车身扭转刚度如何影响汽车性能？

作者：小新车研
2022-12-14 00:33
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在新车介绍资料中我们经常看到“车身扭转刚度”一词，车身扭转刚度（torsional rigidity）指汽车的车身在受到外力时能够抵抗弹性形变的能力，也可理解成施加于汽车结构件上的作用力和结构件形变值之比，也称抗扭刚度，是衡量汽车车身结构强度的重要指标。形象简单一点来理解，我们可以把汽车的车身想象成一个铁架或一块铁片，我们用手来将它扭曲，如果我们用尽全力才能将其轻微扭曲，那么可以认为其具有较高的扭转刚性；反之，如果我们用中等力度就能令其产生程度较大的形变，那么它具有较低的扭转刚性。

不同于车身尺寸、轴距、发动机排量、功率或扭矩等明面上的参数，关于汽车扭矩刚度的数据几乎不会出现在车型的参数表中，一般只能从新车宣传、新车发布会或工程师口中获悉。从各大品牌的新车发布会我们已经知道了车身扭转刚度的提升能在多个维度提升汽车性能，提升用户体验，所以，汽车制造商及汽车工程师们并没有停止过对提升汽车的扭转刚性的投入和研究。

车身扭转刚度怎么衡量

车身扭转刚度的单位是：N·m/deg。N·m是大家都很熟悉的扭矩单位牛·米；degree是度，符号“°”；N·m/deg。如车身扭转刚度为40000Nm/deg，意为对车身施加40000N·m载荷，车身对应的扭转角为1°。

影响车身扭转刚度的首先为车身结构型式。现代乘用车基本采用了更为先进的承载式车身，发动机、变速箱、悬挂系统等主要系统部件直接安装在车身之上，车身作为承载这些零部件的载体。

而更为传统的非承载式车身，上述零部件被安装在底盘大梁架上，车身作为另一个大部件与底盘大梁架连接。非承载式车身先天具有很高的刚性，也可认为同时具备了较高的车身扭转刚度，如今多用于载重用途的商用车，或硬派越野SUV这样的乘用车上。

此外，轴距也是影响车身扭转刚度的重要一环，在一辆轴距更长的C级车上提供40000Nm/deg扭转刚度的难度，远比一辆A0级车要大。所以在对比扭转刚度的同时，我们不能把轴距忽略。

很多时候车企在新车上市或宣传资料中只介绍到新车扭转刚度相比旧款车型有多少个百分点的提升，并没有给出具体的数值，官方没有测试或没有给出数据的车型，甚至只能从竞争对手的测试来得知其抗扭刚性。

车身扭转刚度对车辆性能及用户体验的影响

车身扭转刚度其实在汽车起步的一刻就开始影响车辆的性能和驾乘体验。在平稳行驶时，车身扭转刚度主要影响的是行驶稳定性和NVH表现。刚性更高的车身可使车辆更稳定行驶这个不难理解，同时也可减少部件共振，从而在源头上抵制振动和噪声，提升驾乘舒适性。

扭转刚性的提升意味着车身整体刚性的提升，同时由于安全法规的倒逼，车身必然朝以更高刚性的车身提供更高安全性能的方向发展，所以利用高刚性车身提升安全性能和利用高扭转刚度提升操控性能两者之间并不矛盾。

此外，当汽车行驶于较大的坑洼路段，或在斜坡遇到交叉轴的极端路况，左右两侧车轮载荷差异极大，车身会发生扭转形变，对车身的扭转刚度提出较高的要求。如扭转刚度不够或者扭转刚度低，车身形变甚至可能零部件之间的异常摩擦或异响，车身形变也会导致尾门关不上等情况的发生。

而在快速拐弯的激烈驾驶条件下，就突显了车身扭转刚度的重要性。车身刚性的提升意味着车架在高速转向时的形变更小，激烈操控时能减少前轴相对后轴的位移量，提供更犀利精准的转向和更高的过弯循迹性，也令车身动态反应更迅速，最有说服力的是麋鹿测试的通过车速成绩；而在分秒必争的赛道上，可显著提升圈速成绩。一款车型是否适合下赛道，其车身刚性和底盘素质是至关重要的影响因素。举个很简单的例子，每一代本田飞度的车身抗扭转刚度都在提升，第三代飞度（GK5）就凭藉轻量化且高刚性的车身，配合得当的底盘设计，成为了赛道的常客。因GK5拥有优秀的底子，在经过对等量度的改装后，圈速并非第一代飞度（GD3）和第二代飞度（GE8）能企及的，所以玩家们自然不会选择在起点更低、发挥空间更小的老平台上努力。

源自F1赛场的本田初代NSX，在当年就不惜成本采用全铝车身来达到轻量化及超高扭转刚度的目的，出色的性能令它有了“东瀛法拉利”的称号。

对于承载式车身汽车，车辆种类、车身结构设计、高强度钢材的至高强度、高强度钢材的使用比例、采用半框式副车架或全框式副车架，采用结构粘合剂的长度和激光焊接的长度等等因素都会直接影响车身的扭转刚性。可见，高扭转刚度与设计及制造成本息息相关。

如敞篷车、无框车门或无B柱的车型，就必须在底盘或车顶加强底盘结构强度，以保证足够的抗扭转刚性和弯曲刚性，保证车辆的安全性和操控性。

各大品牌的全新模块化平台在诞生时，车身扭转刚度相对老款车型也有显著提升，如丰田就称其TNGA架构使车身扭转刚度提升了60%以上！

新能源车在车身扭转刚度上的先天优势

传统燃油车时代，工程师为提升安全性和操控性能，通过材料、工艺和设计等方面的优化，使每一代新车型的车身抗扭刚度在不断提升。而到了新能源车时代，超高扭转刚度已成为了各款新车型的重要宣传点。

基于原生纯电平台的电动车型来说，平整地布置于底盘的动力电池的容积相当可观，并且为了确保撞击后的电池安全，动力电池外壳用上了坚固的金属板，动力电池本身就能一定程度上提升整车的扭转刚度。所以纯电车型在安装上电池后的车身扭转刚度相比未安装动力电池的白车身会有显著提升，这就出现了两个概念，纯电车型的白车身扭转刚度及整车扭转刚度，两者在数值上有较大差异。

原生纯电平台电动车型车身扭转刚度普遍比需要在车身上安装发动机、变速箱等各种系统部件的燃油车要高出一截。但在纯电平台电车阵营中，不同车型之间的车身扭转刚度仍然存在差异，而且不是一般的大，下面是部分纯电车型的实际抗扭测试数据，同时也贴上一些有代表性的燃油车型方便大家对比：

相比传统的模组加金属外壳的动力电池，比亚迪的刀片电池则更进一步，扁平的磷酸铁锂刀片电池单体都能作为构件的一部分，以承载纵向、横向和垂直方向的压力，使整体的扭转刚度得到显著的提升。

而比亚迪等品牌推出的车身电池一体化技术则更进一步，将车身扭转刚度提升至全新的高度。以比亚迪的CTB车身电池一体化技术为例，就从以往CTP（Cell to Pack）大模组动力电池时代的电池三明治结构，进化至而车身三明治结构，即车身底板集成了动力电池上盖。刀片电池可谓CTB车身电池一体化技术的绝佳搭档，使得CTB技术的动力电池包经受总重50吨重型卡车的碾压后，盖板并未发生明显形变，重新安装后仍能正常行驶。

比亚迪通过让电池与车身融合，电池作为结构件参与整车传力与受力，令采用CTB技术新车型的正面碰撞安全性能提升了50%；此外，通过在动力电池上部车身采用粗大的辊轧横梁，在侧柱碰撞测试中，整车侧柱碰撞入侵量减少45%。相比之下，特斯拉和零跑的CTC技术只是将电芯集成到车身上，电池并不作为结构件参与整车传力和受力，而仅是被车身保护起来的部件。