图1 在一个车架中使用多种不同的材料，需要合理的连接技术方案

在创新理念的竞赛中，工程设计公司M Plan公司研发设计了一种全新的中档轿车车架的轻结构方案。在完成了配套件的分析研究之后，可将整车质量减少95kg。

在降低油耗、减少有害气体排放的征途中，除了需要新的驱动技术方案之外还需要理智的轻结构设计方案。这也正是德国一家汽车生产厂创新理念竞赛中的动力：竞赛的所有参加者都要在一款中档轿车的基础上，设计出最经济的、适用大批量生产的轻结构设计方案。

竞赛要求

1．在经济性方面，除少数例外，每千克材料的价格不得超过5欧元。

2．新方案中要继承、延续现有的大批量生产时的管材方案。

3．保持各个生产阶段中的生产流程次序不变。

这也就是说：新的设计方案应能够在现有的管材结构车架生产过程中直接使用。

方案制定

M Plan公司技术中心（CoC）的领导人Christoph Lucas-Melcher先生说道：“这是一项有意思的任务。这一评判标准从一开始就是非常清楚的，重点聚焦于多种材料设计。也就是说，要在一个车架中使用多种不同的材料，以及一个需要合理连接技术的方案。”

M Plan公司技术团队进行了大范围的调查研究，为全新的轻结构车架方案的设计做了大量的工作：首先是对竞赛的要求进行一系列的周密思考，从而确定了使用铝合金材料，并确定了高强度钢材的最高使用比例。另外，除了涉及到金属材料的轻结构设计之外，他们还对加工过程的轻结构设计给予了很高的关注。

通过对实际情况分析，项目团队得到了大批量生产车辆各组成部分的典型数据。车架的主要材料为：65%的微合金钢，16%的软钢（外蒙皮），13%的高强度钢，5%的耐热钢、超高强度钢，以及1%的铝合金。

关键问题的解决

接下来，M Plan公司提出了最关键的问题：如何挖掘新的轻结构设计潜力？通过分析，M Plan公司得出的结果是：项目团队可以把传统轻结构设计材料的利用率从1%提高到28%。之所以得出这样的结论，是因为除铝合金板材、铝合金选材和铝合金铸件之外，方案中还可以使用玻璃纤维增强的塑料材料。

至少，从经济性的角度出发在大批量生产过程中使用长纤维增强的塑料材料也是可行的。

虽然这一结论还没有经过设计计算，但分析研究得出了重要的信息，即向什么方向努力才能攻克难关。这也适用于最关键的核心问题：如何把不同的材料连接到一起。这一问题的解决方案涉及到各种连接技术的综合应用，如冲压铆接、FDS螺栓联接、高速自攻铆接技术（Rivtac–铆接技术）和合理的粘接技术等。

在粘接技术中，快干固化是最大的问题。尤其是从后接KTL涂层工艺技术的整个生产过程的角度来看，快干固化是必须攻克的一个难题。在解决这一难题时项目团队试验了不同的、满足要求的解决方案。

最终研究成果提供了大量新的、重要的信息：

1．车辆的前端构件（如减振器支柱）在保证材料费用规定的前提下可以减少材料重量50%。

2．轿车驾驶室（如侧壁和主底板）将可以减轻重量30%，同样也保证不超出材料费用的规定。

3．行李箱采用长纤维增强的热塑性塑料（LFT）。这样可以减轻38%的重量，但每千克材料的费用略高于规定的数额。

4．车顶结构设计可以减轻51%的重量，同时明显降低了车辆的重心。

5．提高了车辆的灵活性，使车辆有着更好的空气动力学性能。

结语

M Plan公司经过努力，最终将白车架的质量减轻了52 kg，若加上车架的配套零部件，例如车门、发动机舱盖和行李箱盖等都采用了轻结构设计的话，整个车架的质量可以减轻95 kg。这对于一般只有410 kg重的中档轿车车架而言，减重效果是非常可观的。

M Plan公司的轻结构设计

对研发设计服务商M Plan公司来讲，对轻结构设计的研究分析是非常及时的，特别是结合电动汽车的研发设计。“轻结构设计技术在电动汽车的进一步研发设计中、在补偿蓄电池的重量、减少CO2排放等方面都有着非常重要的意义。”M Plan公司的领导人Bernd Gilgen先生说道：“在轻结构设计中，我们不仅仅把注意力集中在铝合金和长纤维增强塑料材料（LFT）方面，而且也考虑了碳纤维增强塑料（CFK）的应用范围，并展开了相应的研发工作。”作为实例，他列举了碳纤维增强塑料CFK制做的行李箱盖和CFK车门设计方案。这些都是非常具有创新性的汽车模块部件。这些创新性产品研发的重点是功能、重量和生产费用。在轻结构设计中一个重要的、不可回避的问题就是其安全性。Gilgen先生说：“我们正在与汽车生产厂家、零部件供应商们一起努力，一定会给客户一个满意的答复。”