本文通过研究ECE R29-02版和03版法规，对重卡驾驶室框架式车身结构设计、正面碰撞及顶部压溃的力学传递路径进行了分析，通过CAE分析和优化设计的方法，确保设计车型满足ECE R29-03版法规要求。

随着人们对商用车安全性要求的日益提高，世界许多发达国家均对汽车碰撞安全性做出了强制性要求，并建立了各自的法规体系，其中在碰撞安全方面比较有代表性的是欧洲法规ECE R29-02版（欧洲市场强制执行的法规）。目前，新平台商用车车身设计都把满足ECE R29-03版（已发布，未实施）法规作为必须通过项。

ECE R29法规标准

1. ECE R29-02版法规要求

ECE R29-02法规是欧洲市场强制执行的法规，包含3个工况：前摆锤、顶部静压和后围挤压，3个工况均可用一辆新车进行碰撞试验。

正面拍击试验，对N1类和总质量7.5t以下的N2类卡车施加打击能量29.4kJ，对总质量7.5t以上的N2类和N3类卡车施加打击能量44.1kJ。

顶部静压试验，对N1类和总质量7.5t以下的N2类卡车施加大于前轴静载荷的顶部压力，对总质量7.5t以上的N2类和N3类卡车施加大于前轴静载荷的顶部压力，最大为10t。

后围挤压试验，要求N1类、N2类和N3类卡车能载2000N/t的静载荷。

2. ECE R29-03版法规要求

ECE R29-03版相对于02版，主要增加了圆柱打击A柱试验和全新的顶部压溃试验，对N1类和总质量7.5t以下的N2类卡车没有任何变化，但对总质量7.5t以上的N2类和N3类卡车变化非常大。

ECE R29-03版法规包含的试验有：正面碰撞试验、正面A柱15°碰撞试验、顶盖180°强度试验及动态摆锤20°撞击强度试验。

（1）正面碰撞试验主要模拟：两车追尾碰撞情况，矩形刚性摆锤的尺寸相当于前面车辆货箱的平均高度和宽度。对总质量7.5t以上的N2类和N3类卡车打击能量为55kJ。

（2）正面A柱15°碰撞试验主要模拟：在车辆发生180°翻滚过程中，先经过90°翻滚撞击到树和放栏杆等圆柱形导致A柱变形的强度试验。对总质量7.5t以上的N2类和N3类卡车增加测试，打击能量为29.4kJ。

（3）顶盖180°准静态加载试验主要模拟：车辆发生180°翻滚时，硬地面对驾驶室顶盖的压力。对总质量7.5t以上的N2类和N3类卡车先做20°角的斜面冲击，打击能量为17.6kJ。再进行顶部压溃，顶部压力大于前轴静载荷，但最大为10t。

（4）动态摆锤20°撞击强度试验主要模拟：在车辆发生180°翻滚过程中，先经过90°翻滚驾驶室侧面撞击到硬路面导致A柱、B柱和车门上横梁等部件结构变形的情况。

车辆在发生碰撞事故时，乘员受到的伤害主要来自身体和车身结构之间的碰撞或者挤压，因此车身结构对于乘员的保护作用十分重要。

框架式车身结构特点和碰撞受力分析

1.框架式车身结构特点

商用车车身采用非承载、整体框架式金属车身结构（见图1），此类结构在X、Y和Z任何方向受外力冲击时，封闭的框架都可以将所受力通过相互连接的结构梁及封闭的空腔结构传递到其他框架结构部件，尽可能地吸收冲击能量，保证白车身不失稳。框架式车身结构加强梁及封闭的空腔结构首尾相连如图2所示，框架连续且各处结构刚性不突变，否则将影响白车身的性能。

2.前摆锤、顶压和后围打击工况下车身骨架CAE受力分析

前摆锤、顶压和后围打击工况下车身骨架CAE受力分析如图3所示。

（1）ECE R29-02版法规前摆锤 前摆锤质量为1.5t，摆锤速度为7.75m/s，前摆锤动能为45kJ（见图4）。

悬置支架吸收的能量占比最高，悬置支架起到了传力、吸能的作用。其他的能量主要通过前围、纵梁及其加强板、地板、鼓包、侧围和门等吸收。

（2）ECE R29-03版法规正面碰撞 在CAE仿真模拟中，因完全约束了白车身前、后安装位置的所有自由度，而监测的地板纵梁位置在前约束点之后，故碰撞产生的力直接通过约束点传出，很少一部分能量被车身吸收，这与整车模拟工况有一定的差异。但从提取的力值仍然可以看出，在0.02s左右地板纵梁所受的力是最大的。车身框架受力监测位置如图5所示，ECE R29-03正面碰撞受力如图6所示。

从模态振型来看，车身前窗上下边框部位振型比较大，刚度比较小。建议设计部门在设计开发和改进时加强此位置的刚度，避免发生共振。

（3）ECE R29-02版法规顶部静压 法规要求，加载的时候驾驶室顶部均匀受力，所以试验中先将试验装置平板放在驾驶室顶部，再往下缓慢施加载荷，提取反力。

CAE仿真采用相同的方式，即采用强制位移加载，顶压装置匀速下压，提取其反力。悬置处直接采用刚性连接与车架固定。

此法规主要模拟翻车的时候驾驶室顶部受到的挤压力。加载的载荷应该等于悬置能够承受的最大Z向载荷，加载上限是100kN（见图7）。顶压试验对顶盖骨架的强度要求很高，后围设计强度、顶盖总成与前后围、侧围搭接设计合理性也决定着顶压试验的通过性。

（4）ECE R29-02版法规后围挤压 CAE仿真对整个壁幛大平板施加X向的强制位移，提取其反力。

此法规主要模拟卡车被追尾之后，整个货厢向前冲击，挤压驾驶室的事故情况。设计时要注意，后围内外板整体式与地板和纵梁连接，纵梁和地板对后围打击吸能较多（见图8）。

3.车身各系统结构碰撞受力分析

（1）顶盖总成基本构成由外板和内部“井”型框架组成，外板根据Z向尺寸的差异分为整体式和分体式。

（2）前围总成采用内外框架焊接形成封闭式空腔结构；地板总成的纵梁、地板边梁和横梁与侧围、前后围形成框架结构，白车身扭转和弯曲刚度大幅提高。

（3）侧围总成采用带整体A柱的整体式侧围外板，侧围外板从B柱一分为二，前部整体门窗框，后部整体式侧围外板；侧围内板总成由（A柱、B柱、C柱、门槛和门框上部）加强板及连接板组成。

（4）后围总成采用整体式外板和倒梯形、加宽式槽形整体内板焊接结构。内板上端与顶盖后骨架连接，下端与地板纵梁连接，左右端与侧围内板中间支架连接，通过各骨架连接后围系统的传力路径，构成整体框架式车身结构（见图9）。

结语

从车身X方向上看，前围结构突出于侧围的距离很小。基于ECE R29法规标准，正向碰撞时摆锤很快与侧围接触，从而前围、侧围一起受力。由于转向管柱支架安装在前围上，可以通过减少前围总成的向后位移量以满足生存空间的要求。这样设计的缺点是正面碰撞通过侧围传力，整个门框变形量较大，门在碰撞后不能打开。不过ECE R29-02版法规不要求门在碰撞后能打开，而是要求门在碰撞过程中不能打开。所以各系统在保证车身刚度的前提下，可针对法规的要求合理的设计车身结构。