某重载排半轻卡驾驶室安全性能理论仿真与试验研究

邓辉辉，樊华春，何帆影，黄勤

某重载排半轻卡驾驶室安全性能理论仿真与试验研究

邓辉辉，樊华春，何帆影，黄勤

（江西五十铃汽车有限公司 产品开发技术中心，江西 南昌 330001）

为校核某重载排半轻卡驾驶室的结构安全性能是否满足交通部法规及设计要求,文章基于有限元理论，分析了该轻卡驶室双A柱碰撞及正面碰撞的安全性能，CAE结果显示，两种试验场景下的驾乘员生存空间充足，实车驾驶室正面撞击试验结果显示，翻转机构强度满足要求，假人没有和零部件干涉，前排乘员生存空间充足，因此该重载排半轻卡驾驶室碰撞安全性能满足法规和设计要求。

重载轻卡；排半驾驶室；碰撞；安全性能

1 引言

自2020年疫情复工复产以来，社会生产和经济得到迅速恢复和蓬勃发展，以电子商务和城市物流行业为代表，催生出轻卡销量也稳步攀升，重载排半驾驶室轻卡车型，以其同时具备较大载货能力和多乘员容纳性及后排可卧躺休息便利性能，越来越得到省城际运输用户的喜爱和使用。但与此同时，随着国内车辆的保有量激增，道路场景的复杂化，轻卡驾乘人员的安全风险也在逐年增大，需引起汽车生产厂商及国家监管等部门及全社会人员的共同关注和重视。国内轻卡行业驾驶室主要以平头驾驶室为主，当轻卡驾驶室出现双A柱碰撞及顶压和正面碰撞等安全事故时，重载排半驾驶室首先出现弹性变形，随后回转入较大大的塑性变形失效，进而会挤压和伤害驾驶员和乘员的生存空间，引起人身伤害安全事故，故重载排半轻卡驾驶室自身的安全性能对乘员的生存空间和生命安全有着决定性影响[1-5]。因此开展重载排半轻卡驾驶室碰撞安全性能的仿真研究具有十分重要的经济价值和社会意义。

本文依据交通运输部的营运货车安全技术要求，基于有限元分析软件Ls-Dyna，对某重载排半货柜轻卡驾驶室进行了双A柱碰撞和正面碰撞CAE仿真分析，研究了该驾驶室碰撞的能量传递规律和评估了驾驶室安全结构强度及驾乘人员员安全生存空间，同时进行了实车驾驶室正面撞击试验，校核了该车型驾驶室安全性能水平。

2 重载排半驾驶室双A柱碰撞CAE分析

2.1 重载排半驾驶室碰撞FEA模型

本文运用Hyperworks和Ls-dyna软件，建立如图1的某重载排半轻卡驾驶室碰撞仿真模型，网格大小5mm，驾驶室左右车门和顶棚及地板等钣金件材料为DC系列钢材，前风窗及车门和盲窗玻璃采用Glass单元建立，并通过SEAM单元与车身钣金件连接。双A柱撞击器采用刚体圆柱体实体Solid单元模拟，假人模型分别放置于主副驾位置。重载排半驾驶室质量为385kg，约束下端全部自由度，摆锤以初始能量为29.4KJ，初始角速度为2.06rad/s撞向该驾驶室双A柱位置，边界条件如图2。

图1 某重载排半轻卡驾驶室FEA模型

图2 双A柱碰撞试验边界条件

2.2 重载排半驾驶室双A柱碰撞CAE结果分析

2.2.1 重载排半驾驶室双A柱碰撞强度结果分析

按照上述双A柱碰撞边界条件，得到图3的驾驶室能量转换曲线，及驾驶室变形运动图，沙漏在控制范围内，能量传递合理，满足设计目标。

2.2.2 重载排半驾驶室双A柱碰撞乘员生存空间校核

本文同时研究了重载排半驾驶室在双A柱碰撞情形下，乘员的生存空间安全问题，按照上述加载工况，得到如图4的分析结果，本文重载排半驾驶室双A柱可以承受29.4KJ的能量撞击，最大变形发生在65ms时，驾驶室员腿部空间依然有100mm的余量空间，生存空间满足国家法规要求。

图4 某双排驾驶室顶部碰撞乘员生存空间分析结果

3 重载排半驾驶室正面碰撞CAE分析

3.1 重载排半驾驶室正面碰撞边界条件

本文运用CAE分析软件，根据交通运输部法规要求，建立重载排半驾驶室正面碰撞有限元模型，长方体摆锤撞击面与驾驶室前端相接触碰撞，摆锤的质心和主驾R点相平行，撞击能量为44.1KJ，摆锤重量为1500kg，约束车架全部自由度，边界条件如图5所示。

图5 重载排半驾驶室正面撞击边界条件示意图

3.2 重载排半驾驶室正面碰撞强度分析结果

本文按照上述重载排半驾驶室正面碰撞加载边界条件，对某重载排半轻卡驾驶室进行了CAE分析，得到如图6的驾驶室运动变形图和翻转机构应力结果云图，结果显示，初始撞击能量在44.1KJ，驾驶室变形在合理范围之内，驾驶室前端应力较合理，翻转机构未发生剪断风险，满足设计要求。

3.3 重载排半驾驶室正面碰撞生存空间校核

本文按照上述分析边界条件，对某重载排半驾驶室正面碰撞分析后进行了生存空间的校核，得到如图7的分析结果，驾驶室员两腿未与转向管柱及仪表板发生干涉，满足法规要求，具备足够的生存空间。

图7 双排驾驶室正面碰撞生存空间校核结果

4 重载排半驾驶室正面碰撞试验分析

本文在某国家试验检测中心，对某重载货柜排半驾驶室进行了正面碰撞试验，撞击能量与CAE分析一致，为44.1KJ，采用铁链固定车架，试验后，检查翻转机构螺栓未出现剪断风险，假人生存空间充足，与CAE分析结果对标一致。

图8 重载排半驾驶室正面碰撞试验

图9 重载排半驾驶室正面碰撞试验结构

5 结论

本文根据交通运输部定义的安全技术条件，基于CAE分析软件Ls-Dyna，对某重载排半轻卡驾驶室进行了双A柱碰撞及正面碰撞CAE仿真分析，同时进行了实车驾驶室正面撞击试验，结果显示：CAE理论分析和实车试验，主驾驶员和副驾乘员未与驾驶室其他部件出现干涉，显示乘员的生存空间是满足法规要求，综合评定该重载排半轻卡驾驶室安全结构性能满足法规和设计目标要求。

[1] 刘丽亚.商用车驾驶室乘员安全性仿真分析与试验研究[D].吉林: 吉林工业大学,2011.

[2] 雷飞,李贵涛.高强度钢在商用车正碰安全性设计中的应用研究 [J].机械强度,2017,39(1):71-78.

[3] 武和全.汽车车架碰撞安全性分析及其优化设计[D].南昌:南昌大学,2007.

[4] 黄勤.基于LS-dyna的某轻卡驾驶室正面碰撞安全性能研究[J]南方农机,2020,11(1):31-33.

[5] 程阔,张健.驾驶室摆锤碰撞的仿真分析[J].机械科学与技术,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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邓辉辉，就职于江西五十铃汽车有限公司产品开发技术中心。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2020.24.037

CLC NO.: U467