车身结构。但是应用还处于起步阶段，没有开发方法、设计规范和制造工艺方面的文献介绍，仍有很多工作迫切需要开展。国内尚无人开展这方面的工作，在钢铝一体化框架车身的轻量化方向研究方面没能有自主的创新技术，积极开展该项工作对于提升国内汽车自主研发水平有着极其重要的意义。
2.1 钢铝一体化车身框架结构的概况
现代车身轻量化过程中，普遍采用新型材料应用与优化车身结构相结合的技术方案，应用更先进的车身骨架结构以及轻质材料，使得强度合理分配到车身上，可以实现在既定成本内，提高整个车身强度刚度的同时，减轻车身的重量。这种思想正逐步为国内各开发人员所接受，如2006年北京车展上，一汽自主研发的奔腾汽车，在车身结构设计上采取了4H车身结构，如图3所示。这种结构虽然为全钢材料，但在不同部位采用不同强度级别的材料，主要的骨架部分也就是构成4H结构形状的部分采用高强度钢板，在发动机底架、车身的门窗等部分采用更高强度的钢板，而在正面、后面、侧面等碰撞接触部位如前后保险杠等部位则采用最高级别强度钢板，其余部位采用的主要是普通钢板。
图3 奔腾汽车框架图
基于类似的思想，钢铝一体化车身框架结构是在传统的车身骨架钢质结构中，有些构件或组件用铝合金材料代替，且可以通过优化设计和性能模拟方法确定钢铝的不同比例和以铝代钢的部位，实现车身框架结构的轻量化和高强度。钢铝一体化结构的设计及其参数优化对于整车的轻量化起着举足轻重的作用，同时也对车身和整车的其他性能有重要的影响。如何确定框架结构中哪些部分用钢、哪些结构用铝以及它们本身的断面和板厚等参数是开发中的关键。目标是降低重量的前提下，提高车身的承载能力。在钢铝一体化车身框架结构的开发过程中，存在着许多问题急待研究解决，比如铝的成形工艺技术，钢与铝的连接方法，电化学腐蚀问题，基于安全的车身技术及钢铝一体化车身框架结构的开发方法等。
2.2 新的成形工艺技术
现代车身特别是轿车车身的骨架及覆盖件大都采用冷冲压成形工艺加工制造。冷冲压工艺具有生产效率高、产品互换性好及批量生产成本低等诸多优点。但成形过程会导致冲压件的厚度及力学性能发生变化，同时还会引起不同程度的残余应力。这些都会直接影响到车身结构的强度、刚度、耐久性等可靠性指标。由于这些改变设计者无法预测也无法控制。因此，在以往的计算机辅助工程(Computeraided engineering。CAE)分析中也无法予以考虑，使仿真分析的精度与可靠性都收到一定程度的影响，特别是对车身结构的疲劳强度的影响可能更大。这些方面已经有一些研究。1998年菲亚特公司的VALENT等提出了一个改善车身结构分析精度的方法，他们用一个T形铝合金冲压件研究了成形过程对其静强度特性的影响，研究表明，对T形冲压件而言，不考虑成形引起的厚度减薄将使其弯曲刚度比实测值高10%左右；HUB等的课题组针对成形过程对车身结构件碰撞特性的影响问题进行了一系列研究，并用前纵梁、S形梁等典型件进行了试验对比，发现如果在碰撞模拟中不考虑成形过程的影响可能会引起高达20%的计算误差。兰风崇等对汽车覆盖件的毛坯形状设计及冲压成形的回弹控制问题进行了仿真研究，得到了更精确估计拉伸件毛坯尺寸的算法及一套包括前处理和后处理的设计系统，建立了有限元网格节点列经过处理构造NURBS标准曲面的方法，板料成形FE中网格大量节点数据重构参数曲面提供了回弹控制、光滑复杂模具型面重构方法。
铝材料已广泛应用在发动机、车门、内外发动机罩、挡泥板、轮圈、仪表板装饰及其他零部件上，但在车身制造上还是少见，主要是受到加工技术和成本的约束。如何从根本上解决铝合金板成形性能差的问题，从而获得稳定可靠的成形工艺，逐渐成为各汽车制造商和众多学者的研究热点。
铝合金板本身力学和力学性能是决定其可成形性能的根本问题。从前人的大量研究结果中可以看出，提高铝合金板的成形温度，以增强铝合金板的塑性，改善成形性能，已成为各大汽车制造商和学者们的共识。另外的一些研究也表明，除了成形温度外，成形速度(应变速率)也会对铝合金板的可拉深性能产生影响。但是，铝合金板的成形性能除了受到外在因素(如成形温度和变形速率等)的影响外，根本上还是取决于铝合金板本身的性能。因此，众多学者对不同铝合金板的化学成分、晶粒大小、热处理方式等对成形性能的影响进行了大量的研究，并得出了许多有益的成果。但是，铝合金板作为一种用于汽车覆盖件成形的新型材料，其成形工艺所涉及的许多关键技术还有待于进一步研究解决。
2.3 钢与铝的连接技术
车辆的主要承载构件多是由空间薄壁梁结构组成。其拓扑结构已很少改变。因此，钢铝一体化车身框架结构也不例外地由薄壁梁结构组成。相对而言，轻金属铝、镁和复合材料对连接技术的要求较高，而多种材料组合的要求就更高。在复合材料车体中，多种材料的连接很难由传统的点焊来完成，为了车身的多方面要求，需采用多种现代连接方法。因此，开发新的连接技术是扩大铝合金应用的前提，研究钢与铝等不同材质零件之间的连接技术是钢铝一体化车身框架结构设计中的关键技术。
车身的连接技术一般为焊接、粘接、机械连接(包括铆接)。在钢铝一体化车身框架结构中，钢与铝的连接机理研究将围绕这三种连接形式展开。
焊接的种类比较多，目前常用的主要有电阻点焊、电弧焊、激光焊、搅拌摩擦焊和等离子电弧焊等。对于铝及铝合金的连接，这些焊接方法都各有其优缺点，没有哪种焊接方法是完美无缺的，尤其是钢与铝之间的连接，正成为研究的热点。传统的汽车车身冲压件的材料大都是具有良好焊接性能的低碳钢，焊接是应用最广泛的连接方式，其中电阻点焊又占据了焊接工作量的70%以上，有的车身几乎全部采用电阻点焊。因此，在研究钢与铝的连接技术时，首先从电阻点焊的连接性能开始研究。点焊接头的种类有很多种，但是在设计汽车车身电阻点焊工艺时，根据需要常采用三种接头形式，即搭接、折边、搭折，如图4所示。在建立精确的CAE仿真分析模型时将分别对这几种接头形式进行建模分析与试验研究。
图4 点焊接头形式示意图
粘接连接的优点已经为多数汽车生产企业生产的许多产品所证明，如美洲豹XJ220、福特AIV、罗孚ECV3、Lotus Elise及本田NSX等。由于粘接采用面接触而非点接触，与点焊及铆接相比，有改善连接刚度与强度，减少应力集中，提高密封性，减少受潮及脏物等进入，通过接合处的合理设计能很好地吸收能量，对起到减少振动与降低噪声的效果等优点。
但是，异种金属粘接的强度、刚度、疲劳度和可靠性等都是通过试验验证，数值规律研究及粘接连接CAE分析模型，未见报道。研究探索钢与铝的连接时，粘接也是重点研究的形式，粘接连接的5种基本承载情况如图5所示，在考虑粘接连接时，将围绕这5种加载情况进行CAE分析及试验研究。
图5 粘接连接的5种基本承载情况
机械连接也是车身连接技术中常用的方法，对于铝合金车身连接装配时常采用技术被称为自冲铆，是一种冷压成形铆接方法，图6为自冲铆基本过程示意图降1。与电阻点焊相比，具有成本低、强度高、质量可靠等优点。因而能够用于轻质车身特别是铝合金车身的制造，如奥迪A8、美洲豹XJ8等，是铝合金车身连接装配的主要方法。但是这种自冲铆连接的效率、质量控制、强度刚度及可靠性分析等都还没有理论支持。
图6 自冲铆基本过程示意图
此外，还有一些扩散连接技术也常被用于异种金属之间的连接[431。由于钢与铝的连接技术尚属起步阶段，还没有形成成熟理论与技术工艺，因此钢铝连接机理与技术的研究对开发钢铝一体化框架结构车身具有重大意义。
2.4 电化学腐蚀问题
由于钢和铝具有不同的电化学效能，钢、铝间的电极电位相差较大，且铝的电极电位更负，因此两者混合连接时可能发生严重的电化学腐蚀：电偶腐蚀、缝隙腐蚀、丝状腐蚀、膏状
腐蚀、晶间腐蚀及应力腐蚀。钢铝一体化车身结构如果采用铆接工艺，车身的电化学腐蚀比全钢焊接车身更为严重。相比而言，影响最大的腐蚀形式为电偶腐蚀、缝隙腐蚀以及冲击腐蚀。
针对钢铝一体化车身结构的腐蚀特点，在进行结构设计时，应在既定成本内，从以下几个方面综合考虑：选择耐腐蚀性好的钢板、选择合适的连接方式、对紧固件及标准件进行防腐处理、选择合适的涂装工艺。通过合理的防腐设计，保证钢铝一体化框架结构车身开发的顺利进行。
2.5 基于安全的轻量化车身技术
轻量化必须以保证车辆的安全性为最基本的前提，应该通过车身结构、材质、制造工艺的优化来取得。采用更先进的车身骨架结构以及轻质材料16J，使得强度合理分配到车身上，可以在提高整个车身强度刚度的同时，减轻车身的重量。
车身结构设计必须具备如下功能：车辆发生碰撞时，其碰撞能量必须能被车身结构的指定部位吸收，从而保证碰撞后车身座舱的生存空间。减少碰撞造成的乘员伤害，防止由于碰撞作用导致的乘员与室内部件的撞击，必须利用车身结构的变形来吸收碰撞能量，从而尽可能缓和吸收车辆及乘员的运动能量。车身轻量化不能盲目地减重，应在保证汽车整体质量和性能不受影响的前提下，最大限度地减轻各零部件的质量。通过对车辆碰撞时的减速度、车身伸缩变形长度和状态、碰撞力吸收能状况等重要指标的分析对比，评价轻量化方案的可行性。评价车身轻量化的技术标准还包括空气动力学性能、减振降噪舒适性、可制造性及零件的合理布局等方面的指标。
2.6 钢铝一体化车身框架结构开发方法的形成
钢铝一体化车身是在传统的车身骨架钢质结构中，有些构件或组件用铝合金材料代替，且可以通过优化设计和性能模拟方法确定钢铝的不同比例和以铝代钢的部位，实现车身框架结构的轻量化和高强度。但是具体在哪部分零件，哪些部位换成铝，换成铝后的车身强度、刚度及动态特性结果如何，将是钢铝一体化车身框架结构的开发方法形成的关键。不同的钢铝比例，不同的钢铝部位，不同的连接方法，不同的断面结构等都将影响车身的整体性能，因此采取先通过计算机精确的CAE分析，排列组合出各种不同情况进行分析，得出大量数据，从中选取在既定成本内减重最明显、性能最可靠的方案进行制作实物模型，然后建立对其进行试验分析的技术路线。建立精确的CAE分析模型的技术路线如图7所示。