64
高云凯、彭和东、张荣荣        王青海
(同济大学)          （上海同济同捷科技股份公司）
长安汽车悦翔
摘要：通过对普通及典型轿车车身结构的系统分析，总结了轻质车身结构的技术指标，包括车身结构轻量化的限制条件及对设计轻质车身结构的一般要求。
1 引言
阿尔法纯电动汽车报价
轿车，尤其是普通轿车，作为典型的出行代步工具近年来在国内的产量和保有量都有显著的增加。因为轻质轿车车身是轿车提高动力性、降低油耗、节约材耗、降低成本的关键，不只是业内人士，就是普同消费者也有明确而迫切的轻量化要求。
实现轻质车身，除了应用新型轻质车身材料之外，就是设计开发轻质车身结构。轻质车身材料方面的研究与文献资料较多。本文试图在已有分析工作的基础上，对轿车轻质车身结构进行讨论，以期与业内人士交流。
2、普通轿车车身结构特点
从车身外形的发展来看，轿车车身的布置型式主要决定于动力系统布置、人体工程学和汽车空气动力性。而从承载型式来分，轿车车身的类型有全承载式车身和非承载式车身；普通轿车基本都采用全承载式车身。全承载式车身的主要特点为：车身所有承载结构采用刚性连接，有利车身结构的最优化，而且由于取消了车架，从而减轻了车身的质量；室内可利用的空间较大；门槛低，上下车方便。轿车车身壳体结构是一个具有一定强度和刚度的金属焊接结构，有明确的扭转刚度、振动特性、可靠性和抗撞性能等要求。迈腾尾灯改装
奔驰glk价格
一般，整个车身由一些主要的结构件组成，使其成为一个连续的完整的受力系统。主要结构件采取怎样的截面型式还决定于其上装配的附件、与其它部件的配合关系、密封和外形的要求、壳体上内外装饰件或压条的固定方法等。结构件间的连接方式对整个车身的强度、刚度、NVH 特性、安全性有重要影响。
普通轿车车身梁类结构件有：轿车的门柱、门槛、门框上横梁、风窗上和下横梁等，如图1。普通轿车车身板类结构件有：顶盖、前围板、地板、轮罩、前内翼子板、后翼子板等，其分块受冲压和焊接等工艺条件限制。
车身主要部件也都有完整的骨架结构，如车门与座椅等。
图1、BORA 轿车车身焊接总成                      图2、AUDI A2与A8轿车车身焊接总成
3、典型轻质轿车车身结构分析
3.1. Audi ASF []4技术
如图2的Audi A2和A8, 承载轮廓是一个骨架结构，其中的每个部件都有承载功能。明显不同于传统空间骨架结构或脊梁式车架。用铝板以传统技术生产外板和覆盖件，这些外覆盖件也用来承载。骨架结
保时捷卡雷拉杯
65
构由封闭的直或曲梁构成。在高应力拐角或连接点以复杂的压铸件连接。在增加刚度和有效吸收碰撞能量的前提下，降重约40％。在AUDI A2铝空间框架中，为提高刚度而特别加强的部位有前纵梁后段及其与乘客舱连接部位、挡泥板、A 柱下段及其上下端、B 柱及其上下端、C 柱上接头、后纵梁与乘客舱的连接部位。
文[6]认为，现代车身概念是：以车身覆盖件封闭半承载或全承载骨架式车身。其优点是：由车身骨架保持强度与刚度，而其覆盖件能被做得很轻，轻到仅承受其自身载荷，可实现各种表面造型与更佳的C D 值。这种结构被应用在Volvo Lcp、Renault Alpine V6、Renault Espace 等车型上，其中，Renault Espace 的塑料覆盖件由螺栓连接或粘接到车身骨架上，如图3
所示。
图3、Renault Espace 轿车车身结构                图4、微型电动轿车车身骨架
3.2 电动轿车车身结构
现代电动轿车生产，有在现生产传统全承载式车身上改造的；而专门的电动车车身则采用基础全承载完整骨架式车身，如图4。大宇DEV3就采用这种结构，在设计其空间骨架时采用了结构分析技术。车身骨架由等断面铝合金梁焊接而成。地板下面有一个大电平盒。电平盒四周有盒状梁，上下有封闭板，构成了一个刚度较大的夹层结构，也均为铝材料焊接而成。空间骨架重130kg 。扭转刚度7940Nm/deg ，第一阶扭转频率25Hz ，最大应力140Mpa 。
图5、新型轿车车身结构
该车采用了泡沫芯方梁。在优化泡沫填充区域与密度后，可获得合理的重量、费用、强度与刚度；而泡沫填充可降低梁的截面与壁厚尺寸；对满足FMVSS201顶盖静压安全法规要求十分有效；并显著提高车身的NVH 性能。
从分析可知，该车采用了基础承载骨架式车身。这种车身结构对电动轿车是比较适宜的，有利于支承
较重的电池和实现车身结构轻量化[10]。这种车身骨架结构适于采用镁和超轻钢压铸生产，每个结构件可压铸不同的断面，而且这种车身结构适于覆以塑料等轻量蒙皮，如图5
所示。
4、轿车车身轻量结构技术指标
4.1 轿车车身轻量化的限制条件
除工艺和价格等限制条件之外，车身轻量化的结构限制条件是：要保证车体结构的必要强度指标，以保证汽车可靠性；要保证车体结构有充分的刚度，以保证其上安装的各大总成正常工作及车身密封性能等；要保证车体结构有合理的振动特性参数，以控制振动和噪声；并且保证结构被动安全性。因此，轿车车身结构的刚度和振动特性指标十分关键。轻量化车身开发的关键是开发轻重高刚度的车身结构（Development of Lighter-Weight, High Stiffness Body）[8]。
现代轿车车身大多数采用全承载式结构，这样的结构可以很大程度上满足结构设计的轻量化的要求。承载式车身承受轿车使用过程中的各种载荷，主要包括扭转、弯曲和碰撞载荷。国外90年代的汽车技术水平（EP—VW81020.12），在加载1500N.m的工况下，国外新车型其前后轴扭转刚度变形角一般在7’。较高水平的车身扭转刚度值大约在16000Nm/deg。
车身结构模态分析是轿车新产品开发中结构分析的主要内容。尤其是车身结构的低阶弹性模态，它不仅反映了汽车车身的整体刚度性能，而且是控制汽车常规振动的关键指标。如CA7220轿车车身焊接总成第一阶弹性扭转模态频率约为25Hz，而第一阶竖直弯曲模态频率约为40Hz。
为同时保证必要的车身结构强度与刚度指标，一般的模态参数修改方案是将车身结构低阶弹性模态频率提高到一定的水平。一种途径是应用密度小的材料，如铝、塑料及超轻钢等做车身材料，以降低关注模态的模态质量；另一种途径是合理修改关键零件的结构形式与尺寸，以提高关注模态的模态刚度。进行车身结构模态参数修改时，关键是出影响低阶关注模态的灵敏结构件[9]。
4.2 对新型轻量车身结构的一般要求
充分运用新材料的任意成型能力，同时追求提高汽车空气动力性；综合考虑制造与装配工艺、取暖通风、防振隔音、密封、人体工程等要求；满足产品系列化、零部件通用化、零件设计的标准化要求，以提高产品品质和降低工程成本；轻质轿车车身结构的制造成本也应具有竞争力，包括零部件的成形
、装配、涂装；轻质轿车车身结构上的不同材料应用要注意防腐及热协调性问题；轻质轿车车身新材料的应用要能简化零件连接工艺与结构，方便车身部件的装配与维修；充分运用新材料的集成制造能力，显著降低车身部件数量，降低工装工作量和成本。
参考文献
1、黄天泽、黄金陵；汽车车身结构与设计；机械工业出版社；1992
2、燕战秋等；论汽车轻量化；汽车工程；1994，16（6）
3、J. Heizmann; Karosseriekonzepte der Zukunft; Technischer Bericht von AUDI AG
4、Paefgen, F. J.; The A8 Aluminium Body Structure; Proc. International Body Engineering Conference and Exposition (IBEC’94), Body Design and Enginnering, Detroit, Michigan (1994)
5、Robert J. S.; Reduction of Vehicle Leadtime by Body Engineering; SAE Technical Paper 970578
华普海迅6、Ch. Beyer; Moeglichkeiten und Grenzen des Leichtbaus bei der Entwicklung von Fahrzeugkarosserien; Literaturstudie von Institut fuer Kraftfahrwesen der Rhein-westfaelischen Hochschule, Aachen, Februar 1990
7、Yuki Kurhara, etc; trends in Automobile Weight Reduction Technologies; Nissan Engineering Journal, 1991;(6)
8、Masanori Takamatsu, etc; Development of Lighter-Weight, High Stiffness Body for new RX-7, SAE Technical Paper, 920244
10、高云凯等. 轿车车身模态修改灵敏度计算分析，汽车工程，2001，23（1）.
11、高云凯等. 微型电动轿车车身骨架结构分析，汽车工程，2003，25.
66