NVH | 浅析汽车刚度分析的那些工况

大家好，我是爱分享知识的团长。

我在【IND4汽车人平台】为大家普及一些汽车NVH分析的基础知识。NVH是一门非常大的学问，值得说道的内容挺多。首先，关于NVH为什么这么重要，汽车NVH工程师都要做些什么，可以看看以下这篇文章。

 

   

为什么要做一名汽车NVH工程师？

洞悉了汽车NVH分析的主要目的后，剩下的就是逐渐铺开棋盘，一个雷一个雷的扫。心中有谱，眼里有光，手下自然有方法，这点，绝对难不倒身为工程师或即将身为工程师的你。

本期，我们要扫的第一个雷就是NVH下的第一个大分支，车身刚度分析。

那么什么是车身刚度分析呢？

车身刚度分析主要是想分析汽车本身结构的抵抗变形的能力，经过多年的发展，在汽车圈逐渐形成一套成熟的测试方法，从三个方面来考察车身本身的强弱，即静刚度、动刚度和模态这几大类。

其中，车身模态研究的是车身的振动固有频率及振型，通过避免车身在道路及动力总成激励下发生共振来提高驾驶舒适性。你也可以通过看看下方的文章，以对模态分析有个更为清晰的认识。

 

   

NVH | 如何进行白车身自由模态分析

而车身静刚度指车身结构在静载荷下抵抗变形的能力，是车身NVH性能的基础保证。

车身静刚度分为整体静刚度和局部静刚度两大类。整体静刚度常见的有扭转刚度和弯曲刚度。车身弯曲及扭转刚度与整车动力学性能、整车NVH性能、疲劳耐久和操稳性能等密切相关。

扭转刚度体现出车辆行驶在凹凸不平的路面上承受反对载荷发生扭转的抵抗能力。

白车身扭转示意图

弯曲刚度体现出乘客和行李等载荷造成车身弯曲的抵抗能力。

白车身弯曲示意图

显然，车身整体静刚度体现了车身作为整车骨架的总体性能。

而车身静刚度中的局部静刚度则主要体现局部抵抗静载荷的能力。具体的局部则因各大厂家对自己产品的重视程度不同而侧向不同的局部零件，呈现出较大的差异。不过较为常见也有一些，比如，安全带固定点、拖车钩、行李架、座椅固定点等，有的车企也把车身刚度和前后盖刚度涵盖在车身的局部静刚度工况体系之中。

车身动刚度指车身结构在动载荷下抵抗变形、阻隔噪声振动传递的能力，刚度过低必然影响隔振效果并引起更大的噪声。

车身静刚度和动刚度的关系能够通过下图的简化模型来体现。

静刚度和动刚度简化模型

在系统中施加静力载荷并测量位移，两者之比就可得到系统的静刚度，静刚度的表达式如下:

当在系统中施加动态载荷（载荷随频率变化而改变）并测量位移响应，两者之比就可得到系统的动刚度，动刚度的微分方程如下：

由于激振力为简谐运动，则位移、速度、加速度稳定后也为简谐运动。力与位移做复数变换后则微分方程可变换为：

动刚度计算式为：

式中：Kd为动刚度。

可以看出动刚度与系统的质量m、静刚度k、阻尼c有关，刚度值随着频率ω的变化而改变。

单自由度系统动刚度曲线示意图

从动刚度表达式可知道，动刚度是与激励频率有关的函数，刚度值随着频率ω 的变化而改变，而不再是一个固定值。

当激励频率ω=0时，动刚度等于静刚度，所以说静刚度是动刚度的一种特殊情况。车身与底盘连接点的局部静刚度也可以理解成振动频率为0时的车身与底盘连接点的动刚度。

低频段时，动刚度接近静刚度，即系统的载荷变化很慢，频率远小于结构的固有频率时，认为动刚度和静刚度基本相同。

在共振频率段，幅值为ωc，动刚度值明显下降，主要受阻尼控制，此频率下结构抵抗变形的能力最小。

高频段时，幅值为ω²m，此频率主要用质量来描述，在高频振动中，会产生很大的惯性阻力。

所以当我们遇到在某一频率段内出现动刚度不足需要对系统进行优化的时候，我们便可以从提高系统静刚度、调整质量和增加阻尼等方向对系统进行针对性优化，达到提高系统动刚度的目的。