，抗弯强度提高52%。

目前，世界多家汽车制造公司都掌握了运用超轻超薄钢材制造汽车部件的相关工艺和技术，诸如特殊的冲压工艺、激光焊接技术，尤其是用于制造行驶系统部件的内高压成形技术等，使超轻超薄高强度钢板的应用向汽车附件（如车门、发动机舱盖、行李箱盖板等）延伸。这类零件若采用这种钢板制造，将使零件自身质量减轻25%～30%。沃尔沃V70采用高强度钢板的比例增加了32%，同时提高了高强度钢板的等级；日产天籁车型的390MPa级以上高强度钢板占到了60%，并且最先采用了980MPa级超高强度钢板。而且，从制造工程的生命周期考虑，钢铁产生的温室气体排量低于铝、镁、碳纤维强化塑料等其他材料。

（2）轻金属在汽车上的应用

铝、镁、钛合金材料是所有现用金属材料中密度较低的轻金属材料（镁合金密度约为1.74 g/cm3，铝合金密度约为2.7 g/cm3，钛合金密度约为4.51 g/cm3，而钢的密度约为7.8 g/cm3），因而成为汽车减轻自重、提高节能性和环保性的首选材料。轻金属替代钢铁材料是汽车发展的重要方向。车身上用铸造铝合金的主要部件包括横梁、上下壁、转向机壳、制动轮缸壳、制动钳、车轮、操纵机构等。

①铝及铝合金

在满足相同力学性能的条件下，用铝作为汽车材料可以比钢减少质量60%，且铝易于回收，发生碰撞时比钢多吸收50%的能量，不需要防锈处理等。传统的钢板成形机都可以用于成形铝，但是在工艺设计中应注意补偿铝板中较大的回弹量。1978年，世界中级轿车的车均铝材耗量为32 kg，1998年增加到85kg，2008年每辆轿车的铝使用量进一步上升到130kg。1996年，奥迪公司生产的全铝A8轿车采用铝合金挤压车架，质量降低了35%，抗扭强度增加了50%。该公司推出的A2小型轿车也采用了全铝车身。在铝材料使用方面，宝马X5/X6，通用SUV混合动力车、Lambda平台车（CUV）以及在美上市的全尺寸等较大型号车型的发动机舱盖均使用铝材料。

整备质量为1483.6kg的轿车，在保持全部性能的前提下使用铝材料，车身质量能降低125kg。可见铝及铝合金制品对于车辆的轻量化作用重大。但因为制造成本和材料成本等问题，铝合金向全车身的应用进展发展较慢，全铝车身主要出现在高级轿车上，20世纪80年代后期开始在发动机舱盖、挡泥板上使用。全铝型无骨架车身用6000系（Al—Mg—Si）合金和7000系（Al—Zn—Mg）合金，可减少30%～40%的质量，且安全性更强。针对化学合成处理差的问题，研究者又开发了可与钢板在同一流水线进行磷酸锌处理的铝板。由于在轻量化方面效果显著，目前美国和德国把轧制铝用于车身外板，使汽车的铝材化进入实用阶段，特别是现代无骨架车的推出，加大了铝材的应用空间。从近年国外出现的概念车来看，在车体结构上大都采用无骨架式结构和空间框架结构，而且大都以挤压型铝材为主。挤压型铝材是将铝合金挤压成各种复杂断面形状和中空状型材，具有密度小、比强度大、制造成本低的优点。用中空铝型材制作保险杠，能减轻质量30%～40%，并与钢材件具有同等的抗冲击强度，但是由于铝板在冲压时比钢板难度大，大批量汽车生产还较少完全采用铝板。采用全铝车身一般是年产量在几千辆的小批量生产的汽车。一般轿车中，铝通常用来制作覆盖件、车轮、空调系统、保险杠、座椅、窗框和换热器扰流板等。铝合金在轿车上的应用如图7-3所示。

图7-3 铝合金在轿车上的应用

目前，奥迪通过ASF（全铝车身框架）实现车身轻量化，但这种方法还未推广到量产车型领域。除铝材料外，奥迪在2007年上市的新款TT上还使用了铝和钢铁混合材料车身，此类车身质量比纯钢铁车身轻48%。车身的质量约为汽车总质量的30%，故车身的轻量化占有举足轻重的地位。奥迪A8型高级轿车的整个车身均采用铝材制造，框架采用立体框架式结构，覆盖件为铝板冲压而成。这种铝车身与钢车身相比，质量减轻30%～50%，油耗减低5%～8%。日本本田公司生产的Insight hybrid轿车车身使用铝合金达162 kg，比钢车身减重约40%。

②纳米铝合金

纳米铝合金就是通过纳米工艺制造出的、具有全新内部组织的一种纳米多晶合金。

如果能够成功地在纳米水平实现铝合金内部组织的最合理化，从而生产出纳米多晶材料，那么铝合金材料将作为各种汽车板材应用到车架、挡泥板、顶盖、前后车门等零部件上，这对于实现汽车的轻量化、提高汽车的燃料效率、减少废气排放具有重大的意义。由于纳米多晶合金实现了高BH性以及高成形性，具备了汽车板材所应有的突出性能，作为更轻、强度更高、成形性更好的新型合金材料，必将为汽车超轻量车身的实现而做出贡献。

③镁合金

镁是极重要的有色金属，它比铝轻，能够很好地与其他金属构成高强度的合金。我国原镁产量目前居世界第一位，占全球总产量的1/3。虽然是世界产镁大国，而在镁合金材料生产、研究及应用领域与北美、西欧、日本还有相当大的差距，处于起步阶段。

镁合金在汽车上的应用可以减轻汽车质量、提高载荷及有效承载能力（与铝相比，镁可使质量减轻21%，与灰铸铁相比，可减轻50%）。近年来，国外镁合金在汽车上的应用，以年均25%的速度快速增长。据资料介绍，汽车上有60多种零部件可以采用镁合金生产，目前，我国大概有20余种汽车零部件可以采用镁合金生产，如仪表板骨架、座椅骨架、进气歧管、赛车车轮、支架、转向盘骨架、缸体、壳体类零件等，目前镁合金件正向大型集成化方向发展。

综上所述，选用轻金属材料是节油和降低排放的重要方法；选用轻金属材料是提高汽车动力性、舒适性和提高竞争力的方向。

（3）其他材料在汽车上的应用。

①工程塑料

汽车上使用的工程塑料主要包括热塑性塑料、热固性塑料以及橡胶状塑料。汽车车身采用塑料材料具有质量小、易于加工和防锈防腐蚀的特点。目前，汽车的保险杠几乎都是塑料件。塑料最先使用在汽车的内饰和外饰件上，如仪表板、侧围内衬板、车门防撞条、扶手、车窗、散热器罩等，近年来，塑料在车身板和发动机周围零部件上的使用量在不断增大，占车身质量的10%～15%，尤以欧美的汽车制造商采用为多。如奔驰的Smart轿车车身覆盖件采用了具有本色的可随时更换的塑料覆盖件，塑料的透明顶盖既轻量化，又有宽敞的视野，而且使整车的重心降低，对汽车行驶稳定性和安全性非常有利；雷诺的Espace和路特斯的Elise轿车也采用塑料车身；戴姆勒—克莱斯勒公司1998年推出的CCV概念车采用四块热塑车身板，加上板材连接件，白色的车身板总质量为95 kg，开创了全热塑车身的里程碑。汽车的尾灯和前照灯的玻璃也逐渐从天然材料转向塑料。一般热固性塑料力学性能好、强度高、表面质量好，具有良好的表面着色、电镀、植绒、铆接、耐腐蚀等性能，多作为外表面件生产使用。

车用材料开始由金属向塑料方向转化，但塑料比金属材料的强度差，一般情况下，塑料化要随之增加零件壁厚，因此今后有待开发出既便宜又强度高的塑料。

②纤维增强材料

常用的纤维增强材料主要有玻璃纤维增强塑料（GFRP）、碳纤维增强塑料（CFRP）和纤维增强金属（FRM）。与钢质零件相比，纤维增强材料生产周期短，便于汽车改型，质量较轻、设计自由、制件整体性好、耐用性和隔热性好。常用的玻璃纤维增强塑料又包括片状/块状模压复合材料（SMC）、玻璃纤维增强热塑性材料（GMT）和树脂传递模塑材料（RTM）。欧洲和美国玻璃钢（SMC）汽车部件用量最多，应用领域包括悬架零件、车身及车身部件、发动机舱盖下部件、车内装饰部件等，其中尤以保险杠、车顶、发动机舱盖、发动机隔声板、前后翼子板等部件用量最大。福特金牛座轿车的前围里的下散热器托架，原钢制品有22个零件，而应用SMC只需两件，质量大减，成本降低14%。美国通用汽车公司生产的SMC车门比钢门减轻了18.1 kg。

GMT是一种以热塑性树脂为基体，以玻璃纤维毡为增强骨架的复合材料，主要用于生产蓄电池托盘架、保险杠、座椅骨架、前端组件、门模块、后举门、挡泥板、地板、隔声板、发动机舱盖、备胎箱、气瓶隔板、压缩机支架等。GMT被视为21世纪绿色材料。宝马公司采用GMT代替原来的金属材料制造M3运动轿车的保险杠，其质量至少减少了60%。

RTM在汽车中主要应用于乘用车的车顶、后厢盖、侧门框和备胎仓，以及货车的整体驾驶室、挡泥板和储物箱门等。雷克萨斯超级跑车LF—A整车采用了碳纤维增强塑料（CFRP）作为车身材料，不但能够实现四倍于铝材的高强度，且降低了车身自重；宝马“BMW，Concept Coupe”车身也采用质量较轻的CFRP。丰田2007年发布碳纤维车身的环保概念车1/X，车架采用碳纤维强化塑料，确保碰撞安全性的同时，立柱之间有较大的视野空间。

③蜂窝夹层材料

蜂窝夹层复合板由两层薄而强的面板材料，中间夹一层厚而极轻的蜂窝组成。钢质蜂窝夹层板可用于汽车零件，质量可减轻35%左右；可用于开发防弹材料，应用于运钞车、装甲车等；还可做散热器芯和减振夹层板。夹层结构在汽车上已经有了较多应用，大部分用于车身外蒙皮、车身结构、车架结构、保险杠、座椅、车门等处。宾利大陆GT的扰流板采用碳纤维蜂窝矩阵结构，如图7-4所示；玛莎拉蒂MC12底盘采用碳纤维和蜂窝夹层，如图7-5所示。

图7-4 宾利大陆GT的扰流板采用碳纤维蜂窝矩阵结构

图7-5 玛莎拉蒂MC12底盘采用碳纤维和蜂窝夹层

④树脂板

在树脂板方面，宝马、悍马（Hummer）、三菱汽车和标致雪铁龙（PSA）等制造商均使用树脂板做挡泥板，Smart自20世纪90年代以来一直以树脂板代替钢板，2007年以后，业界开始聚焦代替后面及侧面板玻璃的聚碳酸酯树脂。

⑤泡沫铝

泡沫铝是一种在铝基体中均匀分布着大量连通或不连通孔洞的新型轻质多功能材料，是在纯铝或铝合金中加入添加剂后，经过发泡工艺而成，同时兼有金属和气泡特征。它密度小、耐冲击能力强、耐高温、防火性能强、抗腐蚀、隔音降噪、导热率低、电磁屏蔽性高、耐候性强、有过滤能力、易加工、易安装、成形精度高且可进行表面涂装，如图7-6所示。泡沫铝已成功用于汽车的A柱、B柱、门槛梁、前纵梁、保险杠、发动机支架、各种加强肋、发动机盖板、缓冲器、减振支座等关键部位，并取得了良好的效果，如图7-7所示。例如，德国卡曼公司用三明治泡沫铝材制造的吉雅轻便轿车顶盖板的刚度，比原来的钢构件高七倍左右，而其质量却比钢件轻25%。据测算，汽车车身构件约有20%可用泡沫铝材制造，一辆中型轿车如采用泡沫铝材制造，某些零件可减重27.2kg左右，既可以节约能源，又可以减轻对环境的污染。采用泡沫铝材结构，可大大简化结构系统，零部件数至少可减少1/3。

图7-6 泡沫铝的性能特点

图7-7 泡沫铝在汽车上的应用

另外，应用于汽车上的非金属材料还有纺织复合材料以及高强度结构发泡材料等。例如，福特汽车通过采用MuCell微发泡注塑成型技术在零件成型过程中充入气泡的方式，形成极为细微的蜂巢状结构，这些细微的空隙既节约了塑材，又减轻了质量，而且不会影响零件的任何性能。

随着汽车制造商车身轻量化步伐的日益推进，越来越多的车型开始采用轻量化材料。降低成本必将成为轻量化技术发展的关键。

2.采用新工艺实现车身轻量化(www.xing528.com)

轻质材料在减轻车身质量的同时，也对汽车工艺提出了新的要求，例如，用新材料制造的零件进行组装接合时，就遇到了接合技术问题。采用高强度钢后，材料厚度更薄，传统的MAG焊接工艺面临无法解决的焊接难题。车身组装焊接技术主要种类见表7-1。

表7-1 车身组装接合技术

（1）轻量化成型工艺——精益成型

目前，轻量化成型工艺技术在金属材料方面，有剪裁拼接技术、激光拼焊板技术、液压成形技术、发泡铝成型技术、镁型材的液压热挤出工艺、电磁成型技术、涂装技术、零件轧制新技术、半固态金属加工、喷射成型等新技术；在塑料和复合材料方面，有塑料/金属复合材料工艺、低压反应注塑成型、气体辅助注塑成型技术等满足汽车轻量化新工艺。下面对车身中应用较多的几种新技术进行简要介绍。

①管件液压成形技术

也称内高压技术，是一种利用液体作为成形介质，通过控制内压力和材料流动来达到成形中空零件目的的材料成形工艺。一般用来制造空心轻体构件，其成形原理，如图7-8所示。内高压成形件具有质量轻、刚度好等优点。而且碳钢、不锈钢、铝合金、钛合金、铜合金及镍合金等都可用该技术成形，原则上适用于冷成形的材料均适用于内高压成形工艺。内高压成形具备优良的可延伸性。

图7-8 内高压成形原理

金属板料液压成形原理如图7-9所示。使用液压成形方式制造的零件，由于成形后的回弹少、精度高，可以节省后续所需的加工以及组装费用。同时，可将原来需要分割成数个零件组合的部件，改以单一的零件代替，减少了零件组合的工作，同时增加了车体的刚性，从而达到减轻质量、降低成本的目的。目前，液压成形的汽车车身结构件主要包括仪表板支架、散热器支架、座椅框架、侧门横梁、车顶纵梁、车身纵梁、车顶托架、副车架等。

图7-9 金属板料液压成形原理

与冲压焊接件相比，管材液压成形件质量更轻，一般结构件可减重20%～30%，轴类零件可减重30%～50%，并可减少后续的机加工量和组焊工作量；提高构件的强度与刚度，由于焊点减少而提高了疲劳强度。目前，北美的新车型有近50%的结构件采用液压成形。今后，新设计的新型轿车50%的结构件将由冲压件改为液压成形件，广泛用于轿车的副车架、散热器支架、底盘构件、车身框架、排气系统异形管件。

②热冲压成形工艺

将钢板加热到Ac3点以上的A（奥氏体）区域进行冲压成形，然后在冲模中从Ar3相变点以上进行急冷。热冲压原理如图7-10所示。在高强度下，冲压构件的回弹以及模具的磨损等都难以解决，在这种情况下产生了热成形高强度马氏体钢及相应的工艺成形技术，其应用也取得了进一步的发展。热冲压成形技术是将钢板（初始强度为500～600 MPa）加热至奥氏体状态，然后进行冲压并同时以20～300℃/s的冷却速度进行淬火处理，获得具有均匀马氏体组织的高强钢构件的成形方式。

图7-10 热冲压原理

热冲压成形的优点主要包括以下几方面：可以得到超高强度（1000MPa以上）的车身零件；能够减轻车身质量，提高车身安全性、舒适性；改善冲压成形性；控制回弹，提高零件尺寸精度；提高焊接性、表面硬度、抗凹性和耐蚀性；降低压机吨位要求。德国大众速腾车身采用了超过60%的超高强度和高强度车身材料，具有极高的机械安全性。其中热成形钢板主要应用于前、后保险杠骨架以及A柱、B柱等重点部位，在发生撞击时，尤其在正面和侧面撞击时，可有效减少驾驶舱变形，保护驾乘人员的安全。如图7-11所示箭头指向的部分为迈腾车身采用热成形钢材的部分，凭借热成形钢材的高强度特质减少驾驶舱变形。常见热冲压成形零件如图7-12所示。

图7-11 迈腾车身采用热成形钢材

图7-12 常见热冲压成形零件

1—侧门 2—支架和梁 3—各种突出梁
4—B柱加强板 5—外门板 6—加强板 7—纵梁

③注塑成型技术

随着塑料制品应用日益广泛，人们对塑料制品的精度、形状、功能、成本等提出了更高的要求，发展了一些新的注塑成型工艺，如气体辅助注射、低压注射、层状注射、熔芯注射、剪切控制取向注射等，以满足不同应用领域的需求。例如，大型平板类零件，如桌面、车门板、汽车外饰件、冰箱托盘、散热格栅和机器外罩，以及形状复杂、薄厚不均的零件，如汽车车身、保险杠、仪表板、计算机和彩电外壳等，都可采用注塑成型技术。

④发泡铝成形技术

发泡铝是空气与铝复合而成的材料，它是一种在铝基体中均匀分布着大量连通或不连通孔洞的新型轻质多功能材料，分为胞状铝（闭孔泡沫铝）和多孔铝（通孔泡沫铝）两类，密度为铝的1/10。向铝模具内充气或把将要发生化学反应的小颗粒注入铝模具，形成发泡铝的多孔组织，就能充分吸收能量，缓冲和降噪。泡沫铝的生产加工工艺比较复杂。制备泡沫铝的原材料（铝粉或铝合金）也较贵，但是泡沫铝是集优良的机械、物理、热学、声学等性能于一身的多功能集成材料，因此发挥泡沫铝的多功能集成特性，是泡沫铝走向实用化的关键。

（2）结构件优化连接工艺——可靠连接。

车身轻质材料的连接工艺主要有焊接、铆接、粘接等。

①焊接

由于车身冲压件材料大都是具有良好焊接性能的低碳钢，焊接是现代车身制造中应用最广泛的联结方式。表7-2列举了车身制造中常用的焊接方法。

表7-2 车身制造中常用的焊接方法及典型应用实例

电阻焊通过施加在电焊电极上的电流将零件的接触表面熔化，然后在压力作用下连接在一起。电阻焊占汽车整个焊接工作量的60%以上，有的车身几乎全部采用电阻焊。对铝件进行电阻焊时，铝比钢的热传导快、电传导快、热膨胀系数大、凝固收缩率大，使焊接质量变差，因此必须增加压力和加大电流，这将使成本增加。另外，铝板表面的氧化铝膜也会增加电焊的困难，因此目前使用电阻焊接合铝件的并不多。

激光焊通过施加在电焊电极上的电流将零件的接触表面熔化，然后在压力作用下连接在一起。汽车车身用激光焊是从20世纪90年代平面坯料的焊接开始的。激光拼焊板是将几块不同材质、不同厚度、不同涂层的钢材焊接成一块整体板，以满足零部件对材料的不同要求，也可以把相同材质的等厚材料焊接在一起冲压，以提高材料利用率。激光拼焊工艺与传统工艺对比如图7-13所示。

图7-13 传统工艺和激光拼焊的对比

采用激光拼焊技术可以从部件的一个侧面焊接，不用两面夹紧，热影响区小，非常适合型材和封闭断面零件的焊接，并且可以减少零件数量和材料消耗，降低整车质量，简化装配工艺，可应用于车身生产线上，如大众高尔夫车型上的激光焊接缝长度已超过70 m。激光焊的焊枪头尺寸小，可以在较窄的沟槽中焊接，如日产风雅顶盖与边梁焊接处的沟槽宽度缩小了，而顶盖边梁断面可以扩大，从而提高了整车的刚性。如图7-14所示为采用激光拼焊的车身外围板。目前，激光焊主要有CO2激光焊和YAG激光焊，激光电弧混合焊作为辅助焊接方法已经应用于奥迪A8的车身组装焊接中。另外，激光铜焊也正在逐步发展，并已经应用于大众波罗车型上。

图7-14 采用激光拼焊的车身外围板

汽车车身在组装中采用哪种接合方法，各汽车公司都会将现行的接合方法与本公司的具体条件结合起来综合考虑。第一代奥迪A8的接合方法有四种，且还有电阻焊点，而新奥迪A8则成倍增加了SPR的点数，取消了电阻焊，并开始采用激光焊。捷豹XJ全铝车身的接合方法绝大多数使用SPR，并以MIG和摩擦搅拌为辅助，并采用了黏结技术。

②铆接

铝合金材料、镀锌板等在汽车中的应用越来越广泛，对这些轻质材料的连接以及两种或多种不同材质的板材的连接，传统的焊接及铆接工艺由于自身的局限性，已无法完全满足其要求。目前，先进的铆接工艺技术有压力铆接、自冲铆接及拉铆钉等。

压力铆接也称自穿铆接，是将铆钉压入要连接的两层或多层板料，穿过上面的板料，而不透过最下面的板料。压力铆接既能连接同种材料，也可以连接不同种材料，没有熔融部位和热影响区，连接强度大，不需要预先打孔，且容易实现自动化操作，因此，压力铆接在全铝车身组装中有代替电阻焊的趋势。

自冲铆接是一种用于连接两种或两种以上金属板材的冷连接技术。其原理是使用特制铆钉通过液压缸或伺服电动机提供动力，直接压入待铆接板材，待铆接板材在铆钉的压力作用下和铆钉发生塑性变形，成形后充盈于铆模之中，从而形成稳定连接的一种全新板材连接技术。

拉铆钉工艺是一种新型、先进的连接技术。拉铆钉是利用胡克定律原理，使用专用设备将部件进行紧固，紧固件具有高紧固力、高抗剪力及永不松动的特性，拉铆钉紧固常被用来取代焊接。一般拉铆工艺流程：工具检查→定位与夹紧→确定孔位→制孔→制窝（沉头铆钉）→倒角→放铆钉→施铆→防锈。拉铆钉可以进行客车车身铝合金型材的连接。该工艺可以应用于客车左右侧围、前后围以及一些舱门和内饰骨架的连接，目前在金港ZJG6140机场大巴及ZJG6770商务客车中得到了应用。

由于人们对安全性和舒适性要求的提高，汽车自重不断增加，油耗和污染亦随之增加，为降低油耗减轻污染，必须实现汽车轻量化。新的成形工艺以及与新型材料的结合，如发泡铝、成形轧制等在汽车轻量化中正逐步发挥重要作用。对于这些新工艺存在的成本高、工艺复杂等问题，通过改进工艺将逐步得到有效解决。

3.采用合理化结构实现车身的轻量化

车身结构设计需要满足车身刚度、模态、碰撞安全性、疲劳寿命和NVH特性等诸多方面的性能要求和相关法律、法规和标准。进行轻量化设计也要满足上述性能的要求，同时要考虑车身的结构设计、车身结构的可加工性和生产成本。从20世纪90年代以来，汽车轻量化技术得到了迅速的发展，其中又以汽车轻量化结构的设计和分析与轻质材料的研究发展最为迅速，成为实施汽车轻量化技术的主要手段。然而轻质材料的应用存在研发成本高、时间长、工艺不成熟等问题。而汽车结构的轻量化主要是通过对汽车的整体及零部件进行结构分析和优化，改进汽车结构，使部件薄壁化、中空化、小型化和复合化，对内饰、发动机和底盘等汽车零部件进行结构和工艺改进，从而实现了汽车零部件的精简、整体化和轻质化。

（1）将车身划分为吸能区和刚性区

吸能区能吸收部分碰撞能量，并使剩余碰撞能量分散性地传到刚性区，而刚性区能确保有足够的刚性和强度，保护乘员不受损伤或少受损伤。各公司根据这种理念结合自身条件有相应的设计方案。如丰田公司的GOA式安全车身、马自达6的3H安全车身沃尔沃的龙式车身、日产的ZONE BODY区域车身结构、本田的G—CON车身等。

（2）增加焊点

焊接总成在适当位置增加焊点点数、布置重要焊点来提高组件强度。以侧围总成为例，前门洞共有60个焊点，后门洞共有54个焊点。

（3）车身部件薄壁化、中空化、小型化和复合化，尽可能提高断面效率，减少零件数。

近年来，Downsizing受到关注，其意为“采用小排量发动机，降低整车尺寸和总质量”，即在不增加成本的情况下，维持车身功能与抗冲击安全性的同时减轻车身质量。采用新型材料以及新工艺可以实现超轻车身，从而实现省能源、省资源、轻量化、低排放、低成本的目的。

真正要实现在满足使用性能不变前提下的Downsizing，并不是让用户在牺牲汽车动力性能的情况下选择A00、A0、A级的微型车、小型车。小型化的对象是B级以上的C、D、F级的中级、中高级和高级乘用车。措施是综合采用各种现代发动机技术和整车技术，将车辆上的部件充分小型化、轻量化，从而降低车重，减小部件所占空间，使较低一级车的各项性能达到或十分接近较高一级车的性能指标。

（4）采用承载式车身

对家用车来说，非承载式车身最大的问题就是车身重量太大，因而随着汽车技术的发展，人们取消了非承载式结构中独立的刚性车架，整个车身成为一个单体结构，即承载式车身。承载式车身的外壳、车顶和地板以及通常所说的A、B、C三根柱都是连接在一起的。在冲压阶段，钢板先被冲压成不同的形状，然后焊接成一个完整的车身。其实这些部件按照功能可以大致分为两种：车身覆盖件和结构件。承载式车身的最大优点是车身强度高，钢架能够提供很强的车身刚性，也有利于提高安全性，对于载重车和越野车来说这一点非常重要。