朱琳琳

（遼寧機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 基礎(chǔ)部，遼寧 丹東 118009）

汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是汽車制造的重要一環(huán)節(jié)。設(shè)計一款安全系數(shù)高、性能可靠的汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，仍是國內(nèi)外車企共同研究的基礎(chǔ)課題。本文基于Mathematica9.0設(shè)計汽車普遍采用的后置式轉(zhuǎn)向梯形結(jié)構(gòu)，[1]進行動態(tài)模擬，試圖從中尋找符合要求之參數(shù)，為高職院校汽車設(shè)計的研究提供一新選擇，為汽車制造專業(yè)提供一教學(xué)模板。[2]

一、轉(zhuǎn)向梯形結(jié)構(gòu)

本動態(tài)模擬針對可靠性好的整體轉(zhuǎn)向為研究對象。汽車在轉(zhuǎn)向過程中，保證內(nèi)外轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角應(yīng)符合阿克曼（Ackermann）關(guān)系式。目前汽車制造普遍采用轉(zhuǎn)向梯形機構(gòu)，在轉(zhuǎn)向過程中無法保證內(nèi)外轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角的關(guān)系式始終滿足公式，而只能在一定范圍內(nèi)比較接近。[3]

在前橋僅為轉(zhuǎn)向橋的情況下，由轉(zhuǎn)向拉桿6和左右梯形臂5組成的轉(zhuǎn)向梯形一般布置在前橋后，如圖1所示。當(dāng)轉(zhuǎn)向輪處于與汽車直線行駛相應(yīng)中立位置時，梯形臂5與拉桿6在與道路平行的平面內(nèi)的交角大于90°。[4]

二、設(shè)計動態(tài)模擬圖

據(jù)上述轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)原理，設(shè)計程序如下。

（一）基本參數(shù)設(shè)計

基于Mathematica9.0程序設(shè)計語言，我們先設(shè)置規(guī)定變量，利用轉(zhuǎn)向公式，設(shè)定基本運算程序，以滿足動態(tài)模擬需要。程序語言如下：[1]

（二）制表公式設(shè)計

動態(tài)模擬圖應(yīng)具備可調(diào)參數(shù)選項，因此我們利用公式進行模擬的同時，還進行了表格格式設(shè)置。[5]因篇幅所限，設(shè)計的表格語言未列入，僅將重要的轉(zhuǎn)向公式設(shè)計程序及可調(diào)參數(shù)設(shè)計程序列如下：

（三）動態(tài)演示

在完成程序后，我們得到了相關(guān)后置式轉(zhuǎn)向梯形結(jié)構(gòu)動態(tài)模擬圖，[6]如圖2。

圖2 動態(tài)模擬示意圖

三、總結(jié)

我們在調(diào)試模擬圖時，可以通過調(diào)整軸距、前橋長度、節(jié)臂角度、轉(zhuǎn)向角度等參數(shù)，對轉(zhuǎn)向進行調(diào)試。參數(shù)的調(diào)整能直接反映在坐標(biāo)圖像上，理論曲線與實際設(shè)置曲線如能夠盡量擬合，那么就會得到合理的參數(shù)配置，為設(shè)計不同車型的前橋轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支持。相對以往利用CAD設(shè)計轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)演示，[7]該模擬圖有著直觀性強、動態(tài)模擬實時參數(shù)呈現(xiàn)、界面互動良好等優(yōu)點。可以根據(jù)不同車型的設(shè)計參數(shù)進行模擬，通用性良好。

參考文獻：

[1]尤金D.Mathematica使用指南[M].北京：科學(xué)出版社，2012:145-212.

[2]蒂芬·沃爾夫雷姆.Mathematica全書[M].西安:西安交通大學(xué)出版社，2007：211-225.

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[4]龍姝明，朱杰武，孫彥清，等.數(shù)學(xué)物理方法&Mathematica[M].西安:陜西人民教育出版社，2012.

[5]張金柱.圖解汽車原理與構(gòu)造[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2016：134-157.

[6]陳新亞.汽車構(gòu)造透視圖典[M].北京：機械工業(yè)出版社，2012：110-152.

[7]陳新亞.汽車是怎樣設(shè)計制造的[M].北京：機械工業(yè)出版社，2013：126-173.