重型汽車側后防護裝置加載強度試驗研究

摘要：闡述了GB 11567—2017標準中側面和后下部防護裝置加載強度試驗的主要內容，分析了兩種不同類型防護裝置的加載強度要求。通過實車的側面和后下部防護裝置加載強度測試，為企業設計和制造滿足標準要求的防護裝置提供技術指導，提出汽車后下部防護裝置加載試驗的發展趨勢。

關鍵詞：重型汽車；側面和后下部防護裝置；加載強度

中圖分類號：U467.5 收稿日期：2024-10-12

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2024.12.025

1 前言

社會上易發生的兩類交通事故：a.重型汽車與轎車發生追尾；b.行人、騎自行車或是騎摩托車的人跌入重型汽車側面而被卷入車輪下。上述第一類交通事故大多出現在重型汽車的后下部；第二類交通事故大多出現在重型汽車的左右兩側面。后下部防護裝置的主要作用是保證對后部追尾車輛具有足夠的阻擋能力，以防止后面小型低矮車輛鉆入前面重型汽車后下部；側面防護裝置的主要作用是避免行人、騎自行車或是騎摩托車的人跌入車輛側面而被卷入車輪下。

近年來，有許多專家和學者對側面防護裝置和后下部防護裝置進行相關的標準解讀和仿真測試。李淵等［1］對側面和后下部防護要求進行了標準解讀，并對標準實施過程中給出了建議。王乙牟等［2］根據GB 11567—2017的相關技術指標，對后下部防護裝置進行靜態加載及碰撞有限元仿真分析。何子燚等［3］改進了一套商用車通用后防護裝置，并對該裝置的強度和尺寸進行了仿真檢測驗證。

根據以上所述，大多數專家和學者只是針對后下部防護裝置或是側面防護裝置進行了仿真測試和標準的解讀，而對GB 11567—2017中的側面防護裝置和后下部防護裝置兩種裝置都進行測試驗證較少。本文主要對側面和后下部防護裝置標準加載強度試驗主要內容進行了概括比較，選擇一臺N3類某企業生產的重型環衛汽車為試驗樣車，分別進行側面防護裝置和后下部防護裝置的加載強度測試，并對我國汽車后下部防護裝置加載試驗的發展趨勢作探討。

2 側面和后下部防護裝置標準加載強度試驗主要內容

表1給出了防護裝置標準主要加載強度內容。通過表1可知：

a.后下部防護裝置無論進行兩點加載，還是進行三點加載時，與側面防護裝置的最大試驗載荷相比較，后下部防護裝置的試驗載荷要大得多。原因是在發生追尾碰撞時，產生的碰撞能量較大，加大后下部防護裝置的試驗載荷，有助于后下部防護裝置阻擋后部追尾車輛從車后鉆入。側面防護主要作用是避免行人、騎自行車或是騎摩托車的人跌入車輛側面而被卷入車輪下，試驗載荷加載力為1 kN，加載力較小，較為容易滿足標準要求。

b.不同類別車輛對后防護裝置加載點高度要求不同，且在車輛空載狀態下，后下部防護的下邊緣離地高度不大于500 mm。雖然側防護裝置加載點無明確高度要求，但側防護的下緣高度有明確要求。主要原因是根據文獻［4］得出鉆入碰撞的防護性能和車輛的通過性能都要兼顧的前提下，后下部防護裝置的最佳離地高度在450 mm以下，如果離地高度在550 mm以上，防護效能將急劇下降的結論［4］。

3 防護裝置加載強度測試

選擇一臺N3類某企業生產的重型環衛汽車為試驗樣車，試驗樣車處于空載狀態，試驗場地為剛性、平坦、平滑的水平地面，試驗車輛前輪處于直線行駛位置，將輪胎氣壓充氣到生產企業所推薦的輪胎氣壓，根據生產企業制定的方式固定車輛。表2所示為樣車的防護裝置及樣車的相關參數。

3.1 后下部防護裝置加載強度測試

按GB 11567—2017標準為依據，圖1所示為后下部防護裝置加載點位置示意圖，表3所示為后下部防護裝置尺寸參數測量值。

表1中，a.L1和L2應為（300±25）mm；b.L3=L4且L3′+L4′的值應在700～1 000 mm之間；c.高度H應不大于550 mm（N2、O3類車）或560 mm（N3、O4類車）。

依據表1中GB 11567—2017標準中的后下部防護裝置三點加載時和兩點加載時的試驗載荷計算方法：

試驗車輛的最大總質量m=18 000 kg。

P3∶√mg×25%=18 000×10×25%=45 kN，×50 kN。

P2∶√mg×50%=18 000×10×50%=90kN，×100 kN。

由上述得知：兩點加載時，P點加載力為90 kN；三點加載時，P點加載力為45 kN。加載強度測試結果如表4所示。

表4中，a.最大變形量D為各載荷作用點在載荷施加時的最大移動量；b.距離B為載荷作用前，各載荷作用點距離車輛最后端的距離；c.距離A為加載試驗后各載荷作用點到車輛最后端的水平距離［5］。

該重型環衛汽車的后下部防護裝置是以車輛縱向中心平面為軸對稱。由表1可知，選擇左側為加載點加載。根據表4又可知，P3左點試驗載荷遠遠小于P2左點試驗載荷，然而P3左點最大變形量相比于P2左點最大變形量要大得多，P3左點試驗載荷與P3中點試驗載荷相同，然而P3左點最大變形量相比于P3中點最大變形量也要大得多。主要原因是：P3左點距離車架連接部位的剛性支撐點距離較遠，力臂較長；P2左點處于防護裝置跟車架連接部位，有剛性支撐；P3中點距離車架連接部位的剛性支撐點距離較近，力臂較短。

從表4可知，距離A=B+D的最大值是368.8 mm，GB 11567—2017標準要求的限值為400 mm，故滿足標準規定的加載強度要求。

3.2 側面防護加載試驗

從表5可以看出，對左右兩側施加1.1 kN力，最后一段250 mm內變形均滿足限值要求，且對于側面防護左右兩側其他部分，施加1.0 kN力，因防護裝置中間結構垂直桿件間距較大受壓后變形量最大，結果仍滿足GB 11567—2017標準要求。

4 汽車后下部防護裝置加載試驗的發展趨勢

為考核汽車后下部防護裝置的阻擋能力目前可采用兩種加載試驗方式：動態測試（移動壁障追尾碰撞試驗）和靜態加載試驗。動態測試方法：（1 100±25）kg的移動壁障以30～32 km/h的速度撞擊固定在固定壁障上的后下部防護裝置，試驗過程中后下部防護裝置可以發生變形、開裂，但是不允許整體脫落，在碰撞過程中，后下部防護應能夠吸收碰撞能量以緩和沖擊，要求移動壁障的最大減速度不大于40 g，反彈速度不大于2 m/s，后下部防護裝置的后部與車輛最后端（包括尾板）的縱向水平距離所測量獲得的最大水平變形量（或鉆入量）之和不超過400 mm［5］。

由于動態測試成本較高，故靜態加載試驗認證仍是企業的首選。但是，動態測試更能反映真實的追尾碰撞事故工況，是未來我國汽車后下部防護裝置強度測試發展趨勢。

采用動態測試有兩個方面的主要問題需要解決：

a.檢驗成本。靜態加載試驗是將試驗車輛按試驗要求停放在防護裝置加載設備附近并將試驗車輛固定后，按試驗方法進行加載試驗，試驗流程十分成熟，檢驗成本較低。然而動態測試需要足夠大的試驗場地，能容納跑道、固定壁障和試驗所需的技術設備，在固定障前至少5 m的跑道應水平、平坦和光滑［5］。試驗所需的技術設備如數據采集傳感器、移動壁障、高速攝像機等價格十分昂貴，這就導致動態測試與靜態加載相比，其檢驗成本會大幅度增加。

b.碰撞能量。目前移動避障在碰撞瞬間產生的碰撞力行業相關研究還很少，且移動壁障進行后防護裝置碰撞相容性的研究成果不多，移動壁障質量參數以及尺寸需進一步優化［6］。靜態加載檢驗之所以能廣泛應用，原因在于靜態加載試驗的加載力相比移動避障在碰撞瞬間產生的碰撞力小得多，且易于獲得，容易滿足法規的要求。

5 結語

a.介紹了汽車的側面和后下部防護裝置，分析了兩種不同類型防護裝置的加載強度要求。

b.依據GB 11567—2017，對某重型環衛車的側面和后下部防護裝置進行了加載強度測試，并對加載強度測試的相關檢驗流程進行了描述，為企業設計和制造滿足標準要求的防護裝置提供技術指導。

c.對GB 11567—2017中的靜態加載和動態測試進行了分析，認為動態測試是未來后防護裝置強度檢驗的發展趨勢。

參考文獻：

［1］李淵，張新淇.對《汽車及掛車側面和后下部防護要求》標準的解讀［J］.質量與認證，2019（3）：73-75.

［2］王乙牟，尹長城.商用車后下部防護裝置的有限元仿真分析［J］.湖北汽車工業學院學報，2020（2）：19-23.

［3］何子燚，涂元春，趙若松，等.車輛后下部防護裝置仿真及實體樣件研究測試［J］.專用汽車，2019（5）：83-88.

［4］朱西產，程勇.載貨汽車防護裝置最佳離地高度和剛度的分析［J］.汽車工程，2002（5）：419-425.

［5］全國汽車標準化技術委員會.GB 11567—2017汽車和掛車側面及后下部防護要求[S].北京：中國標準出版社，2017.

［6］孫勇，劉文營，付松青.載貨汽車防護裝置加載強度試驗研究［J］.檢測與維修，2019（11）：74-78.

作者簡介：

謝升輝，男，1993年生，助理工程師，研究方向為汽車法規認證、整車試驗及評價。