自卸車駕駛室被動安全性試驗研究

摘 要：文章以非公路自卸車和公路自卸車的駕駛室這一被動安全部件/結構為研究對象，研究了國內外標準對其安全性能要求及試驗方法，通過對試驗中的典型失效形式分析研究，為產品設計改進提供了參考，能夠有效促進產品質量提升，降低事故損失。

關鍵詞：自卸車；被動安全；性能要求；試驗方法

引言

自卸車作為生產建設中主要的裝卸運輸設備，按其用途可分為非公路自卸車和公路自卸車兩大類：

非公路自卸車也稱為礦用自卸車，由于其外廓尺寸以及軸荷等受公路法規的限制，只能在礦山、工地上使用。這類車屬于土方機械類，不屬于國家《車輛生產企業及產品公告》管理的范圍。

公路自卸車主要承擔砂石、泥土、煤炭等松散貨物運輸。某些自卸汽車是針對專門用途設計的，故又稱專用自卸汽車，如自裝卸垃圾汽車、臂式自裝卸汽車等。這類車輛屬于汽車產品，在國家《車輛生產企業及產品公告》管理的范圍，該類型車輛包含在汽車行業生產企業目錄中，可以上路行駛。

不論何種類型的自卸車，由于作業、運輸環境較為復雜，容易發生滾翻、碰撞事故，往往司乘人員是事故中的最直接受害者。提高自卸車的被動安全性來保護司乘人員的生命安全是必要的手段。文章旨在對自卸車駕駛室的被動安全性進行研究，通過試驗中的典型失效案例進行分析，為產品設計改進提供參考。

1 國內外標準概要

非公路自卸車屬于土方機械類（TC127標準組織），其相應的司機保護結構最新國際標準為ISO 3471：2008《土方機械 翻車保護結構 試驗室試驗和性能要求》和EN ISO 3449：2008《土方機械 落物保護 結構試驗室試驗和性能要求》，我國則根據ISO標準制訂了GB/T 17922-2014《土方機械 翻車保護結構 試驗室試驗和性能要求》和GB/T 17771-2010《土方機械 落物保護結構 試驗室試驗和性能要求》。

公路自卸車屬于汽車類產品，其相應的駕駛室乘員保護結構最新國際標準為ECE R29-03《關于就商用車輛駕駛室乘員防護方面批準車輛的統一規定》，我國標準GB 26512-2011《商用車駕駛室乘員保護》等同采用ECE R29-02版。

2 自卸車駕駛室被動安全性試驗要求

2.1 非公路自卸車駕駛室的被動安全性

對于非公路自卸車被動安全性要求，主要考核對象為落物保護結構（FOPS）和翻車保護結構（ROPS），實際車輛的FOPS和ROPS功能主要由駕駛室承擔。

FOPS的性能試驗指的是評價保護司機免受局部沖擊穿透結構特性的一種方法，同時也是間接評價支撐結構抗沖擊載荷承受能力的一種方法。非公路自卸車實際使用工況決定了其的FOPS性能需滿足驗收基準Ⅱ的沖擊保護試驗要求，即保護結構能承受一個圓柱試驗體從產生11600J能量的高度下落時產生的沖擊，其任何部位在試驗體最初或回彈沖擊下不應穿入撓曲極限量（DLV）[1]。

ROPS的性能試驗是通過靜態加載模擬實現車輛滾翻中ROPS受側向、縱向及垂向作用力后能對司乘人員進行有效保護的一種試驗方法。各方向加載試驗的力和能量有所要求（表1），驗收標準為ROPS的任何零件均不應進入DLV[2]。

2.2 公路自卸車的被動安全性

公路自卸車作為商用車產品，其駕駛室乘員保護結構的被動安全性能考核目的在于，根據不同碰撞工況，保證乘員的生存空間不被侵入，進而最大程度降低乘員傷害。我國和歐洲現行標準對駕駛室的正面耐撞擊性、頂部強度和后圍強度均有具體技術指標要求（表2）。判定標準為，每項試驗后駕駛室應存在生存空間；試驗中要求駕駛室與車架保持連接，將駕駛室固定于車架上的部件允許變形和損壞；試驗中車門不應打開，試驗后不要求車門能打開[3]。

表2 商用車駕駛室乘員保護試驗技術參數

3 典型試驗失效形式及原因分析

3.1 非公路自卸車駕駛室的被動安全性試驗失效形式

3.1.1 FOPS失效形式

（1）FOPS結構擊穿導致的失效。該種情況是由于FOPS結構材料的抗脆性差導致的失效。所以建議FOPS結構材料應選用塑性和韌性好的鎮靜鋼材料，如硅鎮靜鋼、硅鋁鎮靜鋼等。

（2）在實際試驗當中，由于駕駛室頂部FOPS結構擊穿導致的失效情況較為鮮見，往往最易出現的失效形式為，FOPS在接受驗收基準Ⅱ的沖擊中，FOPS結構雖未擊穿，但沖擊后FOPS結構嚴重扭曲變形，導致駕駛室頂部部件直接侵入DLV。

該失效原因為，用于支撐FOPS蓋板的結構件設計不合理，材料單薄。可以通過增大DLV垂直投影上FOPS支撐結構的支撐密度，適當提高材料厚度解決該類問題。另外應在支撐結構上的有效位置開設應力釋放孔，來避免局部凹陷情況。

3.1.2 ROPS失效形式

（1）ROPS側向、縱向承載力不足。根據實車試驗總結，有多種情況導致該類失效結果，可歸納為駕駛室與車架連接支撐減震結構設計不合理；加載過程中ROPS結構件（駕駛室立柱、支撐結構）斷裂；駕駛室立柱強度不夠導致的屈服；減震器拉脫；連接螺栓剪切。

（2）ROPS側向加載能量吸收不夠。駕駛室ROPS側向加載試驗過程中，加載力早已超出最低限值，但能量尚未達到最低限值，且增長趨于停滯，這種情況下FOPS無法通過考核。

綜合以上兩種失效形式，建議駕駛室減震結構避免采用彈簧式懸置，而液壓式減震器的支撐性相對較好；立柱等支撐、吸能構件材料選用塑性和韌性較好的合金鋼等鎮靜鋼材料為宜；應力集中的支撐構件上開設應力釋放孔以防止局部陷潰；駕駛室、車架的減震器安裝孔尺寸不宜過大，且應適當增加墊片厚度；駕駛室、車架連接螺栓采用高強度螺栓。

3.2 公路自卸車駕駛室的被動安全性試驗失效形式

3.2.1 正面撞擊失效形式

（1）駕駛室與車架脫離。這種失效情況原因有，在正面碰撞過程懸置斷裂；減震器螺栓剪切。

（2）駕駛室后圍與車廂擊擠壓侵入生存空間，且碰撞過程中車門開啟。

（3）儀表臺，方向盤擊潰后移，侵入生存空間。

3.2.2 頂部強度失效形式

（1）駕駛室立柱屈服導致的生存空間不足。

（2）車架支撐懸置屈服導致的頂部加載失效。

總結失效原因認為，采用框架式結構設計的駕駛室力學傳遞路徑部件一般都采用高強度鋼板，其強度較好，利于留存足夠的生存空間，但吸能性較差，可以通過在撞擊覆蓋面R點投影上下至少400mm區域內增加吸能性結構設計；內部加鋼板空腔結構的駕駛室吸能性較好，所以重點應在力傳遞部件的強度上加以關注，如在駕駛室立柱中加強支撐。

另外合理的駕駛室與車架連接方式非常重要，在設計時既要考慮到具有一定的支撐強度，又要有效吸收一部分的撞擊能量，這里我們更傾向于彈簧懸置與液壓橡膠懸置結合的方式。此外，車架連接螺栓采用高強度螺栓，避免連接斷裂造成駕駛室與車架脫離。

4 結束語

文章對不同類型的自卸駕駛室的被動安全性能要求進行了解析，并列舉了實車試驗中的一些典型失效案例，通過對失效原因的分析，提出了自己對改進產品設計的一些見解，供相關技術人員參考。最終目的是希望所有自卸車產品的安全性能能夠通過考核，促進質量提升，減少事故造成的人員傷害。

參考文獻

[1]GB/T 17771-2010.土方機械 落物保護結構 試驗室試驗和

性能要求[S].2010.

[2]GB/T 17922-2014.土方機械 翻車保護結構 試驗室試驗和

性能要求[S].2014.

[3]GB 26512-2011.商用車駕駛室乘員保護[S].2011.