基于Mathematica9.0设计汽车前轮转向梯形结构

朱琳琳

（辽宁机电职业技术学院 基础部，辽宁 丹东 118009）

汽车转向系统是汽车制造的重要一环节。设计一款安全系数高、性能可靠的汽车转向系统，仍是国内外车企共同研究的基础课题。本文基于Mathematica9.0设计汽车普遍采用的后置式转向梯形结构，[1]进行动态模拟，试图从中寻找符合要求之参数，为高职院校汽车设计的研究提供一新选择，为汽车制造专业提供一教学模板。[2]

一、转向梯形结构

本动态模拟针对可靠性好的整体转向为研究对象。汽车在转向过程中，保证内外转向轮转角应符合阿克曼（Ackermann）关系式。目前汽车制造普遍采用转向梯形机构，在转向过程中无法保证内外转向轮转角的关系式始终满足公式，而只能在一定范围内比较接近。[3]

在前桥仅为转向桥的情况下，由转向拉杆6和左右梯形臂5组成的转向梯形一般布置在前桥后，如图1所示。当转向轮处于与汽车直线行驶相应中立位置时，梯形臂5与拉杆6在与道路平行的平面内的交角大于90°。[4]

二、设计动态模拟图

据上述转向结构原理，设计程序如下。

（一）基本参数设计

基于Mathematica9.0程序设计语言，我们先设置规定变量，利用转向公式，设定基本运算程序，以满足动态模拟需要。程序语言如下：[1]

（二）制表公式设计

动态模拟图应具备可调参数选项，因此我们利用公式进行模拟的同时，还进行了表格格式设置。[5]因篇幅所限，设计的表格语言未列入，仅将重要的转向公式设计程序及可调参数设计程序列如下：

（三）动态演示

在完成程序后，我们得到了相关后置式转向梯形结构动态模拟图，[6]如图2。

图2 动态模拟示意图

三、总结

我们在调试模拟图时，可以通过调整轴距、前桥长度、节臂角度、转向角度等参数，对转向进行调试。参数的调整能直接反映在坐标图像上，理论曲线与实际设置曲线如能够尽量拟合，那么就会得到合理的参数配置，为设计不同车型的前桥转向系统提供数据支持。相对以往利用CAD设计转向结构演示，[7]该模拟图有着直观性强、动态模拟实时参数呈现、界面互动良好等优点。可以根据不同车型的设计参数进行模拟，通用性良好。

参考文献：

[1]尤金D.Mathematica使用指南[M].北京：科学出版社，2012:145-212.

[2]蒂芬·沃尔夫雷姆.Mathematica全书[M].西安:西安交通大学出版社，2007：211-225.

[3](日)御崛直嗣.汽车制造[M].卢阳，译.北京:人民邮电出版社，2013：138-194.

[4]龙姝明，朱杰武，孙彦清，等.数学物理方法&Mathematica[M].西安:陕西人民教育出版社，2012.

[5]张金柱.图解汽车原理与构造[M].北京：化学工业出版社，2016：134-157.

[6]陈新亚.汽车构造透视图典[M].北京：机械工业出版社，2012：110-152.

[7]陈新亚.汽车是怎样设计制造的[M].北京：机械工业出版社，2013：126-173.