某重載排半輕卡駕駛室安全性能理論仿真與試驗研究

鄧輝輝，樊華春，何帆影，黃勤

某重載排半輕卡駕駛室安全性能理論仿真與試驗研究

鄧輝輝，樊華春，何帆影，黃勤

（江西五十鈴汽車有限公司 產品開發技術中心，江西 南昌 330001）

為校核某重載排半輕卡駕駛室的結構安全性能是否滿足交通部法規及設計要求,文章基于有限元理論，分析了該輕卡駛室雙A柱碰撞及正面碰撞的安全性能，CAE結果顯示，兩種試驗場景下的駕乘員生存空間充足，實車駕駛室正面撞擊試驗結果顯示，翻轉機構強度滿足要求，假人沒有和零部件干涉，前排乘員生存空間充足，因此該重載排半輕卡駕駛室碰撞安全性能滿足法規和設計要求。

重載輕卡；排半駕駛室；碰撞；安全性能

1 引言

自2020年疫情復工復產以來，社會生產和經濟得到迅速恢復和蓬勃發展，以電子商務和城市物流行業為代表，催生出輕卡銷量也穩步攀升，重載排半駕駛室輕卡車型，以其同時具備較大載貨能力和多乘員容納性及后排可臥躺休息便利性能，越來越得到省城際運輸用戶的喜愛和使用。但與此同時，隨著國內車輛的保有量激增，道路場景的復雜化，輕卡駕乘人員的安全風險也在逐年增大，需引起汽車生產廠商及國家監管等部門及全社會人員的共同關注和重視。國內輕卡行業駕駛室主要以平頭駕駛室為主，當輕卡駕駛室出現雙A柱碰撞及頂壓和正面碰撞等安全事故時，重載排半駕駛室首先出現彈性變形，隨后回轉入較大大的塑性變形失效，進而會擠壓和傷害駕駛員和乘員的生存空間，引起人身傷害安全事故，故重載排半輕卡駕駛室自身的安全性能對乘員的生存空間和生命安全有著決定性影響[1-5]。因此開展重載排半輕卡駕駛室碰撞安全性能的仿真研究具有十分重要的經濟價值和社會意義。

本文依據交通運輸部的營運貨車安全技術要求，基于有限元分析軟件Ls-Dyna，對某重載排半貨柜輕卡駕駛室進行了雙A柱碰撞和正面碰撞CAE仿真分析，研究了該駕駛室碰撞的能量傳遞規律和評估了駕駛室安全結構強度及駕乘人員員安全生存空間，同時進行了實車駕駛室正面撞擊試驗，校核了該車型駕駛室安全性能水平。

2 重載排半駕駛室雙A柱碰撞CAE分析

2.1 重載排半駕駛室碰撞FEA模型

本文運用Hyperworks和Ls-dyna軟件，建立如圖1的某重載排半輕卡駕駛室碰撞仿真模型，網格大小5mm，駕駛室左右車門和頂棚及地板等鈑金件材料為DC系列鋼材，前風窗及車門和盲窗玻璃采用Glass單元建立，并通過SEAM單元與車身鈑金件連接。雙A柱撞擊器采用剛體圓柱體實體Solid單元模擬，假人模型分別放置于主副駕位置。重載排半駕駛室質量為385kg，約束下端全部自由度，擺錘以初始能量為29.4KJ，初始角速度為2.06rad/s撞向該駕駛室雙A柱位置，邊界條件如圖2。

圖1 某重載排半輕卡駕駛室FEA模型

圖2 雙A柱碰撞試驗邊界條件

2.2 重載排半駕駛室雙A柱碰撞CAE結果分析

2.2.1 重載排半駕駛室雙A柱碰撞強度結果分析

按照上述雙A柱碰撞邊界條件，得到圖3的駕駛室能量轉換曲線，及駕駛室變形運動圖，沙漏在控制范圍內，能量傳遞合理，滿足設計目標。

2.2.2 重載排半駕駛室雙A柱碰撞乘員生存空間校核

本文同時研究了重載排半駕駛室在雙A柱碰撞情形下，乘員的生存空間安全問題，按照上述加載工況，得到如圖4的分析結果，本文重載排半駕駛室雙A柱可以承受29.4KJ的能量撞擊，最大變形發生在65ms時，駕駛室員腿部空間依然有100mm的余量空間，生存空間滿足國家法規要求。

圖4 某雙排駕駛室頂部碰撞乘員生存空間分析結果

3 重載排半駕駛室正面碰撞CAE分析

3.1 重載排半駕駛室正面碰撞邊界條件

本文運用CAE分析軟件，根據交通運輸部法規要求，建立重載排半駕駛室正面碰撞有限元模型，長方體擺錘撞擊面與駕駛室前端相接觸碰撞，擺錘的質心和主駕R點相平行，撞擊能量為44.1KJ，擺錘重量為1500kg，約束車架全部自由度，邊界條件如圖5所示。

圖5 重載排半駕駛室正面撞擊邊界條件示意圖

3.2 重載排半駕駛室正面碰撞強度分析結果

本文按照上述重載排半駕駛室正面碰撞加載邊界條件，對某重載排半輕卡駕駛室進行了CAE分析，得到如圖6的駕駛室運動變形圖和翻轉機構應力結果云圖，結果顯示，初始撞擊能量在44.1KJ，駕駛室變形在合理范圍之內，駕駛室前端應力較合理，翻轉機構未發生剪斷風險，滿足設計要求。

3.3 重載排半駕駛室正面碰撞生存空間校核

本文按照上述分析邊界條件，對某重載排半駕駛室正面碰撞分析后進行了生存空間的校核，得到如圖7的分析結果，駕駛室員兩腿未與轉向管柱及儀表板發生干涉，滿足法規要求，具備足夠的生存空間。

圖7 雙排駕駛室正面碰撞生存空間校核結果

4 重載排半駕駛室正面碰撞試驗分析

本文在某國家試驗檢測中心，對某重載貨柜排半駕駛室進行了正面碰撞試驗，撞擊能量與CAE分析一致，為44.1KJ，采用鐵鏈固定車架，試驗后，檢查翻轉機構螺栓未出現剪斷風險，假人生存空間充足，與CAE分析結果對標一致。

圖8 重載排半駕駛室正面碰撞試驗

圖9 重載排半駕駛室正面碰撞試驗結構

5 結論

本文根據交通運輸部定義的安全技術條件，基于CAE分析軟件Ls-Dyna，對某重載排半輕卡駕駛室進行了雙A柱碰撞及正面碰撞CAE仿真分析，同時進行了實車駕駛室正面撞擊試驗，結果顯示：CAE理論分析和實車試驗，主駕駛員和副駕乘員未與駕駛室其他部件出現干涉，顯示乘員的生存空間是滿足法規要求，綜合評定該重載排半輕卡駕駛室安全結構性能滿足法規和設計目標要求。

[1] 劉麗亞.商用車駕駛室乘員安全性仿真分析與試驗研究[D].吉林: 吉林工業大學,2011.

[2] 雷飛,李貴濤.高強度鋼在商用車正碰安全性設計中的應用研究 [J].機械強度,2017,39(1):71-78.

[3] 武和全.汽車車架碰撞安全性分析及其優化設計[D].南昌:南昌大學,2007.

[4] 黃勤.基于LS-dyna的某輕卡駕駛室正面碰撞安全性能研究[J]南方農機,2020,11(1):31-33.

[5] 程闊,張健.駕駛室擺錘碰撞的仿真分析[J].機械科學與技術,2010 (9):1268-1276.

Simulation theory and experimental study on safety performance of a heavy duty semi light truck cab

Deng Huihui, Fan Huachun, He Fanying, Huang Qin

（Product Development & Technical Center, JiangLing Motors Co, Ltd, Jiangxi Nanchang 330001）

In order to check whether the structural safety performance of a heavy duty semi light truck cab meets the regulations and design requirements of the Ministry of communications, Based on the finite element theory, this paper analyzes the safety performance of the light truck cab double A-pillar collision and frontal collision. CAE results show that the driver and passenger living space is sufficient under the two test scenarios. The real vehicle cab frontal impact test results show that the strength of the overturning mechanism meets the requirements, the dummy does not interfere with the parts, and the front passenger's living space is sufficient. Therefore, the heavy-duty semi light truck is driven The collision safety performance of cab meets the requirements of regulations and design.

Heavy duty light truck; Semi cab;Crash;Safety performance

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1671-7988(2020)24-111-03

U467

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鄧輝輝，就職于江西五十鈴汽車有限公司產品開發技術中心。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2020.24.037

CLC NO.: U467