龚小辉，贺小明，孙丽娟，黄志翔

（1.江西五十铃汽车股份有限公司 产品开发技术中心，江西 南昌 330010；2.江西交通职业技术学院 汽车工程系，江西 南昌 330013）

1 引言

随着国家双循环经济政策的良好驱动，商用轻卡和重卡车型销量节节攀升，由于其良好的装载性能及经济实惠性，已成为城乡间物流配送的最佳选择[1-2]。而且城际运输对于装载货物重量的需求也日益增多，因此开发符合市场和卡车司机用户需求的重载轻卡具有积极的社会效益，驾驶室自身结构刚强度需保证设计DVP要求，其对驾驶人员的安全保障有着直接影响[3-5]，所以研究重载轻卡驾驶室力学性能具有重要价值。

基于汽车结构力学和数值分析理论，采用 ABAQUS软件，对某重载轻卡驾驶室系统进行了CAE模态分析，得到驾驶室本身的前四阶模态，较好地避开了发动机怠速频率，弯曲刚度分析结果满足设计目标，最后进行了驾驶室强度分析，在轮胎上抬等工况下，驾驶室钣金，最大塑性应变均小于目标值。

2 重载驾驶室CAE模态分析

2.1 重载驾驶室有限元模型

本文对重载轻卡驾驶室系统进行了建模，网格大小4mm，白车身钣金材料为 DC01，泊松比为0.3，玻璃 Glass材料弹性模量为 71000MPa，泊松比为 0.25，驾驶室前风窗玻璃和车身钣金采用玻璃胶建立关联，点焊选择Spot单元，重载驾驶室系统重量280kg，如图1。

图1 重载单排轻卡驾驶室有限元模型

2.2 重载单排轻卡驾驶室CAE模态分析

本文对该驾驶室进行了模态分析，仿真分析截取频率段为0-50Hz，得到图2的重载轻卡驾驶室的前序四阶频率振型，首阶模态频率为26.7Hz，是驾驶室一阶整体弯曲模态振型，次阶模态频率为34.0Hz，为驾驶室呼吸振型，三阶模态频率值为 34.4Hz，为驾驶室整体扭转振型，四阶模态频率值为42.4Hz，为驾驶室顶棚上下跳跃振型，该驾驶室前四阶模态都避开了发动机怠速频率25.6Hz，达成设计目标。

图2 某重载单排轻卡驾驶室自由模态分析结果

3 重载驾驶室CAE强度分析

本文对该重载单排轻卡驾驶室进行了强度分析，边界冲击为：车身连接硬点处的载荷力，分析工况：左前车轮上抬工况，驾驶室扭转工况，整车转弯工况，模型如图3。

图3 驾驶室强度模型

按照如上述及的强度三工况，对某新款开发的驾驶室进行强度分析，得到如图4的仿真结果，在Case1车轮上抬工况，驾驶室最大塑性应变值PEEQ为0.02%，在Case2对扭工况，驾驶室最大塑性应变值PEEQ为0.02%，在Case3转弯工况，驾驶室最大塑性应变值PEEQ为0.07%，满足设计目标要求（最大塑性应变PEEQ＜0.2%）。

图4 某重载单排轻卡驾驶室强度分析应变云图

文章对该重载驾驶室，进行了开口处的塑性变形分析，选择如图5的监测点，数理统计在上述工况下的监测点变形位移量，得到表1结果，可以判断，该重载驾驶室所有监测点变形量，都小于目标值。

图5 某驾驶室开口变形位置测点示意图

表1 某重载单排轻卡驾驶室开口变形量结果汇总表

4 驾驶室刚度分析

本文对该驾驶室进行了弯曲刚度分析，载荷条件如图6，冲击载荷施加点，位于驾驶室地板左右两侧，加载范围为边长为50mm的正方形，在驾驶室与底盘车架连接处全约束，载荷大小F=2500N。

图6 某重载驾驶室弯曲刚度分析加载边界示意图

本文按照上述工况进行分析加载后，得到如图7的驾驶室弯曲刚度结果，驾驶室左右侧最大位移呈现基本对称规律，此驾驶室刚度值 K=4555N/mm，满足设计目标（K＞4300N/mm）。

图7 某重载单排轻卡驾驶室弯曲刚度分析结果

5 结论

本文基于汽车结构力学和数值分析理论，采用ABAQUS软件，对某重载轻卡驾驶室系统进行了模态和结构静强度及弯曲刚度分析，结果表明：

（1）驾驶室前四阶模态振型及频率值均有效避开了发动机怠速频率；

（2）驾驶室在车轮上抬工况，对扭工况，转弯工况下，其最大塑性应变值远小于0.2%，满足设计目标；

（3）驾驶室弯曲刚度K=4555N/mm，目标值K＞4300N/mm，符合设计目标要求；

（4）综合评估重载单排轻卡驾驶室系统力学性能符合设计目标。