1.2.1 车身轻量化方法

车身轻量化即采用现代设计方法和有效的手段对车身产品进行优化设计，或使用新型材料在确保车身综合性能指标的前提下，尽可能降低车身产品自身重量，以达到减重、降耗、环保和安全等综合目标。和小型化不同，轻量化是指同一台车在同样尺寸或同一种车型，在同样的气缸容量的前提下减轻汽车重量。

在减轻车身重量的情况下，既要保持车身原有的性能不受影响，又要保证车身行驶的安全性、耐撞性、抗振性和舒适性。一方面，车身轻量化与所用材料密切相关。另一方面，优化结构设计也是实现车身轻量化的有效途径。两个人可以轻松抬起宝马碳纤维车身，如图1-14所示。

对车身结构进行优化是目前汽车轻量化的主要实现方式：一是结构及制造工艺的优化，对车体的主要受力部件进行加强、非主要受力部件进行合理弱化，从而降低耗材用量；二是车身及零部件运用轻量化新型材料，例如铝合金、镁合金、碳纤维等复合材料的运用。

改进结构、减少零部件数量，使部件薄壁化、中空化、小型化、复合化，对内饰、发动机及底盘等所有车身零部件结构进行改进，在满足设计性能要求的前提下，以获得最轻结构设计。车身结构优化的主要优点是成本低且容易实现，尤其对于自重大、结构比较复杂的零件，这种方法有很大的应用空间。

在具体的优化过程中，首先使用有限元方法对需要轻量化的零件进行有限元离散化，在此基础上运用拓扑优化软件来实现结构轻量化，同时对轻量化后的结果进行有限元刚度和强度分析，以确定拓扑优化的合理性和可行性。可以将以上两种方法相结合，以获得最优效果。但无论应用何种方法，必须要解决下面3个问题。

图1-14 宝马碳纤维车身

1）降低车身重量，不能影响汽车构架的强度和刚度。车身必须要有足够的强度，在不同的部位要有不同的刚度，比如，前梁刚度小，驾驶舱刚度大。常见的方法主要是充分利用材料的不同强度，将车身按照需要的不同强度要求进行分级，优化设计与改进车身的整体机构，提高材料的强度，减少材料厚度，不能牺牲车身整体的结构刚性与强度。

2）应用新材料，不能增加汽车的成本。汽车生产是典型的规模化生产，由于产品批量巨大，任何一点成本上的浮动都会给厂商和客户带来压力。因此，像碳纤维这样的材料只能应用于F1或一些超级跑车。另外，由于加工工艺的特殊性与材料的成型特性，碳纤维复合材料虽然是理想的造车材料，但是在成型时不能像金属薄板那样可以冲压成形，所以也很难形成量产。

3）应用新材料后的汽车在使用过程中如果发生损坏，修复成本不能太高。