商用車前下防護安全性能分析

張德偉，李冰，孔雪，祝哮，孫巍，尚帥濤

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商用車前下防護安全性能分析

張德偉，李冰，孔雪，祝哮，孫巍，尚帥濤

（遼寧忠旺集團有限公司，遼寧 遼陽 111003）

文章對某商用車鋁合金前下防護依據GB26511-2011對其進行安全性能進行分析，分析借助CAE的仿真手段，通過分析初版數據結果，探究其不滿足標準的原因，并進行結構優化，結構優化后其安全性能滿足標準要求。前下防護采用鋁合金材質既可以實現輕量化目標，同時也能滿足其安全性能目標。通過CAE技術可以提高試驗通過率，從而降低研發成本，縮短研發周期。

前下防護；安全性能；結構優化；滿足標準

前言

隨著我國汽車保有量的快速增加，交通事故也不斷攀升，尤其是小型車輛與商用車發生正面碰撞事故，小型車輛很多時候被卷入到商用車下部而造成車毀人亡的嚴重后果，為此我國國家發展與改革委員會發布了標準GB26511-2011，強制規定了商用車前下部防護裝置的安全性能要求。

隨著我國生態環境政策的不斷完善和商用車排放標準的提高，汽車的輕量化已成為大勢所趨。鋁合金密度低，成型性能優良，可回收利用率高，鋁合金作為輕量化材料已經逐步應用在汽車領域。

某商用車前下防護采用鋁合金擠壓型材，實現輕量化的目標，同時按照標準GB26511-2011對其進行安全性能優化設計分析，通過分析仿真結果及時發現問題，進行結構優化改進，盡可能避免通過實物樣件試驗不合格后再進行改進的弊端，從而降低研發成本，縮短研發周期，提升客戶滿意度。

1 法規解析

1.1 加載點位置

GB26511-2011《商用車前下部防護要求》法規適用于安裝在N2和N3類車輛上的下部防護裝置。加載點的位置P1,P2,P3的示意圖如圖1，P1點位于距離前軸輪胎最外側相切的縱向平面200mm處；P2點對稱于車輛的縱向中心平面兩側，相互之間的距離為700mm-1200mm；P3點位于車輛的縱向中心平面上。P1,P2,P3點位于前下防護橫向構件的外表面上，且處于同一水平面內。

圖1 加載點位置示意圖

1.2 加載及標準

加載面為矩形截面，加載面的高度為150mm，寬度為150mm（不大于400）。加載示意圖如圖2所示，加載點承載力標準要求如表1所示。

圖2 加載示意圖

表1 車門框變形

2 初版數據結果分析

2.1 P1點結果分析

前下防護在P1點的變形及承載力與位移曲線如圖3所示，加載裝置到達34.3mm時，P1點的承載力最大為72.7KN，低于標準值（80KN），不滿足法規要求。

圖3 P1點變形及承載力位移曲線圖

2.2 P2點結果分析

前下防護在P2點的變形及承載力與位移曲線如圖4所示，加載裝置到達20.9mm時，P2點的承載力最大為128.7KN，低于標準值（160KN），不滿足法規要求。

圖4 P2點變形及承載力位移曲線圖

2.3 P3點結果分析

前下防護在P3點的變形及承載力與位移曲線如圖5所示，加載裝置到達25.8mm時，P3點的承載力最大為76.9KN，低于標準值（80KN），不滿足法規要求。

圖5 P3點變形及承載力位移曲線圖

通過分析可知，前下防護在P1、P2、P3點的承載能力都不滿足國家標準要求，需要對現有結構設計進行優化，根據目前結構的薄弱點進行強化并進一步的分析。

3 優化方案

3.1 原因分析

P1點主要加載在橫梁的懸臂結構處，斜支架起到主要支撐作用，但此結構設計的斜支架與橫梁的搭接位置靠近端點，遠離了加載位置點，在加載過程中不能很好的支撐效果，最終導致P1點的承載能力不能滿足法規要求。斜支架的設計如圖6所示。

圖6 斜支架結構示意圖

P2點主要加載在連接支撐件中心處，橫梁和連接支撐件起到主要作用。橫梁內部兩條加強筋變形較早，結構偏弱；連接支撐件要有足夠的強度保證加載裝置的侵入，但此連接支撐件的“口”字形結構承載能力低，在加載過程中其強度無法支撐住前端侵入導致承載力下降，最終導致P2點的承載能力無法達到法規要求。P2點變形截面示意圖設計如圖7所示。

圖7 “口”字形及P2點變形截面示意圖

P3點主要加載在橫梁中心處，橫梁的跨度和自身結構設計起主導作用。車輛的前期總布置決定了橫梁跨度，在后期一般不可變動，所以橫梁的結構設計就決定了P3點的承載能力。在加載中橫梁內部兩條加強筋變形較早，使得橫梁的抗彎能力降低，最終使得P3點的承載能力無法達到法規要求。P3點變形截面示意圖設計如圖7所示。

圖8 P3點變形截面示意圖

3.1 優化方案

針對P1、P2、P3點無法滿足標準的原因，綜合考慮P1、P2、P3點相關的關鍵部件及結構特點，對其下防護結構進行優化。優化方案具體說明如表2所示。

表2 優化方案

4 優化數據結果分析

表3 優化方案承載力

圖10 優化P2點變形及承載力位移曲線圖

圖11 優化后P3點變形及承載力位移曲線圖

下防護經過結構優化后，前下防護在P1、P2、P3點的承載能力都能滿足國家標準要求，其承載力及位移大小如表3，其變形及承載力位移曲線如圖9、10、11所示。

5 結論

依據GB26511-2011對某商用車下防護進行承載力分析，分析初版數據結果，探究其不滿足標準的原因并進行結構優化，優化后滿足標準要求。

（1）從初版數據仿真結果看，前下防護在P1、P2、P3點的承載能力都不滿足國家標準要求，需要對現有結構設計進行優化。

（2）下防護經過結構優化后，前下防護在P1、P2、P3點的承載能力都能滿足國家標準要求。

（3）前下防護采用鋁合金材質既可以實現輕量化目標，同時也能滿足其安全性能。

[1] 孫元,宋愷,李軍領.基于歐標法規的重卡前下防護輕量化設計[J]. 汽車實用技術,2017(4):32-33.

[2] 張麗,朱兵強,劉婷,等.基于Radioss的某商用車前防護碰撞分析與改進[J].汽車實用技術,2017(24).

[3] 王軍,孫志剛,韓魁.商用車前下部防護結構優化設計[J].重型汽車, 2017(6).

The Safety Performance Analysis of Front Underrun Protection for commercial vehicle

Zhang Dewei, Li Bing, Kong Xue, Zhu Xiao, Sun Wei, Shang Shuaitao

( Liaoning Zhongwang Group Co. Ltd., Liaoning Shenyang 111003 )

This paper analyzes the safety performance of aluminum alloy front underrun protection for commercial vehicle according to GB26511-2011.By analyzing the results of the first version of the data by CAE technology, this paper studies the reasons why it does not meet the standards. After structural optimization, its safety performance satisfy criteria The aluminum alloy material can not only achieve the lightweight target, but also meet its safety performance target.By CAE technology, the passing rate of test can be improved, so as to reduce the design cost and shorten the design time.

Front underrun protection; Safety performance; Structure optimization; Satisfy criteria

B

1671-7988(2018)18-135-03

U467

B

1671-7988(2018)18-135-03

CLC NO.: U467

張德偉（1981-），男，山東泰安人，工程師，就職于遼寧忠旺集團有限公司。從事CAE技術。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.18.046