为了提高卡车的碰撞安全性能，在交通事故中减少人员的伤亡，福田汽车在卡车碰撞安全性能方面做了许多研究与探讨。本文简述了利用类比法确定卡车前下防护装置的技术参数，对卡车驾驶室进行有限元分析，讨论卡车碰撞安全性能研究的重要性和设计难点，针对目前的产品进行改进，从而全面满足卡车碰撞法规的要求。

在我国混合交通模式为主的交通环境中，经常造成卡车撞击轿车的事故。由于卡车的质量大、碰撞高度较高，在碰撞当中卡车的损伤较小，但轿车所受的伤害却是非常惨烈的；重型卡车在高速行驶中前轮爆胎或者猛打方向盘时，很容易造成翻车事故，造成卡车顶部压溃，将直接伤害睡在上铺的乘员。

欧洲从1980年开始卡车碰撞安全性能的研究，已经实施了ECE—R29法规和ECE—R93法规。目前，中国还没有实施卡车前下防护的法规和驾驶室强度法规，缺乏卡车与轿车碰撞的事故统计。表1为德国两个地区的事故统计表。

表1

轻型卡车与轿车碰撞相容性分析

2006年，我国某市发生了一起轻型卡车与轿车的侧面碰撞事故。我们根据碰撞相容性对此事故进行分析，论证前下防护装置在碰撞事故当中的重要性。表2为碰撞参数。

该轿车在碰撞安全性能上是非常优秀的，能够达到欧洲NCAP五星，但是在本次事故当中损伤严重，其主要原因是实际碰撞高度超过了轿车侧面防护高度，造成轻型卡车车架撞击A柱、车门上部和车顶，造成对乘员舱的直接侵入，而轿车侧面防护非常重要的门槛、侧撞横梁以及地板都没有发挥作用；轻型卡车的质量3.5t，是ECE—R95侧面碰撞台车质量的3.7倍，碰撞能量高于轿车侧面碰撞防护的极限。减小此类事故当中轿车的受损程度，最可行的方法为在商用车前部安装前下防护装置。

表2

卡车前下防护装置性能要求与设计参数研究

我们研究认为：适用于我国重卡的前下防护装置（见图1），设计参数主要为横梁碰撞高度h、吸能管柱间隔距离L与吸能管柱长度d。通过类比法来确定以上参数，如图2～7所示，选择道路行驶当中两款典型的乘用车作为保护车型，根据保护车型的参数来确定前下防护装置的参数（如表3、4所示）。

图1

图2

图3

 
图4

图5

 
图6

 
图7

 吸能管柱间距L参数设定是否合理决定了前下防护的性能，在碰撞事故当中，最理想的情况为被撞击车辆大梁与吸能管柱在同一直线上，大梁与吸能管柱直接撞击双向溃缩变形吸收能量。我们按照40%偏置碰撞中的“40%”确定方法和理论，假设卡车宽度的40%与轿车发生正面碰撞，按照图2所示的碰撞示意图进行计算，确定L为1 300mm。

吸能管柱d参数设定直接决定了前下防护的吸能性能，根据图3、4所示，设定碰撞后卡车车架前端面与被撞击车辆A柱的安全距离为250mm，得出吸能管柱d为230mm。如图8所示，在设计当中，综合考虑ECE—R93和ECE—R29（驾驶室防护）法规统一考虑，采用一体化设计，前下防护装置的支架向上延伸，同时作为驾驶室前支撑铰接，固定牵引钩；横梁增加车架抗扭刚度，如图9所示。

图8

图9

 做轿车撞击卡车下部的碰撞有限元分析，轿车速度为50km/h，具体变形如图10所示：轿车B柱下方的加速度测试点的纵向加速度曲线如图11所示，采用60Hz滤波的最大加速度为31.2g，可以保证乘员在安全带和安全气囊的保护下生存，在0～22ms之间轿车纵梁发生溃缩变形，22～80ms之间前下防护吸能管柱发生溃缩变形；根据180Hz滤波，吸能管柱溃缩加速度比较均匀，符合设计要求。

图10

 
图11

对某重型卡车高顶驾驶室做顶部压溃分析与改进

根据欧洲ECE—R29法规《关于就商用车辆驾驶室乘员防护方面批准车辆的统一规定》附件3第5条“顶部强度（测试B）”的要求，驾驶室车顶应能承受与前轴或车轴所允许的最大质量相同的静负荷，即最大为10t。因为本驾驶室匹配车型中最大前轴荷为6t，在驾驶室上方施加压力，将图13下部全部固定，在A柱测截面压力。根据分析结果发现：骨架与内圈接口存在严重问题，骨架在整个压溃过程中发挥的作用很小，外围件在整个变形过程中发挥了主要支撑作用，整个高顶能够最大承受67kN，单个A柱最大承受15kN。

图12

 
图13

根据分析结果，对外围加强板进行改进，延伸下端至导水槽，如图12所示；在外围件的后拐角处安装加强支撑板，下端至导水槽，上端至顶棚，如图13所示。改进后再进行有限元分析，结果如下：

按照以上两点改进，再做分析，如图14、15所示，发现外围加强板发挥了支撑作用，整个高顶能够最大承受88kN，证明改进有效，能够满足法规要求。

图14

 
图15

开展卡车碰撞安全性能的研究意义

福田汽车是中国第一大商用车生产企业，为了提高卡车的碰撞安全性能，在交通事故中减少人员的伤亡，福田汽车在卡车碰撞安全性能方面做了许多研究与探讨。根据我们对卡车碰撞安全性能的研究，针对某款卡车进行碰撞安全性能改进，并且在福田全新开发的车型中广泛应用，其研究的意义为：

第一，开展卡车碰撞安全性能的研究和探讨，提高卡车的碰撞安全性能，减少乘员伤亡，体现福田汽车高度的社会责任感。

第二，有利于国内的重型卡车出口，目前欧洲机动车型式认证要求，国内重型卡车必须满足ECE—R93法规和ECE—R29法规。