《商用车前下部防护要求》的法规解读和设计难点

《商用车前下部防护要求》的法规解读和设计难点

东方汽车网2012-03-26 15:53:25 作者:撰文／北汽福田汽车工程研究院唐波来源: 文

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《商用车前下部防护要求》法规的介绍

在我国混合交通模式为主的交通环境中，许多二级公路和乡村公路都没有设置中央隔离带，小型车辆逆行超车很容易造成小型车辆钻入商用车前下部的恶性事故(图1所示)。欧洲从1980年开始商用车前下防护的研究(图2所示)，1994年实施了ECE—R93商用车前下防护的法规。中国借鉴了欧洲ECE—R93法规制订了GB26511-2011《商用车前下部防护要求》的强制性法规，2011年5月12日发布，2012年1月1日实施，本标准2013年1月1日起新车型正式实施，在生产车型2015年1月1日起实施。所以目前国内各大商用车企业全新设计的N2、N3类卡车必须要充分考虑《商用车前下部防护要求》，在商用车前部设计安装前下防护装置。作者参与了本项标准的讨论工作，并且在全新开发的重型卡车当中设计了前下防护装置，对现有中型卡车加装了前下防护装置。

前下防护装置设计原理和《商用车前下部防护要求》法规检测

目前国内

商用车前保险杠出

于造型和降低风阻

系数的需要，保险

杠流线型设计，保

险杠下延，材料采

用塑料纤维，但在

下部没有刚度很大

的横梁，不能抵挡

轿车的钻入。商用

车前下防护装置的

作用是在小型车辆

与商用车发生正面

碰撞(图3所示)、侧面碰撞(图4所示)、后部追尾(卡车追尾小车)，防止将小车卷入卡车的纵梁下部。作者选择道路行驶当中两款典型的乘用车作为保护车型，MPV和轿车的前纵梁、前保险杠、后纵梁、后保险杠、防侧撞横梁这些碰撞主要承力件的高度范围在350~550mm。因此商用车的前下防护装置高度必须控制在400mm左右，在各种碰撞当中才能把小型车“推”开，防止其卷入到卡车纵梁下部。

在设计当中，综合考虑GB26511-2011《商用车前下部防护要求》和

GB26512-2011《商用车驾驶室乘员保护》法规统一考虑，前下防护装置和驾驶室悬置采用一体化设计，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。前下防护装置的横梁增加整车抗扭刚度，兼顾安装车灯、乘员上车第一踏板、固定前塑料保险杠等作用。

GB26511-2011《商用车前下部防护要求》法规适用于安装在N2和N3类车辆上的下部防护装置。本法规规定了商用车前下防护装置的设计要求和碰撞试验方法，主要对于卡车前下防护装置以下三个点进行碰撞测试。具体碰撞试验要求如下：

第一，各P1点与切向前轴上的轮胎的最外侧点的纵向平面的距离最大为200mm，但不包括靠近地面的轮胎的膨胀；各P2点与相互距离为700~1200mm(包括)的车辆的中间纵向平面相对称(图5所示)。

第二，各P1和P2点在地面之上的高度应当由车辆制造厂在限制车辆前表面的线内予以规定。但是，在车辆处于无负荷状态时，高度不应超过445mm。P3点位于车辆的垂直纵向中间平面上。如果与前下部防护相关的车辆的结构和部件位于完全与其纵向中间平面对称的位置，则在各P1和P2点上的试验应在一

边上进行(图6所示)。

第三，与车辆或要安装的车

型的最大重量的50%相等但不超过

80×103N的水平力应连续地施加在

两个P1点上；与车辆或要安装的车

型的最大重量的100%相等但不超过

160×103N的水平力应连续地施加

在两个P2点上。如果装置不连续以

及在两个P2点之间的截面面积过

小，则试验应继续在P3点上施加与

P1点上同样的水平力。试验时，应

当尽可能快地施加试验力，并且装

置或车辆应承受至少0.2sec的下

述规定的力。

因为卡车同一平台下的车

型型号非常多，前下防护装置必须

设计成模块化，在不同车型型号上

共用，否则将造成很大的生产资源

和设计资源浪费。前下防护装置的

设计参数以匹配车型最大质量为

准，建议重型卡车的P1点设定为

8t，P2点设定为16t，以满足全系

列车型的使用。

商用车前下防护装置设计难点和困

惑

商用车前下防护装置的设计技术难点是总布置、结构刚度与局部模态。对于现有车型加装前下防护装置，最大的困难就是总布置。由于卡车前部纵梁有发动机、散热器、前板簧支架、板簧、转向器、转向拉杆、驾驶室悬置、拖车钩等部件，前部的空间已经非常狭小，相对于后下防护装置而言总布置的设计难度非常大。作者对某中型卡车加装前下防护装置，其花费的时间和精力大于全新开发车型，因此建议正在开发的车型(没有开模具之前)必须重新设计前下防护装置。结构刚度方面，可以通过LS-DYNA软件进行多轮CAE分析和优化，P1点主要考虑横梁的抗弯刚度，P2点主要考虑支架的抗弯刚度，从设计角度上来讲力学计算没有很大的技术难度。局部模态是必须重点考虑的因素，因为前下防护装置是纵梁延伸出来的悬臂梁，局部模态必然低于整车模态，必须要考虑共振问题，防止出现驾驶室抖动。

商用车前下防护装置结构设计与整车造型之间的冲突是设计难点之一。目前商用车的造型设计特点是大圆角过渡，提高商用车的美观度和降低整车的风阻系数。但是大圆角过渡导致(图7所示)前向防护装置的设计和生产非常困难，不能选用现有的型材加工，必须开模进行冲压成型，3mm的钢板冲压成型对模具、冲压机床要求非常高；并且在试验当中P1点的加载受着曲率的影响(图8所示)，很容易出现压头平面打滑的现象，导致试验无法正常加载。

商用车前下防护装置给作者最大的困惑就是离地高度、价格、消费者不认可。某全新开发的重型卡车投入市场之后，消费者最大的反馈意见就是前下防护装置离地高度太低，经常出现刮蹭现象，接近角太小影响整车通过性。经过作者实地调研，通常一辆卡车在运输货物的过程当中需要走很多种路况，其中包括各种坑洼路面(图9所示)。图10为作者设计的重卡前下防护装置，整车空载时离地高度为400mm，满载之后为350mm左右，行驶在坑洼路面上必然造成前下防护刮蹭现象，并且前照灯、第一踏板、前塑料保险杠等部件都安装在前下防护装置上，在猛烈碰撞的刮蹭当中造成相关部件的损坏，维修成本非常高。通常满足重卡要求的前下防护装置重量在45~60kg，满足中型卡车(总质量8吨t)要求的前下防护装置重量30~35kg，按照20元/kg成本计算，前下防护装置需要增加600~1000元的成本，消费者很难接受。因此在本项工作当中，技术其实已经不是第一要素，通过性、成本、消费者认可度才是真正的设计难点。同时也反映出GB26511-2011《商用车前下部防护要求》在制订的过程当中没有充分考虑中国和欧洲路面情况的差异，作者建议法规制订部门根据中国国情，将前下防护装置离地高度上调100mm，提高整车通过性。

总结