汽车NVH综合技术：车身刚度及试验示意

汽车在使用过程中要承受扭转、弯曲等多种载荷的作用。如果车身刚度不足，在日常的使用过程中，可能造成车厢密封不严以至漏风、渗雨以及内饰脱落等现象发生。在发生碰撞时也可能会引起车身的门框、窗框、发动机舱盖和行李箱开口等处的变形过大，从而导致车门卡死、玻璃破碎等不符合汽车安全法规的现象发生。如果车身刚度设计不合理，车身会很容易被激励起来。某些部位在低频范围内产生局部共振，进而引起车室内的空气共鸣。

车身的整体刚度包括弯曲刚度和扭转刚度，局部刚度是指车身的关键接头位置刚度和前纵梁横向刚度。在产品开发阶段，对每一项都要设定目标，新产品以达成目标为目的开展设计和优化，同时还要兼顾重量、制造工艺性、安全性和耐久强度等性能。

1.弯曲刚度

弯曲刚度目标值来自于经验值和标杆车的对比，和车身的长度、重量等参数相关。弯曲刚度测试一般是在白车身上进行的，无论是标杆车研究，还是样车的试验验证，都离不开测试。测试应该在专用的试验台架上进行，对车身的加载和约束都要按照既定的试验规范。图21-1为白车身弯曲刚度试验示意。

首先要对车身加以约束，一般选取减振器中心支座处，为此，需要制作专门的工装夹具。测量点一般选取在车身纵梁上，按照一定的间隔取点，有时还要选取门槛梁上的点作为参考。另外，还要测试车门、车窗等处在试验过程中的变形量，如图21-2所示。加载要保证均匀，一般是在前排座椅处放置一定重量的沙袋，然后在沙袋上施加向下的压力。

测试得到的数据经过处理后，得到车身的弯曲刚度和车门、车窗等处的变形。图21-3为弯曲刚度计算示意。计算公式为

式中，EI为车身的弯曲刚度（MN·m²）；W为载荷（N）；a、b分别为前车轴中心、后车轴中心至加载点的距离（m），二者的和为车距；δ为加载点的位移（m）。

式（21-1）的弯曲刚度计算方法考虑到了轴距的影响，这样有利于对各种车身的刚度进行对比。

图21-1 白车身弯曲刚度测试

图21-2 车窗变形测试

图21-3 弯曲刚度计算

图21-4 PS41白车身弯曲刚度设定

新车型开发过程中，需要先期设定弯曲刚度的目标值。图21-4为一款车型的目标设定案例。在参考多个车型的白车身弯曲刚度测试结果的基础上，以轴距为参考点，选取新开发车型的弯曲刚度目标值为4.8MN·m²。

2.扭转刚度

扭转刚度和弯曲刚度一样，都是从整体上衡量车身刚度的指标。与弯曲刚度测试不同的是约束方式和加载方式。一般要约束住后减振器中心，在前振器中心上施加两个方向相反的载荷。数据后处理示意如图21-5所示，扭转刚度计算为(www.xing528.com)

式中，GL为扭转刚度（MN·m²/rad）；F为力（N）；t_r为加力点间的距离（m）；L为轮距（m）；θ为转角（rad）。

新车型开发过程中，需要先期设定扭转刚度目标值。图21-6为一款车型的目标设定案例。在参考多个车型的白车身弯曲刚度测试结果的基础上，以轴距为参考点，选取新开发车型的扭转刚度目标值为2.9MN·m²/rad。

图21-5 扭转刚度计算

图21-6 PS41白车身扭转刚度设定

3.接头刚度

车身是由地板、顶盖、前围板和侧围等部分组成的。各部分连接之处称为接头，对车身刚度影响很大，在车身设计时，需要重点考虑，如图21-7所示。

图21-7 车身主要接头位置

测试接头刚度时，按照规范要求截取部分结构，在边界处固定住，然后施加载荷，如图21-8所示。测试点为施加载荷点，测试结果如图21-9所示。

图21-8 接头刚度测试

图21-9 测试结果

测试工况分三个，X、Y、Z三个方向分别加载，并测试相应方向的位移，最终得到三个方向上的刚度值。为了保证测试精度，测试位置一般选取三个以上，取多个结果的平均值。

4.横向刚度

车身的横向刚度对车身的操纵稳定性影响很大，在遇到斜坡路或者车辆在弯道上行驶时，如果车身横向刚度不足，会使车身在某些极限工况下车轮脱离地面，或者产生侧滑。而车身横向刚度最薄弱的部位通常位于前纵梁处，因此，车身设计时需要重点考虑，一般是用前减振器中心间的刚度来衡量。测试时和弯曲刚度一样，只不过加载方向为横向，加载位置为前纵梁的最前端。