随着对节能减排要求的不断提高，我国也非常重视汽车轻量化技术的研发工作。2007年12月，中国汽车工程学会专门组建了汽车轻量化技术创新战略联盟，牵头组织国内汽车主机厂、钢铁企业，以及相关院校、研究机构等开展汽车轻量化技术研究和应用，支持汽车轻量化共性技术研究，对汽车轻量化的基础共性科学问题进行联合攻关。国内汽车厂家也逐渐重视轻量化设计和评价问题，纷纷组织技术力量开展轻量化设计和评价方法的研究，并开始把重量指标作为整车开发的重要目标之一，贯穿于整个产品开发过程中。

汽车轻量化一般通过应用先进的轻量化材料、先进制造工艺以及轻量化设计这三种途径来实现。其中，车身材料正在由以低碳钢为主转变为高强度钢以及铝、镁等轻质合金、聚合物基复合材料等多种材料混合应用，而且这些轻量化材料的应用比例正逐年提升。伴随着先进的轻量化材料的应用，同步应用的还有大量的成形及连接工艺，比如热成形、铝铸形、液压成形、激光焊接、铝SPR铆接等先进制造工艺。轻量化设计是汽车轻量化的重要途径之一，是轻量化汽车产品开发的基础和前提。通过轻量化设计，使合格的材料、最优的结构形状和尺寸用在汽车车身结构合适的位置，使每部分材料都能发挥出最大的承载或吸能作用。

从近年欧洲车身年会公布的一系列数据中可以看出，车身上使用的轻量化材料有很多，包括热成形钢、铝镁合金、碳纤维增强复合材料等。奥迪A8和捷豹XFL采用的就是全铝车身。根据铝合金车身结构性能要求的不同，在不同的部位使用不同的铝材，奥迪A8在纵梁及主要承载性结构件上都使用了大量的挤压铝合金，在安全件上用了很多压铸铝合金，覆盖件和大型的非承载零件用了冲压成形的变形铝合金。而在国内，首先尝试全铝车身应用的是奇瑞的一款新能源汽车——小蚂蚁，此举打破和颠覆了全铝车身只应用于顶级豪华品牌汽车的传统认识。奇瑞小蚂蚁（eQ1）车身骨架（图2-1）铝合金应用比高达93%，远超其他知名品牌的汽车。全铝轻量化车身的设计使得小蚂蚁车身减重40%，刚度提升60%，加上全复合材料外覆盖件的应用，使得小蚂蚁的整车重量只有885kg，0～50km/h的加速时间不到6 s。该车已于2017年量产上市。

宝马i8采用了全新的设计理念，将车身结构分成了Life和Drive两个独立的部分，由碳纤维复合材料的乘客舱和铝合金的底架构成。Life代表乘员舱结构，它采用了高强度且轻量化的碳纤维增强复合材料，使用这种材料可以大幅降低车身的重量，同时有助于提升车辆的燃油经济性和操控性。整个乘员舱的结构由多层碳纤维增强复合材料拼合而成，轻量化和高强度是它最大的特点，这样的设计类似于F1赛车中驾驶舱的单体制造结构（由碳纤维复合材料构成），而最终的效果就是宝马i8的整车重量不到1.5t，宝马i8的轻量化系数达到0.99。与乘员舱前部相连的是Drive结构，它主要为金属材质，用于承载电动机、前悬架以及转向系统等部件。车尾部的Drive结构与车头相似，同样采用金属材料，并主要通过螺栓与乘员舱连接。它不但要安装后悬架，还要承托一台1.5L涡轮增压发动机。

奥迪TT是一款轻量化设计的明星车型，它是钢铝混合车身，铝合金占了35.8%，钢占21.6%。奥迪TT已经到了第三代，在上一代的奥迪TT基础上继续减重17kg，车身轻量化系数为2.24。其实，上一代奥迪TT已经减重了30kg，在此基础上再减17kg也是非常不易的，体现了在奥迪车型的发展过程中始终追求轻量化设计的方向。

目前，国内碳纤维复合材料在车身上的研究与应用也已开展起来。中国科学院宁波材料技术与工程研究所与奇瑞汽车联合承担的国家“863”计划项目围绕国产碳纤维复合材料在汽车上的应用开展前沿性研究工作，通过复合材料体系研究、复合材料结构件设计、快速成型工艺研究，以及复合材料结构件性能验证与评估来突破汽车结构件用复合材料的关键技术。该技术应用在奇瑞碳纤维插电式混合动力“艾瑞泽7”车型上，并在2014年的北京车展上展出。这款艾瑞泽7外壳重量减轻10%，油耗降低7%；车身总体减重达40%～60%，整车可操控性加强，带来更为出色的加速感受；由于碳纤维抗拉强度高达3500MPa以上，是钢的7～9倍，该车较传统车型更加安全、可靠。这款碳纤维复合材料插电式混合动力汽车已经完全具备量产化的条件。

江淮汽车公司开发的IEV6 S在车身开发中应用了牌号为6016的铝合金材料制作发动机舱盖，减重将近5kg，采用塑料尾门替代传统钢制结构减重5.7kg，前端模块采用玻纤增强材料（PP），相对钢制钣金件减重3kg，占比达25%以上。另外，还实现了散热器、冷凝器、发动机舱盖锁、前防撞梁等零件的模块化，有效降低了生产成本。

伴随着先进材料的应用，配合使用的还有许多先进的成型和连接工艺。例如，上文所说的轻量化车型奥迪TT由于使用钢铝混合材质，同步也引入了很多先进的连接工艺。为了保证钢铝材质有效连接以及满足各种性能要求，奥迪TT上传统的焊点只用了3042个，同时使用了6种冷连接技术，据测算，可以等效传统车身的4624个焊点。近年来，连接技术的发展突飞猛进，只有在连接技术发展方向上做一些基础性的研究，才能支持最终开发出来的车身结构在性能、安全、轻量化上达到综合的平衡。还有一些先进制造工艺，比如补丁板热成形，它更改了原来的制造顺序，先焊接再热成形，缩短了制造时间，提高了效率。此外，碳纤维复合材料除了常用的手糊成型工艺、缠绕成型工艺、拉挤成型工艺和树脂传递模塑成型工艺外，还研究出一种新型的真空辅助成型工艺，它是一种低成本的复合材料大型制件的成型技术。与传统工艺相比，不需要热压罐，即可在室温下固化。产品经裁边和表面喷涂等后处理，可在较高温度下使用，也比手糊方法制造的制件空隙率低、性能好、纤维含量高。另外，大制件采用真空辅助成型工艺节省了其他工艺所必需的模具费用，避免了模具选材及制作困难的问题。

众所周知，先进的轻量化材料和工艺的应用，往往意味着带来成本的提升或整车开发周期的加长。而成本、时间与性能等因素对于车身开发同样重要，需要综合考虑和平衡。对于主机厂而言，如何真正做到轻量化的车身结构设计才是最有效的解决之道。在我国的汽车市场竞争中，价格战打得非常激烈，车型价格不断下探，主机厂寻求的是在保持低成本开发的前提下，在现有结构的优化下用最小的成本达到最大的轻量化效果。比如，新一代马自达2，跟菲亚特、标致同级别的车型相比，它的轻量化效果是非常显著的，轻量化系数达到3.02。马自达2在开发过程中一直应用虚拟分析的方法，通过多学科优化（Muti-Discipline Optimization, MDO）等优化设计方法，以最小的计算量实现最优的结构。其开发周期缩短了8个月，减重35.6kg，前前后后做了约6万次的虚拟分析，包括后期技术试验，虚拟试验和实际车身试验的相关性达到了很好的效果。

主机厂车身结构设计开发大体上经历了两个阶段。第一阶段是以逆向设计为主的设计模式。主机厂自身的设计开发能力不足，厂家不能或者还没有信心自主完成一款整车的设计开发工作时，常用逆向设计这一设计模式。在这一阶段，设计开发主要流程如下：

① 竞品车选择及拆解。

② 整车测量及扫描。

③ 根据底盘硬点及汽车对称性，进行点云的分析、拼接及优化。

④ 基于优化后的点云进行逆向车型的CAD建模。

⑤ 完成匹配新车型的布置及内外饰造型。

车身逆向设计模式一般是对市场潜力非常看好的产品进行模仿和借鉴。这种模式对于还不能完全自主开发的企业来说是一条捷径，但也会带来一些问题：首先，逆向设计一般都是由于开发能力不足而为之的下策，所以对于原设计的解读能力也存在一定局限，设计理念和思路一旦解读不了或发生偏差，会给逆向设计过程带来很大的困扰，常常会存在过设计或设计不足的风险；其次，逆向的对象可能是当前热销的一款产品，至于其技术是否具有一定的前瞻性，甚至当前是否先进都未可知，所以逆向后该产品的技术是否已过时存在很大疑问。此外，由于与竞品原厂商的工艺水平及配套供应商体系存在差异，所以有很多设计是无法直接借用或模拟的，盲目变更原设计会带来很多潜在的风险。综上，逆向设计开发的车身重量一般都不会低于原车型，也就难言轻量化设计了。这一开发模式多集中在部分主机厂刚刚起步的前几年。

随着设计能力和经验的积累，各主机厂逐渐由逆向设计转变为自主的正向开发，也就是通常所说的第二阶段。这一阶段不管是全新开发一个平台或整车，还是基于某一成熟平台或车型进行开发，已经完全摆脱了逆向的思维，完全按照既定的设计构想和理念来开发。在这一阶段，各主机厂都在不断加大轻量化设计方面的投入，不断试验探索全新的轻量化设计方法，并且取得了显著的成效。正向开发设计流程如下：

① 根据目标市场的法规、客户需求以及竞品研究，进行产品定义。

② 根据产品定义，制定性能大纲及对应分解的性能目标。

③ 基于基础车、竞品等相关信息，结合拓扑优化的结果建立参数化概念车身模型，反复分析、迭代、优化概念车身结构，直至性能、重量基本达标。

④ 概念模型输入，设计工程师进行CAD数据制作。

这种自主创新的正向开发设计模式已经将仿真工作前置到设计开发的前面，有效引领驱动设计，一改以往车身结构轻量化设计工作CAD数据先行、分析验证紧随其后的模式。

奇瑞瑞虎7是基于奇瑞全新开发的一个SUV平台的首发车型。它采用的是全钢质的车身，车身重量为284.5kg，采用完全正向的全参数化设计方法，从早期的骨架拓扑优化、概念设计到具体结构的参数化设计，经过多达数千次的优化迭代和数百个优化方案，最终达成了明显优于同级别其他国产自主品牌的轻量化车身。与同级别国际竞品相比，奇瑞瑞虎7重量也具有很强的竞争力，其单位体积的重量与本田的HRV相当，处于行业领先水平。宝钢集团2016年也公布了超轻钢制白车身研究项目的相关成果，开发试制的一款B级Sedan车型白车身，应用了高达77.5%的高强度钢，使得车身骨架重量控制在298kg，轻量化系数达到2.7，各项性能指标也都处于较为领先的水平。 T0UCOpyZg0cPM4n5pRnWV4W9AJD4Ku5cWq5w8nBIYdALYQh4QcOvvDNl2pt85dGy