我國冷藏車后下防護裝置的研究進展

摘要

洞悉我國冷藏車后下防護裝置的發展，比較冷藏車傳統和現階段的后下防護裝置研究狀況。分別闡述了傳統和現階段的幾種典型的后下防護裝置，并對其性能進行分析。對比兩階段的后下防護裝置，發現新型的后下防護裝置在高速被動防撞時具有多級吸能、可翻轉等優點，具有良好的避免鉆撞、吸能防護作用。新型的后下防護裝置配套防碰撞預警系統可以實現主動防撞和被動防撞相結合，但由于其造價高推廣價值不大，故仍需要進一步改進。

關鍵詞 冷藏車;后下防護裝置;吸能防護;避免鉆撞

中圖分類號 S229+.3 "文獻標識碼 A "文章編號 0517-6611（2014）32-11575-03

Process in Research of Rear underrun Protective Device of Truck in China

QU Binghua， YU Jianguo

（Traffic College， Northeast Forestry University， Harbin， Heilongjiang 150040）

Abstract Giving insight into the development in rear underrun protective device of refrigerator car， comparing the traditional and current research on rear underrun protective device of refrigerator car， this paper expounds several typical rear underrun protective device between the traditional and present stage， and analyzes their performances respectively. Compared to two stages’ rear underrun protective device， when the truck was in passive anticollision at a high speed， the new types of rear underrun protective device have the advantages of multistage energy absorption， reversible and so on. When the new type of rear underrun protective device was supported by collision warning system， the combination of active anticollision and passive anticollision came true， but due to its high cost it’s promotion is of little value， it still needs to be improved further.

Key words "Refrigerator car; Rear underrun protective device; Energy absorption protection; Avoid the drill

基金項目 中央高校基本科研業務費專項資金項目（DL12BB02）。

作者簡介 翟炳華（1980- ），男，山東濰坊人，講師，碩士，在讀博士研究生，研究方向：載運工具裝備制造。

收稿日期 20141008

國外在冷藏車及常規載貨車后下防護裝置方面的研究起步早，技術力量雄厚。早在1994年DE等[1]試驗證實通過改變載貨汽車后下防護裝置的剛度提高了追尾碰撞時載貨汽車的的吸能緩沖作用，大大改善了碰撞相容性。2008年Cerniglia等[2-3]總結了當時載貨汽車后下防護裝置吸能防護的作用形式分別為裝置部件間的互相摩擦、氣壓或者液壓的阻尼運動、裝置桿件的折疊變形等。自GB 11567.2-2001后，借鑒國外的先進技術和經驗，我國高校、汽車生產商等機構在冷藏車后下防護裝置的研究突飛猛進，大量新型的載貨汽車后下防護裝置不斷出現。

冷藏車肩負著奶制品、蔬菜水果、速凍品等食品運輸作業的負擔。自北京奧運會以來公路冷藏運輸年均增長7%，發展迅猛[4]。面對中國高速公路追尾撞擊事件的高傷害現象，其后防護裝置需要提供更高的安全系數。該文總結了我國傳統與現階段的冷藏車后下防護裝置的研究進展情況，為今后冷藏車后下防護裝置的拓展研究提供了一定的科學參考依據。

1 冷藏車后下防護裝置功能及技術要求

合格的冷藏車后下防護裝置能夠提高被動防撞時的追尾轎車與貨車之間的碰撞相容性，避免鉆撞現象的發生，減少人員傷害和經濟損失。冷藏車后下部防護裝置的功能要求如下[5]：

①阻擋作用。有效避免追尾轎車鉆入冷藏車底部，引起慘烈的交通事故，降低人身傷害;

②吸能緩沖作用。通過裝置桿件軸向拉伸（壓縮）、彎曲、剪切、扭轉4種基本變形組成的復合變形緩沖碰撞沖擊力，最大力度地降低沖擊載荷對追尾車的沖擊，減低生命威脅和經濟損失。

根據GB 11567.2-2001《汽車和掛車后下部防護要求》技術要點，冷藏車后下部防護裝置應符合國標中的形狀和尺寸要求、安裝位置要求、阻擋能力要求、安裝固定性要求、質量要求和通行性要求等[6]。

2 傳統的冷藏車后下防護裝置

2.1 傳統的冷藏車后下防護裝置的使用現狀

過去由于我國交通管理體系不夠完善，對交通安全標準的年審力度監察不一。汽車企業和車主對冷藏車后下部防護裝置與道路行駛安全之間的關聯重視度低。貨車車主為了降低車重減少經濟成本，冷藏車配置的后下部防護裝置結構剛度和強度等達不到國家技術安全指標等因素導致其后下部防護裝置安裝缺陷不一，如有的直接忽略裝置，無任何防護措施，或裝置安裝位置和安裝方式不符合要求，防護作用小，裝置結構尺寸和強度不達標，甚至只作裝飾用[7]。

我國傳統的冷藏車后下部防護裝置主要由槽鋼、方鋼等材料制成，該裝置由車架、防撞橫梁和防撞支撐臂組成。圖1為最原始最簡單的冷藏車后下部防護裝置，該裝置由沖擊梁、直支撐臂和車架組成，工作狀態下沖擊梁承擔防護作用，防護效果差;構件通過塑性變形實現緩沖吸能作用，支撐臂是最主要的吸能桿件，該結構整體阻擋、吸能效果差，易發生鉆撞。

圖2為冷藏車后下部防護裝置，由沖擊梁、直支撐臂、斜支撐臂和車架組成。工作狀態下該裝置主要由斜支撐臂和沖擊梁承擔防護作用，斜支撐臂折疊變形的吸能效果優于前者，被動防撞能力提高。該裝置的構件為管狀，槽鋼狀后下防護裝置在碰撞過程中產生的位移和應力是它的數倍，所以采用該裝置比直臂式冷藏車后下部防護裝置更可靠，更安全。

圖1 "直臂式后下防護裝置

圖2 斜臂式后下防護裝置

2.2 傳統的冷藏車后下防護裝置的缺陷

冷藏車在低速行駛時，小轎車100%正面追尾碰撞時傳統的后下部防護裝置能夠有效避免鉆撞現象，但是吸能緩沖能力低導致追尾撞擊后甚至發生反彈，造成追尾車及人員的二次傷害。冷藏車在高速公路上行駛時，面對瞬時車速大于60km/h的小轎車，傳統的后下部防護裝置的阻擋和吸能防護效果失效，一旦發生追尾事故，極易發生鉆撞。

冷藏車傳統的后下部防護裝置防護性能檢測用的是實車追尾碰撞試驗方法和后下部防護試驗臺。實車追尾碰撞試驗方法是利用實車直接碰撞后，對試驗反饋的結果加以分析后，再進一步改進裝置。試驗最接近交通事故發生的情形，試驗數據的可靠性最佳，是評價貨車后下部防護裝置最直接、最有效的方法，但是該方法成本高、重復率低、試驗準備工作復雜和周期長[8]。后下部防護試驗臺方法是按照國家相關規定對裝置進行靜態加載試驗，測量各點的變形量，對汽車無損傷。該方法只能有效測試冷藏車后下部防護裝置的阻擋能力，無法驗證其吸能緩沖效果的好壞，而且不同廠商生產的后下部防護試驗臺標準不一，導致測試結果具有差異性。

我國在冷藏車的后下部防護裝置方面的研究起步較晚，傳統的冷藏車后下防護裝置在設計時大多關注裝置離地高度、結構剛度對其防護效果的影響，而對材料、連接方式、特殊環境、壁厚等因素重視不夠。

3 現代冷藏車貨車后下防護裝置

3.1 現階段冷藏車后下防護裝置的研究現狀

小轎車和載貨車的追尾極易造成車毀人亡，兩者造成的交通事故占46%，車禍死亡比例是其他車輛之間碰撞致死的4倍，這種情況引起了國家、高校和汽車生產商的重視。目前在裝置的結構和吸能防護方面的研究取得了一系列的進展。如今貨車后下部防護裝置的吸能防護作用主要靠新型吸能材料、吸能結構、擴脹管、波紋管、薄壁組合結構等實現多級吸能、可翻轉的后下防護裝置，其中新型吸能材料有玻璃纖維、珍珠棉、橡膠金屬螺旋復合彈簧等;吸能結構有N形裝置、曲柄滑塊裝置、鋼板折彎裝置、雙向吸能裝置和阻尼缸等。

在傳統冷藏車后下防護裝置的基礎上作最簡單地改進，即圖2中的斜支撐臂改為吸能盒，并在吸能盒中填充泡沫鋁[9-10]。通過吸能盒平穩的壓潰變形最大程度地提高后下防護裝置的吸能緩沖能力，在降低追尾車人員傷亡的同時有效減輕沖擊載荷對載貨車車架的損傷。受生產技術和經濟成本的限制，各個汽車廠商生產的吸能盒標準型號不一，吸能防護效果略有不同。

圖3 膨脹管式后下防護裝置

圖3為膨脹管式后下防護裝置。它是在圖2的基礎上將斜支撐臂改為2級擴脹管，該結構由擴脹管、沖頭、套管組成。通過移動碰壁仿真試驗和實車碰撞仿真試驗證實，擴脹管具有穩定的吸能效果，追尾撞擊速度越大，線性疊加的吸能值越大[11];其中矩形鋼板的斜支撐臂支撐角、壁厚、矩形鋼長寬比對裝置的阻擋和吸能防護效果影響較大。

圖4為薄壁圓筒式后下防護裝置，通過自身變形實現良好的吸能效果，并在世界上首次提出雙向吸能變性理論。該裝置具有3大創新點：利用追尾碰撞時的多點變形和程序化吸能實現雙向吸能變形，緩沖沖擊載荷，使安全系數大大改善;采用了可翻轉機構，改善了載貨汽車在路況復雜路面的離去角，提高了載貨汽車的通行性;工藝簡單、成本低適合推廣。目前該裝置已與東風系列的多種類型車實現了配套安裝，并得到了肯定[12]。

圖4 薄壁圓筒式后下防護裝置

圖5為曲柄連桿式后下防護裝置。該裝置利用曲柄連桿移動變形、2級擴脹管、阻尼彈簧、阻尼缸實現了多級吸能防護，其中阻尼彈簧選用的是橡膠金屬螺旋復合彈簧。該裝置利用曲柄連桿運動和阻尼彈簧互相作用可實現翻轉，改善了載貨汽車的通行性。經過移動碰壁仿真試驗證實，其具有良好的吸能防護作用，在高速行駛時它的吸能效果更加突出，值得向冷藏車等特殊車輛推廣[13]。

圖5 曲柄連桿式后下防護裝置

圖6為電控式后下防護裝置。該裝置由電子控制部分、機械控制部分、緩撞吸能組件和保險杠連接組件組成。載貨汽車正常行駛時緩撞吸能組件處于豎直狀態載貨汽車開啟防撞模式時緩撞吸能組件立即處于水平狀態。

圖6 電控式后下防護裝置

3.2 現階段冷藏車后下防護裝置所具有的特點

①幾何尺寸更加標準。我國汽車和掛車后下部防護裝置要求冷藏車后下防護裝置的離地間隙應該在450～550 mm之間。裝置離地高度過小會導致汽車通行性降低，尤其是針對路況較為復雜的道路;裝置離地高度過大會導致裝置吸能降低。

②型材選擇更加豐富。傳統的后下防護裝置在鋼材選擇時主要是用槽鋼、矩形鋼等焊接在車架上。伴隨國內學者的深入研究，現在的裝置呈現多樣化，比如薄壁鋼管、波紋管、連桿機構等。

③剛度設計更加合理。裝置剛度過大會導致追尾車在追尾碰撞時發生反彈，給人和車輛造成二次傷害;剛度裝置剛度太小則無法滿足阻擋和吸能防護作用，造成鉆撞。

④重量選取更加優化。后下防護裝置的重量關系著載貨汽車的載貨量和道路行駛安全，重量過低會導致剛度和強度不足，一旦發生追尾該裝置形同虛設;重量過高將提高運營成本，違背了設計者的初衷。

3.3 現階段冷藏車后下防護裝置的創新點

①功能創新。冷藏車后下防護裝置的功能創新表現在對吸能防護原理的創新、通行性創新。吸能防護已經不再局限于沖擊梁和支撐臂的折疊變形，經過實車追尾試驗碰撞和計算機模擬發現新型的后下防護裝置具有更好的吸能緩沖效果，比如曲柄連桿式后下防護裝置、擴脹管式后下防護裝置等。

②裝置結構創新。傳統的冷藏車后下防護裝置就是一個簡易的矩形槽鋼焊接在車架上，現代的載貨汽車后下防護裝置采用了新型的薄壁圓筒式后下防護裝置、膨脹管式后下防護裝置和曲柄連桿式后下防護裝置等。除此之外，新興的防追尾碰撞預警系統也投入到后下防護裝置的研發中。

③裝置連接創新。裝置傳統連接普遍選用焊接方式，由于焊接材料和鋼材的材料不一，焊接方法和工藝選擇不一，焊結構件類型的差異、工況的不一導致焊接質量良莠不一，產生了氣孔、夾渣等焊接缺陷。焊接件也不適合承受沖擊載荷，在追尾碰撞時極易脆斷。許多新型裝置中比如在擴脹管式后下防護裝置中采用了套筒連接，曲柄連桿式后下防護裝置中采用了鉸鏈連接和螺栓連接。

④裝置檢測方法創新。現代計算機的發展使得裝置吸能防護的檢驗不再局限于實車追尾碰撞試驗方法和后下部防護試驗臺的方法。目前，汽車碰撞分析使用計算機仿真軟件的越來越多，比如國內一般利用LS-DYNA、MADYMO對裝置進行碰撞大變形仿真分析。該方法的模擬結果接近于實車追尾碰撞試驗結果，具有成本低、重復率高、周期短、試驗條件不受限制等優點，具有高效、便捷、綜合分析能力強的模擬效果。

3.4 傳統與現代冷藏車后下防護裝置的對比

相對于傳統冷藏車后下防護裝置，現階段冷藏車后下防護裝置具有以下優點：吸能緩沖方面有了質的飛越，利用不同的吸能防護原理實現了多級吸能、雙向吸能，最大程度地降低了追尾碰撞的人員傷害和經濟損失;可翻轉機構的出現提高了離去角，改善了冷藏車在路況復雜路面的通行性;冷藏車性能參數提高，服務時效性得到極大改善，提高了企業對市場變化的掌控力度[14]。

現階段冷藏車后下防護裝置在結構尺寸方面的研究較淺，部分裝置結構過于復雜，成本較高，批量生產困難。

4 總結

我國冷藏車后部防護裝置的研究起步晚，基礎薄弱，起點低。傳統的冷藏車后下防護裝置在低速追尾碰撞時具有一定的防護作用，但在高速碰撞時往往失效，而發生鉆撞現象。借鑒國外先進技術和經驗，我國現階段的冷藏車后下防護裝置在吸能防護原理、裝置結構、裝置剛度、裝置檢測手段等方面實現了創新，裝置具有高效吸能緩沖、通行性高等特點。此外與特殊后下防護裝置配套的防碰撞預警系統也處于研發使用中，力求實現主動防撞和被動防撞相結合。

參考文獻

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