实验项目名称：

车辆转向四连杆机构杆长优化虚拟仿真实验

项目介绍：

课程性质及背景：本课程为使机械制造及其自动化专业和车辆工程专业学生能使学生了解车辆转向机构的工作原理及其特点，体会不同杆长的转向机构对转向性能的影响，并学会利用现代设计技术中的优化设计技术进行机械结构设计。

课程特点及必要性：1、可重复性强，零件拆装顺序等操作可模拟真实实验场景；2、整合虚拟现实技术与网络教学平台，打破时间、地域限制。

项目目的：

1、学习车辆转向机构，了解其工作原理；

2、学习车辆转向四连杆机构杆长优化实验台，了解其工作原理；

面向理论课程：

现代设计技术，机械优化设计

面向专业：

机械设计制造及其自动化、车辆工程

仪器硬件设备及软件环境：

数据手套，虚拟现实软件平台

实验项目功能及效果：

实验内容或任务：

车辆转向机构是一四连杆机构，如图1所示，其功能是使车辆转向时两侧车轮保持相应的转角关系，尽量逼近“阿克尔曼”转向原理中的转角关系。

实验台结构如图2所示，实验中，学生通过任意设置四连杆的杆长，可获得不同的转向性能，仿真程序展示出此机构两侧车轮的转角关系与“阿克尔曼”转向原理中的转角关系的误差；学生根据课程中学习的机械优化设计方法，对此问题进行简化和抽象，建立此优化问题的设计变量、目标函数、约束方程等，通过对此优化问题的模型进行求解，获得优化后的杆长并在机构中显示，绘制优化后结构的两侧车轮的转角关系与“阿克尔曼”转向原理中的转角关系的误差曲线，并将此曲线与非优化结构的误差曲线对比，使学生体会优化设计技术在机械设计中意义。

实验效果：

图1 车辆转向机构三维结构

图2 车辆转向机构实验台结构

实验步骤如下：

1、学生手动操纵方向盘，观察两侧车轮的转动情况，以及两轮转角关系曲线；

2、学生任意设定实验台杆长，观察两侧车轮的转角关系与“阿克尔曼”转向原理中的转角关系的误差；

3、建立优化问题数学模型，求出最优杆长；

4、绘制优化后结构的两侧车轮的转角关系与“阿克尔曼”转向原理中的转角关系的误差曲线，并将此曲线与非优化结构的误差曲线对比；

5、完成实验报告并在线提交。