特种车驾驶室结构优化策略分析

特种车驾驶室结构优化策略分析

王靖

国家能源集团神东煤炭集团神东生产服务中心   内蒙古鄂尔多斯  017209

摘要：对于驾驶者而言，驾驶室是重要的工作地点，不但能帮助驾驶者创造优异的工作环境，还能给乘坐者创造舒适的乘车环境。与此同时，还能对车内所有人员进行安全防护。文章对特种车驾驶室进行了研究，对其结构优化设计策略开展了分析，找出优化方式，推动特种车发展。总之，通过本文的分析，希望能为相关人员及研究提供参考。

关键词：特种车；驾驶室；结构设计；优化策略

引言：现阶段，实际生活工作过程中，汽车逐渐发展为重要的出行工具，与人们存在密切的关系。基于工业的深入发展，特种车辆获得了普遍的运用，人们逐渐对汽车结构和性能重视起来。针对特种车来看，不管是合理的结构，还是舒适的驾驶室，均能为操作者提供优异的工作环境。因此，应对特种车驾驶室结构开展优化设计，强化有关的研究工作，从而获得最佳的优化措施。

1.特种车驾驶室总布置

驾驶员主要在驾驶室内进行工作，应具有较好的保护性及舒适性，因此在驾驶室设计方面提出了严格的要求，车辆行驶于恶劣环境，应确保驾驶员被干扰较小。在特种车驾驶室中，应确保座椅舒适、容易操控。因此，基于人体工程学，对总布置开展分析是十分重要的。针对特种车驾驶室总体布置，本文主要从以下方面进行分析，即总布置和整车布置的联系和目标、驾驶室结构设计状况、内部总布置，以供相关人士参考。

（1）驾驶室布置的目的。在汽车设计中，驾驶室布置是关键的部分。围绕车辆概念设计来看，它是在整车总布置之上形成的。在特种车驾驶室设计中，室内总布置非常关键，其设计合理性与驾驶者安全及舒适息息相关，特别是特种车实际工作中，极易被环境及路面影响，会造成驾驶者不适。因此，在进行设计过程中，应保证设计的合理性，结合人体工程学设计出满足驾驶者乘坐及操作需要的驾驶室[1]。图1所示为未经过改造的特种车驾驶室。（2）驾驶室结构设计分析。在对特种车驾驶室进行设计时，应对其安全性及舒适性多加重视。目前世界比较先进的驾驶室结构具有下述特点，从整体层面来看，借助了全钢设计，引入了先进的防腐工艺，可以确保车辆的使用寿命；从外形设计上来看，采用了空气动力学理论；从内部设计方面来看，围绕人体工程学进行设计，在很大程度上缓解驾驶者疲劳度；从内部设计方面来看，考虑到了安全性、舒适性以及居住性特点。（3）驾驶室内部总布置。因为特种车的用途特性，对车辆设计方向产生了影响，对驾驶室结构设计起着决定性作用。由于特种车种类非常多，所以其内部设计有很大的不同。从仪表盘及方向盘来看，相较于普通汽车，主要结合特种车用途，增设控制机构及面板，或是配备多种多样的物品储备箱。因为驾驶室内部环境局限性，在进行座椅设计时，应帮助驾驶者预留一定的腿部空间，增强其舒适性。

图1 未经改造的驾驶室

2.特种车驾驶室结构优化设计策略

在驾驶室优化设计期间，动静刚度属于不可或缺的指标，对于驾驶室静刚度，其目标为扭转及弯曲刚度。对于驾驶室动刚度而言，一般指振幅所需要的动态力，将固有结构振幅当作标准，该项指标参数与结构动态特点紧密相关。在驾驶室设计中，应该持续完善设计方案，如今，常用拓扑优化技术来实现。针对特种车驾驶室结构优化设计，本文主要从以下方面进行探讨，即结构优化设计方式、驾驶室拓扑优化、骨架结构优化设计、改进结构的尺寸完善、最终结构的性能研究，以期可以为有关人士及研究提供一定的借鉴。

（1）优化设计方法。优化设计实际上是运用相对科学的设计方案。仅是借助优化法则及计算将无法达到设计优化目标。基于计算机技术以及有限元技术的进步，实现二者的全面融合，能够更好地开展驾驶室优化设计。对于拓扑优化来看，是在实现模型对应条件的基础上，在给定空间范围运用科学结构的材料分布，或者借助传力方式实现整体结构及性能的全年优化。基于结构设定条件，运用合理的组合方式，实现结构的拓扑优化。（2）驾驶室拓扑优化。在对特种车辆进行应用时，因为极易被外界因素影响，所以单目标优化无法实现驾驶室优化效果。因此，应对驾驶室多目标下拓扑优化进行分析。实际进行设计时，应围绕多目标工况，对密度结果开展分析，获得大量拓扑优化结果，实现对扭转及弯曲工况的有效分析[2]。针对获得的优化结果，应满足特种车实际应用需要，对扭转载荷作用提出适当的要求。

（3）驾驶室骨架结构优化。基于多工况条件下拓扑优化，能够获得实现扭转及弯曲工况的结果。在此基础上对侧驾驶室开展优化设计，能够避免原有设计理念的局限性，积极开展创新，确保优化结果全面落实。在进行骨架设计时，应注重驾驶室原有结构，利用拓扑优化方式加以健全。其中包括驾驶室前后以及左右侧围，还有底板。围绕驾驶室主要面来看，应在确保其强度的同时实现优化设计。（4）结构尺寸优化。伴随尺寸优化技术的逐渐完善，实际进行设计时，借助设计软件能够对尺寸开展优化。在进行尺寸优化设计时，灵敏度尤为关键。利用灵敏度可以体现影响结构设计的相关参数变化。针对特种车驾驶室进行设计时，有关尺寸优化应确保结构固有频率，它会对尺寸灵敏度产生较大的影响，因此，实际设计过程中，若是对尺寸开展细微修改，将严重影响固有频率。若是尺寸不够灵敏，在对其开展大幅度修改时，则不会影响到固有频率。（5）最终结构的性能。在设计期间，针对驾驶室不同构成部分开展划分，同时对各部分开展优化分析，然后，应该整合优化结果，对结果开展综合分析。关键在于不同优化举措开展整合后，受力状况和扭转刚度等改变，是否处于要求范围。图2所示为完成优化改造的驾驶室。

图2 完成优化改造的驾驶室

结论：综上所述，伴随社会的深入发展，促使各行各业都获得了明显的发展。对于汽车制造行业来看，有关车辆设计及制造得到了显著的成效。文章对特种车驾驶室进行了研究，探讨了结构优化设计方法，在这之中，借助有效的方式开展优化设计是研究的重点，实际进行优化设计时，应对多方受力状况和相关数据开展控制，从而确保在优化设计过程中能够切实加强驾驶室性能。

参考文献：

[1]苏婷慧.动力总成一体化单元的特种车振动噪声控制策略研究[D].导师：邵毅敏;侯宇.重庆大学,2022.

[2]邢宏健.特种车驾驶室降噪研究[D].导师：张生;杨波.中国航天科技集团公司第一研究院,2021.