特种车驾驶室结构设计分析及优化

戚新盈 程凯华 张庆玲

泰安航天特种车有限公司 山东 泰安 271000

如今，汽车已经成为人们必不可少的工具，无论是在工作还是生活，人们都离不开汽车。随着我国工业的发展，特种车辆被广泛使用。所以，企业的各项结构以及使用性能被人们重点关注。对于特种车而言，科学的结构和舒适的驾驶室可以给操作人员更好的工作环境。所以要对特种车驾驶室的结构和优化措施进行详细的研究分析。找到最有效的优化措施。

1 驾驶室总布置

特种车驾驶室是驾驶员的重要工作场合，要具备最基本的保护性和舒适性，所以对于驾驶室的设计要有更高的要求，爱特种车行驶在恶劣环境中，要保证驾驶员不受到较大的干扰。要求驾驶室中保证座椅舒适、操控方便。所以以人体工程学为基础，对驾驶室总布置进行研究分析是非常关键的。

1.1 驾驶室总布置与整车布置的关系及其目的

驾驶室布置是汽车设计过程中非常重要的一部分。在车辆的概念设计阶段就开始进行，是在整车总布置的基础上进行的。作为特种车驾驶室设计额重要部分，室内总布置人机设计的科学性会和驾驶人员的安全和舒适产生直接关系尤其是特种车在工作过程中，受到环境和路面的影响，会使驾驶人感觉到疲劳和不适。所以在设计阶段，必须要注重设计的科学性，通过人体工程学，设计出最适合驾驶人员乘坐和操作的驾驶室总布置。

1.2 驾驶室结构设计现状

特种车驾驶室在设计过程中，要对安全性和舒适性进行详细的分析。现阶段，世界上最先进的驾驶室在结构和配置上有一下几个特点：驾驶室整体采用全钢设计；通过先进的防腐工艺保证特种车有更长的使用寿命；在外形设计方面，合理的分析空气动力学的影响；驾驶室内部总设计充分考虑人体工程学，有效的降低驾驶人员的疲劳度；在内部配置上，提高安全性、舒适性、豪华型以及室内居住性。

1.3 驾驶室内部总布置

特种车的用途决定了车辆的设计方向。并且也据定了驾驶室结构的设计方向。因为特种车类型较多，其内部设计和普通车辆的设计也有一定的区别。在仪表盘和方向盘方面，与普通汽车不同的是，特种车的仪表盘和方向盘会根据特种车的通途增加相应的控制机构和显示面板。同时还会设置更多的物品储备箱。由于驾驶室的内部环境有限，在座椅设计时，要为驾驶员留出充足的腿部空间，提高驾驶员的舒适性。

2 驾驶室结构优化及改进设计

在特种车驾驶室的设计过程中，驾驶室的静刚度和动刚度是两项重要指标，静刚度的目标是驾驶室在静态荷载状态下的扭转刚度和弯曲刚度。动刚度主要是指引起单位振幅所需的动态力，通常情况下，通过驾驶室固有结构的振幅为标准，动刚度的大小决定了驾驶室结构的动态特性。对于特种车驾驶室的设计过程中，要不断的对设计方案进行优化，目前较为常用的是使用拓扑优化技术来完成。

2.1 结构优化设计方法

优化设计简单来说就是找到一种更加合理的设计方案。所以单纯的依靠优化法则和计算是难以完成实际的设计优化的。随着计算机技术的不断发展和有限元技术的逐渐成熟，将计算机技术和有限元方法进行结合，可以有效的使用在驾驶室优化设计上。

拓扑优化主要是指在满足模型对应的条件下，指指定的空间范围内找到最佳结构的材料分布，或者是传力方式。使得整体结构和性能得到优化。并且找到结构在设定条件下的最科学的组合方式。最终得到结构的拓扑形态。

2.2 驾驶室拓扑优化

在特种车辆的实际使用过程中，由于会收到较多的外界因素应县，所以单目标的优化结果不能满足整个驾驶室优化的目的。所以要重点研究特种车驾驶室多目标条件下的拓扑优化。在设计过程中，从多目标工况下等密度结果进行分析，可以得出多目标工况下的拓扑优化结果，进而综合研究分析扭转工况和弯曲工况。对于研究出的优化结果，要符合特种车在使用过程中，驾驶室受到更多扭转载荷作用的要求。

2.3 基于拓扑优化的驾驶室骨架结构改进设计

通过对特种车驾驶室多工况条件下的多目标拓扑优化，可以得到同时满足扭转工况和弯曲工况的研究结果。根据拓扑优化结果对特种侧驾驶室进行优化设计的过程中，设计人员可以打破传统设计理念的束缚，大胆尝试创新，保证优化结果可以最大程度的落实。在骨架方面，要充分考虑驾驶室原有结构，再通过与拓扑优化对驾驶室机构进行完善。主要是对驾驶室的左右侧围、前围、后围以及驾驶室底板。在驾驶室的A、B、C主要面要以保证强度的基础上进行优化。

2.4 驾驶室改进结构的尺寸优化

目前，尺寸优化技术已经成熟，在设计过程中，通过使用设计软件就可以完成对尺寸的优化。在对尺寸优化设计过程中，灵敏度也是非常重要的一项内容。通过设计灵敏度来表现结构影响设计变量参数变化的敏感程度。对于特种车驾驶室设计过程中的尺寸优化而言，要保证结构的固有频率，这个固有频率会影响到部件设计尺寸的灵敏度。所以在优化设计时，对于尺寸进行较小的修改，会对固有频率造成较大的影响。如果部件结构设计尺寸的灵敏度较小，那么对于这个部件尺寸进行较大修改时，不会对固有频率产生影响。

2.5 驾驶室最终结构的性能分析

再设计过程中，对于特种车驾驶室各组成部分进行划分，并且对每一个部分进行单独的优化研究，在完成之后，要对优化结果进行整合。对各部分的优化结果进行综合化分析。主要是在于各个优化措施进行整合之后，驾驶室各部分的受力情况以及扭转刚度等变化。是否在要求范围之内。

3 结束语

综上所述，我国自改革开放之后，各个行业都取得了飞快的发展。在汽车制造业中，各种类型的车辆的设计和制造也都取得了优异的成绩。本文对于特种车驾驶室在设计过程中结构优化进行研究分析。讨论优化设计方法。其中，最主要的问题是要使用科学的方式进行优化设计，并且在优化过程中要对各方面的受力情况以及各项数据进行控制。保证优化设计可以有效的提高特种车驾驶室性能。