摘要

洞悉我國冷藏車后下防護(hù)裝置的發(fā)展，比較冷藏車傳統(tǒng)和現(xiàn)階段的后下防護(hù)裝置研究狀況。分別闡述了傳統(tǒng)和現(xiàn)階段的幾種典型的后下防護(hù)裝置，并對其性能進(jìn)行分析。對比兩階段的后下防護(hù)裝置，發(fā)現(xiàn)新型的后下防護(hù)裝置在高速被動防撞時具有多級吸能、可翻轉(zhuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，具有良好的避免鉆撞、吸能防護(hù)作用。新型的后下防護(hù)裝置配套防碰撞預(yù)警系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)主動防撞和被動防撞相結(jié)合，但由于其造價高推廣價值不大，故仍需要進(jìn)一步改進(jìn)。

關(guān)鍵詞 冷藏車;后下防護(hù)裝置;吸能防護(hù);避免鉆撞

中圖分類號 S229+.3 "文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A "文章編號 0517-6611（2014）32-11575-03

Process in Research of Rear underrun Protective Device of Truck in China

QU Binghua， YU Jianguo

（Traffic College， Northeast Forestry University， Harbin， Heilongjiang 150040）

Abstract Giving insight into the development in rear underrun protective device of refrigerator car， comparing the traditional and current research on rear underrun protective device of refrigerator car， this paper expounds several typical rear underrun protective device between the traditional and present stage， and analyzes their performances respectively. Compared to two stages’ rear underrun protective device， when the truck was in passive anticollision at a high speed， the new types of rear underrun protective device have the advantages of multistage energy absorption， reversible and so on. When the new type of rear underrun protective device was supported by collision warning system， the combination of active anticollision and passive anticollision came true， but due to its high cost it’s promotion is of little value， it still needs to be improved further.

Key words "Refrigerator car; Rear underrun protective device; Energy absorption protection; Avoid the drill

基金項(xiàng)目 中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金項(xiàng)目（DL12BB02）。

作者簡介 翟炳華（1980- ），男，山東濰坊人，講師，碩士，在讀博士研究生，研究方向：載運(yùn)工具裝備制造。

收稿日期 20141008

國外在冷藏車及常規(guī)載貨車后下防護(hù)裝置方面的研究起步早，技術(shù)力量雄厚。早在1994年DE等[1]試驗(yàn)證實(shí)通過改變載貨汽車后下防護(hù)裝置的剛度提高了追尾碰撞時載貨汽車的的吸能緩沖作用，大大改善了碰撞相容性。2008年Cerniglia等[2-3]總結(jié)了當(dāng)時載貨汽車后下防護(hù)裝置吸能防護(hù)的作用形式分別為裝置部件間的互相摩擦、氣壓或者液壓的阻尼運(yùn)動、裝置桿件的折疊變形等。自GB 11567.2-2001后，借鑒國外的先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，我國高校、汽車生產(chǎn)商等機(jī)構(gòu)在冷藏車后下防護(hù)裝置的研究突飛猛進(jìn)，大量新型的載貨汽車后下防護(hù)裝置不斷出現(xiàn)。

冷藏車肩負(fù)著奶制品、蔬菜水果、速凍品等食品運(yùn)輸作業(yè)的負(fù)擔(dān)。自北京奧運(yùn)會以來公路冷藏運(yùn)輸年均增長7%，發(fā)展迅猛[4]。面對中國高速公路追尾撞擊事件的高傷害現(xiàn)象，其后防護(hù)裝置需要提供更高的安全系數(shù)。該文總結(jié)了我國傳統(tǒng)與現(xiàn)階段的冷藏車后下防護(hù)裝置的研究進(jìn)展情況，為今后冷藏車后下防護(hù)裝置的拓展研究提供了一定的科學(xué)參考依據(jù)。

1 冷藏車后下防護(hù)裝置功能及技術(shù)要求

合格的冷藏車后下防護(hù)裝置能夠提高被動防撞時的追尾轎車與貨車之間的碰撞相容性，避免鉆撞現(xiàn)象的發(fā)生，減少人員傷害和經(jīng)濟(jì)損失。冷藏車后下部防護(hù)裝置的功能要求如下[5]：

①阻擋作用。有效避免追尾轎車鉆入冷藏車底部，引起慘烈的交通事故，降低人身傷害;

②吸能緩沖作用。通過裝置桿件軸向拉伸（壓縮）、彎曲、剪切、扭轉(zhuǎn)4種基本變形組成的復(fù)合變形緩沖碰撞沖擊力，最大力度地降低沖擊載荷對追尾車的沖擊，減低生命威脅和經(jīng)濟(jì)損失。

根據(jù)GB 11567.2-2001《汽車和掛車后下部防護(hù)要求》技術(shù)要點(diǎn)，冷藏車后下部防護(hù)裝置應(yīng)符合國標(biāo)中的形狀和尺寸要求、安裝位置要求、阻擋能力要求、安裝固定性要求、質(zhì)量要求和通行性要求等[6]。

2 傳統(tǒng)的冷藏車后下防護(hù)裝置

2.1 傳統(tǒng)的冷藏車后下防護(hù)裝置的使用現(xiàn)狀

過去由于我國交通管理體系不夠完善，對交通安全標(biāo)準(zhǔn)的年審力度監(jiān)察不一。汽車企業(yè)和車主對冷藏車后下部防護(hù)裝置與道路行駛安全之間的關(guān)聯(lián)重視度低。貨車車主為了降低車重減少經(jīng)濟(jì)成本，冷藏車配置的后下部防護(hù)裝置結(jié)構(gòu)剛度和強(qiáng)度等達(dá)不到國家技術(shù)安全指標(biāo)等因素導(dǎo)致其后下部防護(hù)裝置安裝缺陷不一，如有的直接忽略裝置，無任何防護(hù)措施，或裝置安裝位置和安裝方式不符合要求，防護(hù)作用小，裝置結(jié)構(gòu)尺寸和強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)，甚至只作裝飾用[7]。

我國傳統(tǒng)的冷藏車后下部防護(hù)裝置主要由槽鋼、方鋼等材料制成，該裝置由車架、防撞橫梁和防撞支撐臂組成。圖1為最原始最簡單的冷藏車后下部防護(hù)裝置，該裝置由沖擊梁、直支撐臂和車架組成，工作狀態(tài)下沖擊梁承擔(dān)防護(hù)作用，防護(hù)效果差;構(gòu)件通過塑性變形實(shí)現(xiàn)緩沖吸能作用，支撐臂是最主要的吸能桿件，該結(jié)構(gòu)整體阻擋、吸能效果差，易發(fā)生鉆撞。

圖2為冷藏車后下部防護(hù)裝置，由沖擊梁、直支撐臂、斜支撐臂和車架組成。工作狀態(tài)下該裝置主要由斜支撐臂和沖擊梁承擔(dān)防護(hù)作用，斜支撐臂折疊變形的吸能效果優(yōu)于前者，被動防撞能力提高。該裝置的構(gòu)件為管狀，槽鋼狀后下防護(hù)裝置在碰撞過程中產(chǎn)生的位移和應(yīng)力是它的數(shù)倍，所以采用該裝置比直臂式冷藏車后下部防護(hù)裝置更可靠，更安全。

圖1 "直臂式后下防護(hù)裝置

圖2 斜臂式后下防護(hù)裝置

2.2 傳統(tǒng)的冷藏車后下防護(hù)裝置的缺陷

冷藏車在低速行駛時，小轎車100%正面追尾碰撞時傳統(tǒng)的后下部防護(hù)裝置能夠有效避免鉆撞現(xiàn)象，但是吸能緩沖能力低導(dǎo)致追尾撞擊后甚至發(fā)生反彈，造成追尾車及人員的二次傷害。冷藏車在高速公路上行駛時，面對瞬時車速大于60km/h的小轎車，傳統(tǒng)的后下部防護(hù)裝置的阻擋和吸能防護(hù)效果失效，一旦發(fā)生追尾事故，極易發(fā)生鉆撞。

冷藏車傳統(tǒng)的后下部防護(hù)裝置防護(hù)性能檢測用的是實(shí)車追尾碰撞試驗(yàn)方法和后下部防護(hù)試驗(yàn)臺。實(shí)車追尾碰撞試驗(yàn)方法是利用實(shí)車直接碰撞后，對試驗(yàn)反饋的結(jié)果加以分析后，再進(jìn)一步改進(jìn)裝置。試驗(yàn)最接近交通事故發(fā)生的情形，試驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性最佳，是評價貨車后下部防護(hù)裝置最直接、最有效的方法，但是該方法成本高、重復(fù)率低、試驗(yàn)準(zhǔn)備工作復(fù)雜和周期長[8]。后下部防護(hù)試驗(yàn)臺方法是按照國家相關(guān)規(guī)定對裝置進(jìn)行靜態(tài)加載試驗(yàn)，測量各點(diǎn)的變形量，對汽車無損傷。該方法只能有效測試?yán)洳剀嚭笙虏糠雷o(hù)裝置的阻擋能力，無法驗(yàn)證其吸能緩沖效果的好壞，而且不同廠商生產(chǎn)的后下部防護(hù)試驗(yàn)臺標(biāo)準(zhǔn)不一，導(dǎo)致測試結(jié)果具有差異性。

我國在冷藏車的后下部防護(hù)裝置方面的研究起步較晚，傳統(tǒng)的冷藏車后下防護(hù)裝置在設(shè)計(jì)時大多關(guān)注裝置離地高度、結(jié)構(gòu)剛度對其防護(hù)效果的影響，而對材料、連接方式、特殊環(huán)境、壁厚等因素重視不夠。

3 現(xiàn)代冷藏車貨車后下防護(hù)裝置

3.1 現(xiàn)階段冷藏車后下防護(hù)裝置的研究現(xiàn)狀

小轎車和載貨車的追尾極易造成車毀人亡，兩者造成的交通事故占46%，車禍死亡比例是其他車輛之間碰撞致死的4倍，這種情況引起了國家、高校和汽車生產(chǎn)商的重視。目前在裝置的結(jié)構(gòu)和吸能防護(hù)方面的研究取得了一系列的進(jìn)展。如今貨車后下部防護(hù)裝置的吸能防護(hù)作用主要靠新型吸能材料、吸能結(jié)構(gòu)、擴(kuò)脹管、波紋管、薄壁組合結(jié)構(gòu)等實(shí)現(xiàn)多級吸能、可翻轉(zhuǎn)的后下防護(hù)裝置，其中新型吸能材料有玻璃纖維、珍珠棉、橡膠金屬螺旋復(fù)合彈簧等;吸能結(jié)構(gòu)有N形裝置、曲柄滑塊裝置、鋼板折彎裝置、雙向吸能裝置和阻尼缸等。

在傳統(tǒng)冷藏車后下防護(hù)裝置的基礎(chǔ)上作最簡單地改進(jìn)，即圖2中的斜支撐臂改為吸能盒，并在吸能盒中填充泡沫鋁[9-10]。通過吸能盒平穩(wěn)的壓潰變形最大程度地提高后下防護(hù)裝置的吸能緩沖能力，在降低追尾車人員傷亡的同時有效減輕沖擊載荷對載貨車車架的損傷。受生產(chǎn)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)成本的限制，各個汽車廠商生產(chǎn)的吸能盒標(biāo)準(zhǔn)型號不一，吸能防護(hù)效果略有不同。

圖3 膨脹管式后下防護(hù)裝置

圖3為膨脹管式后下防護(hù)裝置。它是在圖2的基礎(chǔ)上將斜支撐臂改為2級擴(kuò)脹管，該結(jié)構(gòu)由擴(kuò)脹管、沖頭、套管組成。通過移動碰壁仿真試驗(yàn)和實(shí)車碰撞仿真試驗(yàn)證實(shí)，擴(kuò)脹管具有穩(wěn)定的吸能效果，追尾撞擊速度越大，線性疊加的吸能值越大[11];其中矩形鋼板的斜支撐臂支撐角、壁厚、矩形鋼長寬比對裝置的阻擋和吸能防護(hù)效果影響較大。

圖4為薄壁圓筒式后下防護(hù)裝置，通過自身變形實(shí)現(xiàn)良好的吸能效果，并在世界上首次提出雙向吸能變性理論。該裝置具有3大創(chuàng)新點(diǎn)：利用追尾碰撞時的多點(diǎn)變形和程序化吸能實(shí)現(xiàn)雙向吸能變形，緩沖沖擊載荷，使安全系數(shù)大大改善;采用了可翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，改善了載貨汽車在路況復(fù)雜路面的離去角，提高了載貨汽車的通行性;工藝簡單、成本低適合推廣。目前該裝置已與東風(fēng)系列的多種類型車實(shí)現(xiàn)了配套安裝，并得到了肯定[12]。

圖4 薄壁圓筒式后下防護(hù)裝置

圖5為曲柄連桿式后下防護(hù)裝置。該裝置利用曲柄連桿移動變形、2級擴(kuò)脹管、阻尼彈簧、阻尼缸實(shí)現(xiàn)了多級吸能防護(hù)，其中阻尼彈簧選用的是橡膠金屬螺旋復(fù)合彈簧。該裝置利用曲柄連桿運(yùn)動和阻尼彈簧互相作用可實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)，改善了載貨汽車的通行性。經(jīng)過移動碰壁仿真試驗(yàn)證實(shí)，其具有良好的吸能防護(hù)作用，在高速行駛時它的吸能效果更加突出，值得向冷藏車等特殊車輛推廣[13]。

圖5 曲柄連桿式后下防護(hù)裝置

圖6為電控式后下防護(hù)裝置。該裝置由電子控制部分、機(jī)械控制部分、緩撞吸能組件和保險杠連接組件組成。載貨汽車正常行駛時緩撞吸能組件處于豎直狀態(tài)載貨汽車開啟防撞模式時緩撞吸能組件立即處于水平狀態(tài)。

圖6 電控式后下防護(hù)裝置

3.2 現(xiàn)階段冷藏車后下防護(hù)裝置所具有的特點(diǎn)

①幾何尺寸更加標(biāo)準(zhǔn)。我國汽車和掛車后下部防護(hù)裝置要求冷藏車后下防護(hù)裝置的離地間隙應(yīng)該在450～550 mm之間。裝置離地高度過小會導(dǎo)致汽車通行性降低，尤其是針對路況較為復(fù)雜的道路;裝置離地高度過大會導(dǎo)致裝置吸能降低。

②型材選擇更加豐富。傳統(tǒng)的后下防護(hù)裝置在鋼材選擇時主要是用槽鋼、矩形鋼等焊接在車架上。伴隨國內(nèi)學(xué)者的深入研究，現(xiàn)在的裝置呈現(xiàn)多樣化，比如薄壁鋼管、波紋管、連桿機(jī)構(gòu)等。

③剛度設(shè)計(jì)更加合理。裝置剛度過大會導(dǎo)致追尾車在追尾碰撞時發(fā)生反彈，給人和車輛造成二次傷害;剛度裝置剛度太小則無法滿足阻擋和吸能防護(hù)作用，造成鉆撞。

④重量選取更加優(yōu)化。后下防護(hù)裝置的重量關(guān)系著載貨汽車的載貨量和道路行駛安全，重量過低會導(dǎo)致剛度和強(qiáng)度不足，一旦發(fā)生追尾該裝置形同虛設(shè);重量過高將提高運(yùn)營成本，違背了設(shè)計(jì)者的初衷。

3.3 現(xiàn)階段冷藏車后下防護(hù)裝置的創(chuàng)新點(diǎn)

①功能創(chuàng)新。冷藏車后下防護(hù)裝置的功能創(chuàng)新表現(xiàn)在對吸能防護(hù)原理的創(chuàng)新、通行性創(chuàng)新。吸能防護(hù)已經(jīng)不再局限于沖擊梁和支撐臂的折疊變形，經(jīng)過實(shí)車追尾試驗(yàn)碰撞和計(jì)算機(jī)模擬發(fā)現(xiàn)新型的后下防護(hù)裝置具有更好的吸能緩沖效果，比如曲柄連桿式后下防護(hù)裝置、擴(kuò)脹管式后下防護(hù)裝置等。

②裝置結(jié)構(gòu)創(chuàng)新。傳統(tǒng)的冷藏車后下防護(hù)裝置就是一個簡易的矩形槽鋼焊接在車架上，現(xiàn)代的載貨汽車后下防護(hù)裝置采用了新型的薄壁圓筒式后下防護(hù)裝置、膨脹管式后下防護(hù)裝置和曲柄連桿式后下防護(hù)裝置等。除此之外，新興的防追尾碰撞預(yù)警系統(tǒng)也投入到后下防護(hù)裝置的研發(fā)中。

③裝置連接創(chuàng)新。裝置傳統(tǒng)連接普遍選用焊接方式，由于焊接材料和鋼材的材料不一，焊接方法和工藝選擇不一，焊結(jié)構(gòu)件類型的差異、工況的不一導(dǎo)致焊接質(zhì)量良莠不一，產(chǎn)生了氣孔、夾渣等焊接缺陷。焊接件也不適合承受沖擊載荷，在追尾碰撞時極易脆斷。許多新型裝置中比如在擴(kuò)脹管式后下防護(hù)裝置中采用了套筒連接，曲柄連桿式后下防護(hù)裝置中采用了鉸鏈連接和螺栓連接。

④裝置檢測方法創(chuàng)新?，F(xiàn)代計(jì)算機(jī)的發(fā)展使得裝置吸能防護(hù)的檢驗(yàn)不再局限于實(shí)車追尾碰撞試驗(yàn)方法和后下部防護(hù)試驗(yàn)臺的方法。目前，汽車碰撞分析使用計(jì)算機(jī)仿真軟件的越來越多，比如國內(nèi)一般利用LS-DYNA、MADYMO對裝置進(jìn)行碰撞大變形仿真分析。該方法的模擬結(jié)果接近于實(shí)車追尾碰撞試驗(yàn)結(jié)果，具有成本低、重復(fù)率高、周期短、試驗(yàn)條件不受限制等優(yōu)點(diǎn)，具有高效、便捷、綜合分析能力強(qiáng)的模擬效果。

3.4 傳統(tǒng)與現(xiàn)代冷藏車后下防護(hù)裝置的對比

相對于傳統(tǒng)冷藏車后下防護(hù)裝置，現(xiàn)階段冷藏車后下防護(hù)裝置具有以下優(yōu)點(diǎn)：吸能緩沖方面有了質(zhì)的飛越，利用不同的吸能防護(hù)原理實(shí)現(xiàn)了多級吸能、雙向吸能，最大程度地降低了追尾碰撞的人員傷害和經(jīng)濟(jì)損失;可翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的出現(xiàn)提高了離去角，改善了冷藏車在路況復(fù)雜路面的通行性;冷藏車性能參數(shù)提高，服務(wù)時效性得到極大改善，提高了企業(yè)對市場變化的掌控力度[14]。

現(xiàn)階段冷藏車后下防護(hù)裝置在結(jié)構(gòu)尺寸方面的研究較淺，部分裝置結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，成本較高，批量生產(chǎn)困難。

4 總結(jié)

我國冷藏車后部防護(hù)裝置的研究起步晚，基礎(chǔ)薄弱，起點(diǎn)低。傳統(tǒng)的冷藏車后下防護(hù)裝置在低速追尾碰撞時具有一定的防護(hù)作用，但在高速碰撞時往往失效，而發(fā)生鉆撞現(xiàn)象。借鑒國外先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，我國現(xiàn)階段的冷藏車后下防護(hù)裝置在吸能防護(hù)原理、裝置結(jié)構(gòu)、裝置剛度、裝置檢測手段等方面實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)新，裝置具有高效吸能緩沖、通行性高等特點(diǎn)。此外與特殊后下防護(hù)裝置配套的防碰撞預(yù)警系統(tǒng)也處于研發(fā)使用中，力求實(shí)現(xiàn)主動防撞和被動防撞相結(jié)合。

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