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(yàn)研究

鄧輝輝，樊華春，何帆影，黃勤

（江西五十鈴汽車(chē)有限公司 產(chǎn)品開(kāi)發(fā)技術(shù)中心，江西 南昌 330001）

為校核某重載排半輕卡駕駛室的結(jié)構(gòu)安全性能是否滿足交通部法規(guī)及設(shè)計(jì)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(jié)果顯示，兩種試驗(yàn)場(chǎng)景下的駕乘員生存空間充足，實(shí)車(chē)駕駛室正面撞擊試驗(yàn)結(jié)果顯示，翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)強(qiáng)度滿足要求，假人沒(méi)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(guī)和設(shè)計(jì)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(fù)工復(fù)產(chǎn)以來(lái)，社會(huì)生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)得到迅速恢復(fù)和蓬勃發(fā)展，以電子商務(wù)和城市物流行業(yè)為代表，催生出輕卡銷量也穩(wěn)步攀升，重載排半駕駛室輕卡車(chē)型，以其同時(shí)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(lái)越得到省城際運(yùn)輸用戶的喜愛(ài)和使用。但與此同時(shí)，隨著國(guó)內(nèi)車(chē)輛的保有量激增，道路場(chǎng)景的復(fù)雜化，輕卡駕乘人員的安全風(fēng)險(xiǎn)也在逐年增大，需引起汽車(chē)生產(chǎn)廠商及國(guó)家監(jiān)管等部門(mén)及全社會(huì)人員的共同關(guān)注和重視。國(guó)內(nèi)輕卡行業(yè)駕駛室主要以平頭駕駛室為主，當(dāng)輕卡駕駛室出現(xiàn)雙A柱碰撞及頂壓和正面碰撞等安全事故時(shí)，重載排半駕駛室首先出現(xiàn)彈性變形，隨后回轉(zhuǎn)入較大大的塑性變形失效，進(jìn)而會(huì)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(duì)乘員的生存空間和生命安全有著決定性影響[1-5]。因此開(kāi)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(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)意義。

本文依據(jù)交通運(yùn)輸部的營(yíng)運(yùn)貨車(chē)安全技術(shù)要求，基于有限元分析軟件Ls-Dyna，對(duì)某重載排半貨柜輕卡駕駛室進(jìn)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(guī)律和評(píng)估了駕駛室安全結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及駕乘人員員安全生存空間，同時(shí)進(jìn)行了實(shí)車(chē)駕駛室正面撞擊試驗(yàn)，校核了該車(chē)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(yùn)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(wǎng)格大小5mm，駕駛室左右車(chē)門(mén)和頂棚及地板等鈑金件材料為DC系列鋼材，前風(fēng)窗及車(chē)門(mén)和盲窗玻璃采用Glass單元建立，并通過(guò)SEAM單元與車(chē)身鈑金件連接。雙A柱撞擊器采用剛體圓柱體實(shí)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(zhì)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(yàn)邊界條件

2.2 重載排半駕駛室雙A柱碰撞CAE結(jié)果分析

2.2.1 重載排半駕駛室雙A柱碰撞強(qiáng)度結(jié)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(zhuǎn)換曲線，及駕駛室變形運(yùn)動(dòng)圖，沙漏在控制范圍內(nèi)，能量傳遞合理，滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)。

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(shí)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(wèn)題，按照上述加載工況，得到如圖4的分析結(jié)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(fā)生在65ms時(shí)，駕駛室員腿部空間依然有100mm的余量空間，生存空間滿足國(guó)家法規(guī)要求。

圖4 某雙排駕駛室頂部碰撞乘員生存空間分析結(jié)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(yùn)用CAE分析軟件，根據(jù)交通運(yùn)輸部法規(guī)要求，建立重載排半駕駛室正面碰撞有限元模型，長(zhǎng)方體擺錘撞擊面與駕駛室前端相接觸碰撞，擺錘的質(zhì)心和主駕R點(diǎn)相平行，撞擊能量為44.1KJ，擺錘重量為1500kg，約束車(chē)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(qiáng)度分析結(jié)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(duì)某重載排半輕卡駕駛室進(jìn)行了CAE分析，得到如圖6的駕駛室運(yùn)動(dòng)變形圖和翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)應(yīng)力結(jié)果云圖，結(jié)果顯示，初始撞擊能量在44.1KJ，駕駛室變形在合理范圍之內(nèi)，駕駛室前端應(yīng)力較合理，翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)未發(fā)生剪斷風(fēng)險(xiǎn)，滿足設(shè)計(jì)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(duì)某重載排半駕駛室正面碰撞分析后進(jìn)行了生存空間的校核，得到如圖7的分析結(jié)果，駕駛室員兩腿未與轉(zhuǎn)向管柱及儀表板發(fā)生干涉，滿足法規(guī)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(jié)果

4 重載排半駕駛室正面碰撞試驗(yàn)分析

本文在某國(guó)家試驗(yàn)檢測(cè)中心，對(duì)某重載貨柜排半駕駛室進(jìn)行了正面碰撞試驗(yàn)，撞擊能量與CAE分析一致，為44.1KJ，采用鐵鏈固定車(chē)架，試驗(yàn)后，檢查翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)螺栓未出現(xiàn)剪斷風(fēng)險(xiǎn)，假人生存空間充足，與CAE分析結(jié)果對(duì)標(biāo)一致。

圖8 重載排半駕駛室正面碰撞試驗(yàn)

圖9 重載排半駕駛室正面碰撞試驗(yàn)結(jié)構(gòu)

5 結(jié)論

本文根據(jù)交通運(yùn)輸部定義的安全技術(shù)條件，基于CAE分析軟件Ls-Dyna，對(duì)某重載排半輕卡駕駛室進(jìn)行了雙A柱碰撞及正面碰撞CAE仿真分析，同時(shí)進(jìn)行了實(shí)車(chē)駕駛室正面撞擊試驗(yàn)，結(jié)果顯示：CAE理論分析和實(shí)車(chē)試驗(yàn)，主駕駛員和副駕乘員未與駕駛室其他部件出現(xiàn)干涉，顯示乘員的生存空間是滿足法規(guī)要求，綜合評(píng)定該重載排半輕卡駕駛室安全結(jié)構(gòu)性能滿足法規(guī)和設(shè)計(jì)目標(biāo)要求。

[1] 劉麗亞.商用車(chē)駕駛室乘員安全性仿真分析與試驗(yàn)研究[D].吉林: 吉林工業(yè)大學(xué),2011.

[2] 雷飛,李貴濤.高強(qiáng)度鋼在商用車(chē)正碰安全性設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究 [J].機(jī)械強(qiáng)度,2017,39(1):71-78.

[3] 武和全.汽車(chē)車(chē)架碰撞安全性分析及其優(yōu)化設(shè)計(jì)[D].南昌:南昌大學(xué),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(nóng)機(jī),2020,11(1):31-33.

[5] 程闊,張健.駕駛室擺錘碰撞的仿真分析[J].機(jī)械科學(xué)與技術(shù),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

A

1671-7988(2020)24-111-03

U467

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1671-7988(2020)24-111-03

鄧輝輝，就職于江西五十鈴汽車(chē)有限公司產(chǎn)品開(kāi)發(fā)技術(shù)中心。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2020.24.037

CLC NO.: U467