随着GB 26512-2011《商用车驾驶室乘员保护》强制法规的实施，重卡驾驶室的安全性也备受关注，尤其国内的重卡以平头车为主，而平头车相对于长头车没有足够的碰撞吸能空间，安全性尤为重要。重卡驾驶室与乘用车有较大的区别，一般采用半浮或四点全浮式悬置与车架相连。碰撞过程中驾驶室悬置会吸收很大的能量，驾驶室会发生整体后移。在碰撞总能量一定的情况下，增大悬置吸收的能量，减小车身的吸能比，可以大大减小车身的侵入量，有效维持驾驶室的生存空间。

驾驶室整体后移技术主要是通过悬置支架的后移变形、螺栓的部分断裂、相关紧固件连接处的摩擦力以及悬置的阻尼缓冲吸能来减小驾驶室前围的碰撞能量，要求悬置及其支架的刚度和强度不能太强，以保证部分碰撞能量被驾驶室的整体后移以及悬置、支架的变形所吸收，进而减小前围相对于后围的侵入量。

现有技术方案

虽然整体后移技术会使车身后移量增大，但却能消耗碰撞能量，减小前围的相对侵入量，有利于维持乘员的生存空间。其设计的关键在于保证悬置及支架的强度要弱于前围的强度，这样才能保证在悬置及支架发生变形整体后移以后，驾驶室前围才继续变形。某款驾驶室在正面碰撞时各个组成部分的能量吸收比例如图1所示。

目前实现驾驶室整体后移的方法主要是通过悬置支架螺栓断裂来达到目标的。德国MAN公司某款驾驶室即悬置采用了上述方案，如图2所示，圆圈所示的部分前悬置螺栓的剪断，使驾驶室整体后移量有所增加，前围的侵入量减小。悬置支架螺栓一般为最高级别，即12.9。抗拉强度为1 200 MPa，抗剪强度为600 MPa，螺栓直径为14 mm，即最大剪切力为92 316 N。前悬置螺栓所受的剪切力已经接近150 000 N，超出最大剪切力，故此时前悬置螺栓已经失效。

该技术可以使驾驶室整体后移一定量，但需要保证悬置与车身的有效连接，不可完全与车身发生脱落，法规要求允许连接点破坏，但仍需保证车身与车架的有效连接。一般建议驾驶室碰撞后至少保证3个点的有效连接。

为了确定前悬置螺栓在保护乘员安全方面所起到的重要作用，我们专门比较了同款驾驶室在前悬置螺栓发生断裂和不发生断裂时的方向盘侵入量(见图3)。通过前悬置螺栓的失效，可以减少方向盘侵入量13 mm。

图4比较了前悬置螺栓不失效和失效两种情况下的后悬置支架的位移，其中失效时位移量增大了25 mm。

总体看来，通过前悬置螺栓断裂的技术手段实现保护乘员的目的是可行的，但是由于法规要求连接点可以破坏，但仍需保证车身与车架的有效连接，而在实际使用过程中，有可能无法保证前悬置螺栓在断裂情况下仍然保持与车身的有效连接，这是此方案的一个缺点。

可错位式悬置结构

为了规避上述结构所带来的缺陷，我们基于某款车型原悬置结构设计了一种可错位式悬置结构，如图5所示。在悬置与驾驶室连接板设计滑移导向槽，其原理主要是通过碰撞时螺栓随着导向槽滑动产生摩擦吸收部分碰撞能量，同时驾驶室整体后移。螺栓应具有适当的预紧力以保证能够承受地面向上的载荷以及一定的水平载荷，当驾驶室发生碰撞时，其冲击载荷较大，带动螺栓沿着导向槽向后滑动，由摩擦来消耗部分能量，并使驾驶室整体后移，摩擦力的大小可以通过调整导槽的宽度来控制。

通过图6可以明显看出在碰撞过程中，螺栓沿预定的导向槽后移，且导向槽在设计时采取了能量梯度管理的策略，故驾驶室整体相对于悬置发生整体后移，与预期的设想一致。

为了检验碰撞后乘员生存空间的情况，我们通过分析仪表板的侵入量来进一步校验其效果。如图7所示，仪表板的最大侵入量减少了20 mm，反映了增加滑移槽方案的有效性，相比原来的方案，有效提升了乘员的生存空间。

经过计算得出，新方案比原方案驾驶室整体后移多出约40 mm。如图8所示，目前新方案驾驶室的后移量达到约155 mm。

由图9可以看出整个过程两个方案能量的平衡，新方案驾驶室吸收的变形能减小而滑移接触能和弹簧阻尼能增加，说明后移过程中悬置弹簧阻尼以及连接板摩擦吸收了一部分能量，这有利于减小驾驶室的变形。另外螺栓在30 ms左右滑动，而此时各螺栓对应的摩擦力为5 000～10 000 N，合力至少超过60 000 N，而驾驶室紧急刹车工况下加速度一般不超过0.5 g，要保持驾驶室不发生X向相对滑移只需要提供0.5 mg摩擦力，驾驶室以总质量700 kg计算，克服滑动的摩擦力约为3 500 N，显然60 000 N远大于这个临界值，不会发生驾驶室水平滑动的可能，证实了方案的可行性。

结语

通过对现有技术方案的改进，我们针对原悬置连接板设计了一种带导槽的错位式连接板，经仿真分析验证了其可行性，仪表板整体性侵入量减小了约20 mm，提高了悬置及连接板的吸能效果，有利于生存空间的保护。

另外，我们可以通过调整滑槽的宽度来控制摩擦力的大小，摩擦力越大滑动相同位移吸收的能量也越多，但摩擦力大到一定程度有可能会卡住，导致吸能效果下降，那么如何设计导槽宽度以使其吸能效果最大化是一个值得研究的课题。

我们在导槽方案的基础上更新设计出锯齿状类似螺纹的结构，如图10所示。当碰撞发生，以螺柱对锯齿状螺纹的剪断方式来吸收能量。锯齿状间隔以及突起高度的设计可以作为对剪切力的控制设计参数。如何设计出合理的间隔以及锯齿宽度和高度也是一个值得思考的问题。