輕卡駕駛室碰撞性能的分析

李鵬

摘 要 當(dāng)前，汽車工業(yè)發(fā)展的速度越來越快，人們更關(guān)注汽車的質(zhì)量與安全性能。但是，與乘用車相比，商用車的安全性能明顯比較低。所以，針對這種情況，本文對輕卡駕駛室碰撞性能進(jìn)行分析、研究，希望可以促進(jìn)駕駛室設(shè)計的安全性與可靠性。

關(guān)鍵詞 輕卡 駕駛室 碰撞 性能 分析

隨著社會、經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國汽車銷量的增長非常迅速。然而與此同時，也導(dǎo)致交通事故的頻發(fā)，給人們的生命安全帶來了很大威脅。尤其是大型商用車肇事后，帶來的損失更大。在商用車碰撞事故中，由于商用車駕駛室結(jié)構(gòu)脆弱，尤其是在巨大的壓力與沖擊下，就會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)崩潰，在這種情況下，駕駛員就會面臨生命危險?；诖耍仨毑扇∮嗅槍Φ拇胧┡c辦法，來提高商用車的碰撞安全性能。

一、國內(nèi)商用車碰撞研究現(xiàn)狀

與德國、美國等國家相比，我國雖然對商用車碰撞研究的時間比較晚，但是也取得了一定的成績。比如：在研究的過程中，利用商用駕駛室的實驗性能、方法等，成功建立了檢測正面碰撞的裝置。通過仿真分析，該實驗與整車變形的趨勢非常接近。再如：相關(guān)專家以某商用車為例，針對正面撞擊實驗中結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度問題，實施駕駛室被動安全仿真。通常情況下，商用車在正面撞擊下，就會導(dǎo)致前緣斷裂。研究表明，實施前懸置拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案可以解決此類問題。與此同時，還可以起到加強(qiáng)地板以及后圍結(jié)構(gòu)的作用。在多輪仿真分析下，使駕駛室的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度不斷改進(jìn)，并最終達(dá)到駕駛室新法規(guī)的要求。只有這樣，才能在最大程度上提供卡車的安全駕駛。

二、非線性有限元基本理論概述

汽車碰撞屬于典型的非線性問題，比如大轉(zhuǎn)動、大應(yīng)變，以及材料彈塑變形等非線性。在該理論下，可以將其看成一個多物體接觸的碰撞系統(tǒng)。當(dāng)汽車發(fā)生碰撞之后，各個零件在相互擠壓的作用下，產(chǎn)生一定的撞擊力。所以，當(dāng)t=0時，為碰撞的初始時刻。該時刻中物體質(zhì)點的位置被稱為初始構(gòu)型。根據(jù)質(zhì)量守恒定律、二階常微分方程組，可以計算出汽車在碰撞后，產(chǎn)生的位移。具體公式為：

式中，為已知條件。另外，在運(yùn)動方程中，可以計算出的值。其次，如果質(zhì)量矩陣為對角矩陣，并滿足為對角矩陣，根據(jù)節(jié)點位移的更新，則不要求再解方程式。在這種情況下，將積分法應(yīng)用于非線性分析中，則具有更大的優(yōu)勢。

三、輕卡駕駛室碰撞的安全性分析

1、正面撞擊仿真

在正面撞擊仿真中，由于駕駛室的非彈性部件沒有與假人模型接觸，從而使駕駛員獲得了生存的空間。其次，與正面擺錘撞擊實驗相比，50km/h正面碰撞實驗產(chǎn)生的總能量更大，而且生存空間也比較大。主要原因是：在50km/h正面碰撞時，車架對能量的吸收力不斷增強(qiáng)。相反，在正面擺錘撞擊實驗中，車架的吸收能力比較小。同時，由于擺錘位置的特殊性，使其在運(yùn)動的過程中，對管柱產(chǎn)生了較大的作用。從以上分析可以看出，在正面擺錘撞擊實驗中，對駕駛員的保護(hù)性進(jìn)行直接考驗。以生存空間為參照物，相對于50km/h正面碰撞實驗，正面擺錘撞擊實驗的要求更嚴(yán)格。

2、頂蓋強(qiáng)度仿真

在64ms駕駛室中，變形的部分主要為頂蓋部分，與后圍、側(cè)圍變形相比，力度非常小。通常情況下，變形的程度為8mm左右。同時，由于車門、車窗均沒有發(fā)生變形，因此可以推斷出該駕駛室內(nèi)，駕駛員的生存空間比較安全。另外，實踐證明，車頂變形并不均勻，實際的入侵量往往比推算的數(shù)據(jù)大。另外，在Test C加載后模型中，可以看出假人頭頂空間量不是頂蓋入侵量減少的原因。因此，應(yīng)該以井蓋強(qiáng)度對駕駛員的生存空間進(jìn)行測試。

3、后圍強(qiáng)度仿真

實驗證明，如果加載裝置與后圍的接觸力為4000N時，時間為7.6ms。根據(jù)強(qiáng)制速度的方法來計算，在減去初始行程的基礎(chǔ)上，可以得出侵入量的大小，本組實驗中的數(shù)值為3.2mm。其中，當(dāng)初始行程為57.2ms時，接觸力增加了3倍，導(dǎo)致駕駛室崩潰。然后，減去空行程短，得到入侵量為53mm。在7.6ms駕駛室變形模型中，導(dǎo)入假人模型后，因為后圍變形的力度比較小，所以在這種情況下，駕駛員完全可以獲得足夠的生存空間。

4、正面A柱碰撞仿真

在正面A柱碰撞仿真中，駕駛室變形的主要部分為：頂蓋、駕駛室A柱。其中，車門、機(jī)艙等部門變形的力度比較小。根據(jù)能量變化圖可以看出，在163ms時，駕駛室的變形程度最大。在該類碰撞模型中，放入男性模型來檢驗生存空間?？梢钥闯觯偃送炔颗c方向盤接觸，頭部以及上臂的地方與側(cè)圍距離近，因此駕駛員的生存空間非常有限。所以，該模式不能通過碰撞實驗。

四、駕駛室的改進(jìn)設(shè)計

從上面的仿真結(jié)果可以看出，正面A柱撞擊實驗中，駕駛員的生存空間有限，不能滿足生存的需要，對駕駛員的生命安全造成了影響。針對以上問題，有必要對結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造。由于橫向之間的連接嚴(yán)重變形，導(dǎo)致駕駛員生存空間不足，因此應(yīng)該解決這方面的問題。具體的辦法為：給后圍板兩側(cè)各添加一塊加強(qiáng)板，厚度為1.0mm，并保持與后圍間隙的料厚，然后采用焊接的方式，使地板橫梁與后圍橫梁有效連接，最終增強(qiáng)材料的屈服度。

五、結(jié)束語

隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，車輛碰撞的幾率不斷增加，從而給駕駛員帶來了巨大的生命風(fēng)險。為此，本文針對輕卡駕駛室碰撞性能進(jìn)行分析，在分析的基礎(chǔ)上，提出解決的辦法，希望可以起到參考的作用。

參考文獻(xiàn)：

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[2]谷同金.某輕卡駕駛室模態(tài)性能對標(biāo)分析與研究[J].合肥工業(yè)大學(xué)，2013，（05）.

（作者單位：沈陽金杯車輛制造有限公司）