阅读说明：本技术 一种用于车辆的安全性能的优化方法和驾驶室框架结构 (Method for optimizing safety performance of vehicle and cab frame structure ) 是由 李红艳 刘朝冉 金风云 王世伟 于 2020-06-22 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种用于车辆的安全性能的优化方法和驾驶室框架结构。涉及车辆的驾驶室安全技术领域。优化方法包括：通过结构调整和/或增减零部件来增强所述车辆的驾驶室的框架结构的强度,及通过采用吸能材料制作所述框架结构中的部分零部件来增强所述框架结构的吸能能力,使得所述车辆在碰撞过程中所述驾驶室受到的碰撞力被削减。本发明提供的优化方法能够在碰撞时保证驾驶室内乘员的生命安全的车辆安全性能。(The invention provides a method for optimizing the safety performance of a vehicle and a cab frame structure. Relates to the technical field of safety of a cab of a vehicle. The optimization method comprises the following steps: the strength of the frame structure of the cab of the vehicle is enhanced through structural adjustment and/or increase and decrease of parts, and the energy absorption capacity of the frame structure is enhanced through manufacturing part of parts in the frame structure by adopting energy absorption materials, so that the collision force applied to the cab of the vehicle in the collision process is reduced. The optimization method provided by the invention can ensure the life safety of passengers in the cab during collision.)

一种用于车辆的安全性能的优化方法和驾驶室框架结构

技术领域

本发明涉及车辆的驾驶室安全领域，特别是涉及一种用于车辆的安全性能的优化方法和驾驶室框架结构。

背景技术

法律法规对于轻卡驾驶室的碰撞性能的要求提高，对轻卡驾驶室中乘员保护的要求越来越高。然而由于轻卡吨位较小，对驾驶室的空间和结构均存在限制，其驾驶室普遍未能像重卡一样为乘员提供充足的保护。尤其是7.5吨以上的轻卡，抵抗碰撞的性能类似小吨位卡车，而载货却是向中、重型卡车看齐，在这种车型的驾驶室中，一旦发生碰撞，尤其是碰撞位置发生在A柱所处的位置时，会使得驾驶室结构溃缩，向车辆后方倾倒，乘员的头部、躯干和腿部等处的空间均受限，使得乘员的生命安全无法得到保证。

而现有技术中，对于轻卡驾驶室碰撞性能优化的技术方案，均是参照中、重型卡车的驾驶室，对驾驶室框架进行增强。例如，在轻卡驾驶室后围与地板处增加用于传递冲击力的加强件，通过将冲击力更为顺利地从驾驶室传递至车架能减小驾驶室因撞击产生的变形。而这种方式一方面会造成整车重量的增加，使得整车的制造成本以及用户的使用成本增加，另一方面轻卡驾驶室的结构较中、重卡简单，难以有效地将碰撞力均匀地传递至车架，而且将撞击力从驾驶室传递至车架的过程中极易使得连接驾驶室与车架的悬置系统发生失效，带来更大的安全风险，因而这种方式并没有从根本上解决碰撞对轻卡驾驶室内乘员产生的安全隐患。

发明内容

本发明第一方面的一个目的是提供一种能够在碰撞时保证驾驶室内乘员的生命安全的车辆安全性能的优化方法。

本发明第一方面的进一步的目的是提供一种能够吸收碰撞力的车辆安全性能的优化方法。

本发明第二方面的一个目的是提供一种能够在碰撞时保证驾驶室内乘员的生命安全的驾驶室框架结构。

根据上述第一方面，本发明提供了一种用于车辆的安全性能的优化方法，包括：

通过结构调整和/或增减零部件来增强所述车辆的驾驶室的框架结构的强度，及通过采用吸能材料制作所述框架结构中的部分零部件来增强所述框架结构的吸能能力，使得所述车辆在碰撞过程中所述驾驶室受到的碰撞力被削减。

可选地，通过结构调整和/或增减零部件来增强所述车辆的驾驶室的框架结构的强度包括：

增强所述框架结构中与所述车辆的车门连接的侧围框架、地板后横梁、后围加强板、地板纵梁和地板加强横梁的结构强度。

可选地，通过采用吸能材料制作所述框架结构中部分零部件来增强所述框架结构的吸能能力包括：

采用吸能材料制作所述车辆的A柱。

可选地，所述后围加强板包括两根沿所述车辆的横向延伸且沿所述车辆的竖向排布的横梁和两根与沿所述车辆的竖向延伸且沿所述车辆的横向排布的竖梁，且两根所述横梁与每一根所述竖梁均交叉布置。

可选地，所述地板加强横梁连接在所述地板纵梁和设置于所述车辆底部的一个所述侧围框架之间，且所述地板加强横梁设置在靠近所述车辆的车头的一侧。

根据上述第二方面，本发明还提供了一种用于车辆的驾驶室框架结构，包括：

与所述车辆的车门连接的侧围框架；

A柱；

设置于相对的两个侧围框架之间且沿所述车辆的横向布置的地板后横梁；

与所述驾驶室的后围连接的后围加强板；

设置于相对的两个侧围框架之间且沿所述车辆的纵向布置的地板纵梁；

连接在所述地板纵梁和所述侧围框架之间的地板加强横梁。

可选地，所述A柱采用吸能材料制作。

可选地，所述后围加强板包括两根沿所述车辆的横向延伸且沿所述车辆的竖向排布的横梁和两根与沿所述车辆的竖向延伸且沿所述车辆的横向排布的竖梁，且两根所述横梁与每一根所述竖梁均交叉布置。

可选地，所述侧围框架、地板后横梁、后围加强板、地板纵梁和地板加强横梁的结构均通过结构调整和/或材料调整和/或增减零部件进行增强。

可选地，所述侧围框架包括四个接头和设置于两两接头之间的第一部分、第二部分、第三部分和第四部分。

本发明提供的优化方法采用增加框架结构的强度和部分零部件的吸能能力来增强车辆驾驶室的抗撞能力。与现有技术中通过将碰撞时的碰撞力传递至车辆后侧的方案相比，本发明一方面通过吸能材料将碰撞力削弱，另一方面加强薄弱位置，从而不仅提升了车辆驾驶室的安全性能，而且不会对车辆的后侧造成威胁，保证了驾驶室内乘员的生命安全。

进一步地，调整驾驶室的框架结构的强度分布包括：增强框架结构中与车辆的车门连接的侧围框架、地板后横梁、后围加强板、地板纵梁和地板加强横梁、以及采用吸能材料制作A柱。发明人发现驾驶室中的接头区域较为薄弱，碰撞后无法保证乘员的安全。因而，充分利用驾驶室中乘员头部位置空间充足的特征，将A柱设置为吸能区，在A柱不断裂或不影响乘员头部生存空间的前提下利用A柱的形变吸收撞击力，并合理的增强侧围框架、地板后横梁、后围加强板、地板纵梁和地板加强横梁，保证侧围框架、地板后横梁、后围加强板、地板纵梁和地板加强横梁因碰撞力产生的形变可控，从而碰撞后乘员的整体生存空间大幅增加。与现有技术简单的增加材料厚度或结构堆叠的方式相比，本实施例的方案不仅减小了整车重量、降低了制作和使用成本，而且通过将A柱设置为吸能区域的方式极大的化解了碰撞力，避免碰撞力向车架传递的过程中造成的危害，更为进一步地本实施例提供的方案在侧围框架、地板后横梁、后围加强板、地板纵梁和地板加强横梁的处理上仅需进行小幅度增强即可达到现有技术中大幅度加强才能达到的抵抗碰撞力的效果。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本发明的一个实施例的用于车辆的安全性能的优化方法的流程框图；

图2是根据本发明的一个实施例的用于车辆的驾驶室框架结构的结构示意图；

图3是根据本发明的另一个实施例的用于车辆的驾驶室框架结构的结构示意图；

图4是根据本发明的另一个实施例的用于车辆的驾驶室框架结构的局部结构的示意图；

图5是根据本发明的另一个实施例的用于车辆的驾驶室框架结构的另一个角度局部结构的示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种用于车辆的安全性能的优化方法，其一般性地包括以下步骤：

通过结构调整和/或增减零部件来增强车辆的驾驶室的框架结构的强度，及通过采用吸能材料制作框架结构中的部分零部件来增强框架结构的吸能能力，使得车辆在碰撞过程中驾驶室受到的碰撞力被削减。

需要特别说明的是，结构调整和/或增减零部件包括但不限于结构调整、增减零部件两者中的一个或组合。结构调整包括结构位置、连接方式、结构大小等多方面的调整，材料调整包括材料厚度、材料类型等多方面的调整，增减零部件包括去除不必要的零部件、增加加强板或加强筋等多方面的调整。

在本实施例中，采用增加框架结构的强度和部分零部件的吸能能力来增强车辆驾驶室的抗撞能力。与现有技术中通过将碰撞时的碰撞力传递至车辆后侧的方案相比，本发明一方面通过吸能材料将碰撞力削弱，另一方面加强薄弱位置，从而不仅提升了车辆驾驶室的安全性能，而且不会对车辆的后侧造成威胁，保证了驾驶室内乘员的生命安全。

图1是根据本发明的一个实施例的用于车辆的安全性能的优化方法的流程框图。如图1所示，在实际操作中，采用下述方法对驾驶室的安全薄弱位置进行识别和对优化方案进行验证：

S10：根据车辆的驾驶室在碰撞时发生的形变识别驾驶室的安全薄弱位置；

S20：根据安全薄弱位置分析驾驶室的结构缺陷；

S30：根据结构缺陷制定驾驶室的框架结构的强度分布的优化方案；

S40：根据优化方案对驾驶室的框架结构的强度分布进行调整；

S50：对驾驶室的框架结构的强度分布进行验证；

S60：判断驾驶室的框架结构的强度分布是否满足预设要求；

S70：若驾驶室的框架结构的强度分布不能满足预设要求，则根据结构缺陷重新制定优化方案。

需要特别说明的是，根据预设要求包括：根据国内外法律法规规定的安全要求以及实际保证乘员生命安全的需求等。

本实施例提供的优化方法先对驾驶室进行碰撞试验，该碰撞试验可以是通过实车进行也可以是通过计算机模拟，试验按照实际行车过程进行模拟碰撞位置和碰撞力，然后根据试验后造成的形变进行识别驾驶室中的薄弱位置，薄弱位置可能存在多个，可以优选地分析影响驾驶室中乘员安全的薄弱位置，根据该薄弱位置找到驾驶室的结构缺陷，根据结构缺陷找到驾驶室强度分布的弱点，制定驾驶室强度分布的优化方案，然后根据优化方案对驾驶室的强度分布进行调整，调整之后，再进行碰撞试验，以对优化方案进行验证，判断优化之后的驾驶室是否能够满足保证乘员安全的要求，若满足，则可将优化方案进行应用，若不满足，则按照上述步骤调整或重新制定优化方案，直至驾驶室能够满足保证乘员安全的要求。该实施例提供的方案对驾驶室进行优化，可以使得车辆在碰撞时保证驾驶室内的乘员的生命安全得到保证，提高车辆的安全性能。

优选地，在一个实施例中，根据车辆的驾驶室在碰撞时发生的形变识别驾驶室的安全薄弱位置通过计算机模拟车辆的碰撞过程并识别安全薄弱位置。具体地，将驾驶室的结构、碰撞力、碰撞位置等信息输入计算机，由计算机进行模拟试验，与采用实车进行模拟试验的方式相比，节约成本，减小试验难度。

根据优化方案对驾驶室的强度分布进行调整包括根据优化方案对驾驶室的框架结构的强度分布进行调整。现有技术中的驾驶室的框架结构，在车辆发生碰撞后会造成乘员的腿部和腹部空间不足，而上身与头部的空间充足，这样的框架结构使得碰撞后乘员的生命安全受到威胁，因而，这样的框架结构的布置方式非常的不合理。而通过优化方案可以根据实际的安全要求对框架结构进行优化，使其满足乘员保护的要求，例如，在一个优选地实施例中，可以利用上身与头部的空间，换取腿部与腹部的空间，更加合理有效地保证车辆在碰撞发生时对乘员的保护。

在其他实施例中也可以通过对驾驶室的空间分布进行调整来达到调整驾驶室强度分布的目的，当然也可以将空间分布与框架结构进行协同调整，使驾驶室在多方面满足用户使用的需求，例如，成本、安全、舒适、NVH等。

在一个进一步的实施例中，调整驾驶室的框架结构的强度分布包括：增强框架结构中与车辆的车门连接的侧围框架、地板后横梁311、后围加强板411、地板纵梁211和地板加强横梁511。增加安全薄弱位置的吸能能力包括采用吸能材料制作A柱131。通过上述实施例的模拟试验，发明人发现驾驶室中的接头区域较为薄弱，碰撞后无法保证乘员的安全。因而，在该实施例中，充分利用驾驶室中乘员头部位置空间充足的特征，将A柱131设置为吸能区，在A柱131不断裂或不影响乘员头部生存空间的前提下利用A柱131的形变吸收撞击力，并合理的增强侧围框架、地板后横梁311、后围加强板411、地板纵梁211和地板加强横梁511，保证侧围框架、地板后横梁311、后围加强板411、地板纵梁211和地板加强横梁511因碰撞力产生的形变可控，从而碰撞后乘员的整体生存空间大幅增加。与现有技术简单的增加材料厚度或结构堆叠的方式相比，本实施例的方案不仅减小了整车重量、降低了制作和使用成本，而且通过将A柱131设置为吸能区域的方式极大的化解了碰撞力，避免碰撞力向车架传递的过程中造成的危害，更为进一步地本实施例提供的方案在侧围框架、地板后横梁311、后围加强板411、地板纵梁211和地板加强横梁511的处理上仅需进行小幅度增强即可达到现有技术中大幅度加强才能达到的抵抗碰撞力的效果。

与现有技术中仅局限于驾驶室本身的技术方案相比，本发明综合考虑碰撞对驾驶室、连接驾驶室与车架之间的悬置以及车架在碰撞下对驾驶室的反作用，通过计算机模拟，验证了碰撞造成的影响能够在更小的系统范围内消除。

优选地，因碰撞发生在A柱131区域，在试验过程中，可以逐步减弱A柱131的相对其他区域的强度，同时提升其吸能占比，使A柱131成为主要的形变区域。具体地，制作A柱131的吸能材料可以选用与非吸能区相比强度较低但伸长率较大的材料，例如伸长率相对较大的钢材或者铝合金等。

在一个优选地实施例中，通过上述试验还取消了A柱131与其连接的接头处设置的加强板。

在一个更进一步的实施例中，增强框架结构中与车辆的车门连接的侧围框架、地板后横梁311、后围加强板411、地板纵梁211和地板加强横梁511的方式包括：替换高强度钢板和/或增加原钢板厚度和/或增加加强板。发明人将上述实施例的方案进行了计算机模拟碰撞试验，试验发现，碰撞后驾驶室的形变区域从接头处转移至A柱131，而且A柱131并未断裂，吸收了碰撞力，使得乘员在驾驶室内的生存空间明显提升。该优化方案将现有技术中传递碰撞力的方式改为吸收碰撞力，不是将碰撞风险转移至车辆的其他系统，从根本上化解驾驶室在碰撞后的安全风险，能够明显改善现有技术中的驾驶室在碰撞发生时对乘员的保护作用。通过计算机模拟分析对比后，还发现，本发明通过重新合理布局驾驶室的强弱区域的方案，满足乘员保护的情况下驾驶室的重量更低，或相同重量下具有更好的乘员保护效果，因而能够降低驾驶室的制造成本，用户的使用成本，实用性高，经济效益潜力巨大。

在一个实施例中，以商用车的A柱131碰撞试验为例，计算机模拟撞击A柱131，发现乘员的生存空间严重不足，如驾驶室顶盖与前围会撞击乘员头部、方向盘会撞击乘员腹部、仪表盘会挤压乘员腿部，驾驶室的各接头处在撞击后发生塑性变形，以该主流轻卡的驾驶室为开发基础，按照上述实施例对驾驶室的框架结构进行调整，其中关于具体的提升材料强度至何种程度、加强板的选择以及加强板的设置位置可以通过多次反复的试验后确定，试验的次数以试验结果满足乘员生存的要求为基准，满足后，优化过程才算完成。

在一个优选的实施例中，后围加强板411包括两根沿车辆的横向延伸且沿车辆的竖向排布的横梁和两根与沿车辆的竖向延伸且沿车辆的横向排布的竖梁，且两根横梁与每一根竖梁均交叉布置。优选的，每一根横梁与每一根竖梁均垂直布置，以使得后围加强板411呈“开”字形，从而进一步增加后围的强度。

在一个更为优选的实施例中，地板加强横梁511连接在地板纵梁211和设置于车辆底部的一个侧围框架之间，且地板加强横梁511设置在靠近车辆的车头的一侧。发明人发现，地板纵梁211与侧围框架靠近车头的一侧的空间更大，更有利于地板加强横梁511的装配，而且装配之后其强度也更高。

图2是根据本发明的一个实施例的用于车辆的驾驶室框架结构的结构示意图。如图2所示，本发明还提供了一种用于车辆的驾驶室框架结构，该驾驶室框架结构采用上述任意一个实施例提供的优化方案制作，其一般性地包括侧围框架、A柱131、地板后横梁311、后围加强板411、地板纵梁211和地板加强横梁511。侧围框架与车辆的车门连接，其数量与车门的数量相同，如某车辆设置了两个车门，则侧围框架也为两个。优选地，侧围框架还包括外板和内板，外板设置在车辆外部，内板设置在车辆内部，也即靠近乘员的一侧。地板后横梁311和后围加强板411设置于相对的两个侧围框架之间且沿车辆的横向布置。地板纵梁211设置于相对的两个侧围框架之间且沿车辆的纵向布置。地板加强横梁511设置于地板纵梁211与侧围框架之间且沿车辆的横向布置。

在一个优选地实施例中，A柱131采用吸能材料制作。

在一个具体的实施例中，后围加强板411包括两根沿车辆的横向延伸且沿车辆的竖向排布的横梁和两根与沿车辆的竖向延伸且沿车辆的横向排布的竖梁，且两根横梁与每一根竖梁均交叉布置。优选的，每一根横梁与每一根竖梁均垂直布置，以使得后围加强板411呈“开”字形，从而进一步增加后围的强度。

在一个优选的实施例中，侧围框架、地板后横梁311、后围加强板411、地板纵梁211和地板加强横梁511的结构均通过结构调整和/或材料调整和/或增减零部件进行增强。发明人发现驾驶室中的接头区域较为薄弱，碰撞后无法保证乘员的安全。因而，在该实施例中，充分利用驾驶室中乘员头部位置空间充足的特征，将A柱131设置为吸能区，在A柱131不断裂或不影响乘员头部生存空间的前提下利用A柱131的形变吸收撞击力，并合理的增强侧围框架、地板后横梁311、后围加强板411、地板纵梁211和地板加强横梁511，保证侧围框架、地板后横梁311、后围加强板411、地板纵梁211和地板加强横梁511因碰撞力产生的形变可控，从而碰撞后乘员的整体生存空间大幅增加。与现有技术简单的增加材料厚度或结构堆叠的方式相比，本实施例的方案不仅减小了整车重量、降低了制作和使用成本，而且通过将A柱131设置为吸能区域的方式极大的化解了碰撞力，避免碰撞力向车架传递的过程中造成的危害，更为进一步地本实施例提供的方案在侧围框架、地板后横梁311、后围加强板411、地板纵梁211和地板加强横梁511的处理上仅需进行小幅度增强即可达到现有技术中大幅度加强才能达到的抵抗碰撞力的效果。

图3是根据本发明的另一个实施例的用于车辆的驾驶室框架结构的结构示意图。图4是根据本发明的另一个实施例的用于车辆的驾驶室框架结构的局部结构的示意图。图5是根据本发明的另一个实施例的用于车辆的驾驶室框架结构的另一个角度局部结构的示意图。在一个具体的实施例中，侧围框架包括多个接头(第一接头111、第二接头112、第三接头113和第四接头114)和设置于两两接头之间的第一部分121、第二部分122、第三部分123和第四部分124。优选的，第一部分121设置在第一接头111与第二接头112之间，第二部分122设置在第一接头111与第三接头113之间，第三部分123设置在第三接头113和第四接头114之间，第四部分124设置在第二接头112与第四接头114之间。其中，第一接头111、第四接头114、第二部分122、第三部分123、后围加强板411和地板加强横梁511处均设置了加强板。进一步地，提升了第一部分121、第四部分124、地板后横梁311和地板纵梁211的材料强度。在多个接头处的强度提升后，通过提升第一部分121和第四部分124的材料强度、在第二部分122和第三部分123处增加加强板可以防止车辆碰撞后接头处的形变转移至侧围框架。通过提升地板后横梁311的材料强度和在后围加强板411设置加强板，可以防止碰撞后接头处的形变转移至后围。通过提升地板纵梁211的材料强度和在地板加强横梁511设置加强板，可以防止碰撞后接头处的形变转移至地板。如此，使得驾驶室整体的强度都得到提升。

在一个优选地实施例中，地板纵梁的数量有多个，均沿车辆的纵向延伸，优选地，为两个。

上述实施例仅示出了碰撞发生的A柱区域的优化方案和驾驶室框架结构，而在其他实施例中，该优化方案也可以应用在碰撞发生在其他区域中，同样可以通过在碰撞区域增加额外的缓冲吸能零部件结构或装置或将原材料替换成吸能材料来优化碰撞安全性能，并形成相应地结构。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。