賴志堅(jiān) 黃偉 陸文麗 莫錦傳 蘭克俊

（廣西大學(xué)，南寧 530004）

主題詞：Box-Behnken設(shè)計(jì) 商用車駕駛室 被動(dòng)安全 乘員保護(hù) 結(jié)構(gòu)改進(jìn)

1 前言

商用車質(zhì)心高、易側(cè)翻，發(fā)生事故時(shí)會(huì)對(duì)駕乘人員的生命安全造成嚴(yán)重威脅，為提高商用車乘員保護(hù)技術(shù)要求[1]，我國(guó)于2021 年2 月1 日發(fā)布了強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 26512—2021《商用車駕駛室乘員保護(hù)》[2]。

目前，針對(duì)商用車碰撞的標(biāo)準(zhǔn)和研究較少，且以國(guó)外文獻(xiàn)為主：文獻(xiàn)[3]詳細(xì)總結(jié)了歐洲法規(guī)ECE R29《關(guān)于對(duì)商用車駕駛室乘員保護(hù)方面車輛認(rèn)證的統(tǒng)一規(guī)定》03 系列版本與02 系列版本之間的差異和適用范圍；文獻(xiàn)[4]剖析了歐洲修訂法規(guī)ECE R29-03新增內(nèi)容對(duì)N類商用車乘員安全性的要求；文獻(xiàn)[5]采用CAE 方法參照ECE R29-03 中更為嚴(yán)格的要求，對(duì)國(guó)內(nèi)某款商用車進(jìn)行仿真，并預(yù)測(cè)其性能表現(xiàn)，總結(jié)了修訂后法規(guī)對(duì)商用車駕駛室的考查重點(diǎn)。上述文獻(xiàn)主要集中于對(duì)歐洲法規(guī)修訂前、后的對(duì)比分析和仿真驗(yàn)證，未對(duì)我國(guó)最新發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行剖析，也未對(duì)標(biāo)準(zhǔn)新增內(nèi)容進(jìn)行驗(yàn)證。

據(jù)此，本文將對(duì)我國(guó)最新發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)GB 26512—2021進(jìn)行詳盡剖析，與GB 26512—2011進(jìn)行對(duì)比，并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的最新試驗(yàn)要求，應(yīng)用LS-DYNA 對(duì)某商用車駕駛室進(jìn)行有限元仿真，考查其安全性能表現(xiàn)，根據(jù)仿真結(jié)果及該車型在舊國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)下的實(shí)車試驗(yàn)結(jié)果，分析其在標(biāo)準(zhǔn)新增試驗(yàn)下的安全性問題。針對(duì)上述問題，進(jìn)行無偏差Box-Behnken 試驗(yàn)設(shè)計(jì)、序列二次優(yōu)化（Sequential Quadratic Planning，SQP）算法改進(jìn)及駕駛室結(jié)構(gòu)優(yōu)化，并仿真驗(yàn)證優(yōu)化方案的有效性。

2 GB 26512—2021與GB 26512—2011的對(duì)比

GB 26512—2011 參考?xì)W洲標(biāo)準(zhǔn)ECE R29-02，包含：駕駛室正面撞擊試驗(yàn)，模擬商用車追尾碰撞工況，矩形擺錘尺寸相當(dāng)于被追尾貨車車廂的平均尺寸；駕駛室頂部強(qiáng)度試驗(yàn)，模擬貨車發(fā)生180°翻滾時(shí)地面對(duì)駕駛室頂部結(jié)構(gòu)的負(fù)荷情況；駕駛室后圍強(qiáng)度試驗(yàn)，模擬車輛發(fā)生貨箱撞擊的工況，所加載的靜壓載荷為貨箱和貨物整體速度和慣量的能量轉(zhuǎn)換。

研究表明，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB 26512—2011 對(duì)商用車駕駛室結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求偏低，正面撞擊試驗(yàn)中碰撞能量較實(shí)際事故小，且沒有考慮側(cè)翻碰撞對(duì)駕駛室結(jié)構(gòu)安全的影響，如A柱和門框骨架對(duì)生存空間的侵入。針對(duì)上述問題，GB 26512—2021的規(guī)定更加嚴(yán)格：正面撞擊試驗(yàn)?zāi)芰坑稍瓨?biāo)準(zhǔn)的44.1 kJ 提高至55.1 kJ；增加A 柱撞擊試驗(yàn)，模擬側(cè)翻后撞擊到防護(hù)欄等圓柱體導(dǎo)致A柱變形的情況，試驗(yàn)?zāi)芰繛?9.4 kJ；在頂部豎直靜壓試驗(yàn)基礎(chǔ)上增加側(cè)面擺錘20°撞擊動(dòng)態(tài)預(yù)加載試驗(yàn)。

2.1 商用車實(shí)車試驗(yàn)與仿真

本文研究對(duì)象為某載貨汽車，最大載質(zhì)量為16.8 t。按GB 26512—2011的要求開展實(shí)車試驗(yàn)：正面撞擊試驗(yàn)中，擺錘質(zhì)量為1.5 t，撞擊速度為6.83 m/s；頂部強(qiáng)度試驗(yàn)中，碰撞能量不小于17.6 kJ，加載力達(dá)98 kN，駕駛室頂蓋Z向最大侵入量ΔZ=109.56 mm。上述實(shí)車試驗(yàn)如圖1所示，結(jié)果表明，乘員生存空間均滿足GB 26512—2011的要求，駕駛室與車架連接點(diǎn)均無非預(yù)期移動(dòng)、錯(cuò)位和旋轉(zhuǎn)，該車型滿足GB 26512—2011 的要求。圖1d 所示為有限元仿真模型，通過靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)模態(tài)進(jìn)行了驗(yàn)證，本文基于該模型展開新標(biāo)準(zhǔn)下的仿真。

圖1 實(shí)車試驗(yàn)和仿真模型

按照GB 26512—2021要求，利用LS-DYNA進(jìn)行仿真試驗(yàn)，判斷該商用車在新標(biāo)準(zhǔn)下的安全性能。新標(biāo)準(zhǔn)正面撞擊能量提高了25.2%，保持?jǐn)[錘質(zhì)量和尺寸不變，撞擊速度調(diào)整為7.53 m/s；A柱撞擊試驗(yàn)中圓柱撞擊體賦予質(zhì)量1 t，能量29.4 kJ，施加正面撞擊速度6.97 m/s；側(cè)面20°撞擊擺錘質(zhì)量為1.5 t，擺錘橫向撞擊速度3.24 m/s，豎直撞擊速度2.94 m/s，能量17.6 kJ。圖2a給出了正面撞擊前部車架的最大變形結(jié)果及連接點(diǎn)的斷裂情況；圖2b 給出了A 柱撞擊下駕駛室車體的最大變形情況；圖2c 展示了駕駛室側(cè)面20°擺錘撞擊的變形結(jié)果及在此基礎(chǔ)上進(jìn)行的頂部強(qiáng)度試驗(yàn)仿真，考慮計(jì)算成本和效率，本次仿真采用連續(xù)加載的方式進(jìn)行。

圖2 各工況仿真結(jié)果

2.2 商用車駕駛室乘員保護(hù)仿真結(jié)果安全性分析對(duì)比

按照新標(biāo)準(zhǔn)GB 26512—2021 進(jìn)行正面撞擊仿真，發(fā)現(xiàn)左、右懸架與縱梁連接處發(fā)生錯(cuò)位，如圖3所示，第0.03 s 時(shí)連接點(diǎn)處出現(xiàn)最大峰值連接力，達(dá)92.3 kN，較該車型在GB 26512—2011標(biāo)準(zhǔn)下的試驗(yàn)結(jié)果峰值力提高了13.4 kN，錯(cuò)位和峰值力的出現(xiàn)減少了乘員生存空間。依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，通過檢驗(yàn)碰撞后第50 百分位男性假人與駕駛室各部件是否發(fā)生接觸來評(píng)價(jià)乘員生存空間情況。新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，假人雙腿可向外分開20°，腿部基本不會(huì)與轉(zhuǎn)向柱護(hù)罩發(fā)生接觸，因此，僅考慮將轉(zhuǎn)向盤與假人腹部的水平距離dx作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，如圖4所示。仿真中轉(zhuǎn)向盤向后最大位移為221.5 mm，如圖5所示，dx=-11.5 mm，即發(fā)生接觸，不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖3 正面撞擊連接力仿真與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

圖4 生存空間評(píng)價(jià)指標(biāo)

圖5 轉(zhuǎn)向盤水平位移仿真結(jié)果

A柱撞擊試驗(yàn)為GB 26512—2021的新增內(nèi)容，圖6展示了駕駛室各零部件在碰撞過程中的總吸能（Internal Energy）仿真結(jié)果，結(jié)構(gòu)總吸能越大，傳遞到乘員身上的碰撞能越小，駕駛室的被動(dòng)安全性越好[6]。駕駛室吸能能力最強(qiáng)的5 個(gè)部位依次是側(cè)圍、底板、雙A 柱、頂部、后圍，由圖6可知，其中53%左右的碰撞能量由側(cè)圍和底板吸收，其他結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化效率低，吸能少且不均。因此考慮對(duì)駕駛室進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)，分析力傳遞路徑，確保撞擊力有效傳遞至車架，提高結(jié)構(gòu)吸能。

圖6 A柱撞擊試驗(yàn)結(jié)構(gòu)總吸能仿真結(jié)果

另外，新標(biāo)準(zhǔn)增加了20°側(cè)面擺錘撞擊工況，選取仿真中關(guān)鍵變形姿態(tài)，考察不同變形模式對(duì)安全性的影響。圖7所示為駕駛室受側(cè)面20°擺錘撞擊和頂部靜壓后的等效應(yīng)力變形序列云圖，應(yīng)力主要分布在駕駛室側(cè)圍和頂部，主要變形區(qū)域也集中在這兩處。圖8所示為頂部結(jié)構(gòu)變形位移，仿真中車架結(jié)構(gòu)Z向變形量為ΔZ=162 mm，相較于按照GB 26512—2011 的頂部強(qiáng)度試驗(yàn)侵入量試驗(yàn)結(jié)果增大了約52 mm，其原因主要是增加側(cè)面撞擊后，駕駛室變形為不具穩(wěn)定性的四邊形結(jié)構(gòu)，并同時(shí)承受頂部撞擊，由此迅速擴(kuò)大了侵入量，未能滿足新標(biāo)準(zhǔn)的要求，需對(duì)該部分進(jìn)行駕駛室結(jié)構(gòu)改進(jìn)。

圖7 側(cè)面20°撞擊時(shí)序圖

圖8 頂部安全距離對(duì)比

3 商用車駕駛室車架縱梁優(yōu)化

由前文可知，該車型正面撞擊試驗(yàn)侵入位移、連接力峰值均不滿足新標(biāo)準(zhǔn)要求，需對(duì)駕駛室車架縱梁進(jìn)行優(yōu)化，駕駛室發(fā)生塑性變形后會(huì)將撞擊力傳遞給與其連接的底板和縱梁，使懸置連接處同樣發(fā)生位移變形甚至斷裂，因此優(yōu)化駕駛室車架縱梁可有效降低碰撞峰值力，保證生存空間。

3.1 Box-Behnken設(shè)計(jì)

Box-Behnken 設(shè)計(jì)可評(píng)估因素的非線性影響，無需多次連續(xù)試驗(yàn)，且試驗(yàn)方案中沒有將所有試驗(yàn)因素安排為最高水平的試驗(yàn)組合，對(duì)有特殊需要或安全要求的試驗(yàn)尤為適合[8-9]。Box-Behnken 設(shè)計(jì)采用隨機(jī)抽樣原理，基于最小二乘法擬合出二次多項(xiàng)式代數(shù)方程：

式中，為響應(yīng)預(yù)測(cè)值，即因子對(duì)目標(biāo)的預(yù)估值；C0為常量；ai、bij分別為一次項(xiàng)系數(shù)和二次項(xiàng)系數(shù)；xi、xj為自變量編碼值；T為因子數(shù)量。

利用Box-Behnken設(shè)計(jì)和SQP算法優(yōu)化車架縱梁，以降低峰值連接力和侵入位移，確保乘員有足夠的生存空間。為了提高優(yōu)化效率，選取縱梁截面高度H、寬度W、腹板厚度Tw和法蘭厚度Tf為設(shè)計(jì)變量。設(shè)計(jì)因子如圖9a 所示，CAD 模型經(jīng)幾何清理后得到有限元網(wǎng)格模型，圖9b所示為截取的部分縱梁段示意。

圖9 縱梁截面設(shè)計(jì)因子及模型示意

在Box-Behnken設(shè)計(jì)中，采用不連續(xù)因子統(tǒng)計(jì)學(xué)原理抽取128組數(shù)據(jù)，圖10所示為等效應(yīng)力S與厚度Tw、Tf之間的三維離散圖，樣本數(shù)據(jù)廣泛分布在三維空間內(nèi)。

圖10 三維空間離散數(shù)據(jù)（S-Tw-Tf）

圖11 所示為參數(shù)靈敏度分析結(jié)果，可知單一因子寬度W對(duì)等效應(yīng)力S的影響最大，厚度和寬度因子交叉項(xiàng)T-W也具有高敏感性，且誤差小于4%，另外H-Tw雙因子交互作用具有負(fù)相關(guān)敏感性。

圖11 因子靈敏度

結(jié)合參數(shù)靈敏度和主效應(yīng)數(shù)據(jù)分析，分別以寬度W、厚度Tf、高度H及交互效應(yīng)W-Tf數(shù)據(jù)有效性最高依次篩選10組、5組、5組、5組共計(jì)25組敏感性好、有效性高的隨機(jī)樣本點(diǎn)，利用LS-DYNA 對(duì)樣本點(diǎn)進(jìn)行仿真求解，得到25組設(shè)計(jì)響應(yīng)值構(gòu)建徑向基函數(shù)（Radial Basis Function，RBF）近似模型，數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)抽樣及仿真值

3.2 近似模型建立與誤差檢驗(yàn)

RBF 逼近是一種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[10]，訓(xùn)練速度快、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)緊湊，在逼近廣泛的非線性空間時(shí)效用高，RBF 以待測(cè)點(diǎn)與樣本點(diǎn)間的歐幾里得距離為基本矢量，該矢量從非線性輸入到線性輸出的映射關(guān)系為：

式中，fi(x)為線性輸出函數(shù)；x為輸入向量；win為第n個(gè)矢量加權(quán)系數(shù)；N為矢量數(shù)量；Φn為第n個(gè)矢量的徑向基函數(shù)；cn為第n個(gè)矢量的中心；||x-cn||為歐幾里得距離；σn為基寬度參數(shù)。

RBF 近似初始化至少需要評(píng)估(2t+1)個(gè)設(shè)計(jì)點(diǎn)，其中t為變量，為保證近似模型的精度，平滑濾波器（Smoothing Filter）系數(shù)設(shè)置為0.05，最大迭代擬合次數(shù)默認(rèn)為50 次，采用試驗(yàn)設(shè)計(jì)（Design Of Experiment，DOE）矩陣抽取128組數(shù)據(jù)作為樣本點(diǎn)。圖12所示為近似模型的三維可視化結(jié)果，反映了連接力F、等效應(yīng)力S與厚度H、寬度W之間的關(guān)系。

圖12 近似模型曲面

隨機(jī)抽取31 組樣本點(diǎn)進(jìn)行模型誤差分析，圖13 所示為近似模型精度預(yù)測(cè)結(jié)果，樣本點(diǎn)均落在斜率為1的直線上，且總平均誤差均小于0.02，即準(zhǔn)確度在98%以上，表明建立的近似模型可靠，能清晰反映實(shí)際值。此外，還可通過計(jì)算復(fù)相關(guān)系數(shù)R2∈[0,1]進(jìn)一步檢驗(yàn)近似模型精確程度，R2越接近1，模型精度越高，在Isight軟件中，R2可用響應(yīng)函數(shù)yi的殘余偏差平方和Qr與樣本點(diǎn)總偏差和Qt的比值近似表示：

圖13 近似模型精度預(yù)測(cè)對(duì)比

其中：

式中，y0、分別為對(duì)y0、y的逼近值。

3.3 SQP算法優(yōu)化與仿真驗(yàn)證

SQP被廣泛認(rèn)可為求解非線性優(yōu)化問題最有效的方法之一[11]，適合高度非線性連續(xù)的設(shè)計(jì)空間，利用目標(biāo)函數(shù)和約束條件構(gòu)造增廣函數(shù)，借此將約束最優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為無約束最優(yōu)化問題。該方法在每次迭代時(shí)建立對(duì)拉格朗日函數(shù)的二次逼近，每次迭代求解一個(gè)二次規(guī)劃問題，找到一個(gè)改進(jìn)的設(shè)計(jì)，直到最終收斂到最優(yōu)設(shè)計(jì)[12]。在截面尺寸優(yōu)化問題中，利用SQP 算法，以截面尺寸為設(shè)計(jì)變量，縱梁連接力F、等效應(yīng)力S為目標(biāo)函數(shù)，并約束dx進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。考慮到轉(zhuǎn)向盤侵入會(huì)對(duì)乘員造成損傷，設(shè)dx≥20 mm，即在保證降低碰撞峰值力和縱梁應(yīng)力的同時(shí)，有效保證乘員生存空間。優(yōu)化模型為：

設(shè)最大迭代次數(shù)為50 次，終止精度為1.0×10-6，真實(shí)步長(zhǎng)1.0×10-3，最小絕對(duì)步長(zhǎng)為1.0×10-4，最大失效運(yùn)行次數(shù)為3 次，保持其他默認(rèn)設(shè)置不變，提交計(jì)算。得到優(yōu)化圓整后的實(shí)際最優(yōu)解如表2 所示，可依據(jù)實(shí)際需求、工程應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性等選取最優(yōu)解[13-14]。

表2 優(yōu)化后圓整最優(yōu)解 mm

將該最優(yōu)解再次提交求解進(jìn)行仿真驗(yàn)證，得到縱梁連接力優(yōu)化前、后對(duì)比結(jié)果如圖14所示。由圖14可知：縱梁力峰值力由92.3 kN降至72.4 kN，降幅為21.6%；峰值力稍提前，表明強(qiáng)撞擊力持續(xù)作用時(shí)間縮短；在第0.06 s 后縱梁力基本保持不變，證明優(yōu)化算法可靠穩(wěn)定。另外，如圖15所示，縱梁優(yōu)化后轉(zhuǎn)向盤侵入位移由221.5 mm降低至183.2 mm，dx由優(yōu)化前的-11.5 mm提高至26.8 mm，表明正面撞擊后駕駛室結(jié)構(gòu)件不會(huì)與乘員發(fā)生接觸，乘員有足夠生存空間余量。

圖14 連接力優(yōu)化前、后對(duì)比

圖15 縱梁優(yōu)化前、后侵入量對(duì)比

4 商用車駕駛室結(jié)構(gòu)改進(jìn)

該車型采用新標(biāo)準(zhǔn)GB 26512—2021的仿真結(jié)果表明：A柱撞擊試驗(yàn)駕駛室結(jié)構(gòu)變形過大、應(yīng)力集中、總吸能不足；側(cè)面20°撞擊試驗(yàn)假人頭部與駕駛室結(jié)構(gòu)件距離較近，頂部與側(cè)面被壓潰，頭部側(cè)面生存空間最大僅為1.5 mm，對(duì)乘員保護(hù)不足。故針對(duì)該兩項(xiàng)試驗(yàn)工況進(jìn)行駕駛室結(jié)構(gòu)改進(jìn)，以提高安全性。

4.1 A柱增設(shè)高強(qiáng)度彎梁結(jié)構(gòu)

A 柱撞擊試驗(yàn)中駕駛室A 柱和兩側(cè)側(cè)圍是主要變形區(qū)域。圖16 所示為載荷力傳遞路徑，載荷沿縱軸方向有F1和F22 個(gè)分力，隨后經(jīng)車頂、底板和縱梁傳遞到后圍，駕駛室與車架相連，產(chǎn)生連接力傳遞到車架縱梁[15]。因此，需要改善A 柱的傳遞效果使其余部件能承受更多的載荷。結(jié)合駕駛室前端結(jié)構(gòu)，增設(shè)高強(qiáng)度彎梁，材料選用DC01d 高強(qiáng)度鋼，強(qiáng)度極限達(dá)410 MPa，以強(qiáng)化縱向力傳遞路徑。如圖16 所示，兩端分別固定在A、B點(diǎn)處，中心O點(diǎn)用RBE3 模擬螺栓柔性連接與A 柱形成三角形穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，使A 柱得以加強(qiáng)，傳遞更大載荷，從而更好地保護(hù)乘員生存空間。

圖16 力傳遞路徑與彎梁改進(jìn)

4.2 側(cè)面20°撞擊結(jié)構(gòu)改進(jìn)

側(cè)面撞擊過程中，擺錘接觸一側(cè)塌陷最嚴(yán)重，假人頭部生存空間不足，為此，在擺錘側(cè)駕駛室框架上部增設(shè)槽型梁和緩沖盒，如圖17a 所示，鈑金件厚度2.5 mm，材料同樣選用DC01d 高強(qiáng)度鋼，用關(guān)鍵字*CNRB 模擬點(diǎn)焊連接。在側(cè)圍框架內(nèi)、外板空隙處填充發(fā)泡聚丙烯（Expanded polypropylene，EPP），EPP 是一種聚合物泡沫材料，其抗振吸能、抗壓隔熱性能優(yōu)異且密度低[16]，材料選用關(guān)鍵字*MAT_FU_CHANG_FOAM，密度為126 kg/m3，彎曲模量為1 520 MPa，粘彈性系數(shù)取0.08。

圖17 槽型梁和緩沖盒

4.3 改進(jìn)后仿真驗(yàn)證

改進(jìn)后增設(shè)的彎梁、緩沖盒、槽型梁及填充的EPP材料總質(zhì)量為10.4 kg，在整車質(zhì)量中占比可忽略不計(jì)；其他構(gòu)件均采用厚板沖壓成型，工藝和材料屬性不變。改進(jìn)后再次進(jìn)行仿真驗(yàn)證，對(duì)比分析假人頭部生存空間、等效應(yīng)力、A柱總吸能等性能指標(biāo)，評(píng)價(jià)改進(jìn)后駕駛室被動(dòng)安全性提升效果。

設(shè)置彎梁后增加了A 柱載荷縱向傳遞效率及抗彎強(qiáng)度，使撞擊力充分傳遞到其余部件，有效降低單一結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的巨大壓潰。圖18所示為A柱撞擊試驗(yàn)仿真等效應(yīng)力云圖。結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力為259.3 MPa，均勻分布在A 柱、側(cè)圍和頂部，比改進(jìn)前的集中應(yīng)力331.4 MPa 降低了21.8%，低于材料許用應(yīng)力410 MPa；并通過懸置有效傳遞至縱梁，如圖18b 所示。圖19 展示了駕駛室A柱改進(jìn)前、后的吸能情況，A柱總吸能從9.2 kJ提高至12.6 kJ，增幅達(dá)36.9%，顯著提升了碰撞能的吸收效率。

圖18 改進(jìn)后A柱撞擊試驗(yàn)仿真應(yīng)力

圖19 A柱改進(jìn)前、后總吸能對(duì)比

改進(jìn)后進(jìn)行側(cè)面20°撞擊仿真，圖20所示為豎直方向和側(cè)向的變形情況，將假人模型導(dǎo)入撞擊后的駕駛室變形模型，測(cè)得改進(jìn)方案Z向最大變形為113 mm，較原方案減少49 mm；側(cè)面Y向侵入距離由155.1 mm降低至124.7 mm，降幅達(dá)19.6%。增設(shè)槽型梁和緩沖盒后，改進(jìn)方案頭部生存空間充足，滿足新標(biāo)準(zhǔn)的安全性要求。

圖20 改進(jìn)后Z和Y向變形及安全距離

圖21所示為改進(jìn)后能量平衡圖，總能量保持不變，沙漏能占比小于5%，動(dòng)能基本轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，在第0.02～0.05 s間，動(dòng)能迅速下降，內(nèi)能轉(zhuǎn)化快，改進(jìn)方案內(nèi)能吸收效率提高，表明新增結(jié)構(gòu)和內(nèi)、外板間EPP 材料的存在有效提升了側(cè)圍的吸能速度。

圖21 改進(jìn)后能量平衡圖

5 結(jié)束語(yǔ)

為能滿足新標(biāo)準(zhǔn)GB 26512—2021 的安全性要求，本文基于Box-Behnken 設(shè)計(jì)進(jìn)行了商用車駕駛室安全性優(yōu)化和改進(jìn)研究，得到以下結(jié)論：

a.車架縱梁優(yōu)化后，正面撞擊試驗(yàn)撞擊峰值力降低至72.4 kN，降幅達(dá)21.6%，假人腹部生存空間明顯改善，由-11.5 mm提高至26.8 mm。

b.A 柱增設(shè)高強(qiáng)度彎梁后，最大等效應(yīng)力為259.3 MPa，降低72.1 MPa，小于材料許用應(yīng)力410 MPa，A 柱總吸能從9.2 kJ 提高至12.6 kJ，增幅達(dá)36.9%，安全性能顯著提高。

c.側(cè)面20°撞擊結(jié)構(gòu)改進(jìn)后，駕駛室整體剛度加強(qiáng)，頭部側(cè)面Y向變形從155.1 mm降低至124.7 mm，降幅達(dá)19.6%；頂部Z向侵入位移降低49 mm，結(jié)構(gòu)未被壓潰，改進(jìn)措施有效。

仿真優(yōu)化技術(shù)和改進(jìn)設(shè)計(jì)對(duì)提升商用車被動(dòng)安全性具有重要意義，后續(xù)將開展實(shí)車試驗(yàn)對(duì)比研究，進(jìn)一步提高乘員保護(hù)效果。