汽車的安全主要由兩個(gè)方面組成：主動安全和被動安全。主動安全可以概括為“車輛躲避碰撞發(fā)生的能力”，這與車輛本身的操控性、行駛穩(wěn)定性等相關(guān)；而車輛的被動安全性則主要取決于車身結(jié)構(gòu)以及車內(nèi)束縛裝置(如安全帶、氣囊)的效能，而其中車身結(jié)構(gòu)在其中又占了主導(dǎo)地位。
汽車的車身主要框架結(jié)構(gòu)在很多時(shí)候被稱作車架，加上了諸如發(fā)動機(jī)蓋、行李廂蓋等等覆蓋部件之后，就組成了我們通常意義的車身。很多時(shí)候，由于車身的這些覆蓋件并不承受支撐力，對車身整體的剛性貢獻(xiàn)不大，因此，在很多時(shí)候，車身和車架都是同一個(gè)意思，也就是指決定整車剛性的主要框架結(jié)構(gòu)。
車架的種類
總的來說，汽車的車身可以分為非承載式車身與承載式車身兩類。
非承載式車身主要是指具有梯形車架(LadderChassis)的車身，梯形車架也叫陣式車架，是最早出現(xiàn)的車架形式。顧名思義，梯形車架的樣子就好像一條平躺著的梯子由兩條縱向的主梁，結(jié)合許多大小粗細(xì)不同的副橫梁所構(gòu)成，有些情況還會加上斜梁作鞏固。非承載式車身最大的特點(diǎn)便是結(jié)實(shí)耐用，具有很高的剛性，因此對抗正面碰撞的能力也很強(qiáng)。而且由于車架和車殼作非固定連接，因此，在大幅上下落差的崎嶇路面環(huán)境下，車輛的扭曲都由堅(jiān)固的梯形車架吸收，阻止了車殼的扭動，對于越野車來說是非常必要的設(shè)計(jì)，而且直到上世紀(jì)60年代，它仍然被大部分汽車所采用。
不過，梯形車架也有缺點(diǎn)，這便是車身重，重心高。因此從50年代開始，轎車逐漸使用承載式車身來代替非承載式車身。40年代末50年代初出現(xiàn)的鋼制一體式車架(Monocoque)便是承載式車身。所謂的一體式車架，即車體結(jié)構(gòu)由折疊的槽化鋼梁和壓制的板金件焊接結(jié)合為一個(gè)整體剛性的車殼，板金件也共同承載車體結(jié)構(gòu)負(fù)荷。目前的轎車和城市SUV都是采用這種車身結(jié)構(gòu)，只有少數(shù)硬派越野車還在使用梯形車架。
輕量化與高強(qiáng)度鋼材的應(yīng)用
談到車體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，汽車工程師們最高指導(dǎo)原則便是輕量化與高剛性。雖然一體式車架較原來的梯形車架已經(jīng)在重量方面大大下降，但打從自從1970年代石油危機(jī)開始，幾十年來，汽車一直持續(xù)在進(jìn)行減重計(jì)劃，再加上汽車相關(guān)的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)格，汽車工程師一直在尋找方法將汽車減重，以求得更佳的省油性并減少廢氣排放。經(jīng)過過去這三十年減重的努力，一部典型轎車車重減少了大約250公斤，而耗油也減少了大約一半。
而在車架重量不斷降低的同時(shí)，其剛性卻在不斷的提高。這一方面得益于車架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)越來越合理，另一方面也是因?yàn)楦邚?qiáng)度鋼材的應(yīng)用。雖然同為鋼材，但強(qiáng)度卻有高低之分，同樣是鋼材，但若含碳的成分、合金的成分、或者制造、熱處理的方式不一樣，承載負(fù)荷的強(qiáng)度變會差異非常大。像是中強(qiáng)度彳氐合金鋼Medium-strengthlow-alloysteel(MSLA)，在熔化過程中加入了較多的磷和錳合金成分，常被用來作車體外殼；而高強(qiáng)度低合金鋼High-strengthlow-alloysteel(HSLA)則摻入了稀有金屬鈦和鈮，強(qiáng)度可以達(dá)到中強(qiáng)度低合金鋼的兩倍。另外，加工的方式不同，也會導(dǎo)致鋼材在成形過程中強(qiáng)度出現(xiàn)變化，像以高水壓壓制的鋼材，在強(qiáng)度上就要優(yōu)于高重量壓模機(jī)壓制的鋼材。
不過不管是什么鋼，其本質(zhì)或者說主要成分還都是鐵，強(qiáng)度可以差好幾倍，但密度卻是基本相同，所以，同樣的體積不管是什么鋼，重量幾乎完全一樣。前面提到采用高強(qiáng)度的鋼科，即便更細(xì)、更薄的結(jié)構(gòu)也能達(dá)成相同的強(qiáng)度，因此材料就可以用少一些，重量也可以減少一些，而車身剛性卻可以更高。
除了在材質(zhì)方面的進(jìn)步外，汽車工程學(xué)在結(jié)構(gòu)方面的進(jìn)步也是相當(dāng)驚人的。我們也常能夠聽到“某某車型新設(shè)計(jì)的車架較上一代車身剛度提高了xx％”報(bào)道，車身結(jié)構(gòu)方面的進(jìn)步較之材料剛度本身的進(jìn)步可以說是有過之而無不及，它們共同的發(fā)展使得汽車的安全性以驚人的速度在進(jìn)步。不過，車身結(jié)構(gòu)本身是一個(gè)比較復(fù)雜的話題，我們以后會詳細(xì)談到。
采用高強(qiáng)度的鋼料，即便更細(xì)、更薄的結(jié)構(gòu)也能達(dá)成相同的強(qiáng)度，所以材料就可以用的少一些，重量也可以減少一些，而車身剛性卻可以更高。
強(qiáng)度是否就是剛性？
結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛性字面上感覺起來似乎沒什么不同，但實(shí)際上它們根本是兩回事。“強(qiáng)度”的英文是“strength”，其概念是材料受到多大外力時(shí)會產(chǎn)生破壞，這是一個(gè)與材料本身材質(zhì)相關(guān)而與結(jié)構(gòu)無關(guān)的數(shù)據(jù)。在汽車結(jié)構(gòu)上只有大約20％的結(jié)構(gòu)件以強(qiáng)度為最重要考量，主要是車體結(jié)構(gòu)上處理沖擊負(fù)荷的部分，像是沖擊梁、車體B柱補(bǔ)強(qiáng)等，通常我們希望在這些主要承受沖擊的零部件采用高強(qiáng)度鋼。
而剛性英文是“stiffness”，主要的概念是結(jié)構(gòu)受到外力時(shí)產(chǎn)生變形量的大小，這是一個(gè)既與材料本身材質(zhì)相關(guān)又與結(jié)構(gòu)相關(guān)的數(shù)據(jù)。簡單地說，受到同樣外力變形量大，表示結(jié)構(gòu)剛性差，變形量小，則表示結(jié)構(gòu)剛性好。在衡量車架的剛性時(shí)，我們通常使用“扭轉(zhuǎn)剛度”來標(biāo)示車架的剛性，其定義為使車架扭曲一度所需要的力矩的大小，單位為Nm／degree或者kgm/degree。
