特種車駕駛室結構設計分析及優(yōu)化

戚新盈 程凱華 張慶玲

摘 要 駕駛室作為駕駛員的工作場所，不僅為駕駛員提供良好的工作環(huán)境，也為乘坐人員提供了舒適的乘車環(huán)境。并且也對車內(nèi)人員提供一定的安全防護作用。本文主要以特種車駕駛室為研究對象，對其結構設計進行分析。找到優(yōu)化辦法，促進特種車的發(fā)展。

關鍵詞 特種車駕駛室;結構設計;優(yōu)化

如今，汽車已經(jīng)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(yè)的發(fā)展，特種車輛被廣泛使用。所以，企業(yè)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(huán)境。所以要對特種車駕駛室的結構和優(yōu)化措施進行詳細的研究分析。找到最有效的優(yōu)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(huán)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(nèi)總布置人機設計的科學性會和駕駛人員的安全和舒適產(chǎn)生直接關系尤其是特種車在工作過程中，受到環(huán)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(xiàn)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?，F(xiàn)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(nèi)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(nèi)部配置上，提高安全性、舒適性、豪華型以及室內(nèi)居住性。

1.3 駕駛室內(nèi)部總布置

特種車的用途決定了車輛的設計方向。并且也據(jù)定了駕駛室結構的設計方向。因為特種車類型較多，其內(nèi)部設計和普通車輛的設計也有一定的區(qū)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(jù)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(nèi)部環(huán)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(yōu)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(tài)荷載狀態(tài)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(tài)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(tài)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(yōu)化，目前較為常用的是使用拓撲優(yōu)化技術來完成。

2.1 結構優(yōu)化設計方法

優(yōu)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(yōu)化法則和計算是難以完成實際的設計優(yōu)化的。隨著計算機技術的不斷發(fā)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(yōu)化設計上。

拓撲優(yōu)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(nèi)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(yōu)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(tài)。

2.2 駕駛室拓撲優(yōu)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(yōu)化結果不能滿足整個駕駛室優(yōu)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(yōu)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(yōu)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(yōu)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(yōu)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(yōu)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(jù)拓撲優(yōu)化結果對特種側駕駛室進行優(yōu)化設計的過程中，設計人員可以打破傳統(tǒng)設計理念的束縛，大膽嘗試創(chuàng)新，保證優(yōu)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(yōu)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(yōu)化。

2.4 駕駛室改進結構的尺寸優(yōu)化

目前，尺寸優(yōu)化技術已經(jīng)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(yōu)化。在對尺寸優(yōu)化設計過程中，靈敏度也是非常重要的一項內(nèi)容。通過設計靈敏度來表現(xiàn)結構影響設計變量參數(shù)變化的敏感程度。對于特種車駕駛室設計過程中的尺寸優(yōu)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(yōu)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(chǎn)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(yōu)化研究，在完成之后，要對優(yōu)化結果進行整合。對各部分的優(yōu)化結果進行綜合化分析。主要是在于各個優(yōu)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(nèi)。

3結束語

綜上所述，我國自改革開放之后，各個行業(yè)都取得了飛快的發(fā)展。在汽車制造業(yè)中，各種類型的車輛的設計和制造也都取得了優(yōu)異的成績。本文對于特種車駕駛室在設計過程中結構優(yōu)化進行研究分析。討論優(yōu)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(yōu)化設計，并且在優(yōu)化過程中要對各方面的受力情況以及各項數(shù)據(jù)進行控制。保證優(yōu)化設計可以有效的提高特種車駕駛室性能。

參考文獻

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