基于不同營運貨車駕駛室后圍樣式的頂部強度仿真評價研究

摘 "要：為有效提升營運車輛安全性能，中華人民共和國交通運輸部于2018年2月26日發布行業標準《營運貨車安全技術條件 第1部分：載貨汽車》（JT/T 1178.1-2018），標準中第6.4項要求營運貨車駕駛室應具備乘員保護功能。本文以標準中附錄C《駕駛室結構強度試驗方法和生存空間檢驗用人體模型要求》中頂部強度試驗為基礎，對同一系列平后圍與凸后圍兩種不同樣式駕駛室強度的仿真評價研究，評價分析兩種后圍樣式駕駛室在模擬車輛側翻后駕駛室頂部朝下的事故形態下，實際的生存空間情況。

關鍵詞：營運貨車;駕駛室;頂部強度;生存空間

中圖分類號：U463.8 " " "文獻標志碼：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，國內營運載貨汽車擁有量逐年提升，根據數據顯示，2021年年末，全國營運載貨汽車擁有量為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，隨著經濟的不斷發展、生活水平的提高，駕駛員對駕駛區域的要求也在不斷提高。作為長途運輸主力軍的牽引車，為了改善駕駛員在車內的睡眠質量，整體提升長途駕駛室的舒適性感受，多個重型商用車生產企業對其產品均采用了凸后圍的設計方式，在原有駕駛室基礎上對臥鋪寬度進行了增加。

由于駕駛室后圍樣式的變化，凸后圍駕駛不能滿足營運車輛駕駛室乘員保護項目的同一型式判定要求與平后圍駕駛室進行視同[2]，這不僅給企業造成了額外的檢測認證費用，還增加了認證周期。本文根據《營運貨車安全技術條件 第1部分：載貨汽車》（JT/T 1178.1-2018）標準（以下簡稱JT/T 1178.1-2018標準）附錄C《駕駛室結構強度試驗方法和生存空間檢驗用人體模型要求》中要求[3]，對某企業同一系列平后圍與凸后圍兩種不同樣式駕駛室頂部強度試驗進行仿真研究[4-5]，為道路運輸車輛達標車型管理工作提供參考。

1 " "樣品選擇

為了更好的驗證營運車輛僅后圍樣式不同的情況下，對駕駛室頂部強度試驗的影響，本文選取某重型車生產企業同一系列平后圍與凸后圍兩種樣式駕駛室（見圖1）進行此次的分析研究。本次所選取的同一系列平后圍與凸后圍駕駛室已應用在本企業所有N3類牽引車車型上，具有較強的代表性。所選取的駕駛室總成：后圍前的結構——車門總成、側圍總成、地板總成、頂蓋總成、內部連接件結構、零件材料及焊點數量等完全相同;后圍尺寸及結構有所差異——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個橫向加強筋、2個縱向強筋構成;凸后圍駕駛室后部骨架是3個橫向加強筋、2個縱向加強筋構成。

2 " "試驗方法

本文仿真與測試選取的駕駛室主要用于N3類營運牽引車輛，因此試驗方法按照JT/T 1178.1-2018標準附錄C中規定的頂部強度試驗方法進行。

2.1 " 試驗要求

最大設計總質量大于7500 kg的N2類車輛和所有的N3類車輛，應進行動態預加載試驗（撞擊器位置見圖2的P1）和頂部靜壓試驗（撞擊器位置見圖2的P2），且應用同一個駕駛室完成;

2.2 " 動態預加載試驗要求

a.撞擊器應為鋼制且質量均勻分布。撞擊器質量不小于1500 kg;

b.撞擊器的撞擊面應為平整的矩形，且應足夠大（一般為2500mm×2500mm），以確保撞擊器位于撞擊位置時，駕駛室與撞擊器邊緣不發生接觸。如果撞擊器為擺錘，擺錘應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.撞擊時刻，撞擊器位置應滿足下列要求：

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，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°，駕駛室應被安裝在水平面上;

3）撞擊器的撞擊面應覆蓋駕駛室應覆蓋駕駛室側頂部全部邊長;

4）撞擊器縱向中心線應水平且與駕駛室縱向中心線平行;

d.撞擊器撞擊駕駛室側頂部，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，可移動撞擊器或者駕駛室來完成撞擊試驗。撞擊能量為17.6kJ。

2.3 " 頂部靜壓試驗要求

a.加載壓板應為鋼制且質量均勻分布。加載壓板的加載面應為矩形平面，加載時應確保駕駛室與加載壓板邊緣不發生接觸;

b.加載設備與其支撐結構之間應具有直線導向系統，加載過程中允許駕駛室頂部向非撞擊側的橫向移動;

c.加載時，加載壓板位置應滿足以下要求：

1）加載壓板平行于車架X-Y平面（見圖2）;

2）加載壓板運動方向平行于車架垂直軸線;

3）加載壓板覆蓋整個駕駛室車頂部;

4）加載力為車輛前部的一個軸或多個軸的最大軸荷的靜載荷，其最大為98kN。

3 " "仿真分析研究

根據JT/T 1178.1-2018標準試驗要求，N3類的營運貨車駕駛室頂部強度試驗需分兩步進行。首先進行動態預加載試驗，使用能量為 17.6kJ對駕駛室進行20°的斜面撞擊，然后進行頂部靜壓試驗，對駕駛室頂部施加98kN壓力靜載荷。對比動態預加載試驗前后B柱對駕駛員的頭部A點、頸部、B點、胸部C點、腹部D點和髖部E點的影響（見圖3），以及頂部靜壓試驗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程中總能量保持恒定的過程。雖然車輛的大多數動能可以被吸收能量的部件所吸取從而轉換成內能，也有少量的動能轉換成其它的能量形態，但是在所有的進程當中，系統總能量是基本保持不變的。

通過圖5、圖6中的系統能量變化曲線可以看出，兩個駕駛室在動態預加載試驗仿真過程中施加初始動能均為17.6KJ，初始內能為0，求解過程中，沙漏能極小，動能、內能和滑移能之和與總能量基本相等，遵循能量守恒定律，表明該分析結果可信，此次仿真試驗是合理的。平后圍與凸后圍駕駛室試驗前后形態對比圖見圖7、圖8：

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

通過試驗前后假人空間數據對比，可以發現凸后圍駕駛室最小空間均優于平后圍駕駛室。其中，駕駛室最小生存空間出現在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 " "結論

本文通過對某重型商用車生產企業的平后圍與凸后圍駕駛室進行頂部強度試驗仿真測試分析，可以判斷出該系列凸后圍駕駛室頂部強度優于平后圍駕駛室頂部強度，選用平后圍駕駛室作為基準車型進行頂部強度試驗時其特性更為惡劣，更具代表性。通過此次研究為駕駛乘員保護試驗項目基礎車型選型提供了技術依據，也為道路運輸車輛道標車型管理工作提供了技術參考。

參考文獻：

[1]中華人民共和國交通運輸部.2021年交通運輸行業發展公報[Z].北京：交通運輸部綜合規劃司，2022.

[2]中華人民共和國交通運輸部.交通運輸部辦公廳關于做好交通運輸行業標準《營運貨車安全技術條件 第1部分：載貨汽車》（JT/T 1178.1-2018）實施工作的通知（交辦運〔2018〕44號）[Z].北京：交通運輸部辦公廳，2018.

[3]全國道路運輸標準化技術委員會.營運貨車安全技術條件-第1部分：載貨汽車：JT/T 1178.1-2018[S]，北京：人民交通出版社，2018.

[4]謝慶喜，趙幼平，郭友利，李智勇.重型貨車駕駛室頂壓強度研究[J].汽車工程，2009，31（12）：1181-1184.

[5]呂償，傅源方，向宇. 某重型卡車駕駛室頂部強度仿真分析[J].機械研究與應用，2013， 26（2）：21–22.

李會民

現就職于交通運輸部公路科學研究院，任道路運輸車輛技術服務部副部長，高級工程師。主要從事道路運輸車輛技術與管理。

專家推薦語

楊 " 斌

襄陽達安汽車檢測中心有限公司

被動安全領域 "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，運用仿真手段開展頂部強度試驗的研究分析，提供了相關重要經驗分享，文章實用性較高，對于商用車企業的凸后圍駕駛室產品的設計和試驗驗證具有參考價值。