特種車駕駛室結(jié)構(gòu)設(shè)計分析及優(yōu)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(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(jié)構(gòu)以及使用性能被人們重點關(guān)注。對于特種車而言，科學(xué)的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)和優(yōu)化措施進(jìn)行詳細(xì)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(hù)性和舒適性，所以對于駕駛室的設(shè)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(xué)為基礎(chǔ)，對駕駛室總布置進(jìn)行研究分析是非常關(guān)鍵的。

1.1 駕駛室總布置與整車布置的關(guān)系及其目的

駕駛室布置是汽車設(shè)計過程中非常重要的一部分。在車輛的概念設(shè)計階段就開始進(jìn)行，是在整車總布置的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。作為特種車駕駛室設(shè)計額重要部分，室內(nèi)總布置人機(jī)設(shè)計的科學(xué)性會和駕駛?cè)藛T的安全和舒適產(chǎn)生直接關(guān)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?cè)烁杏X到疲勞和不適。所以在設(shè)計階段，必須要注重設(shè)計的科學(xué)性，通過人體工程學(xué)，設(shè)計出最適合駕駛?cè)藛T乘坐和操作的駕駛室總布置。

1.2 駕駛室結(jié)構(gòu)設(shè)計現(xiàn)狀

特種車駕駛室在設(shè)計過程中，要對安全性和舒適性進(jìn)行詳細(xì)的分析?，F(xiàn)階段，世界上最先進(jìn)的駕駛室在結(jié)構(gòu)和配置上有一下幾個特點：駕駛室整體采用全鋼設(shè)計；通過先進(jìn)的防腐工藝保證特種車有更長的使用壽命；在外形設(shè)計方面，合理的分析空氣動力學(xué)的影響；駕駛室內(nèi)部總設(shè)計充分考慮人體工程學(xué)，有效的降低駕駛?cè)藛T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(shè)計方向。并且也據(jù)定了駕駛室結(jié)構(gòu)的設(shè)計方向。因為特種車類型較多，其內(nèi)部設(shè)計和普通車輛的設(shè)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(yīng)的控制機(jī)構(gòu)和顯示面板。同時還會設(shè)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(shè)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(jié)構(gòu)優(yōu)化及改進(jìn)設(shè)計

在特種車駕駛室的設(shè)計過程中，駕駛室的靜剛度和動剛度是兩項重要指標(biāo)，靜剛度的目標(biāo)是駕駛室在靜態(tài)荷載狀態(tài)下的扭轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)的振幅為標(biāo)準(zhǔn)，動剛度的大小決定了駕駛室結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性。對于特種車駕駛室的設(shè)計過程中，要不斷的對設(shè)計方案進(jìn)行優(yōu)化，目前較為常用的是使用拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)來完成。

2.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法

優(yōu)化設(shè)計簡單來說就是找到一種更加合理的設(shè)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(shè)計優(yōu)化的。隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展和有限元技術(shù)的逐漸成熟，將計算機(jī)技術(shù)和有限元方法進(jìn)行結(jié)合，可以有效的使用在駕駛室優(yōu)化設(shè)計上。

拓?fù)鋬?yōu)化主要是指在滿足模型對應(yīng)的條件下，指指定的空間范圍內(nèi)找到最佳結(jié)構(gòu)的材料分布，或者是傳力方式。使得整體結(jié)構(gòu)和性能得到優(yōu)化。并且找到結(jié)構(gòu)在設(shè)定條件下的最科學(xué)的組合方式。最終得到結(jié)構(gòu)的拓?fù)湫螒B(tài)。

2.2 駕駛室拓?fù)鋬?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(yīng)縣，所以單目標(biāo)的優(yōu)化結(jié)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(biāo)條件下的拓?fù)鋬?yōu)化。在設(shè)計過程中，從多目標(biāo)工況下等密度結(jié)果進(jìn)行分析，可以得出多目標(biāo)工況下的拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果，進(jìn)而綜合研究分析扭轉(zhuǎn)工況和彎曲工況。對于研究出的優(yōu)化結(jié)果，要符合特種車在使用過程中，駕駛室受到更多扭轉(zhuǎn)載荷作用的要求。

2.3 基于拓?fù)鋬?yōu)化的駕駛室骨架結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計

通過對特種車駕駛室多工況條件下的多目標(biāo)拓?fù)鋬?yōu)化，可以得到同時滿足扭轉(zhuǎn)工況和彎曲工況的研究結(jié)果。根據(jù)拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果對特種側(cè)駕駛室進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計的過程中，設(shè)計人員可以打破傳統(tǒng)設(shè)計理念的束縛，大膽嘗試創(chuàng)新，保證優(yōu)化結(jié)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(jié)構(gòu)，再通過與拓?fù)鋬?yōu)化對駕駛室機(jī)構(gòu)進(jìn)行完善。主要是對駕駛室的左右側(cè)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(qiáng)度的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化。

2.4 駕駛室改進(jìn)結(jié)構(gòu)的尺寸優(yōu)化

目前，尺寸優(yōu)化技術(shù)已經(jīng)成熟，在設(shè)計過程中，通過使用設(shè)計軟件就可以完成對尺寸的優(yōu)化。在對尺寸優(yōu)化設(shè)計過程中，靈敏度也是非常重要的一項內(nèi)容。通過設(shè)計靈敏度來表現(xiàn)結(jié)構(gòu)影響設(shè)計變量參數(shù)變化的敏感程度。對于特種車駕駛室設(shè)計過程中的尺寸優(yōu)化而言，要保證結(jié)構(gòu)的固有頻率，這個固有頻率會影響到部件設(shè)計尺寸的靈敏度。所以在優(yōu)化設(shè)計時，對于尺寸進(jìn)行較小的修改，會對固有頻率造成較大的影響。如果部件結(jié)構(gòu)設(shè)計尺寸的靈敏度較小，那么對于這個部件尺寸進(jìn)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(jié)構(gòu)的性能分析

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

3 結(jié)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(shè)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(shè)計過程中結(jié)構(gòu)優(yōu)化進(jìn)行研究分析。討論優(yōu)化設(shè)計方法。其中，最主要的問題是要使用科學(xué)的方式進(jìn)行優(yōu)化設(shè)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(jìn)行控制。保證優(yōu)化設(shè)計可以有效的提高特種車駕駛室性能。