武萬斌 年雪山 張園林

（北京汽車股份有限公司）

汽車車身結構設計是一個涉及多方面因素的綜合工程設計問題，各汽車公司對車身設計、碰撞受力及選用材料都非常重視，車身材料的選取是最基礎也是最核心的內容，正確地選取材料，是當今汽車公司的一項重要任務。熟練地掌握各種材料的強度及參數，有助于車身各個部位零件材料的選取，也是車身安全最重要的保障。為了能準確地選取車身材料，文章論述了白車身設計的基本要求及白車身選材的基礎技術，為車身材料的設計提供了可靠的依據。

1 車身設計的基本要求

現在多采用承載式車身，這使白車身靜剛度顯得尤為重要，它是整車高速行駛穩(wěn)定性的決定因素，也是車身設計和材料選型時整體考慮的重要環(huán)節(jié)。

1.1 車身強度及碰撞受力要求

轎車的主動安全涉及底盤部件，而被動安全則涉及車身部件。車身各部位應做強度分析并進行合理的結構設計和選材。碰撞時為使乘員不受傷害或少受傷害，把乘員艙做成高強度乘員艙是十分必要的，使其在碰撞時盡量不變形或減少凹陷，是保護乘員安全的重要措施，因此，選材時采用高強鋼板和超高強鋼板成為首選。

汽車正碰時，大部分動能被發(fā)動機艙、前縱梁、前圍板及前防撞梁吸收；側碰時，車身兩側沒有像前艙和后艙那樣的緩沖吸能部件，所以只能采取高強度鋼板來阻擋其高沖擊能量，此類零件有A柱、B柱、門檻、車門防撞梁、前地板橫梁及中地板后座椅橫梁等能量橫向傳導結構件。翻滾安全性構件主要有頂篷橫梁和上邊梁，以此來減少對乘員的傷害。

在結構設計上要有壓潰變形區(qū)（吸能塊），吸能塊可在碰撞時吸收能量并通過剛性梁把碰撞后的剩余能量傳遞到整個車身，前后縱梁必須在規(guī)定的距離內吸收全部碰撞的能量。這就要求車身鋼板在具有優(yōu)良成型性能的同時，還要具有較高的強度和碰撞時的吸能性。

1.2 輕量化要求

車身結構要優(yōu)化，選用的材料也要優(yōu)化。用最廉價的材料滿足最低的工程要求，從而達到輕量化和提高車身剛度的目的。

汽車高速行駛試驗證明，汽車材料的延伸性能越好，高速行駛時所消耗的能量就越小。采用高強鋼制造汽車零件，尤其是車身零件，不僅能提高輕量化水平，而且還能節(jié)能減排，其社會效益影響巨大。

為了適應材料輕量化要求，一些新材料應運而生，擴大了應用范圍，同時傳統(tǒng)材料也得到了改進和發(fā)展。占整車質量20%～25%的白車身具有很大的減輕質量的潛能，高強度鋼板的應用對減輕車身質量起著決定性作用。

2 車身選材

2.1 高強度鋼板的加工成型

隨著材料的高強度化，高強度車用板材與過去的冷軋深沖鋼板相比，沖壓成型時的回彈和彎曲開裂問題增多，使加工成型困難。為了獲得高精度和高強度的沖壓成型件，必須做好以下3項工作。

1）高強度鋼板的回彈量及失效的準確評價和預測；

2）成型工藝過程的優(yōu)化設計；

3）模具形狀、尺寸及角度的精確設計。

2.2 新材料的選用原則

一般來說，工藝人員在產品設計選材時應遵循以下原則。

1）設計新產品時，要根據產品的技術經濟指數對部件的作用、受力、工作條件、工藝要求、國家法規(guī)及環(huán)保要求去選用材料。

2）改進產品或仿制產品時，可在原產品或仿制品的基礎上提出改進方案，根據改制或仿制品的要求選用合適材料。

3）進口產品國產化時，要對其樣品進行分析和性能驗證，選出與其性能相當的新材料（逆向設計也要這樣做）。

4）改變工藝流程時，如原材料難于適應新要求，應變更材料。另外，在生產過程中，采用新材料、新工藝、新技術和降能耗、降成本都會涉及材料的變更問題。

5）原材料供需出現問題時，為確保生產正常運轉，可臨時選用替代材料或永久變更。因此，合理選用材料是保證產品使用性、工藝性及經濟性的基礎。

國外大汽車公司實踐證明：開發(fā)生產1款新車，開發(fā)費用的比例為：原材料53%，制造30%，研發(fā)5%，其他12%。由此可以看出，原材料的選擇直接決定了汽車的性能和經濟性。

3 車身零件選材技術

通常，在選擇汽車鋼板材料時應滿足以下要求，以體現“合適的材料用在合適的部位”的原則。

3.1 使用性能要求

使用性能是指汽車零件在服役條件下所表現出的力學、物理及化學性能。使用性能是選材時要考慮的最主要因素。不同的零件所要求的使用性能也不一樣，因此首要的任務就是準確地判定零件所要求的使用性能。

3.2 沖壓工藝要求

根據零件形狀的不同，制造時將采用分離、成型、翻邊、彎曲及拉延等不同的沖壓工藝，而鋼板必須要滿足各種沖壓工藝要求，才能制造出合格的產品。

3.3 涂漆工藝要求

轎車的涂裝質量直接影響轎車的外觀和產品檔次的提升，是用戶選購轎車的重要關注點。涂裝質量除了受涂裝材料本身的質量影響外，鋼板的涂裝性能也是涂裝工藝不可忽視的因素。一般來講，影響涂裝性能的主要因素有鋼板表面狀態(tài)、鋼板清潔度及表面粗糙度，這些指數的好壞直接影響到油漆的附著力和外觀質量，如表面粗糙度主要影響轎車表面的鮮映性。

3.4 強度等級要求

轎車車身部件主要有車身覆蓋件、內板、蓋板、支撐件、加強件及防撞件等，根據每個具體零件的使用狀況、承受的荷載及車身部位的不同，對用材的要求也有很大差異。汽車用高強度材料主要向高性能、高強度方向發(fā)展，以進一步滿足輕量化要求，提高抗沖擊性能，同時也進一步提高工藝加工性能。圖1示出不同等級高強鋼板在車身上的應用。

圖1 不同等級高強鋼板在車身上的應用

高強度鋼板按照強度等級，分為以下7種：140～180 MPa，180～210 MPa，210～340 MPa，340～590 MPa，590～780 MPa，780～980 MPa及 980～1 180 MPa。具體開發(fā)和應用的情況如下：

1）140～180 MPa的鋼板，主要用于發(fā)動機罩板；

2）180～210 MPa的鋼板，主要用于前地板面板和中后地板面板；

3）210～340 MPa的鋼板，主要用于左右輪罩和通風蓋板；

4）340～590 MPa的鋼板，主要用于汽車保險杠加強梁和前后縱梁；

5）590～780 MPa的熱軋鋼板，將越來越多地使用在加強梁等部件上，如：保險杠加強梁、A柱、B柱及門框加強梁等；

6）780～980 MPa的鋼板，主要用于防撞零件，如車門防撞桿；

7）980～1180 MPa的鋼板,主要應用于發(fā)動機支撐架。

車身材料的選用是一項復雜的工作，如果選材錯誤將付出很大代價，其后果往往需要經過一定的時間才能顯露出來。因此，為了選用滿足要求的材料，必須及時地進行材料性能測試和評估，除了測試和評估常規(guī)性能，還要對上述使用性能進行測試和驗證，隨后進行道路試驗，全部完成后才能正式批量生產。

4 結論

為滿足車身的基本要求，車身用材向著高強度、高性能方向發(fā)展，因此應遵循“合適的材料用在合適的部位”的技術原則，可有效地避免車身選材失誤問題，大幅提升車身輕量化。車身材料選取技術是汽車設計的基礎，也是材料技術提升的依據。