某微卡駕駛室正面擺錘碰撞安全性優(yōu)化設(shè)計

聶迎，顧鴃，劉熹

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

某微卡駕駛室正面擺錘碰撞安全性優(yōu)化設(shè)計

聶迎，顧鴃，劉熹

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章主要介紹通過一種微卡駕駛室結(jié)構(gòu)優(yōu)化，借助駕駛室正面擺錘碰撞CAE仿真分析，考察設(shè)計階段駕駛室在正面擺錘撞擊后是否存在乘員生存空間，為駕駛室結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供參考，從而讓整車滿足正面擺錘碰撞強度的要求。

正面擺錘碰撞；CAE仿真

CLC NO.:U463.81 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)08-39-04

在我國汽車產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的今天，乘用車被動安全性能和評價越來越受到人們的關(guān)注。相對于乘用車，商用車被動安全性卻還沒有引起足夠的重視，人們感覺商用車車身重、體積大，視野開闊，發(fā)生碰撞時車身損傷及人員受傷的概率都較小。但是就目前的商用車而言，國內(nèi)的商用車大多是以平頭駕駛室為主，其結(jié)構(gòu)決定了駕駛室座椅位置離車輛的最前端的距離非常短，一旦商用車與商用車發(fā)生追尾碰撞或撞擊到堅固的固定障礙物時，因受撞擊時沒有足夠的緩沖吸能區(qū)，會對駕駛室造成嚴(yán)重的破壞，從而使得駕駛室中駕乘人員受到較嚴(yán)重的傷害，甚至死亡。

文章中的微卡屬于平頭車車型，在設(shè)計過程中通過CAE仿真分析，對此種微卡的駕駛室正面碰撞的強度進行仿真模擬，來考察碰撞后乘員的生存空間，為駕駛室結(jié)構(gòu)設(shè)計提供參考。

1、駕駛室正面撞擊試驗的方法

該項試驗是模擬商用車發(fā)生剛性碰撞時受到?jīng)_擊能量對駕駛室的強度評價。

試驗開始之前應(yīng)將駕駛室安裝在底盤上，并將車輛進行固定，通過橫向、縱向及后部的方向?qū)囕v進行固定，駕駛室的車門應(yīng)關(guān)閉但不鎖止。駕駛室固定在擺錘后面，擺錘為剛性鋼制且質(zhì)量均勻分布，擺錘的質(zhì)量為1500Kg±250Kg。擺錘的撞擊面應(yīng)為平整的矩形，寬為2500mm，高為800mm。其棱邊的圓角半徑不小于1.5mm。擺錘總成應(yīng)為剛性結(jié)構(gòu)，擺錘由剛性地固定在其上的兩根擺臂自由懸吊，擺臂間距不小于1000mm。兩根擺臂應(yīng)為腹板高不小于100mm的工字形截面或至少慣性矩相同的其他形式的截面。擺臂的長度。從懸吊軸到擺錘的幾何中心不小于3500mm。擺錘的撞擊面與車輛的最前部相接觸，擺錘的重心應(yīng)低于駕駛員座椅“R”點50+50mm，擺錘的重心應(yīng)低于車輛縱向中心平面上。擺錘從前向后的方向撞擊駕駛室的前部，撞擊方向應(yīng)為水平方向且平行于車輛縱向中心平面。對最大設(shè)計總質(zhì)量不大于7000Kg的車輛，撞擊的能量為29.4KJ，對于最大設(shè)計總質(zhì)量大于7000Kg的車輛，撞擊的能量應(yīng)為44.1KJ。

試驗后的生存空間以在座椅上放置第50百分位的男性身材的人體模型，當(dāng)座椅處于中間位置，人體模型不應(yīng)與車輛的非彈性部件發(fā)生接觸。為了便于安裝，可以將人體模型解體放入駕駛室內(nèi)，為此可以將座椅調(diào)整到最后位置，然后在組裝人體模型，并使其“H”點與座椅“R”點重合，最后將座椅前移至中間位置。為駕駛室正面擺錘撞擊示意圖如圖1所示。

圖1 駕駛室正面擺錘撞擊示意圖

2、微卡正面擺錘撞擊CAE仿真分析

當(dāng)駕駛室承受正面擺錘撞擊時，乘員可能受到的傷害主要來源于儀表板和轉(zhuǎn)向盤的后移，乘員可能受傷害的部位主要是腿部和胸部，測量參考點如圖2所示。生存空間評價如表1所示。

圖2 非彈性部件與人體模型距離示意圖

表1 各測試點的最后位移量及乘員生存空間

根據(jù)上面的圖表得出：主駕駛員的腿部的生存空間左右各只有-14.7mm和-23.2mm。人體模型與車輛的非彈性部件發(fā)生接觸，無生存空間。

由于主駕駛員的腿部空間不夠，無生存空間，因此需要改善駕駛室的吸能方式，讓能量盡量少的施加于前圍板，從而使前圍板的侵入量減少，大大增加乘員的生存空間。

3、駕駛室結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案

解決駕駛室正面撞擊后乘員生存空間不足的問題，主要可以從兩個方面去考慮，第一方面是加強白車身的剛度，改善駕駛室正面碰撞能量傳遞路徑；第二方面是分散碰撞的能量，讓其施加到白車身之外的零部件上。

3.1 加強白車身剛度，改善碰撞能量的傳遞路徑

1）由于白車身只有在前部中部以及側(cè)邊中下段有空腔結(jié)構(gòu)，這樣的白車身結(jié)構(gòu)沒有較強的剛度。因為白車身整體未形成整體框架式空腔結(jié)構(gòu)，無法實現(xiàn)承受正面碰撞時能量的有效傳遞，很難將能量傳遞到駕駛室側(cè)圍上，從而導(dǎo)致駕駛室內(nèi)部空間嚴(yán)重潰縮，駕駛室正面撞擊后乘員生存空間不足。在前圍下部增加前圍下橫梁，并與地板形成密封的空腔結(jié)構(gòu)。這樣白車身整體形成整體框架式空腔結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)承受正面碰撞時能量的有效傳遞，提升駕駛室整體的剛度，能量可以傳遞到駕駛室側(cè)圍上，駕駛室能夠整體移動。微卡結(jié)構(gòu)如下圖3所示。

圖3 微卡整體結(jié)構(gòu)及各空腔斷面圖

在前圍與地板的搭接處增加前圍下橫梁，與地板形成A-A斷面，A-A斷面為封閉的空腔結(jié)構(gòu)，與B-B、C-C、D-D 及E-E形成整體的框架式空腔結(jié)構(gòu)。與正面碰撞力的方向垂直，有利于分解碰撞力，并將力傳遞到與空腔相連的縱梁總成和側(cè)圍總成上。能量傳遞圖如下圖4所示。

圖4 駕駛室正面碰撞的能量傳遞圖

2）改變位于駕駛室前面的防撞梁與駕駛室的地板的左右縱梁連接結(jié)構(gòu)，將防撞梁一端安裝在白車身地板左右縱梁上。此結(jié)構(gòu)可以有效地將一半的沖擊的能量傳遞給地板的左右縱梁上，從而減少作用在前圍板上的能量，增加駕駛室正面撞擊后乘員生存空間。防撞梁安裝結(jié)構(gòu)如下圖5所示。

圖5 駕駛室前方的防撞梁的安裝結(jié)構(gòu)

3.2 分散碰撞的能量，增強其它零部件的吸能能力

1）擺錘從高處撞擊下來先撞擊在位于前圍前面的防撞梁上，然后才撞擊前圍板上。如讓防撞梁先將一部分的能量吸收，那么作用在前圍板上的能量就會減少，從而可以減少前圍板的侵入量。將前保險杠防撞梁總成的安裝支架上的加強筋從橫向改成縱向，這樣防撞梁就更容易吸收能量，減少作用于前圍板上的能量。防撞梁變更方案如圖6所示。

圖6 防撞梁變更方案

2）由于在駕駛室正面擺錘撞擊時，擺錘的底部已經(jīng)與車架前端接觸，為了減少前圍板上的能量，可以將能量傳遞給車架。故將車架左右縱梁前端向前延伸60mm，來承受來自擺錘的沖擊能量。如圖7所示。車架左右縱梁加強板結(jié)構(gòu)修改，加強此處的結(jié)構(gòu)的強度，可以更好的承受沖擊的能量。具體修改方案見圖8。

圖7 車架左右縱梁變更方案

圖8 車架左右縱梁及加強板變更方案

3.3 優(yōu)化后分析結(jié)果

經(jīng)過設(shè)計優(yōu)化，在進行一次CAE仿真分析，分析結(jié)果如表2所示。

表2 各測試點的最后位移量及乘員生存空間

從表中可以看出各個測量點都具有生存空間，最小處為34.2mm，可以滿足《 GB 26512-2011 商用車駕駛室乘員保護》中的正面擺錘撞擊的試驗要求。

4、微卡正面擺錘撞擊試驗結(jié)果

對此微卡試驗車進行正面擺錘試驗，測得人體模型在試驗車的初始生存空間及撞擊后人體模型在試驗車中的最終生存空間，并與CAE仿真分析對比。

圖9 碰撞前各部位的初始生存空間

圖10 碰撞后各部位的生存空間

通過試驗結(jié)果與CAE分析結(jié)果對比，可以看出CAE與實際試驗的初始生存空間基本上比較吻合，但碰撞后的最大侵入量實際試驗結(jié)果比CAE分析值小，最后的剩余生存空間比CAE分析值大。

表3 正面撞擊試驗前后生存空間與CAE分析對比表

5、結(jié)論

文章主要介紹通過一種微卡駕駛室結(jié)構(gòu)優(yōu)化，借助駕駛室正面擺錘撞擊CAE仿真分析，考察設(shè)計階段駕駛室在正面擺錘撞擊后是否存在乘員生存空間，為駕駛室結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供參考，從而讓整車滿足正面擺錘碰撞強度的要求?？梢缘贸鲆韵陆Y(jié)論：

1）通過駕駛室整體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，增強白車身的整體剛度。在白車身的前部下端增加空腔結(jié)構(gòu)，白車身整體形成整體框架式空腔結(jié)構(gòu)，提升駕駛室整體的剛度，實現(xiàn)承受正面碰撞時能量的有效傳遞，駕駛室能夠整體移動，而非駕駛室內(nèi)部空間嚴(yán)重潰縮，從而解決了駕駛室正面撞擊后乘員生存空間不足的問題。

2）改善能量的傳遞路徑。通過改變位于駕駛室前方的影響能量傳遞的零部件的安裝結(jié)構(gòu)，將能量傳遞到對生存空間影響較小處，比如地板的左右縱梁。從而解決了駕駛室正面撞擊后乘員生存空間不足的問題。

3）分散碰撞的能量，增強其它零部件的吸能能力。其它零部件吸收部分能量，從而減少施加在前圍上的碰撞能量。從而解決了駕駛室正面撞擊后乘員生存空間不足的問題。

[1] 陸文斌,歐建華,王佳怡.商用車駕駛室乘員保護試驗要求與方法研究.質(zhì)量與標(biāo)準(zhǔn)化,2011.

[2] 王登峰,劉麗亞,蘇玉萍.商用車駕駛室強度試驗要求研究與分析.汽車技術(shù)，2010（10）：50-5.

A pickup truck cab positive pendulum collision safety optimization design

Nie Ying, Gu Jue, Liu Xi
（Anhui Jianghuai Automobile group co. Ltd, Anhui Hefei 230601 )

This paper mainly introduces using a micro bridge structure optimization, with the help of a cab positive pendulum impact CAE simulation analysis, design phase bridge in positive pendulum impact after the existence of a crew living space, to provide reference for bridge structure optimization, allowing the vehicle to meet the requirements of the positive pendulum impact strength.

Positive pendulum impact; CAE simulation

U463.81

A

1671-7988 (2017)08-39-04

聶迎，男，（1989-），工程師，就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司?，F(xiàn)從事車身設(shè)計工作。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.08.013