车身刚度：你了解这个汽车性能指标吗-有驾

在不少厂家的新车发布宣传中，会提到类似于“车身刚度比上一代提高百分之多少”或者“车身刚度达到多少，远超行业平均水平”等等。那什么是车身刚度？它为什么重要，可以作为一个指标被拿出来说。

网上有很多实车测试车身刚度的视频，可以先直观了解下。最简单的方法是把汽车斜停在一个坡面上使其三轮着地，观察侧面腰线是否依然再一条线上；车门和后备箱是否可以顺利打开与关闭，以及两侧的间隙是否变化。

下面，我们从车身设计的角度，对其概念以及所产生的影响做个简单介绍。

01 刚度的定义和类型

定义：刚度是机械零件和构件在外力作用下，抵抗弹性变形或者位移的能力。在弹性范围内，刚度是零件载荷与位移成正比的比例系数，即引起单位位移所需的力。它的倒数称为柔度，即单位力引起的位移。

计算公式： k=P/δ

P是作用于机构的恒力，δ是由于力而产生的形变。刚度的国际单位是牛顿每米（N/m）。

刚度根据载荷形式可分为静刚度和动刚度。当所作用的载荷是恒定载荷时，称为静刚度；为交变载荷时，则称为动刚度。

对刚度的理解，可以参考下面弹簧受力变形的示意图片：

02 车身刚度的定义和类型

车身刚度就是车身在受到外力作用下自身抵抗变形的能力。

汽车的使用及受力是比较复杂的，下面是一些在车身结构初始设计时有用的载荷工况：

驻车（平坦路面驻车、单轮抬起驻车）
极限操纵（横向极限、纵向极限）
不平路面（不平表面、障碍）
传动、座椅、安全带产生的内部载荷
集中或均布在底盘部件上的外部载荷

根据受力情况，车身刚度分为车身静刚度（包括车身弯曲刚度、扭转刚度和局部刚度等）和车身动刚度（包括模态特征、传递特性等）； 网上厂家宣传与测试的指标一般就是静刚度中的扭转刚度。

从车身结构上，车身刚度还可以分为整体刚度和局部刚度。整体刚度主要取决于汽车部件的布置和车身结构设计；局部刚度主要是指安装部位和连接部位的刚度，决定于局部车身结构的断面形状和加强构件的采用等；此外还有大面积板壳件的刚度（例如车门外板、侧围外板、顶盖等）。

03 车身刚度对整车性能的影响

首先是优化车辆的NVH性能。车身是由许多薄壁结构元件组成的多自由度弹性系统，在外界激励作用下降产生变形，引起系统的振动。当外界激振频率与系统固有频率接近（车身动刚度，模态，用HZ表示），或成倍数关系时，将发生共振。共振不仅使乘员感到很不舒适，而且带来噪声和部件的疲劳损坏。更高的动刚度，可以令车身的共振点提高，让震动的幅度和频率衰减，让车辆具有更佳的乘坐质感。所以通常高级豪华车都有较高的车身刚度。

高刚度车身有利于悬架的支持，提高汽车的操纵稳定性。在车辆高速转弯时，离心力会让车辆重心偏移，使更大的力作用于外侧的车轮、悬架和与之相连的车身。悬架与地面的倾角会随着车身的扭曲而发生变化，车身刚度越大，变形会越小，从而保证车辆符合最佳的操纵设计状态。改装车增加稳定杠件就是很好的应用案例。

对车身结构耐久性的影响，可以有效改善疲劳。车身的自然失效形式以疲劳失效为主，当车身的刚度不足时，车身在外力作用下就容易发生较大的扭转、弯曲变形，经过反复加载后，车身的薄弱环节环节就容易出现疲劳破坏。例如，随汽车使用年限增加，车身地板或纵梁等部位出现变形或裂纹。

再例如，车身在载荷作用下会变形，变形会影响移动部件（车门、发动机罩、行李厢盖等）的空间，但移动部件因为不受力而倾向于保持不变形，这就会在车身骨架和移动部件之间产生一个相对位移，从而产生一些问题：门盖上的密封件的蠕动会产生“吱吱”声、密封性能衰减或失效、门锁功能失效、车门下垂缝隙变大等。

04 车身刚度的测量方法

下文将仅介绍一种测试方法。将轮毂（承载式车身的悬架固定部位）刚性地连接在非常硬的两根横梁上、其两端连接到试验台立柱上。利用立杆进行连接。车身和两根横梁构成被测件，受至少三根立杆的约束，仍有三个刚性自由度（沿x和y方向的运动、绕z轴的旋转）。这些自由度通过不同方式约束，例如通过约束一个轮毂在x和y方向的位移（除了被立杆约束的z方向）和另一个轮毂在x或y方向的位移。