引言｜怎么看车安不安全？

此前关于白车身安全设计关注度最高的就是材料使用问题了，高强度钢甚至超高强度钢的使用似乎成了评价白车身安全设计的唯一准绳，作为消费者这么理解也无可厚非，毕竟我们希望找到一些简单明了的标准来快速评价一款车的安全设计水平。

但是汽车设计哪能这么简单，这就像盖房子一样，材料使用的好那是基本，但设计水平次一样容易倒塌。不过大家也别觉得汽车车身安全设计很神秘，其实它也有一些通用方法，而且我们也比较辨别。

本文会先按车身前中后三个区域分别介绍，再给大家介绍关于结构设计的一些通用规则。

一、车身前部安全设计

发动机前部结构俯视图如下，我们通常称这部分为碰撞吸能区或者溃缩吸能区，以下会重点介绍前防撞梁、吸能盒、前纵梁和发动机盖的设计原则。

▎前防撞梁和吸能盒设计

前防撞梁和吸能盒属于低速安全碰撞设计，它的作用是希望能够尽可能多的吸收能量，在结构设计上，封闭槽结构会比开放式结构好，一来结构受力会更均匀不容易发生应力集中产生完全变形，再来封闭槽结构能够承受更多的力，强度也会更大。

▲第二张图这种开放式的薄壁结构就不太好了，一般受力不能很大。另外，有的人喜欢通过防撞梁的厚度来评价它的安全水平，其实这种方法不太恰当，比如第一张图这种在多框架结构对安全提升反更有利。

吸能盒的作用和它的名字一样，最大的作用是在受力强度不太大时充分吸收碰撞能量，所以在简单的薄壁框架结构上还有很大的发挥空间，比如采用溃缩引导设计。

另外，它作为前防撞梁和前纵梁的连接件，吸能盒变形后需要更换，因此有拆卸功能会比直接焊死会更好。

▎前部薄壁梁设计

车身前纵梁通常是薄壁梁焊接结构，在轴向受到冲击后，有两种基本的变形模式：轴向压溃和弯曲。

轴向压溃是效率最高的变形模式，不过这种形式在受力后通常很不稳定，很容易在溃缩中途就会因应力集中直接发生弯曲。所以在前纵梁处设计一些小槽口，如角台、凹台、凸台能够较好地避免这些问题。

▎发动机盖

按理说发动机盖不是主要的吸能件，这里没必要多讨论，不过发动机盖在受到冲击后有铰链断裂脱落的风险，碰撞严重时发动机盖有可能直接被撞入发动机舱，危及车内人员，所以就需要我们在发动机盖内板上设计一些溃缩引导设计。

有的人以为上述这种设计是用来起到轻量化的目的，确实是这样没错，不过更重要的它还能起到溃缩引导，使得撞击力尽可能集中在这块区域，这样发动机盖在碰撞后就不会伤及车内人员了。比如下图这种就是较理想的溃缩状态。

另外，考虑到行人碰撞安全，发动机盖上尽量不要出现过多的棱线，特别是在中后部区域，因为行人在碰撞后头部首先接触这块区域。

▲虽然道奇的引擎盖很帅，不过这种设计对行人其实不太友好。

二、车身中部安全设计

车身中部结构安全水平如何直接关系到乘客的安全，特别是没有缓冲的侧面区。

▎驾驶舱骨架受力引导

在汽车受到较大碰撞力时，碰撞力会传递到发动机舱，通常我们希望力能够顺畅地通过，不要有明显的应力集中区域，而把力引导到纵梁上和各“大梁”汇集的区域是比较好的选择，因为这块区域通常最厚大，强度最高。

比如马自达SKYACTIV-Body和老结构相比，在结构改进上就很明显，可以看到新结构在力传递上会更通畅，在车身中部没有明显的应力集中，新结构应力最集中的是中纵梁和后纵梁的连接处，而这块区域也是最厚大的区域。

▎中通道设计

关于中通道设计大家平时可能不太关注，虽然它像纵梁那样需要承受很大的冲击力，但对于承载式车身而言，由于其位置居中避免不了受到冲击力。

所以中通道的强度也必须得到保证，比宝马7系采用的碳纤维混合车身就在中通道处采用了碳纤维加强处理。

▎侧面碰撞

面对侧面碰撞冲击，B柱首当其冲，所以B柱本身以及上下接头的强度和刚度很重要。另外这个力会传递到门栏上，所以对门栏强度也有要求。除了建议以上区域使用高强度钢外，多层结构也是较佳的解决办法。

▲比如上图，我们可以看到B柱采用了两种不同的材质，一方面强度提升了，另一方面中空结构给门锁、安全带预警器等装置都能安装在这个中空部件上。

侧面碰撞中的结构很重要，一般在下图黄色方框区域最容易出现应力集中，所以通常这块区域需要进行加强处理。

三、车尾设计

▎后防撞梁

关于后防撞梁到底对汽车安全性的贡献有多大，大家说法不一，不过随着现代汽车对空间要求越来越大，车身后部区域被进一步压缩，所以装配后防撞梁是很好的缓解办法。

不过不少后防撞梁长度较短，吸能盒溃缩区域不够，这点就不太好了。

▎后纵梁

车尾受到碰撞后，撞击力向车前传递的路径通常有两条，第一条是由后保险杠经后纵梁传递给门栏梁；第二条由后车轮后部结构，经后车轮传递给门栏梁。

▲现在汽车由于趋向越来越短的尾箱设计，这时候对尾箱的结构强度要求更高。

第一条路径的原理和前部区域类似，就不再累述了；我们讲讲第二条路径，轮胎参与碰撞后，它会与轴向刚度较大的门栏梁接触，导致对撞击的抵抗明显增加，因此碰撞吸能区布置在后车轮后部区域会更好，而将后轮作为变形限制器加以利用。

四、通用设计

以上是按照区域来进行讨论的，另外通常汽车上还有一些通用设计。

▎框架结构有利提高扭转刚度

车身扭转刚度是衡量汽车安全和舒适性的重要指标之一，其数值越大越好。而想要获得较大的扭转刚度，最好的设计方法就是增加框架结构。这并不难理解，其实很多建筑中采用了这种设计，比如过山车。

关于框架结构设计各家都有所使用，不过要说最典型的还是奥迪ASF框架结构。以奥迪A8L为例，ASF白车身重量只有241kg（98%铝合金比），但其结构刚性与抗扭强度较上代提升了25%。

▎接头设计

白车身是有各种形状、材质的钢材或者铝材通过焊接在一起的，所以焊接接头的重要性也就不言而喻了。不过关于这部分，我们一般很难用肉眼观察，所以这里仅从大方向上给大家做一些介绍。

798小结：

车身安全设计是门大学问，本篇旨在用比较简单语言来给大家讲解有关安全设计的惯用手法，考虑到车身设计中还有重要的CAE力学分析环节，以此来调整各部分材料及力学结构设计。

虽然我们不能绝对对号入座，不过作为惯用手法，我们还是能使用这些准则作为参考。所以以后再有人给你白车身的结构图，别只顾盯着都用了哪些材料，不妨也留意一下车身结构设计水平如何吧。

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引言 |  它做了它该做的，不多不少

有了去年奔驰E级的“钢材门”，车圈已是“谈铝色变”。像海外一样多用铝吧，成本下不来；减少用铝吧，国内新媒体立刻扒个底朝天。

全新宝马5系Li马上要上市了，它思前想后一拍桌子：与其你们扒我，不如先脱光了给你们看。老子哪里用了铝，哪里用了钢都告诉你。爱买买，不买滚。

好吧，看一下沈阳产的全新5系是不是真爷们儿吧。

▲微博上流出的疑似官泄视频，由华晨宝马厂家技术人员讲解全新5系Li的白车身用铝情况。时长5'21''。

看完视频，车聚君掩卷长思。

一、全新宝马5系国产版肯定不是全铝车身，是标准的钢铝混合车身，这一点与用铝狂魔捷豹XFL不同，后者可以称得上全铝车身。二、钢铝车身做的最好的非凯迪拉克CT6莫属，它车身用铝比例高达62％。2016年度Altair Enligh Award整车大奖就是给了CT6。

那么，从车身用材角度看，全新宝马5系Li的直接对手是CT6。

▲Altair Enligh Award是为了表彰车身轻量化创新设计而设立的奖项。

从价格看，全新宝马5系Li预售价 45-67万元起，和CT6也挺重叠。那让我们看一下，全新宝马5系Li除了强悍的品牌效力外，在产品用料上能否保持优势？

一、白车身铝合金用料横评

评价白车身用料，自然先得了解什么是白车身。特别是就四门两盖属不属于白车身，业内是存在分歧的。

事实上在车身车间完成最后一道工序后，四门两盖是装配在车身上的，其英文名Body in White也未强调不包括四门两盖。所以，将未涂装之前的车身称为白车身，没有问题。

视频中，宝马厂家将安装了四门两盖的车身归为白车身。

官方称与现款宝马5系Li相比，全新宝马5系Li车身减轻了50kg。就全新宝马5系Li哪些部分采用了铝合金，车聚君整理如下，并附上相关点评：

▲挺奇怪的是，厂家没有提到车顶板使用什么材料。遗憾的是，我们只知道白车身整体减重了50Kg，铝合金占比多少不得而知。从一般该级别轿车白车身质量在400Kg~500Kg这个角度计算（虽然还有新增钢材），铝合金总体比例应该不会高于30%。

作为对比，我们来看看CT6都把铝合金用在哪里了。

▲该图中，是没有四门两盖的。CT6四门两盖使用的是铝合金。

就铝合金材料使用策略开看，这两家其实没有太大区别。最大的不同点在于，全新5系Li外侧围采用的是钢，但CT6采用的是铝，外侧围也是车身上面积最大的覆盖件。

而且在铝合金加强件使用上，CT6投入更大。比如，发动机舱采用了三根铝合金方管作加强筋，中底板横向加强筋采用了铝合金。

单拎每个部件，全新宝马5系Li采用的铝合金并没有太大的亮眼之处。可惜官方没有公布详细的资料，从肉眼来看，铝合金结构并没有进行特别设计，相比CT6那十分吸引眼球的前轮罩蜂窝式加强筋设计，全新宝马5系就显得单调的多。

▲这并不是花哨设计，它在提高刚性的同时也能很好降低重量，而且蜂窝式设计还有良好的吸能减震效果。

在视频最后，厂家将全新宝马5系Li定义为钢铝混合车身。就车聚君看来，该车不仅在独立的外覆盖件上采用了铝合金材料，还在车门骨架上，特别是前后纵梁、中通道和前后轮罩支撑板上采用了铝合金材料。

厂家称这样的车身结构为钢铝混合车身，没毛病。这让车聚君想起此前某豪华车品牌，在不痛不痒的位置使用了点铝合金就宣称是钢铝混合车身。全新宝马5系Li就钢铝混合程度上，没有CT6强；但比别的豪华车品牌，还是强上不少。

二、视频“解毒”

文中提到了这样的话术：铝合金比较硬、钢比较有韧性、中通道处加入铝合金会使整车振动降低。通常我们的认知是：铝很软、钢很硬。这不是有悖常识吗？

我们不要陷入误区，这里提到的是铝合金，并不是纯铝，1000系（99%以上的纯铝）也并不会在汽车上使用。

铝合金虽然有着重量轻的优点，但是通常来说（铝合金有多种牌号）铝材的抗拉强度、屈服强度和弹性极限都比钢低。硬度或强度越大（硬度和强度成正比），吸振能力越差。

所以铝合金的吸振性能会更好；在材料科学及冶金学上，韧性是材料抵抗断裂的能力，所以说钢比较有韧性是没有问题的。至于文中提到的铝合金比较硬，相信讲解员指的不是硬度，而是“韧性差”。

所以，大家发现没？上文中：铝合金比较硬、钢比较……这几句话其实是一个意思。

▲铝合金有良好的吸振性能，比如汽车前部的变形区在碰撞时会产生褶皱，吸收大量的冲击力，从而保护后面的乘坐区。在减轻重量的同时，能够明显提高碰撞安全性。所以全新宝马5系Li在白车身前后区域采用了铝合金（前后防撞梁、前后纵梁）

三、高强度钢使用也不能含糊

虽然我们此次讨论的重点是铝，但可别忘了，现阶段，钢才是支撑车身强度及安全性的重要材料。此前车聚君也介绍过，通过钢结构优化仿真、材料轻量化加工工艺，诸如热冲压成型，能够保证强度的同时减轻车身重量。

据相关报道称，全新5系Li在A、B、C柱上都采用了高强度钢，拉伸刚度超过1300MPa。（视频中提出B柱处的超高强度钢能够达到1000Mpa，但未提及哪种强度）这里使用的是拉伸强度数据（拉伸强度更专业的说法是抗拉强度）。

屈服强度是强调抵抗塑性变形的能力，抗拉强度是强调抵抗断裂的能力。当然变形必然发生在断裂之前，所以同一材料的屈服强度比其抗拉强度要小，这也是为什么厂家更加趋向使用抗拉强度作为宣传数据。

▲不同品质的超高强度钢有较大差距，遗憾的是官方没有给出产地和具体型号。

现在一般的汽车的钢屈服强度是500~1200MPa之间。而沃尔沃在多辆车型的A、B柱上采用高强度硼钢，屈服强度最高可达1800MPa，抗拉强度自然在这之上。宝马全系5系Li高强度钢到底是什么水平，我们不得而知。但就现有数据看，应该不及沃尔沃。

四、钢铝混合车身是怎么焊接的？

此前车聚君发表的《有铝就是铝制车身？先问车身骨架答不答应｜聚技》就提到，铝合金材料不是简单的堆砌，钢铝焊接的难度也不比铝铝焊接难度低。焊接质量咋样，也很重要。

可能是这部视频太过于针对介绍铝合金材料，并没有强调钢铝混合车身是怎么完成焊接的。

经调查，全新宝马5系Li在四门处采用了激光焊接工艺、轮罩支撑板采用了胶铆工艺，特别的，利用了高速自动螺丝钉紧固工艺，转速达7000/分钟，保证铝钢能够良好迅速接合。简单来说，就铝钢焊接，全新宝马5系Li 主要采用了激光焊+铆接+自攻螺接等工艺。

据官方报道，该车采用了多达18种焊接工艺，确实“用料”足。

但是对比CT6，缺少的是凯迪拉克独创的电阻电焊工艺。要知道在拼工艺的年代，出新也很重要。铝合金电阻点焊不需要对原有设备进行大范围改动，相比采用新式设备，十分有利于降低生产成本。

车聚小结：

单从白车身用料程度和轻量化设计水平来说，全新宝马5系Li确实做到了这个级别应该做到的事，但也仅限于完成作业的水平。

相比上一代，它在努力变得更好。但相比CT6，它的白车身设计并不突出。相比捷豹XFL，它的用铝显得太小气。相比沃尔沃S90，它的钢材强度没有那么高。那么问题来了：一向激进的宝马，开始玩均衡牌了吗？用铝比例不超过30％的它，一上市就像奔驰E级一样加价2万算厚道么？

不知道。看下半年我们《月读车市》的豪华车点评篇吧。

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