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        基于不同營運(yùn)貨車駕駛室后圍樣式的頂部強(qiáng)度仿真評價(jià)研究

        2022-12-29 00:00:00李會(huì)民張雯宋尚斌梁晨
        汽車科技 2022年5期

        摘 "要:為有效提升營運(yùn)車輛安全性能,中華人民共和國交通運(yùn)輸部于2018年2月26日發(fā)布行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《營運(yùn)貨車安全技術(shù)條件 第1部分:載貨汽車》(JT/T 1178.1-2018),標(biāo)準(zhǔn)中第6.4項(xiàng)要求營運(yùn)貨車駕駛室應(yīng)具備乘員保護(hù)功能。本文以標(biāo)準(zhǔn)中附錄C《駕駛室結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗(yàn)方法和生存空間檢驗(yàn)用人體模型要求》中頂部強(qiáng)度試驗(yàn)為基礎(chǔ),對同一系列平后圍與凸后圍兩種不同樣式駕駛室強(qiáng)度的仿真評價(jià)研究,評價(jià)分析兩種后圍樣式駕駛室在模擬車輛側(cè)翻后駕駛室頂部朝下的事故形態(tài)下,實(shí)際的生存空間情況。

        關(guān)鍵詞:營運(yùn)貨車;駕駛室;頂部強(qiáng)度;生存空間

        中圖分類號:U463.8 " " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A " " " 文章編號:1005-2550(2022)05-0094-04

        Evaluation Research on Simulation Based on Different Type of Commercial Truck cab’s Rear Wall

        LI Hui-min1, ZHANG Wen2, SONG Shang-bin1, LIANG Chen1

        ( 1.Research Institute of Highway Ministry of Transport, Beijing 100088, China;

        2.Dayun Automobile Co., Ltd., Yuncheng 044000, China)

        Abstract: In order to improve the safety performance of commercial vehicles effectively, the Ministry of Transport of PRC issued the transportation industry standard JT/T 1178.1-2018 \"Safety specification for commercial vehicle for cargos transportation – Part 1: Goods vehicle\" on February 26, 2018. This standard requires that the cab of commercial trucks should have the occupant protection function in section 6.4. Based on the roof strength experiment in Appendix C “The cab structure strength test method and manikin to be used to verify the survival space”, this paper carried out simulation of the roof strength of flat rear wall and convex rear wall which the cab are the same series, and analyzed the condition of the actual survival space during the simulation accident with the cab facing the ground after the vehicle rolls over.

        Key Words: Commercial Truck; Cab; Strength; Survival Space

        前 " "言

        近年來,國內(nèi)營運(yùn)載貨汽車擁有量逐年提升,根據(jù)數(shù)據(jù)顯示,2021年年末,全國營運(yùn)載貨汽車擁有量為1173.26萬輛,較上一年增長了5.7%。其中牽引車擁有量為346.68萬輛,較上一年增長11.5%[1]。與此同時(shí),隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展、生活水平的提高,駕駛員對駕駛區(qū)域的要求也在不斷提高。作為長途運(yùn)輸主力軍的牽引車,為了改善駕駛員在車內(nèi)的睡眠質(zhì)量,整體提升長途駕駛室的舒適性感受,多個(gè)重型商用車生產(chǎn)企業(yè)對其產(chǎn)品均采用了凸后圍的設(shè)計(jì)方式,在原有駕駛室基礎(chǔ)上對臥鋪寬度進(jìn)行了增加。

        由于駕駛室后圍樣式的變化,凸后圍駕駛不能滿足營運(yùn)車輛駕駛室乘員保護(hù)項(xiàng)目的同一型式判定要求與平后圍駕駛室進(jìn)行視同[2],這不僅給企業(yè)造成了額外的檢測認(rèn)證費(fèi)用,還增加了認(rèn)證周期。本文根據(jù)《營運(yùn)貨車安全技術(shù)條件 第1部分:載貨汽車》(JT/T 1178.1-2018)標(biāo)準(zhǔn)(以下簡稱JT/T 1178.1-2018標(biāo)準(zhǔn))附錄C《駕駛室結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗(yàn)方法和生存空間檢驗(yàn)用人體模型要求》中要求[3],對某企業(yè)同一系列平后圍與凸后圍兩種不同樣式駕駛室頂部強(qiáng)度試驗(yàn)進(jìn)行仿真研究[4-5],為道路運(yùn)輸車輛達(dá)標(biāo)車型管理工作提供參考。

        1 " "樣品選擇

        為了更好的驗(yàn)證營運(yùn)車輛僅后圍樣式不同的情況下,對駕駛室頂部強(qiáng)度試驗(yàn)的影響,本文選取某重型車生產(chǎn)企業(yè)同一系列平后圍與凸后圍兩種樣式駕駛室(見圖1)進(jìn)行此次的分析研究。本次所選取的同一系列平后圍與凸后圍駕駛室已應(yīng)用在本企業(yè)所有N3類牽引車車型上,具有較強(qiáng)的代表性。所選取的駕駛室總成:后圍前的結(jié)構(gòu)——車門總成、側(cè)圍總成、地板總成、頂蓋總成、內(nèi)部連接件結(jié)構(gòu)、零件材料及焊點(diǎn)數(shù)量等完全相同;后圍尺寸及結(jié)構(gòu)有所差異——凸后圍駕駛室為增加臥鋪寬度,相較于平后圍駕駛室在長度上增加了150mm,平后圍駕駛室后部骨架是2個(gè)橫向加強(qiáng)筋、2個(gè)縱向強(qiáng)筋構(gòu)成;凸后圍駕駛室后部骨架是3個(gè)橫向加強(qiáng)筋、2個(gè)縱向加強(qiáng)筋構(gòu)成。

        2 " "試驗(yàn)方法

        本文仿真與測試選取的駕駛室主要用于N3類營運(yùn)牽引車輛,因此試驗(yàn)方法按照J(rèn)T/T 1178.1-2018標(biāo)準(zhǔn)附錄C中規(guī)定的頂部強(qiáng)度試驗(yàn)方法進(jìn)行。

        2.1 " 試驗(yàn)要求

        最大設(shè)計(jì)總質(zhì)量大于7500 kg的N2類車輛和所有的N3類車輛,應(yīng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)預(yù)加載試驗(yàn)(撞擊器位置見圖2的P1)和頂部靜壓試驗(yàn)(撞擊器位置見圖2的P2),且應(yīng)用同一個(gè)駕駛室完成;

        2.2 " 動(dòng)態(tài)預(yù)加載試驗(yàn)要求

        a.撞擊器應(yīng)為鋼制且質(zhì)量均勻分布。撞擊器質(zhì)量不小于1500 kg;

        b.撞擊器的撞擊面應(yīng)為平整的矩形,且應(yīng)足夠大(一般為2500mm×2500mm),以確保撞擊器位于撞擊位置時(shí),駕駛室與撞擊器邊緣不發(fā)生接觸。如果撞擊器為擺錘,擺錘應(yīng)剛性地固定在兩根自由懸吊的擺臂上,擺臂間距(fc)不小于1000 mm,擺臂的長度(Lc)(從懸吊軸到擺錘的幾何中心)不小于3500 mm;

        c.撞擊時(shí)刻,撞擊器位置應(yīng)滿足下列要求:

        1)撞擊器的撞擊面與駕駛室縱向中心平面的夾角(ɑc)為20°;

        2)撞擊器撞擊時(shí),駕駛室可傾斜20°,或撞擊器的撞擊面傾斜20°。如果撞擊器為擺錘,則駕駛室不能被傾斜20°,駕駛室應(yīng)被安裝在水平面上;

        3)撞擊器的撞擊面應(yīng)覆蓋駕駛室應(yīng)覆蓋駕駛室側(cè)頂部全部邊長;

        4)撞擊器縱向中心線應(yīng)水平且與駕駛室縱向中心線平行;

        d.撞擊器撞擊駕駛室側(cè)頂部,撞擊方向垂直于撞擊器的撞擊面和駕駛室縱向中心線。在滿足撞擊位置要求的情況下,可移動(dòng)撞擊器或者駕駛室來完成撞擊試驗(yàn)。撞擊能量為17.6kJ。

        2.3 " 頂部靜壓試驗(yàn)要求

        a.加載壓板應(yīng)為鋼制且質(zhì)量均勻分布。加載壓板的加載面應(yīng)為矩形平面,加載時(shí)應(yīng)確保駕駛室與加載壓板邊緣不發(fā)生接觸;

        b.加載設(shè)備與其支撐結(jié)構(gòu)之間應(yīng)具有直線導(dǎo)向系統(tǒng),加載過程中允許駕駛室頂部向非撞擊側(cè)的橫向移動(dòng);

        c.加載時(shí),加載壓板位置應(yīng)滿足以下要求:

        1)加載壓板平行于車架X-Y平面(見圖2);

        2)加載壓板運(yùn)動(dòng)方向平行于車架垂直軸線;

        3)加載壓板覆蓋整個(gè)駕駛室車頂部;

        4)加載力為車輛前部的一個(gè)軸或多個(gè)軸的最大軸荷的靜載荷,其最大為98kN。

        3 " "仿真分析研究

        根據(jù)JT/T 1178.1-2018標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)要求,N3類的營運(yùn)貨車駕駛室頂部強(qiáng)度試驗(yàn)需分兩步進(jìn)行。首先進(jìn)行動(dòng)態(tài)預(yù)加載試驗(yàn),使用能量為 17.6kJ對駕駛室進(jìn)行20°的斜面撞擊,然后進(jìn)行頂部靜壓試驗(yàn),對駕駛室頂部施加98kN壓力靜載荷。對比動(dòng)態(tài)預(yù)加載試驗(yàn)前后B柱對駕駛員的頭部A點(diǎn)、頸部、B點(diǎn)、胸部C點(diǎn)、腹部D點(diǎn)和髖部E點(diǎn)的影響(見圖3),以及頂部靜壓試驗(yàn)前后駕駛員頭部到駕駛室頂部H值(見圖4)的變化。

        車輛頂部靜壓試驗(yàn)過程屬于一種將幾何、材料等各種非線性組合為一體的高度非線性問題。除此之外,它還屬于一種在全部的進(jìn)程中總能量保持恒定的過程。雖然車輛的大多數(shù)動(dòng)能可以被吸收能量的部件所吸取從而轉(zhuǎn)換成內(nèi)能,也有少量的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成其它的能量形態(tài),但是在所有的進(jìn)程當(dāng)中,系統(tǒng)總能量是基本保持不變的。

        通過圖5、圖6中的系統(tǒng)能量變化曲線可以看出,兩個(gè)駕駛室在動(dòng)態(tài)預(yù)加載試驗(yàn)仿真過程中施加初始動(dòng)能均為17.6KJ,初始內(nèi)能為0,求解過程中,沙漏能極小,動(dòng)能、內(nèi)能和滑移能之和與總能量基本相等,遵循能量守恒定律,表明該分析結(jié)果可信,此次仿真試驗(yàn)是合理的。平后圍與凸后圍駕駛室試驗(yàn)前后形態(tài)對比圖見圖7、圖8:

        通過駕駛室頂部強(qiáng)度仿真分析研究,平后圍與凸后圍在初始生存空間相同的情況下,經(jīng)過撞擊能量17.6kJ,斜面角度20°的沖擊試驗(yàn),并施加98kN壓力的頂部靜壓試驗(yàn)后,倆駕駛室與車架始終保持連接,且凸后圍駕駛室實(shí)際生存空間優(yōu)于平后圍駕駛室。駕駛員生存空間仿真分析數(shù)據(jù)見表1。

        通過試驗(yàn)前后假人空間數(shù)據(jù)對比,可以發(fā)現(xiàn)凸后圍駕駛室最小空間均優(yōu)于平后圍駕駛室。其中,駕駛室最小生存空間出現(xiàn)在B柱對假人胸部位置空間的擠壓,平后圍駕駛室最小空間值為20.38mm,凸后圍駕駛室最小空間值為35.36mm。駕駛室生存空間最大變化值出現(xiàn)在B柱對假人頭部空間的擠壓,平后圍駕駛室最大變化值為210.1mm,凸后圍駕駛室最大變化值為208.89mm。

        4 " "結(jié)論

        本文通過對某重型商用車生產(chǎn)企業(yè)的平后圍與凸后圍駕駛室進(jìn)行頂部強(qiáng)度試驗(yàn)仿真測試分析,可以判斷出該系列凸后圍駕駛室頂部強(qiáng)度優(yōu)于平后圍駕駛室頂部強(qiáng)度,選用平后圍駕駛室作為基準(zhǔn)車型進(jìn)行頂部強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)其特性更為惡劣,更具代表性。通過此次研究為駕駛乘員保護(hù)試驗(yàn)項(xiàng)目基礎(chǔ)車型選型提供了技術(shù)依據(jù),也為道路運(yùn)輸車輛道標(biāo)車型管理工作提供了技術(shù)參考。

        參考文獻(xiàn):

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        [3]全國道路運(yùn)輸標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).營運(yùn)貨車安全技術(shù)條件-第1部分:載貨汽車:JT/T 1178.1-2018[S],北京:人民交通出版社,2018.

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        李會(huì)民

        現(xiàn)就職于交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院,任道路運(yùn)輸車輛技術(shù)服務(wù)部副部長,高級工程師。主要從事道路運(yùn)輸車輛技術(shù)與管理。

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        襄陽達(dá)安汽車檢測中心有限公司

        被動(dòng)安全領(lǐng)域 "研究員級高級工程師

        論文基于同一系列平后圍與凸后圍兩種不同樣式駕駛室,運(yùn)用仿真手段開展頂部強(qiáng)度試驗(yàn)的研究分析,提供了相關(guān)重要經(jīng)驗(yàn)分享,文章實(shí)用性較高,對于商用車企業(yè)的凸后圍駕駛室產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和試驗(yàn)驗(yàn)證具有參考價(jià)值。

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