《技术闲谈》
这一期我们来一起聊聊车身刚度对VD的影响。
首先这是一篇学习笔记，也会融合我工作中有限的经验和大家做个分享，如果你是开发30万元售价以上的车型，可以直接划走，如果你是开发10-20万元的动态研发工程师，值得好好看看。
总共3000字，预计需要花费15min，省流的结论如下：
1️⃣车身刚度对车辆动态性能的影响很显著，但并不是车身刚度越大越好，以车身一阶扭转刚度为例，如果扭转刚度/悬架侧倾刚度的比值越接近10（图1），对性能的收益会越来越小，反而投入的成本会越来越高，性价比会降低，所以很多新车上市卷扭转刚度的数值，没那必要，另外如果车身刚度无限大，接近刚性体，是不是就很运动，答案是否定的，国外的一名老专家分享，如果车体接近刚性体，反而会让车辆响应变得过于直接锐利，具体来说就是Yaw/Ay滞后时间偏小（人体认为偏运动的迟滞时间是80-100ms）同时激励响应峰值不够，与人的主观预期不符
2️⃣车身刚度低的车子是否操控就做不好？我并不认同，20年前的宝马E60/E90车身扭转刚度也就15000Nm/deg左右，也不影响在车迷心中的地位，问题出在哪？前后悬架侧倾刚度、前后侧倾阻尼、侧向柔度的精妙平衡，那一代的老法师们也知道车身有短板，但他们手艺高超，可以把车子前后动态平衡匹配的严丝合缝，使车辆前后同步侧倾，同步复原，同步收敛，响应一致性很高，现在还能开到这种车子是一份幸运，也即是说哪怕你的车子车身扭转刚度50000Nm/deg，悬架前后平衡没有匹配好，车子主观开起来依然是“扭”的，不能像“一块整体的平板”一起侧倾、一起横摆、一起收敛
3️⃣车身刚度分总刚度（body in White）、局部刚度、悬架和车身接附点刚度，总刚度分：一阶弯曲（绕Y轴）、一阶弯曲（绕Z轴），一阶扭转（绕对角线），局部刚度包括前舱扭转刚度、乘员舱扭转刚度、后排底板扭转刚度，而悬架与车身接附点刚度比较多且复杂，主要包括减震器塔包刚度、副车架安装点刚度、摆臂与副车架安装点刚度三类
4️⃣如何确定那么多且复杂的刚度对VD的具体影响，这个就有点专业了，现在工程师们唯一的办法就是企业内数据仿真对标，大家还没有重视到去购买及拆解标杆车身并测试分析的地步，所以回答项目组的挑战，还是底气不足，本质上性能开发就是一场技术与成本的博弈，你通过技术解释的通，能验证有效，就能够说服决策层，否则只能磨破嘴皮子干吼
5️⃣分析方法是：和NVH测试动刚度的原理一样，只不过我们不是拿小棍去敲模态，而是在特定工况下，给车子一定的激励输入，看看车身分层刚度各模态对于激励的响应变化，如果变化大，那这一部分就是关键点，需要补强，我们看到的BBA们车身各种加强和武装，绝非仅凭经验去堆上去的，背后每一步都有仿真结论的支持
6️⃣铸铝塔包、后地板一体压铸和前舱加强杆一样是好东西，但如果你只想改装前舱加强杆，而不去对后轴做相应地加强，只会破坏响应平衡（前提是你的车子原本就比较平衡），开发后地板压铸的目的虽然不是为了VD和NVH，但确实会带来很大的收益
进入正题：我们以改善瞬态后轴响应为目的讨论一下具体的做法。首先需要明确车身刚度与瞬态车辆性能的关系以及与主观反馈的关系。因此需要量化和理解车身刚度对车辆在瞬态和稳态阶段性能的影响。这里面引入了两个方法：时域载荷识别和时域车身变形估计。
时域载荷识别的具体做法通俗的讲就是在悬架与车身连接点周围布置上高度灵敏的应变仪进行测量。通过时域车身载荷的变化，显示出车身刚度的差异，并详细研究车辆动态性能的变化。然后再通过将车身载荷应用于车身的模态模型来获得时域车身变形，图2是具体公式，其中mi、ci和ki为模态i的模态质量、阻尼和刚度，{ψi}T为变换模态矢量，{F（T）}为时域载荷矢量，qi为模态响应。
接下来还是选择万能角阶跃输入来给车身激励（100Kph，0.3g），同时采集时域载荷的数据，通过时别横向和垂向载荷的数据，可以得到瞬态载荷建立的清晰次序（如Figure 3），动力学研究的就是在短短100ms左右的时间内，车辆的各自由度响应的信号（时域、频域、幅值特性之间的关系）是否正常，从图中可以看到，转向输入后，前轴的横摆载荷先建立，其次带来了前轴车身横摆运动，此时后轴还没有开始运动，Rear_Fy相对于Front_Fy的滞后时间就是表征瞬态后轴跟随快慢的值之一，也是车身扭转刚度施加影响的区域（但要说明还有很多其他参数影响这个滞后时间），只有通过车身刚度扭转变形后将横摆运动传递到后轴迫使轮胎产生侧偏变形的时候，后轴的横向载荷Rear_Fy才开始建立。一个有趣的问题是：为何Rear_Fy信号是先变成负值（过度特性）然后才开始增加到正值（不足特性）？
时域载荷信号代入到模态模型公式中，可以得到时域车身变形结果（如Figure 4），这张图显示车身受到向右的横向载荷激励是俯视图下车身的变形情况，而Figure 5则显示的是前舱和车体后部侧向变形位移显著的大，而车辆中间偏前部位置变形较小，大家是否瞬间可以理解为什么很多车子在车身底板中消的位置会做加强板，尤其宝马M车型要把前舱加强件武装到牙齿，后副车架和车身之间也要用大型A字形加强件补强，原理就在此。
为了深入研究横向、弯曲、扭转或接附点局部刚度的重要性，需要将整个车身挠度分解为对变形的单个模态贡献，Figure 6 中车身负载对特定车身模态的激励程度，显示了红色和绿色曲线的模态被强烈激励，同时，红色模态比绿色模态要早的多，这说明车身模态A（Figure 7）从早期瞬态开始被激发，而另一部分车身模态C（Figure 8）仅在瞬态阶段结束时的一个大时间延迟后才被激发。因此，瞬态阶段模态A是关键影响因素，看到这一段分析时结论时，我能看出数据的结论，但并不能完全理解，为何瞬态结束了还有一个大的激励，也就是在入弯阶段，模态A占据主导影响，但弯道中稳态行驶时是模态C占据主导？有大神理解的可以留言分享，谢谢
接着开始改制车身（Figure 9/10），后面的部分我们是做过相近的改制，主要是后排座椅门槛和中通道两端，改制完成后重新做阶跃测试，得到响应信号如图Figure12/13，可以看到红色曲线Ay和Yaw的的响应峰值稍稍提高了一丢丢，同时收敛快了一点，虽然数据看好像差异不大，但主观是可以明显感知到的，另外承接上面的第一个问题，Ay和Yaw信号初始轻微往负值掉了一点点才逐步恢复正常，改制后信号不往下掉了，直接上升，这个和我们专业上一直常谈常新的“响应台阶感”有关系，或者说人话，改善后部车身刚度可以消除横摆和侧加的台阶感
最后Figure17，用瞬态响应次序图再次对比了改善的效果，可以看到粉红色粗线Rear_Fy相对于黑线Front_Fy的滞后时间确实缩小了，大概有20ms左右，这个时间看似微乎其微，但是已经很长了，相信我，你强大的人本智能是可以感知到的。
以上就是我的学习和分享贴，有诸多不对的，大家积极纠正，我的问题也可以留言讨论.