◆ 引言

如今汽車滿街跑，普通白領(lǐng)家庭咬咬牙也能來(lái)個(gè)A+級(jí)轎車，且不說(shuō)汽車自帶階級(jí)屬性，各種需求也帶來(lái)了不同維度的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。石油危機(jī)前是大排量汽車的時(shí)代，衡量指標(biāo)少而切實(shí)，譬如最高車速、加速能力、爬坡能力、比功率和比扭矩等;而今更多追求的是舒適高檔感，這種無(wú)形的感官需求莫非也有有形的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)?且看看NVH。

NVH拆開(kāi)解釋——Noise(噪聲)、Vibration(振動(dòng))和Harshness(不平順性)，這一生三似有玄學(xué)意味，不過(guò)有跡可循，剛度是關(guān)鍵。

道家的三生萬(wàn)物在這里可是被發(fā)揚(yáng)光大了，乘員在汽車中的一切觸覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)感受都屬于NVH研究的范疇。

◆ 如果不知道什么是剛度，那你就out了

比起剛度，強(qiáng)度更“有名”，它能更直觀的體現(xiàn)材料特性、價(jià)格、加工難度等指標(biāo)，通常高強(qiáng)鋼的價(jià)格會(huì)更貴、加工難度也更大，因而也一直被各大廠家大肆宣傳。

雖然這也說(shuō)不上錯(cuò)，但過(guò)分拿強(qiáng)度說(shuō)事也不免引來(lái)異言。

但強(qiáng)度這玩意兒多少還是局限于材料本身，金屬的剛度取決于其彈性模量和剪切模量，似乎也不能改變，但從空間結(jié)構(gòu)來(lái)考慮，剛度不僅取決于材料的彈性模量，還與形狀、邊界條件、外力作用形式等有關(guān)，汽車作為空間結(jié)構(gòu)，更看重抗彎、抗扭性能，車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，即使堆砌高強(qiáng)度鋼也無(wú)法高枕無(wú)憂。

剛度有多重要?我們也可以從鋁制車身來(lái)看，由于鋁合金剛度較鋼材剛度低，為了保證結(jié)構(gòu)剛度足夠，鋁合金車身往往需要增加材料厚度，這也是為什么用密度大約為鋼材1/3的鋁合金來(lái)造車，并不能成比例地降低白車身重量。

不同于強(qiáng)度強(qiáng)調(diào)斷裂特性，用于極惡劣碰撞情況，剛度是用來(lái)體現(xiàn)物體或系統(tǒng)抵抗變形的能力，汽車碰撞不是時(shí)時(shí)有，但變形這件事還就真不好說(shuō)了。好的剛度和好的強(qiáng)度對(duì)于汽車來(lái)說(shuō)都是十分重要的。

車身剛度分兩種：靜剛度和動(dòng)剛度。靜剛度包括彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度，二者與安全性緊密相關(guān)，因此是汽車測(cè)試機(jī)構(gòu)常見(jiàn)的測(cè)試方法之一。

車身彎曲剛度由車身前后的變形量來(lái)衡量，車身扭轉(zhuǎn)剛度由前后窗和側(cè)框的對(duì)象線變化量、車身鎖位及車身扭轉(zhuǎn)角等指標(biāo)來(lái)衡量。

從靜至動(dòng)，就沒(méi)那么簡(jiǎn)單了。動(dòng)剛度的概念則更為復(fù)雜，它是用來(lái)衡量結(jié)構(gòu)抵抗預(yù)定動(dòng)態(tài)激擾的能力，說(shuō)人話就是，可以衡量共振——當(dāng)外力的頻率與結(jié)構(gòu)的固有頻率相近時(shí)，有可能出現(xiàn)共振現(xiàn)象，這時(shí)候結(jié)構(gòu)的變形也就最大。共振的危害離我們其實(shí)并不遠(yuǎn)，耳熟能詳?shù)氖勘^(guò)橋故事就是一個(gè)好例子。

每個(gè)物體都有自己固有的頻率，共振就在外力發(fā)力頻率與其相同的時(shí)候發(fā)生，這就像我們內(nèi)心深處必然有一個(gè)觸發(fā)點(diǎn)會(huì)讓我們激動(dòng)不已一樣。對(duì)人來(lái)說(shuō)觸發(fā)點(diǎn)可能是一個(gè)人、一個(gè)物或一句話，而對(duì)于物體來(lái)說(shuō)就是外力的頻率了。

動(dòng)剛度取決于系統(tǒng)的質(zhì)量、阻尼和靜剛度，在系統(tǒng)靜止時(shí)動(dòng)剛度就是靜剛度。不同于靜態(tài)剛度來(lái)衡量形變量，動(dòng)態(tài)剛度屬于剛體動(dòng)力學(xué)范疇，用于表征剛體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的一種固有屬性。

相比于靜剛度的乖巧，動(dòng)剛度并不安分，它會(huì)隨著頻率的改變而變化，其中響應(yīng)頻率的幅值是最為關(guān)鍵的衡量參數(shù)，幅值正比于動(dòng)剛度。

車身動(dòng)剛度不足，響應(yīng)頻率的幅值低，容易產(chǎn)生共振，影響NVH。

我們用簡(jiǎn)單的公式來(lái)說(shuō)明一下，k=f?s，(k-動(dòng)剛度;f-力;s-位移)我們發(fā)現(xiàn)，這個(gè)公式和歐姆定律(R=U/I)很像，所以動(dòng)剛度可以理解為位移的阻抗。現(xiàn)在這個(gè)問(wèn)題就好理解了，阻抗越大自然位移也就越小，振動(dòng)幅度自然也就越小。

簡(jiǎn)單理解就是：靜剛度更多側(cè)重安全性(形變)指標(biāo)，動(dòng)剛度更多側(cè)重舒適性(共振)指標(biāo)。

◆ 舉例聊聊剛度

現(xiàn)在絕大多數(shù)轎車都是采用的承載式結(jié)構(gòu)，基于現(xiàn)代設(shè)計(jì)理念，汽車的動(dòng)力總成是通過(guò)懸置系統(tǒng)安裝在汽車底盤或車身上，懸置系統(tǒng)承受著動(dòng)力總成的重量。由于發(fā)動(dòng)機(jī)和地面所帶來(lái)的振動(dòng)和沖擊，懸置系統(tǒng)要具備良好的隔震作用。

用于減少并控制發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)的傳遞，并起到支承作用的汽車動(dòng)力總成件

靜剛度不足將直接影響到懸置支架的承載能力，容易產(chǎn)生變形，比如上圖中的發(fā)動(dòng)機(jī)支架，若剛度不足，變形的支架在狹小的發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)極易與其他部件產(chǎn)生干涉摩擦，噪音自然就起來(lái)了。這種問(wèn)題還很普遍，比如車門鉸鏈上若安裝點(diǎn)剛度不足會(huì)導(dǎo)致車門下垂、加油小門剛度不足會(huì)導(dǎo)致加油小門下垂，輕則使得車身外觀匹配不良，重則使得開(kāi)關(guān)干涉，開(kāi)關(guān)門不便。

類似車身地板、頂蓋、側(cè)圍這類大型構(gòu)件，當(dāng)剛度不足時(shí)會(huì)在低頻范圍內(nèi)產(chǎn)生振動(dòng)。低頻共振不可小覷，長(zhǎng)時(shí)間處在這種環(huán)境中會(huì)對(duì)耳膜產(chǎn)生傷害，新聞也多有報(bào)道，比如當(dāng)年的明銳、鈴木鋒取等就出現(xiàn)過(guò)類似故障。

低頻共振在汽車低速行駛，轉(zhuǎn)速居中的時(shí)候容易發(fā)生，這種行駛狀態(tài)也是我們最常見(jiàn)的一種。共振問(wèn)題是車的軟故障，很難排除。

所以，當(dāng)其他條件一定時(shí)，影響懸置NVH的關(guān)鍵就是動(dòng)、靜剛度了，這二者的選取會(huì)直接影響到整車的NVH效果。

事實(shí)上，在NVH調(diào)試中，因振動(dòng)所引起的噪聲，常見(jiàn)的解決辦法有兩種：1.降低板件的原激勵(lì)振動(dòng)，利用材料的熱固化特性，增加補(bǔ)強(qiáng)材料，如止振膠片，提高剛度;2.利用阻尼材料黏彈性特性，對(duì)抗板件的振動(dòng)，就像有良好吸振效果的彈簧一樣，比如我們會(huì)在某些容易引起振動(dòng)點(diǎn)處增加橡膠材質(zhì)來(lái)支撐。

當(dāng)然，這些還是在后期彌補(bǔ)的方法，利用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，我們也能控制剛度的整體范圍，比如在受力集中點(diǎn)出優(yōu)化剛度，控制合理的剛度分布，就是常用的解決方法之一。

◆ 小結(jié)

汽車剛度一直有點(diǎn)小憋屈，作為重要的性能指標(biāo)，在大眾面前一直有被埋沒(méi)之感。強(qiáng)度重要，但剛度也是不好惹的!