乘用车内饰四连杆机构设计探讨

周家花，梁军，唐凌，叶勤

（东风汽车公司技术中心，湖北武汉430058）

内饰饰板应用四连杆机构较少，多为置物桌板类机构。四连杆结构运动灵活，可实现所要求的闭合与开启位置。乘用车内饰空间有限，四连杆结构具有很大优势。根据已知初始位置，以开启位置的桌板类零件为参考，计算四连杆机构杆长，所得数值作为设计参考值，进行优化后得出所设计的四连杆杆长。

1 初始条件

由于运动空间限制，汽车内饰运动零部件一般要求闭合状态位置与开启状态位置符合空间、使用要求（图1）。对于四连杆机构既可确定2个状态的位置。受布置空间与外观造型限制，四连杆机架杆长与初始（闭合）状态的角度受到限制，根据以上限制条件，运用最小二乘法给定初值搜索，即可初步计算出四连杆杆的长度。

图1 内饰用桌板类零部件

2 四连杆运动限制条件

参考图2，要求闭合状态为与垂直方向夹角小于90°，使用位置桌板为水平，且位于人手易取物位置。所以要求图2中L3打开后水平，且在人体膝盖上部，初始位置确定后，图2中长度S可调节范围较小。

图2 四连杆初始与使用位置示意图

受造型、环境件限制，四连杆杆长L1，角度a1和b1都受到约束，可预设为已知条件，计算时根据结果与要求进行微调。

根据几何约束条件，四连杆2个状态的几何方程如式（1）～（4）所示。

初始状态：

开启状态：

由方程（5）～（9）可得出角度m和p：

计算出m和p，代入到式（3）～（4），联合式（1）～（2）即可得到包含L2,L3,L4和a2的方程组。

3 数据计算

上述方程组计算复杂，手工很难计算出准确的数值。将方程简化，应用Matlab，给定初始值，用最小二乘法计算得出所需参数。根据设计需求，以所计算结果作为初值，重新进行计算。通过三维软件仿真Catia，调整初值数值，计算出所需参数。

设定已知值为

编写Matlab程序如下：

子函数

初值z0设为

在命令窗口运行

得出结果如图3所示。

图3 计算结果

以所得结果作为初始值，再次计算：

得出结果见图4。

图4 优化后结果

即

4 作图修正结果

数值计算所得的值具有一定误差，不满足四连杆特性，因此以上述所得数值的杆长与已知条件作为作图参数，对所得的角度数值进行调整。

根据上述结果得到四连杆运动图（图5）。

图5 结果修正图

修正后结果为

L2=116，L3=70，L4=123，a2=10.7°

m=16.9°，p=7.3°，S=33.8，b2=11.5°

此组数据即所需的四连杆机构杆长。若计算结果不符合空间或布置要求，可根据实际情况给出一组初值，重复计算程序，即可得出所需数值。

5 结论

利用Matlab 强大的计算功能，根据限制条件计算得出所需四连杆机构的杆长，作为工程设计参考值，能节省初次设计所需的时间。

[1]杜建民，夏鹏，李勇智.四连杆门座起重机设计方法及优化设计探讨[J].湖北工业大学学报，2011（4）：2-3.

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