车身作为整车的主要载体,其自身的NVH性能直接决定了整车NVH性能的好坏,如车身扭转刚度的高低会影响车辆行驶时的噪声、振动和平顺性以及驾驶响应性;车身的响应频率会对车辆的噪声、振动和平顺性以及高速稳定性产生影响;安装点动刚度会影响车身振动和噪声的传递率。
通用的车身主要NVH指标项目如表3-3所示,表中的指标各个主机厂根据自身的情况稍有不同。
表3-3 车身主要NVH指标项目
(续)
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车身NVH性能目标值主要是通过整车的NVH性能分解,同时结合标杆车型的Bench-mark结果以及理论分析综合设定。由于NVH性能目标过多,本书不一一作设定说明,仅以扭转刚度为例进行设定说明。
扭转刚度性能目标的设定主要取决于整车的操控性能和NVH性能要求。
(1)操控性能 为确保整车具有较好的操控性能,车身刚度要远远大于底盘悬架刚度。
(2)NVH性能 为确保驾乘人员有良好的车感,使车身相对变形最小化,避免异响。
从操控性能角度来说,汽车在转弯工况下,车身相对悬架转动产生扭转变形,内外车轮承载的重量发生变化,从而影响整车的驾驶特性。在前期悬架设计过程中,车身被假设为一个刚体,因此为了确保后期实际的悬架性能,车身扭转刚度必须要设计得足够大,要远远大于整车侧倾角刚度。
整车的侧倾角刚度 K ROLL 等于前、后悬架侧倾角刚度之和,即 K ROLL FRONT + K ROLL REAR ,根据具体的前、后悬架弹簧刚度,可以计算出整车的侧倾角刚度 K ROLL 。比如,某款轿车,前、后轮距为1560mm,前、后悬架刚度为23.4N/mm,则计算得到整车的侧倾角刚度为993N·m/(°)。图3-2为汽车侧倾力学模型。
图3-2 汽车侧倾力学模型
将车身作为刚体处理时,整车侧倾角刚度为 K ROLL ,即为前期的设计刚度;考虑到实际车身是变形体,整体等效刚度为 K EFF 。为确保 K EFF 尽可能地接近前期设计刚度 K ROLL ,则 K BODY 要远远大于 K ROLL ,由图3-3中公式计算得到, K BODY 为 K ROLL 的10倍,也只能实现 K EFF / K ROLL =0.9,如果需要确保 K EFF / K ROLL 接近1,则需要更高的车身扭转刚度,因此车身扭转刚度 K BODY 至少需要 K ROLL 的13倍,或是更高。针对某款轿车,车身扭转刚度比悬架侧倾刚度高一个数量级,即车身扭转刚度达到13000N·m/(°),能够保证较好的整车操纵稳定性。
根据对近年来市场主流车型的扭转刚度统计,如图3-4所示,得出目前主流车型的平均扭转刚度值在18000N·m/(°),综合以上,最终设定车身的扭转刚度为18000N·m/(°)。