一种轻卡驾驶室及其优化方法
阅读说明：本技术 一种轻卡驾驶室及其优化方法 (Light truck cab and optimization method thereof ) 是由 侯路 李浩亮 李聂 赵雅情 涂立龙 吕文芬 谭伟 朱辉 陈阳 赵建兵 李航 王 于 2021-03-15 设计创作，主要内容包括：一种轻卡驾驶室,包括驾驶室框架、优化后悬置,优化后悬置包括悬置软垫、悬置支架,悬置支架包括前侧板、后侧板、顶板、底板,前侧板、后侧板的顶部均通过顶板与悬置软垫的底部固定连接,悬置软垫的顶部与驾驶室框架的底部后端固定连接,前侧板、后侧板的底部均通过底板与车架固定连接。本设计中的优化后悬置在驾驶室受到严重碰撞向后倾倒时容易发生较大形变,吸收更多碰撞能量,无须堆叠驾驶室框架的结构和增加驾驶室框架的料厚,既能提高驾驶室碰撞安全性,又不会增大驾驶室的重量和成本。(The utility model provides a light truck driver's cabin, includes the driver's cabin frame, optimizes the back suspension and includes suspension cushion, suspension support, and the suspension support includes preceding curb plate, posterior lateral plate, roof, bottom plate, and the bottom fixed connection of roof and suspension cushion is all passed through to the top of preceding curb plate, posterior lateral plate, and the top of suspension cushion and the bottom rear end fixed connection of driver's cabin frame, and the bottom of preceding curb plate, posterior lateral plate all passes through bottom plate and frame fixed connection. The optimized rear suspension in the design is easy to deform when the cab is toppled backwards due to serious collision, absorbs more collision energy, does not need to stack the structure of a cab frame and increase the material thickness of the cab frame, can improve the collision safety of the cab, and cannot increase the weight and the cost of the cab.)
技术领域
本发明属于驾驶室优化技术领域，具体涉及一种轻卡驾驶室及其优化方法，适用于在提高驾驶室碰撞安全性的同时避免驾驶室的重量和成本过大。
背景技术
传统轻卡的驾驶室在发生严重碰撞时容易发生溃缩、向后倾倒，挤压乘员的头部、躯干和腿部空间，使乘员的生存空间得不到保证、生命安全受到威胁。
传统轻卡上后悬置的刚度和强度较大，在碰撞中不产生变形、几乎不吸能，为了保证碰撞安全性，通过寻找驾驶室框架的薄弱点和受力关键区域，如顶盖、地板、前围、后围、侧围、车门结构，对其进行加强且在A柱处采用吸能设计，由驾驶室吸收绝大部分碰撞能量，该方案虽然能满足驾驶室碰撞安全性要求，但随着国家法律法规对轻卡驾驶室碰撞性能要求日益严苛，继续加强驾驶室框架将使驾驶室的重量和成本越来越大，而且对于某些乘员原始空间较小的车型，其A柱受长度、空腔结构及材料限制，即使加强驾驶室框架仍不能全部吸收碰撞能量，乘员生存空间受到压缩和入侵，难以满足双A柱撞击时人体腿部空间要求，无法保护乘员生命安全。因此，存在不能同时满足提高驾驶室碰撞安全性、降低驾驶室的重量和成本的问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的上述问题，提供一种能在提高碰撞安全性的同时避免驾驶室的重量和成本过大的轻卡驾驶室及其优化方法。
为实现以上目的，本发明提供了以下技术方案：
一种轻卡驾驶室，所述轻卡驾驶室包括驾驶室框架、优化后悬置，所述优化后悬置包括悬置软垫、悬置支架，所述悬置支架包括前侧板、后侧板、顶板、底板，所述前侧板、后侧板的顶部均通过顶板与悬置软垫的底部固定连接，所述悬置软垫的顶部与驾驶室框架的底部后端固定连接，所述前侧板、后侧板的底部均通过底板与车架固定连接。
所述前侧板、后侧板、顶板、底板的制作材料均为DL510。
所述驾驶室框架由顶盖、地板、前围、后围、2个优化侧围相围合形成，所述优化侧围包括侧围外板、侧围内板、中间板，所述侧围外板、侧围内板相围合形成环状空腔，所述中间板位于环状空腔的内部，中间板由A柱段、加强段相围合形成，所述A柱段、加强段的外壁均与环状空腔的内壁固定连接；
所述驾驶室框架还包括设置在优化侧围上的优化车门，所述优化车门包括车门外板、车门内板、前后防撞梁、斜防撞板、斜支撑梁，所述车门外板、车门内板相围合形成空腔，所述前后防撞梁、斜防撞板、斜支撑梁均位于空腔的内部，所述前后防撞梁的两端分别与空腔的前端中部、后端中部固定连接，所述斜防撞板的两端分别与空腔的前端中部、后端底部固定连接，斜防撞板的中部沿其长度方向上设置有凹槽，所述凹槽内设置有防撞圆管，所述斜支撑梁的一端与斜防撞板的中部、空腔的前端下部固定连接。
所述A柱段的制作材料为钢板DC03，所述加强段、前后防撞梁、斜防撞板的制作材料均为铸钢HC420–780。
所述前后防撞梁、顶盖的前横梁和后横梁均为中空结构。
所述地板的前横梁的两端均设置有前角竖板，地板的后横梁的两端均设置有后角竖板，所述后横梁与后围横梁之间连接有加强竖板；
所述前横梁、前角竖板、后横梁、后角竖板、加强竖板的制作材料均为铸钢ZGD410–700，所述防撞圆管的制作材料为1500MP等级的钢管。
一种轻卡驾驶室的优化方法，所述优化方法包括后悬置优化，所述后悬置优化为以提高后悬置在整个驾驶室中的吸能占比为目标对后悬置进行优化，得到优化后悬置。
所述后悬置优化具体包括以下步骤：
步骤一、构建驾驶室双A柱撞击仿真计算模型；
步骤二、在驾驶室双A柱撞击仿真计算模型中利用压缩吸能装置代替其中的后悬置，计算得到驾驶室框架1的吸能占比为λ%；
步骤三、以使后悬置的吸能占比满足（100-λ）%为目标对后悬置的结构、料厚、制作材料进行优化，得到优化后悬置，并将前侧板、后侧板、顶板、底板的制作材料优化为DL510。
所述驾驶室框架由顶盖、地板、前围、后围、2个优化侧围相围合形成，所述优化侧围包括侧围外板、侧围内板、中间板，所述侧围外板、侧围内板相围合形成环状空腔，所述中间板位于环状空腔的内部，中间板由A柱段、加强段相围合形成，所述A柱段、加强段的外壁均与环状空腔的内壁固定连接；
所述驾驶室框架还包括设置在优化侧围上的优化车门，所述优化车门包括车门外板、车门内板、前后防撞梁、斜防撞板、斜支撑梁，所述车门外板、车门内板相围合形成空腔，所述前后防撞梁、斜防撞板、斜支撑梁均位于空腔的内部，所述前后防撞梁的两端分别与空腔的前端中部、后端中部固定连接，所述斜防撞板的两端分别与空腔的前端中部、后端底部固定连接，斜防撞板的中部沿其长度方向上设置有凹槽，所述凹槽内设置有防撞圆管，所述斜支撑梁的一端与斜防撞板的中部、空腔的前端下部固定连接；
所述优化方法还包括驾驶室框架优化，所述驾驶室框架优化位于后悬置优化之前，所述驾驶室框架优化为以满足双A柱撞击、顶部强度测试为目标，对初始驾驶室框架上侧围和车门的结构进行优化，得到优化侧围、优化车门。
所述优化方法还包括料厚优化，所述料厚优化位于驾驶室框架优化与后悬置优化之间，所述料厚优化为以满足顶部强度为约束、以降低驾驶室重量为目标，对加强段、前后防撞梁、斜防撞板的制作材料、料厚进行优化，将加强段、前后防撞梁、斜防撞板制作材料优化为铸钢HC420–780。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明一种轻卡驾驶室包括驾驶室框架、优化后悬置，优化后悬置包括悬置软垫、悬置支架，悬置支架包括前侧板、后侧板、顶板、底板，前侧板、后侧板的顶部均通过顶板与悬置软垫的底部固定连接，悬置软垫的顶部与驾驶室框架的底部后端固定连接，前侧板、后侧板的底部均通过底板与车架固定连接，相比传统后悬置，该设计中的优化后悬置不仅能满足驾驶室日常需求，而且由于取消了左侧板、右侧板，在驾驶室受到严重碰撞向后倾倒时前侧板、后侧板容易发生较大形变，从而吸收更多碰撞能量，提高驾驶室碰撞安全性，无须堆叠驾驶室框架的结构和增加驾驶室框架的料厚，不会增大驾驶室的重量和成本。因此，本发明在提高驾驶室碰撞安全性的同时不会增大驾驶室的重量和成本。
2、本发明一种轻卡驾驶室的优化方法包括驾驶室框架优化、料厚优化、后悬置优化，驾驶室框架优化为以满足双A柱撞击、顶部强度测试为目标，对初始驾驶室框架上侧围和车门的结构进行优化，得到优化侧围、优化车门，料厚优化为以满足顶部强度为约束、以降低驾驶室重量为目标，对加强段、前后防撞梁、斜防撞板的制作材料、料厚进行优化，将加强段、前后防撞梁、斜防撞板制作材料优化为铸钢HC420–780，本设计不仅通过优化侧围、优化车门进一步提高了驾驶室的碰撞安全性，而且通过对加强段、前后防撞梁、斜防撞板的制作材料、料厚进行优化，在满足顶部强度的同时降低了驾驶室的重量和成本。因此，本发明不仅进一步提高了驾驶室的碰撞安全性，而且降低了驾驶室的重量和成本。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1中后悬置的结构示意图。
图3为图1中地板的结构示意图。
图4为图1中车门的结构示意图。
图5为图1中顶盖的纵向剖视图。
图6为图4中前后防撞梁的纵向剖视图。
图7为图4中斜防撞梁的纵向剖视图。
图8为图1中侧围的结构示意图。
图9为实施例1中驾驶室框架的吸能占比。
图中，驾驶室框架1、优化后悬置2、悬置软垫21、悬置支架22、前侧板221、后侧板222、顶板223、底板224、车架3、顶盖4、地板5、前横梁51、前角竖板52、后横梁53、后角竖板54、加强竖板55、前围6、后围7、优化侧围8、侧围外板81、侧围内板82、中间板83、A柱段831、加强段832、环状空腔84、优化车门9、车门外板91、车门内板92、前后防撞梁93、斜防撞板94、凹槽941、防撞圆管942、斜支撑梁95、空腔96。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。
参见图1至图8，一种轻卡驾驶室，所述轻卡驾驶室包括驾驶室框架1、优化后悬置2，所述优化后悬置2包括悬置软垫21、悬置支架22，所述悬置支架22包括前侧板221、后侧板222、顶板223、底板224，所述前侧板221、后侧板222的顶部均通过顶板223与悬置软垫21的底部固定连接，所述悬置软垫21的顶部与驾驶室框架1的底部后端固定连接，所述前侧板221、后侧板222的底部均通过底板224与车架3固定连接。
所述前侧板221、后侧板222、顶板223、底板224的制作材料均为DL510。
所述驾驶室框架1由顶盖4、地板5、前围6、后围7、2个优化侧围8相围合形成，所述优化侧围8包括侧围外板81、侧围内板82、中间板83，所述侧围外板81、侧围内板82相围合形成环状空腔84，所述中间板83位于环状空腔84的内部，中间板83由A柱段831、加强段832相围合形成，所述A柱段831、加强段832的外壁均与环状空腔84的内壁固定连接；
所述驾驶室框架1还包括设置在优化侧围8上的优化车门9，所述优化车门9包括车门外板91、车门内板92、前后防撞梁93、斜防撞板94、斜支撑梁95，所述车门外板91、车门内板92相围合形成空腔96，所述前后防撞梁93、斜防撞板94、斜支撑梁95均位于空腔96的内部，所述前后防撞梁93的两端分别与空腔96的前端中部、后端中部固定连接，所述斜防撞板94的两端分别与空腔96的前端中部、后端底部固定连接，斜防撞板94的中部沿其长度方向上设置有凹槽941，所述凹槽941内设置有防撞圆管942，所述斜支撑梁95的一端与斜防撞板94的中部、空腔96的前端下部固定连接。
所述A柱段831的制作材料为钢板DC03，所述加强段832、前后防撞梁93、斜防撞板94的制作材料均为铸钢HC420–780。
所述前后防撞梁93、顶盖4的前横梁41和后横梁42均为中空结构。
所述地板5的前横梁51的两端均设置有前角竖板52，地板5的后横梁53的两端均设置有后角竖板54，所述后横梁54与后围7横梁之间连接有加强竖板55；
所述前横梁51、前角竖板52、后横梁53、后角竖板54、加强竖板55的制作材料均为铸钢ZGD410–700，所述防撞圆管942的制作材料为1500MP等级的钢管。
一种轻卡驾驶室的优化方法，所述优化方法包括后悬置优化，所述后悬置优化为以提高后悬置在整个驾驶室中的吸能占比为目标对后悬置进行优化，得到优化后悬置2。
所述后悬置优化具体包括以下步骤：
步骤一、构建驾驶室双A柱撞击仿真计算模型；
步骤二、在驾驶室双A柱撞击仿真计算模型中利用压缩吸能装置代替其中的后悬置，计算得到驾驶室框架1的吸能占比为λ%；
步骤三、以使后悬置的吸能占比满足（100-λ）%为目标对后悬置的结构、料厚、制作材料进行优化，得到优化后悬置2，并将前侧板221、后侧板222、顶板223、底板224的制作材料优化为DL510。
所述驾驶室框架1由顶盖4、地板5、前围6、后围7、2个优化侧围8相围合形成，所述优化侧围8包括侧围外板81、侧围内板82、中间板83，所述侧围外板81、侧围内板82相围合形成环状空腔84，所述中间板83位于环状空腔84的内部，中间板83由A柱段831、加强段832相围合形成，所述A柱段831、加强段832的外壁均与环状空腔84的内壁固定连接；
所述驾驶室框架1还包括设置在优化侧围8上的优化车门9，所述优化车门9包括车门外板91、车门内板92、前后防撞梁93、斜防撞板94、斜支撑梁95，所述车门外板91、车门内板92相围合形成空腔96，所述前后防撞梁93、斜防撞板94、斜支撑梁95均位于空腔96的内部，所述前后防撞梁93的两端分别与空腔96的前端中部、后端中部固定连接，所述斜防撞板94的两端分别与空腔96的前端中部、后端底部固定连接，斜防撞板94的中部沿其长度方向上设置有凹槽941，所述凹槽941内设置有防撞圆管942，所述斜支撑梁95的一端与斜防撞板94的中部、空腔96的前端下部固定连接；
所述优化方法还包括驾驶室框架优化，所述驾驶室框架优化位于后悬置优化之前，所述驾驶室框架优化为以满足双A柱撞击、顶部强度测试为目标，对初始驾驶室框架上侧围和车门的结构进行优化，得到优化侧围8、优化车门9。
所述优化方法还包括料厚优化，所述料厚优化位于驾驶室框架优化与后悬置优化之间，所述料厚优化为以满足顶部强度为约束、以降低驾驶室重量为目标，对加强段832、前后防撞梁93、斜防撞板94的制作材料、料厚进行优化，将加强段832、前后防撞梁93、斜防撞板94制作材料优化为铸钢HC420–780。
本发明的原理说明如下：
本发明一种轻卡驾驶室中的优化后悬置2在整个驾驶室中的吸能占比较高，相比传统驾驶室中仅通过驾驶室框架吸能，本发明无须堆叠驾驶室框架的结构和增加驾驶室框架的料厚，降低了驾驶室碰撞安全性难以达标的问题，尤其适用于某些原始乘员空间较小、驾驶室无法充分吸能的车型。
本发明中优化侧围8的原理说明如下：
通过将优化侧围8设计为三层强化结构提高了侧围强度，通过将中间板83上的A柱段831、加强段832分别优化为冲压性和延展性较好的钢板DC03、强度较高的铸钢HC420–780，不仅进一步提高了优化侧围8的强度，而且通过A柱段831吸收碰撞能量，具有较高的碰撞安全性；
本发明中优化车门9包括前后防撞梁93、斜防撞板94、斜支撑梁95，所述前后防撞梁93、斜防撞板94提升了驾驶室抗前后冲击、抗斜向下挤压的性能，极大程度的保证了乘员生存空间，所述斜支撑梁95用于支撑车门外板91。
本发明中顶盖4的前横梁41和后横梁42均为中空结构，有利于驾驶室侧向受力的传递，达到驾驶室左右两侧共同承载的目的，提高了驾驶室抗侧拍撞击性能。
本发明中地板5的前横梁51、前角竖板52、后横梁53、后角竖板54、加强竖板55的制作材料均优化为铸钢ZGD410–700，提高了地板5的抗弯性能和前后角处抗扭转性能。
本发明中后围7上的横梁与后横梁54之间连接有加强竖板55，提高了后围7的承载载荷，避免后围7向后倾倒，进一步保证了乘员生存空间。
实施例1：
参见图1至图9，一种轻卡驾驶室，包括驾驶室框架1、优化后悬置2，所述驾驶室框架1由顶盖4、地板5、前围6、后围7、2个优化侧围8相围合形成，所述优化后悬置2包括悬置软垫21、悬置支架22，所述悬置支架22包括前侧板221、后侧板222、顶板223、底板224，所述前侧板221、后侧板222的顶部均通过顶板223与悬置软垫21的底部固定连接，前侧板221、后侧板222、顶板223、底板224的制作材料均为DL510，所述悬置软垫21的顶部与地板5的底部后端固定连接，所述前侧板221、后侧板222的底部均通过底板224与车架3固定连接，所述优化侧围8包括侧围外板81、侧围内板82、中间板83，所述侧围外板81、侧围内板82相围合形成环状空腔84，所述中间板83位于环状空腔84的内部，中间板83由A柱段831、加强段832相围合形成，所述A柱段831、加强段832的外壁均与环状空腔84的内壁固定连接，A柱段831、加强段832的制作材料分别为钢板DC03、铸钢HC420–780，所述优化侧围8上设置有优化车门9，所述优化车门9包括车门外板91、车门内板92、前后防撞梁93、斜防撞板94、斜支撑梁95，所述车门外板91、车门内板92相围合形成空腔96，所述前后防撞梁93、斜防撞板94、斜支撑梁95均位于空腔96的内部，所述前后防撞梁93为中空结构，其两端分别与空腔96的前端中部、后端中部固定连接，所述斜防撞板94的两端分别与空腔96的前端中部、后端底部固定连接，斜防撞板94的中部沿其长度方向上设置有凹槽941，所述凹槽941内设置有防撞圆管942，所述斜支撑梁95的一端与斜防撞板94的中部、空腔96的前端下部固定连接，斜支撑梁95的制作材料为钢板DC03，所述前后防撞梁93、斜防撞板94的制作材料均为铸钢HC420–780，所述防撞圆管942的制作材料为料厚2mm、材料等级1500MP的钢管，所述顶盖4的前横梁41和后横梁42均为中空结构，所述地板5的前横梁51的两端均设置有前角竖板52，地板5的后横梁53的两端均设置有后角竖板54，所述后横梁54与后围7横梁之间连接有加强竖板55，所述前横梁51、前角竖板52、后横梁53、后角竖板54、加强竖板55的制作材料均为铸钢ZGD410–700。
上述一种轻卡驾驶室的优化方法，所述优化方法依次按照以下步骤进行：
步骤一、驾驶室框架优化
以满足双A柱撞击、顶部强度测试为目标，对初始驾驶室框架上侧围和车门的结构进行优化，得到优化侧围8、优化车门9；
步骤二、料厚优化
以满足顶部强度为约束、以降低驾驶室重量为目标，对优化侧围8中的加强段832、优化车门9中的前后防撞梁93和斜防撞板94的制作材料、料厚进行优化，将加强段832、前后防撞梁93、斜防撞板94的制作材料优化为铸钢HC420–780、料厚由原来的2mm优化为1.4mm，使驾驶室重量降低25kg；
步骤三、后悬置优化
所述后悬置优化依次按照以下步骤进行：
步骤a、构建驾驶室双A柱撞击仿真计算模型；
步骤b、在驾驶室双A柱撞击仿真计算模型中利用压缩吸能装置代替其中的后悬置，计算得到驾驶室框架1的吸能占比为81%（如图9所示）；
步骤c、以使后悬置的吸能占比满足19%为目标对后悬置的结构、料厚、制作材料进行优化，得到优化后悬置2，并将前侧板221、后侧板222、顶板223、底板224的制作材料优化为DL510、料厚优化为5mm。
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