特種車駕駛室結構設計分析及優化

戚新盈 程凱華 張慶玲

泰安航天特種車有限公司 山東 泰安 271000

如今，汽車已經成為人們必不可少的工具，無論是在工作還是生活，人們都離不開汽車。隨著我國工業的發展，特種車輛被廣泛使用。所以，企業的各項結構以及使用性能被人們重點關注。對于特種車而言，科學的結構和舒適的駕駛室可以給操作人員更好的工作環境。所以要對特種車駕駛室的結構和優化措施進行詳細的研究分析。找到最有效的優化措施。

1 駕駛室總布置

特種車駕駛室是駕駛員的重要工作場合，要具備最基本的保護性和舒適性，所以對于駕駛室的設計要有更高的要求，愛特種車行駛在惡劣環境中，要保證駕駛員不受到較大的干擾。要求駕駛室中保證座椅舒適、操控方便。所以以人體工程學為基礎，對駕駛室總布置進行研究分析是非常關鍵的。

1.1 駕駛室總布置與整車布置的關系及其目的

駕駛室布置是汽車設計過程中非常重要的一部分。在車輛的概念設計階段就開始進行，是在整車總布置的基礎上進行的。作為特種車駕駛室設計額重要部分，室內總布置人機設計的科學性會和駕駛人員的安全和舒適產生直接關系尤其是特種車在工作過程中，受到環境和路面的影響，會使駕駛人感覺到疲勞和不適。所以在設計階段，必須要注重設計的科學性，通過人體工程學，設計出最適合駕駛人員乘坐和操作的駕駛室總布置。

1.2 駕駛室結構設計現狀

特種車駕駛室在設計過程中，要對安全性和舒適性進行詳細的分析。現階段，世界上最先進的駕駛室在結構和配置上有一下幾個特點：駕駛室整體采用全鋼設計；通過先進的防腐工藝保證特種車有更長的使用壽命；在外形設計方面，合理的分析空氣動力學的影響；駕駛室內部總設計充分考慮人體工程學，有效的降低駕駛人員的疲勞度；在內部配置上，提高安全性、舒適性、豪華型以及室內居住性。

1.3 駕駛室內部總布置

特種車的用途決定了車輛的設計方向。并且也據定了駕駛室結構的設計方向。因為特種車類型較多，其內部設計和普通車輛的設計也有一定的區別。在儀表盤和方向盤方面，與普通汽車不同的是，特種車的儀表盤和方向盤會根據特種車的通途增加相應的控制機構和顯示面板。同時還會設置更多的物品儲備箱。由于駕駛室的內部環境有限，在座椅設計時，要為駕駛員留出充足的腿部空間，提高駕駛員的舒適性。

2 駕駛室結構優化及改進設計

在特種車駕駛室的設計過程中，駕駛室的靜剛度和動剛度是兩項重要指標，靜剛度的目標是駕駛室在靜態荷載狀態下的扭轉剛度和彎曲剛度。動剛度主要是指引起單位振幅所需的動態力，通常情況下，通過駕駛室固有結構的振幅為標準，動剛度的大小決定了駕駛室結構的動態特性。對于特種車駕駛室的設計過程中，要不斷的對設計方案進行優化，目前較為常用的是使用拓撲優化技術來完成。

2.1 結構優化設計方法

優化設計簡單來說就是找到一種更加合理的設計方案。所以單純的依靠優化法則和計算是難以完成實際的設計優化的。隨著計算機技術的不斷發展和有限元技術的逐漸成熟，將計算機技術和有限元方法進行結合，可以有效的使用在駕駛室優化設計上。

拓撲優化主要是指在滿足模型對應的條件下，指指定的空間范圍內找到最佳結構的材料分布，或者是傳力方式。使得整體結構和性能得到優化。并且找到結構在設定條件下的最科學的組合方式。最終得到結構的拓撲形態。

2.2 駕駛室拓撲優化

在特種車輛的實際使用過程中，由于會收到較多的外界因素應縣，所以單目標的優化結果不能滿足整個駕駛室優化的目的。所以要重點研究特種車駕駛室多目標條件下的拓撲優化。在設計過程中，從多目標工況下等密度結果進行分析，可以得出多目標工況下的拓撲優化結果，進而綜合研究分析扭轉工況和彎曲工況。對于研究出的優化結果，要符合特種車在使用過程中，駕駛室受到更多扭轉載荷作用的要求。

2.3 基于拓撲優化的駕駛室骨架結構改進設計

通過對特種車駕駛室多工況條件下的多目標拓撲優化，可以得到同時滿足扭轉工況和彎曲工況的研究結果。根據拓撲優化結果對特種側駕駛室進行優化設計的過程中，設計人員可以打破傳統設計理念的束縛，大膽嘗試創新，保證優化結果可以最大程度的落實。在骨架方面，要充分考慮駕駛室原有結構，再通過與拓撲優化對駕駛室機構進行完善。主要是對駕駛室的左右側圍、前圍、后圍以及駕駛室底板。在駕駛室的A、B、C主要面要以保證強度的基礎上進行優化。

2.4 駕駛室改進結構的尺寸優化

目前，尺寸優化技術已經成熟，在設計過程中，通過使用設計軟件就可以完成對尺寸的優化。在對尺寸優化設計過程中，靈敏度也是非常重要的一項內容。通過設計靈敏度來表現結構影響設計變量參數變化的敏感程度。對于特種車駕駛室設計過程中的尺寸優化而言，要保證結構的固有頻率，這個固有頻率會影響到部件設計尺寸的靈敏度。所以在優化設計時，對于尺寸進行較小的修改，會對固有頻率造成較大的影響。如果部件結構設計尺寸的靈敏度較小，那么對于這個部件尺寸進行較大修改時，不會對固有頻率產生影響。

2.5 駕駛室最終結構的性能分析

再設計過程中，對于特種車駕駛室各組成部分進行劃分，并且對每一個部分進行單獨的優化研究，在完成之后，要對優化結果進行整合。對各部分的優化結果進行綜合化分析。主要是在于各個優化措施進行整合之后，駕駛室各部分的受力情況以及扭轉剛度等變化。是否在要求范圍之內。

3 結束語

綜上所述，我國自改革開放之后，各個行業都取得了飛快的發展。在汽車制造業中，各種類型的車輛的設計和制造也都取得了優異的成績。本文對于特種車駕駛室在設計過程中結構優化進行研究分析。討論優化設計方法。其中，最主要的問題是要使用科學的方式進行優化設計，并且在優化過程中要對各方面的受力情況以及各項數據進行控制。保證優化設計可以有效的提高特種車駕駛室性能。