汽车车身扭转刚度及其对NVH要求的影响

当施加在汽车两边的载荷不同时，车身受到扭转，产生扭转变形。比如行驶在凸凹不平的道路上，路面的激励通过两边的轮胎传递到悬架，再传递到车身，此时车身承受扭转振动。只有当车身的扭转刚度足够时，才能抵抗这个扭转振动而满足NVH要求。

与弯曲刚度分析类似，分析车身扭转刚度时，也可以将它看成是一根梁。首先分析梁的扭转刚度，再分析车身的扭转刚度。

1.梁的扭转刚度

图2-10表示一根受扭的梁和从中截取的一小段dx。在垂直于x轴线的截面上，半径为ρ的圆圈周边上的变形s为

图2-10 一根受扭的梁和截取段dx

式中，dθ为在横截面上的角变形；γ_ρ为dx轴向的角变形。

在圆周ρ处的剪切应力和应变的关系为

在这个截面上，扭转力矩就是内力对圆心的力矩，表达为

式中，ρ是微小单元与y-z平面中心O点

之间的距离。将式（2-15）和式（2-16）代入式（2-17）中，得到

式中，J为横截面对圆心的极惯性矩，表达为

在横截面上的角变形表示两个截面绕轴线的相对转角，即扭转角，式（2-18）变为

在长度为l的梁上，承受恒定的扭转力矩T，整根梁的扭转角为

从式（2-21）中可知，当GJ越大时，扭转角越小。GJ表示了抵抗扭转变形的能力，因此将GJ称为梁的抗扭刚度。GJ并不是梁的扭转刚度。梁的扭转刚度为

扭转刚度的单位是Nm/rad。

2.车身扭转刚度的测量与分析(www.xing528.com)

车身和整车的扭转刚度可以在静态变形测试平台上测量得到，也可以通过CAE计算得到。其支撑边界条件和施加扭转力矩与梁类似，如图2-11所示。

图2-11 车身扭转刚度测试示意图

车身的安装方式与测试弯曲刚度一样，但约束的边界不一样。后悬架与车身连接点约束，在前减振器与车身连接点施加扭转力矩。扭转力矩的大小一般为3000N·mm。

位移传感器的安装位置和方式与测量弯曲刚度一样，即将位移传感器安装在车身两侧的前纵梁、后纵梁、门槛梁和隧道梁下方的某个位置。通过测试，得到车身纵向两侧若干点的位移，而约束点和施加扭转力矩点的位移可以通过插值方法得到。车身横向截面并非完全对称结构，因此，同一横截面的左、右两侧位移有些差异。比较左右两侧的位移差值，就可以得到扭转角度，为

式中，δ_A和δ_B分别是前轴左、右两侧位移；δ_C和δ_D分别是后悬架左、右两边的位移；l₁是A点和B点之间的距离；l₂是C点和D点之间的距离。

图2-12为某个车身受扭转时的扭转角测量曲线。横坐标是车身的纵向位置，纵坐标是各个位置对应的扭转角。

图2-12 车身受扭转作用时的扭转角曲线

扭转力矩除以扭转角便得到了车身的扭转刚度，其为

式中，T为施加的扭转力矩。

3.各种车型的车身扭转刚度

不同车身的扭转刚度是不同的。图2-13给出了一组带风窗玻璃的经济型轿车的白车身扭转刚度值，主要区间为700～900kN·m/rad。图2-14给出了一组带风窗玻璃的中高级轿车的白车身扭转刚度值，主要区间为900～1300kN·m/rad。图2-15给出了一组带风窗玻璃的SUV的白车身扭转刚度值，主要区间为1000～1300kN·m/rad。一般来说，汽车越大越高档，车身扭转刚度越大，SUV的扭转刚度大于轿车。

图2-13 一组经济型轿车的白车身扭转刚度值

图2-14 一组中高级轿车的白车身扭转刚度值

图2-15 一组SUV的白车身扭转刚度值

一般来说，经济轿车白车身扭转刚度控制在800kN·m/rad左右，中高级轿车白车身扭转刚度控制在1000kN·m/rad左右，SUV白车身扭转刚度控制在1100kN·m/rad左右，这样才能使这些车的车身具备良好的NVH性能。当然，扭转刚度越大，NVH性能越好。有的车的扭转刚度非常高，达到1600kN·m/rad。