轻卡驾驶室碰撞性能的分析

李鹏

摘 要 当前，汽车工业发展的速度越来越快，人们更关注汽车的质量与安全性能。但是，与乘用车相比，商用车的安全性能明显比较低。所以，针对这种情况，本文对轻卡驾驶室碰撞性能进行分析、研究，希望可以促进驾驶室设计的安全性与可靠性。

关键词 轻卡 驾驶室 碰撞 性能 分析

随着社会、经济的不断发展，我国汽车销量的增长非常迅速。然而与此同时，也导致交通事故的频发，给人们的生命安全带来了很大威胁。尤其是大型商用车肇事后，带来的损失更大。在商用车碰撞事故中，由于商用车驾驶室结构脆弱，尤其是在巨大的压力与冲击下，就会导致结构崩溃，在这种情况下，驾驶员就会面临生命危险。基于此，必须采取有针对的措施与办法，来提高商用车的碰撞安全性能。

一、国内商用车碰撞研究现状

与德国、美国等国家相比，我国虽然对商用车碰撞研究的时间比较晚，但是也取得了一定的成绩。比如：在研究的过程中，利用商用驾驶室的实验性能、方法等，成功建立了检测正面碰撞的装置。通过仿真分析，该实验与整车变形的趋势非常接近。再如：相关专家以某商用车为例，针对正面撞击实验中结构的强度问题，实施驾驶室被动安全仿真。通常情况下，商用车在正面撞击下，就会导致前缘断裂。研究表明，实施前悬置拓扑优化结构改进方案可以解决此类问题。与此同时，还可以起到加强地板以及后围结构的作用。在多轮仿真分析下，使驾驶室的结构强度、刚度不断改进，并最终达到驾驶室新法规的要求。只有这样，才能在最大程度上提供卡车的安全驾驶。

二、非线性有限元基本理论概述

汽车碰撞属于典型的非线性问题，比如大转动、大应变，以及材料弹塑变形等非线性。在该理论下，可以将其看成一个多物体接触的碰撞系统。当汽车发生碰撞之后，各个零件在相互挤压的作用下，产生一定的撞击力。所以，当t=0时，为碰撞的初始时刻。该时刻中物体质点的位置被称为初始构型。根据质量守恒定律、二阶常微分方程组，可以计算出汽车在碰撞后，产生的位移。具体公式为：

式中，为已知条件。另外，在运动方程中，可以计算出的值。其次，如果质量矩阵为对角矩阵，并满足为对角矩阵，根据节点位移的更新，则不要求再解方程式。在这种情况下，将积分法应用于非线性分析中，则具有更大的优势。

三、轻卡驾驶室碰撞的安全性分析

1、正面撞击仿真

在正面撞擊仿真中，由于驾驶室的非弹性部件没有与假人模型接触，从而使驾驶员获得了生存的空间。其次，与正面摆锤撞击实验相比，50km/h正面碰撞实验产生的总能量更大，而且生存空间也比较大。主要原因是：在50km/h正面碰撞时，车架对能量的吸收力不断增强。相反，在正面摆锤撞击实验中，车架的吸收能力比较小。同时，由于摆锤位置的特殊性，使其在运动的过程中，对管柱产生了较大的作用。从以上分析可以看出，在正面摆锤撞击实验中，对驾驶员的保护性进行直接考验。以生存空间为参照物，相对于50km/h正面碰撞实验，正面摆锤撞击实验的要求更严格。

2、顶盖强度仿真

在64ms驾驶室中，变形的部分主要为顶盖部分，与后围、侧围变形相比，力度非常小。通常情况下，变形的程度为8mm左右。同时，由于车门、车窗均没有发生变形，因此可以推断出该驾驶室内，驾驶员的生存空间比较安全。另外，实践证明，车顶变形并不均匀，实际的入侵量往往比推算的数据大。另外，在Test C加载后模型中，可以看出假人头顶空间量不是顶盖入侵量减少的原因。因此，应该以井盖强度对驾驶员的生存空间进行测试。

3、后围强度仿真

实验证明，如果加载装置与后围的接触力为4000N时，时间为7.6ms。根据强制速度的方法来计算，在减去初始行程的基础上，可以得出侵入量的大小，本组实验中的数值为3.2mm。其中，当初始行程为57.2ms时，接触力增加了3倍，导致驾驶室崩溃。然后，减去空行程短，得到入侵量为53mm。在7.6ms驾驶室变形模型中，导入假人模型后，因为后围变形的力度比较小，所以在这种情况下，驾驶员完全可以获得足够的生存空间。

4、正面A柱碰撞仿真

在正面A柱碰撞仿真中，驾驶室变形的主要部分为：顶盖、驾驶室A柱。其中，车门、机舱等部门变形的力度比较小。根据能量变化图可以看出，在163ms时，驾驶室的变形程度最大。在该类碰撞模型中，放入男性模型来检验生存空间。可以看出，假人腿部与方向盘接触，头部以及上臂的地方与侧围距离近，因此驾驶员的生存空间非常有限。所以，该模式不能通过碰撞实验。

四、驾驶室的改进设计

从上面的仿真结果可以看出，正面A柱撞击实验中，驾驶员的生存空间有限，不能满足生存的需要，对驾驶员的生命安全造成了影响。针对以上问题，有必要对结构进行改造。由于横向之间的连接严重变形，导致驾驶员生存空间不足，因此应该解决这方面的问题。具体的办法为：给后围板两侧各添加一块加强板，厚度为1.0mm，并保持与后围间隙的料厚，然后采用焊接的方式，使地板横梁与后围横梁有效连接，最终增强材料的屈服度。

五、结束语

随着汽车工业的不断发展，车辆碰撞的几率不断增加，从而给驾驶员带来了巨大的生命风险。为此，本文针对轻卡驾驶室碰撞性能进行分析，在分析的基础上，提出解决的办法，希望可以起到参考的作用。

参考文献：

[1]牛玉峰.某轻卡驾驶室碰撞性能仿真研究[J].北京林业大学，2014，（12）.

[2]谷同金.某轻卡驾驶室模态性能对标分析与研究[J].合肥工业大学，2013，（05）.

（作者单位：沈阳金杯车辆制造有限公司）