商用車駕駛室安全試驗(yàn)常見問題分析

劉俊岐 孫紅杰

中汽研汽車檢驗(yàn)中心（天津）有限公司

我國(guó)對(duì)汽車產(chǎn)品實(shí)行強(qiáng)制性產(chǎn)品認(rèn)證（CCC）與汽車產(chǎn)品公告行政許可（車輛生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品公告）管控政策，對(duì)于商用車駕駛室測(cè)試項(xiàng)目都要求按照GB 26512-2011《商用車駕駛室乘員保護(hù)》進(jìn)行測(cè)試。相對(duì)乘用車的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展，商用車的相關(guān)被動(dòng)安全研究及標(biāo)準(zhǔn)制修訂發(fā)展較晚，近些年相繼頒布了商用車駕駛室乘員保護(hù)等國(guó)家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)，從而在避免商用車事故中的人員傷亡起到了巨大的作用。歐洲現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)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》對(duì)商用車駕駛室乘員保護(hù)做出了明確的規(guī)定，以保證交通事故中商用車駕駛室的在事故中的乘員生存空間。我國(guó)現(xiàn)行有效標(biāo)準(zhǔn)GB 26512-2011 《商用車駕駛室乘員保護(hù)》與ECE R29大體要求相同，ECE R29-02與GB 26512-2011不同之處是其后圍靜態(tài)加載試驗(yàn)為選做項(xiàng)，而GB 26512-2011為必做項(xiàng)。經(jīng)過多年實(shí)施發(fā)現(xiàn)，GB 26512-2011和ECE R29-02不能完全反應(yīng)車輛在實(shí)際碰撞事故中工況。原因?yàn)闅W洲CER29-02和GB 26512-2011中的正面擺錘撞擊試驗(yàn)?zāi)M的是兩車追尾的碰撞，而不是正面碰撞，而隨著商用車使用規(guī)模的快速發(fā)展，在實(shí)際交通事故統(tǒng)計(jì)中得出，商用車兩車正面碰撞事故中造成的駕駛室變形更為嚴(yán)重、導(dǎo)致的乘員傷亡率更高，所以修訂了ECE R29-02，形成修訂案ECE R29-03，將擺錘正面撞擊的能量增加，以實(shí)現(xiàn)模擬兩車正面碰撞考核駕駛室強(qiáng)度的目的。另外，ECER29-02中的商用車駕駛室頂部靜壓試驗(yàn)僅考慮到了車輛發(fā)生180°滾翻時(shí)對(duì)駕駛室頂蓋強(qiáng)度的考核，而忽視了事故中車輛經(jīng)90°滾翻過程中造成的駕駛室A 柱、B柱、風(fēng)窗上橫梁、車門上橫梁等駕駛室整體的零部件結(jié)構(gòu)變形對(duì)乘員生存空間的侵入，所以增加A柱擺錘撞擊試驗(yàn)和美國(guó)SAE J2422中的頂蓋側(cè)面20°斜面撞擊試驗(yàn)，來考核整個(gè)駕駛室上部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。所以得出，修訂案ECE R29-03版較ECE R29-02版和GB 26512-2011主要的安全性能要求增加了兩項(xiàng)動(dòng)態(tài)撞擊試驗(yàn)的要求，即駕駛室的正面A柱擺錘撞擊試驗(yàn)及駕駛室頂部側(cè)面擺錘20°撞擊試驗(yàn)，且ECE R29-03版正面擺錘撞擊能量也相對(duì)提高.故ECE R29-03版規(guī)定的駕駛室的性能要求更為苛刻。能滿足ECE R29-03要求的駕駛室也是今后該類產(chǎn)品發(fā)展的方向。目前我國(guó)交通部規(guī)定道路運(yùn)輸車輛需要滿足標(biāo)準(zhǔn)JT/T 1178.1-2018《營(yíng)運(yùn)貨車安全技術(shù)條件 第1部分:載貨汽車》和JT/T 1178.2-2019《營(yíng)運(yùn)貨車安全技術(shù)條件第2部分:牽引車輛與掛車》的要求。此標(biāo)準(zhǔn)和ECE R29-03的規(guī)定基本一致，其中對(duì)載貨汽車新申請(qǐng)型式批準(zhǔn)的車型已經(jīng)強(qiáng)制要求，對(duì)牽引車輛與掛車的要求自2020年9月開始實(shí)施。

商用車駕駛室試制完成后，為驗(yàn)證性能及可靠性是否滿足設(shè)計(jì)要求。還需要進(jìn)行一系列的試驗(yàn)，主要包括：1．白車身臺(tái)架試驗(yàn)；2．駕駛室安全試驗(yàn)；3．整車道路試驗(yàn)。只有通過以上三步試驗(yàn)驗(yàn)證的駕駛室才具備，投放市場(chǎng)的基本前提。能夠滿足用戶的使用需求、提供良好的舒適性、安全性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性的駕駛室。（1）駕駛室臺(tái)架試驗(yàn)主要包括：振動(dòng)試驗(yàn)、駕駛室靜剛度試驗(yàn)。通過采集的路譜進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)及進(jìn)行駕駛室靜剛度試驗(yàn)。路譜采集在駕駛室每個(gè)懸置點(diǎn)上各安裝一個(gè)三向加速度傳感器，整車在試驗(yàn)場(chǎng)規(guī)定路面以規(guī)定車速行駛，測(cè)出駕駛室懸置處的加速度，通過編輯形成臺(tái)架的期望響應(yīng)信號(hào)。通過適當(dāng)?shù)膴A具把駕駛室固定在試驗(yàn)臺(tái)上，通過噪聲信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)的頻響函數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)識(shí)別，利用期望響應(yīng)信號(hào)與系統(tǒng)的頻響函數(shù)反求系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，經(jīng)過模擬迭代，使臺(tái)架響應(yīng)與路面期望響應(yīng)誤差小于5%，最終形成有效路譜用于驅(qū)動(dòng)臺(tái)架進(jìn)行試驗(yàn)。駕駛室扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)應(yīng)用國(guó)際先進(jìn)的伺服技術(shù)成功完成對(duì)駕駛室的扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)，進(jìn)行車身部件的疲勞耐久性試驗(yàn)。通過高精度的“力伺服控制”和“位置伺服控制”。液壓伺服控制技術(shù)有著操作靈活、維護(hù)方便，制造成本低，運(yùn)行成本低，維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)，是今后進(jìn)行汽車車身耐久試驗(yàn)的首選發(fā)展方向。（2）駕駛室安全試驗(yàn)主要包括：以JT／T 1178（ECE R29）進(jìn)行試驗(yàn)，主要包括壓頂、前碰、后擠、雙A柱等試驗(yàn)。駕駛室需要滿足被動(dòng)安全要求，因此，需要對(duì)輕量化駕駛室進(jìn)行駕駛室正面擺錘碰撞試驗(yàn)，對(duì)于最大設(shè)計(jì)總質(zhì)量不大于7000kg的車輛撞擊能量為29.4k J，對(duì)于最大設(shè)計(jì)總質(zhì)量大于7000kg的車輛撞擊能量為44.1k J。駕駛室頂部應(yīng)能承受相當(dāng)于車輛前部的一個(gè)軸或多個(gè)軸的最大軸荷的靜載荷(最大為98k N)。根據(jù)車輛允許載荷計(jì)算后圍靜壓水平加載載荷，通過矩形剛性平面將該壓力沿水平方向均勻施加到駕駛室后圍上。（3）整車道路試驗(yàn)：主要包括高環(huán)試驗(yàn)及可靠性試驗(yàn)。主要考察樣車進(jìn)行強(qiáng)化路試驗(yàn)、灰土路試驗(yàn)。駕駛室白車身各部位無可見開焊開裂現(xiàn)象；車門位置無下沉；各緊固件及裝配件狀態(tài)良好，無松脫位移發(fā)生。

商用車駕駛室乘員保護(hù)結(jié)構(gòu)各項(xiàng)試驗(yàn)的合格評(píng)價(jià)指標(biāo)包括以下三條；（1）車門不應(yīng)自行打開，駕駛室應(yīng)與車架保持連接，允許固定駕駛室的部件產(chǎn)生變形和損壞；（2）當(dāng)座椅處于中間位置時(shí)，人體模型不應(yīng)與車輛邵氏硬度大于或者等于50度的非彈性部件發(fā)生接觸；（3）不借助于任何工具，用一個(gè)小于100N的力即可將非彈性部件與人體模型分開。在正面沖擊碰撞過程中，通過高速攝像觀察，車輛變形量呈現(xiàn)先增加再減小的變化趨勢(shì)。最終變形量并非最大變形量，原因是材料在碰撞變形過程中存在回彈行為。

商用車乘員保護(hù)結(jié)構(gòu)正面撞擊試驗(yàn)分為以下幾個(gè)階段：（1）脫鉤機(jī)構(gòu)動(dòng)作后，擺錘初速度為零開始下落，運(yùn)動(dòng)至擺角為0°時(shí)擺錘平面與駕駛室開始接觸，隨后板材部件開始變形，甚至震裂，夾層玻璃出現(xiàn)龜裂。（2）擺錘繼續(xù)由前向后擺動(dòng)（擺角為負(fù)），駕駛室與車架連接的懸置支架或減震器連接螺栓變形、剪切，同時(shí)用于固定車架的鋼絲繩受迫拉伸，（3）懸置支架或減震器連接螺栓斷裂后，擺錘繼續(xù)由前向后擺動(dòng)，鋼絲繩繼續(xù)變形，駕駛室和車架整體后移，駕駛室開始擠壓變形，車門受迫開啟，同時(shí)駕駛室相對(duì)于車架也發(fā)生了后移，直至擺錘速度降低為零，停止運(yùn)動(dòng)，此時(shí)駕駛室變形和相對(duì)車架位移最大。（4）擺錘運(yùn)動(dòng)方向開始由后向前擺動(dòng)，鋼絲繩形變發(fā)生回彈，駕駛室和車架整體向前運(yùn)動(dòng)，同時(shí)駕駛室的形變也發(fā)生微小回彈，相對(duì)車架向前發(fā)生微小移動(dòng)，該階段直至整車停止運(yùn)動(dòng)，剪切的螺栓等零部件掉落，震碎的前風(fēng)擋玻璃發(fā)生整體脫落，試驗(yàn)結(jié)束。被試樣品的典型失效形式有：（1）駕駛室與車輛連接結(jié)構(gòu)受力不合理而導(dǎo)致其應(yīng)力分布不均勻，局部應(yīng)力集中，導(dǎo)致超出材料強(qiáng)度極限，發(fā)生的懸置支架斷裂，減震器螺栓剪切脫落導(dǎo)致駕駛室與車架脫離，該種失效形式可能會(huì)因駕駛室脫離對(duì)乘員造成二次沖擊的傷害。（2）駕駛室后圍受迫擠壓，變形的剛性構(gòu)件侵入生存空間，且碰撞過程中車門開啟可能會(huì)造成乘員胸腹部嚴(yán)重傷害或者甩出駕駛室。（3）駕駛室地板和前圍內(nèi)板橫梁發(fā)生較大變形，導(dǎo)致儀表臺(tái)，方向盤、方向盤柱等內(nèi)飾結(jié)構(gòu)件擊潰后移，侵入生存空間可能會(huì)造成乘員下肢及胸腹部嚴(yán)重傷害。在駕駛室乘員保護(hù)結(jié)構(gòu)正面撞擊試驗(yàn)中，突出表現(xiàn)的失效形式分為兩種，一是連接結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足導(dǎo)致的駕駛室與車架的脫離，二是駕駛室框架強(qiáng)度不足導(dǎo)致的駕駛室本體扭曲變形而影響到乘員生存空間。因而，在駕駛室設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該在支撐懸置和駕駛室框架的結(jié)構(gòu)及材料上充分考慮，以滿足該項(xiàng)試驗(yàn)的通過性。

在頂部加載試驗(yàn)中，常見以下幾種失效形式：（1）駕駛室立柱強(qiáng)度不足，屈服變形導(dǎo)致的生存空間不足，可能會(huì)對(duì)駕駛員造成乘員頭部、頸部造成嚴(yán)重傷害。（2）車架支結(jié)構(gòu)支撐強(qiáng)度不足而屈服導(dǎo)致的頂部加載失效。（3）后圍支撐結(jié)構(gòu)縱向支撐強(qiáng)度不足而被壓潰導(dǎo)致的頂部加載失效。駕駛室設(shè)計(jì)應(yīng)滿足剛度和強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。剛度不足，將會(huì)引起駕駛室的支撐立柱、懸置及后圍等發(fā)生變形，導(dǎo)致該項(xiàng)試驗(yàn)樣品失效。如今商用車駕駛室大多采用骨架構(gòu)件加薄鋼板互相連接的結(jié)構(gòu)，形成承載結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，所以可以在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)駕駛室力傳導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)間的相互作用做出評(píng)估，提高承載結(jié)構(gòu)的合理性，在該項(xiàng)試驗(yàn)的通過性考核中，駕駛室本身各部分都要和諧地變形，避免產(chǎn)生薄弱的環(huán)節(jié)而導(dǎo)致壓潰。