城市化与净零排放目标是推动交通模式向密集城市环境中的按需出行转变的关键因素。在此背景下，移动出行行业预计共享出行将迎来显著增长，并重点依赖自动驾驶技术和电动化来实现这一目标。

世界汽车用钢联盟的“SEM高强钢智能电动汽车”项目展示了自动驾驶共享出行的创新理念，通过独特的座椅布局和便捷的上下车设计，最大化载客量与舒适性，同时为实现净零排放提供了清晰途径。

此外，上述理念也满足了出行服务提供商的需求——小型车辆占地面积小，易于操控和路边停靠，可以最大限度地降低车辆生产和部署的总成本，从而有助于实现可盈利的商业模式。

最后，SEM项目的车辆设计前提是在混合交通模式下行驶，最高速度可达每小时130公里。因此，在车辆设计阶段需满足全球高速碰撞测试安全标准，这一点至关重要。我们的工程策略聚焦在广泛应用现代先进高强钢，通过定制化调校先进高强钢的性能，使其满足各类功能性需求，包括对乘客和电池的双重防护。

通过在生产阶段添加少量合金元素以及对钢材进行热机械加工，改变先进高强钢的机械性能，从而获得差异显著的强度和延展性。每种牌号的先进高强钢都可提供多种板厚，工程人员能够根据汽车零部件和车身结构的实际功能需求来调校材料性能。不同牌号的钢材按产品系列进行分组，并根据其微观晶粒结构和/或成型工艺进行命名。通常使用全局成形性示意图来展示先进高强钢产品系列的延伸率和抗拉强度性能。在SEM项目中，世界汽车用钢联盟的会员企业总共向工程设计团队提供了64种牌号的独特先进高强钢，如下图1所示。

在选择钢材牌号时需要考虑多种材料特性，包括零件制造和装配/连接等方面。例如，前部碰撞结构需要马达纵向导轨具有很高的能量吸收能力——那些具有极佳延展性的先进高强钢牌号（例如双相钢）非常适合这种应用。

同样，客舱需要具备抗压性和极高的强度——抗拉强度超过1500MPa的热成形钢和马氏体钢等，这些先进高强钢牌号非常适合用于客舱的碰撞保护结构。

图2所示为先进高强钢牌号在SEM1车型白车身结构设计上的分布和使用情况，SEM1车型是一款专门针对城市交通的四座概念车。该车型近66%的车身结构采用抗拉强度从1000MPa至2000MPa的钢材，其中以热成形钢和马氏体钢牌号为主。双相钢和复相钢牌号可提供500MPa至1000MPa的抗拉强度。最新的第三代钢材在提供高强度（抗拉强度高达1500MPa）的同时，还带来更好的冷冲压成形性能，是无热冲压硬化条件下的理想选择。低合金高强钢和烘烤硬化钢则特别适用于车身结构中对高强度无特殊要求的部件，以及对表面质量和光洁度要求极高的外部车身面板。

共有64种先进高强钢牌号参与开发SEM1白车身结构，最终设计方案选择了其中的23种。图3是先进高强钢牌号的帕累托分布图。图4是白车身板厚分布图。

车身面板厚度的选择依据分别是强度（碰撞关键区域）、整体车身刚度（例如地板和后部等刚度关键区域）以及车身结构的轻量化需求（即大型车身面板）。白车身结构的平均板厚为1.1毫米，这有助于实现整体的重量效率设计。先进高强钢牌号和板厚的组合，让工程人员能够设计出最优化的车身结构，从而满足强度、刚度、重量、制造和成本等方面的需求。随着简化制造工艺和降低成本的重要性越来越高，可以将利用率较低的先进高强钢牌号与机械强度略高的牌号相结合或统一板厚，以此实现钢材牌号的整合。

由于先进高强钢牌号的制造和供应范围广泛且存在全球差异，因此车身结构中应用的钢材牌号难免出现差异化，但同时又能实现相似的结构性能和重量。为验证这一点，我们对SEM1概念车的白车身结构开展了替代性先进高强钢牌号的研究，如图5所示。研究表明，可以用适量的第三代先进高强钢替代双相钢、复相钢和马氏体钢，并且不会影响车身的结构性能。

SEM项目的车身结构采用最新的先进高强钢牌号，实现独特的创新设计。侧门环外侧（图6）是一块由四部分组成的激光拼焊坯件，采用1000-1900MPa的热成形钢；材料性能经过调整，可以满足前部、侧面和后部碰撞所需的结构性能要求。A柱（1.2毫米厚热成形钢1900）需要具备极高的强度，才能在正面和侧面碰撞的情况下为车内乘客提供保护。按照侧面碰撞保护策略，侧面外部结构的坍塌和变形要可控——车顶纵梁上下门槛外围面板采用强度较低的1.5毫米热成形钢1000，提供了一个“软化区”。后部C柱提供后部和侧面碰撞保护，但其强度需求低于A柱；因此，我们选择了0.8毫米厚的热成形钢1500，在保证适当强度的同时，实现良好的重量效率。由于采用了激光拼焊坯件，因此可以确保优秀的材料利用率（废品率低）。此外，由于该部件只在侧门打开时暴露，因此其表面质量被认定为“B”级。由于该车型不需要像传统车型那样，要求车身侧围外板采用“A”级表面质量的面板，因此可以进一步节省成本和减轻重量。

图6：SEM概念车白车身门环外部图。由四部分组成的单体热冲压激光拼焊坯件

据预测，SEM1型概念车在侧面碰撞性能方面将获得美国公路安全保险协会（IIHS）的“良好”评级（最高评级）。作为侧面碰撞结构的一个关键部件，车顶纵梁的六角形吸能器由两个轧制成型的780兆帕双相钢部件组成，这两个部件焊接在一起后，形成一个垂直于侧面碰撞障碍物的运动方向的六角形截面。

该部件被放置在主门槛内侧，由一个支撑架支撑并点焊固定到位。六边形截面角型材采用双相先进高强钢，具有高延展率和0.7毫米的板厚，形成轻量的、高性价比的结构，可以将侧碰能量转化为结构压溃吸能，不仅降低了结构变形，还提高了碰撞安全性。

SEM1型概念车白车身的后柱（D柱）由液压成型的先进高强钢TRIP690钢管制成，这些钢管构成后部扭力环结构的主要部分，为车身的全局静态刚度和动态刚度提供了重要的承载路径。液压成形技术可以实现均匀的强度分布，同时最大限度地减少材料浪费，降低成本并减少生产过程中的排放。这种一体式管件有效地将多达四个（冷冲压）零件整合到一个零件中，使车身结构中的零件总数减少了八个。相邻部件采用单侧电阻点焊方式作为主要的焊接方法。

图8：SEM1型概念车白车身的液压成型管状D柱

对于批量生产冲压成型的车身结构，SEM项目的概念设计采用了相对传统的方法。电阻点焊是主要的焊接方法，其中大部分是两片板材的焊接。在需要焊接三层或四层板材/法兰的部位，需要仔细考虑并优化钢材牌号的堆叠顺序和点焊参数（例如焊接电极尺寸、夹紧力以及电流大小和外形轮廓），以确保获得牢固的焊接强度。车身地板采用连续周向激光焊接。这是实现电池（模块到车身，即“MTB”）与客舱之间的永久性气体密封所必需的。在需要额外强度和刚度的连接位置，会涂抹少量结构胶。

世界汽车用钢联盟提出的未来自动驾驶汽车车身结构的SEM概念设计，展示了目前可用的先进高强钢牌号的广大规模和种类。通过结合不同的钢材牌号、板厚和制造工艺（例如激光拼焊板、液压成形、辊压成形和辊压冲压），最终实现了高成本效益的轻量化车身设计，该设计具有非常出色的安全性和碰撞性能，并最大限度地减少了生命周期排放，符合净零排放目标。

SEM项目采用相对传统的车身结构焊接和制造方法，这些技术方法非常适合大规模、全球化汽车生产。考虑到不同地区的先进高强钢供应情况存在差异，SEM项目还展示了一种替代性的车身结构材料使用方案，预计其成本和性能与现有方案相似。尽管SEM项目的自动驾驶汽车设计理念极具未来感，但本文所述的钢材牌号目前均可从世界汽车用钢联盟的会员公司购得。

最新的先进高强钢牌号有望满足汽车行业的未来需求——钢铁将继续为车身结构提供经济高效且可持续的解决方案。在SEM项目中，66%的钢材牌号强度达到1000MPa至2000MPa，这表明先进高强钢的应用可以为碰撞载荷管理和防护结构提供高重量效率的解决方案。这种多部件一体化组装制造方法为原始设备制造商提供了管理产量和车辆衍生品所需的制造灵活性。随着原始设备制造商寻求提高零件成形性并兼具超高强度的解决方案，热成形钢和冷冲压三代钢等先进高强钢产品将会得到发展。

世界汽车用钢联盟通过其在线先进高强钢应用指南，提供关于先进高强钢应用的全面指导和信息。相关信息可以访问以下网址：https:// ahssinsights.org/。