直线加速赛车动力系统匹配设计

以直线加速赛车为研究对象,以赛车的动力性能指标最优为目标,结合直线加速大赛要求,对动力系统主要零件——电动机、电池进行参数计算以及选型,同时计算传动系统参数,完成动力系统参数匹配设计。利用ADVISOR软件对整车的动力性及电池性能进行仿真分析,结果表明各项参数匹配均处于合理的范围内,设计满足要求。

针对FSAC赛场环境的全局锥桶建图算法研究

针对中国大学生无人驾驶方程式(FSAC)赛车在高速循迹的“U型弯道”工况中,由于识别的锥桶有限,导致路径规划失效的问题,提出了一种基于激光雷达以及组合惯导系统的锥桶地图构建算法。该算法从当前帧激光点云中提取出锥桶中心点云,通过乘以雷达到组合惯导的标定矩阵和组合惯导实时解算的车辆在地图坐标系中的位姿矩阵,将激光坐标系下的锥桶点云投影到地图坐标系下,完成锥桶地图的构建与更新。将算法进行实车验证,3次实验结果表明:该算法的平均召回率为98.7%,平均精准度为98.1%,构建好的地图能够供给规划算法,拟合出赛道的全局最优路径进行加速跟踪,提高了赛车的感知预判能力和路径规划效率。

FSAC赛车动力电池的复合冷却

针对中国大学生无人驾驶方程式赛车动力锂电池散热效率较低的问题,提出风冷与相变材料结合的复合冷却技术。基于一维生热模型与三维传热模型,研究锂电池模组在高倍率放电下的产热特性,采用ANSYS风冷下的电池温度分布,对铜排与极柱连接部分进行相变材料冷却,同时在模组间放置散热隔板进行相变材料冷却,进一步探究单体电池的最大温度分布。结果表明,单体电池最大温度降低到29℃,之间最大温差为2℃,电池散热效果得到优化。

某电动赛车车架轻量化设计与分析

在碳达峰碳中和的大背景下,汽车轻量化已成为汽车技术的核心价值和必然趋势。降低整车质量可以降低车体不必要的制造成本,减少运行中的能量消耗从而达到节省能源的目的[1]。新能源赛车轻量化竞赛要求选手使用符合大赛组委会规定技术要求的“三电”系统,选择合适的轻量化材料或配件,综合运用多种轻量化材料和制造工艺,在限定条件的范围内设计和制造出结构合理、性能优良、节能环保、安全可靠的轻量化新能源单座小车。

FAFU-6电动方程式赛车电池箱设计与制作

根据2023中国大学生方程式汽车大赛规则,基于福建农林大学FAFU方程式车队多年设计与制作赛车的经验,设计FAFU赛车队第六代赛车的电池箱。使用CATIA完成箱体结构设计,最终确定电池箱尺寸为长525mm,宽515mm,高320mm,箱体材料使用Q235。使用ANSYS进行强度分析,得出在大赛规定的工况条件下最大应力为201.6MPa,小于材料的许用应力。进一步使用STAR-CCM+软件完成热仿真,得到最大载荷下的温度为42.015℃,符合设计要求。最终电池箱箱体由车队队员自主焊接而成,成功装配上车。文章对电动方程式电池箱的设计与制作有一定参考意义。

基于持续强化学习的自动驾驶赛车决策算法研究

赛道形状与路面材质变化对自动驾驶赛车的行为决策带来了严峻挑战。为应对道路间的动力学差异,本文提出一种基于持续强化学习(CRL)的高速赛车决策算法。该算法将不同道路看作独立任务。算法的第1训练阶段负责提取描述不同任务上赛车动力学的低维特征,从而计算出任务间的相似性关系。算法的第2训练阶段负责为策略学习过程提供2个持续强化学习约束:其一是权重正则化约束,策略网络中对于旧任务重要的权重将在新任务学习期间被限制更新,其限制力度由任务相似性自适应调节;其二是奖励函数约束,鼓励在新任务学习期间策略的旧任务性能不下降。设计不同任务排序下的赛车实验和持续强化学习评价指标以评估算法性能。实验结果表明,所提算法能在既不存储旧任务数据也不扩展策略网络的条件下获得比基准方法更出色的驾驶性能。

FSC赛车空气动力学套件设计及优化

文章主要介绍了中国大学生方程式系列赛事(FSC)赛车空气动力学套件设计及优化过程。针对辽宁工业大学Wonder-E05号赛车,通过计算流体动力学(CFD)仿真分析,研究了赛车在不同工况下的气动特性。研究结果表明,通过分析赛车在俯仰工况下的车身姿态变化,发现前翼设计对离地间隙变化敏感,使得整车俯仰工况中气动特性变化明显,前翼可采用高离地间隙和大攻角襟翼以减少前翼离地间隙敏感性。研究结果可在后续赛车设计时为整车设计提供设计思路,减少离地间隙对整车气动敏感性的影响。

FSC赛车空气动力学套件优化设计与分析

良好的气动性能可以提高赛车的制动效能,是赛车高速、安全行驶的前提。文章主要对前定风翼、后定风翼的造型进行优化设计与分析,并运用累加法和控制变量法对大学生方程式系列赛事(FSC)整车进行流体仿真分析。研究通过采用变截面和增加展弦长等优化方式能否有效增加下压力和减少阻力。首先在Profili翼型库中选取合适的翼型,然后在Fluent中设定模型计算域边界条件和初始条件从而对赛车实际运行工况进行模拟。依据空气动力学理念,为赛车设计一套空气动力学套件,并进一步对套件的结构参数进行优化,进而提出了一套本赛车的最佳气动性能设计方案。

基于FSAE规则的赛车车架拓扑优化与分析

大学生方程式赛车的车架是整车的装配基体,车架的强度和刚度关系到整车的燃油经济性、动力性以及操作稳定性。基于大学生方程式汽车大赛规则,在CATIA软件中创建了车架的三维模型。根据拓扑优化结果,在CATIA中优化了原始车架模型。对车架在不同工况下的变形量及应力进行了分析,以判断车架的强度和刚度是否满足大赛要求。同时对车架进行了模态分析,以防止车架在比赛时发生共振。根据优化后车架的仿真结果可知,优化后车架的强度和刚度均满足大学生方程式汽车大赛要求。从参加2021和2022赛季中国大学生方程式汽车大赛的结果可知,所设计的车架满足大赛要求。

基于蜂窝铝板的FSAE赛车半单体壳车身结构设计与研究

针对FSAE赛车车身结构设计中碳纤维单体壳车身制造工艺复杂、成本高以及传统钢管桁架式车身扭转刚度较低的问题,提出了一种基于蜂窝铝板的新型单体壳车身结构,以实现高扭转刚度和低制造成本的目标。确定了车身扭转刚度和总质量的设计目标,并通过人机工程设计确定了车身的基本尺寸;采用有限元分析方法得出了最优的铺层方案,并对车身在各工况下进行了强度校核分析。研究结果表明,铝合金半单体壳车身具有良好的扭转刚度和轻量化水平,是一种性价比优良的新型车身结构,可替代传统的钢管桁架式车身。本研究为FSAE赛车提供了新的车身设计思路。

基于ANSYS Workbench的FSEC赛车后立柱结构优化设计

基于广州城市理工学院的FSEC(中国大学生电动方程式汽车大赛),将其赛车Innovation4作为研究对象。利用Adams Car软件建立后悬架硬点模型,经过2种工况下仿真分析,求出立柱节点受力情况。使用ANSYS Topology Optimization对立柱进行拓扑优化。在符合《2022中国大学生方程式大赛规则(正式版)》的限制下,满足机械加工要求。在多次迭代优化中,静力学分析最终方案相比最初方案质量减少了27%,有效减少了簧下质量并保证安全系数大于2.0。

FSEC方程式赛车安全回路的设计与仿真

根据中国大学生电动方程式大赛(Formula Student Electric China,FSEC)制定的规则,以大连民族大学民族之魂赛车队方程式赛车低压系统为研究对象,设计了一套适用于赛事并且能够使赛车安全稳定运行的安全回路,利用Multisim软件对赛车安全回路中3个关键电路模块,即制动系统可靠性检测装置(Break System Plausibility Device,BSPD)、绝缘检测装置(Insalution Manage Device,IMD)、电池管理系统(Battary Manage System,BMS)进行原理设计,并仿真分析验证的过程。

FSAE赛车可调尾翼控制系统样机开发

可调尾翼控制系统是一项提高赛车弯道操控性和直道极速能力的最新技术。文章在赛车尾翼基础上基于比赛工况确定尾翼攻角组合,根据尾翼运动行程实现执行机构设计;基于嵌入式技术,实现可调尾翼控制系统的软硬件开发,通过车载传感器获取不同工况下车速及制动状态信息;通过控制器计算及逻辑判断,驱动舵机工作,使执行机构带动尾翼实现不同尾翼攻角,达到提升空气动力学性能、实现尾翼智能可调的目的。通过系统样机试验测试表明,根据给定工况的信号变化,系统样机能顺利实现3种尾翼攻角组合变换。FSAE赛车可调尾翼控制系统样机的开发具有一定的应用价值。

面向FSAE竞赛的某赛车动力学仿真及试验验证

建立了考虑空气动力学因素的北京理工大学2010FSAE赛车多体动力学虚拟样机及2010中国大学生方程式汽车大赛耐久赛的赛道模型.在多体动力学仿真软件ADAMS/Car环境中,仿真了北京理工大学2010FSAE赛车的直线加速比赛和耐久赛首圈比赛过程.仿真结果表明,得到的赛车车速、车身纵向加速度和车身侧向加速度等数据与实测数据具有较强的一致性.验证了2010FSAE赛车多体动力学虚拟样机的准确性.

FAFU-7赛车的踏板总成设计与仿真

根据FSEC电动方程式赛车设计规则的要求,在保证设计的赛车制动测试达到预期目标、车手操作安全且便利的前提下,开展FAFU-7方程式赛车踏板总成系统轻量化设计。采集车手制动踏板力为390 N,设计制动踏板臂上部分112.3 mm,下部分142.5 mm。使用CATIA建立制动踏板臂三维模型,在ANSYS模块中进行静态强度仿真和拓扑优化设计,求得最大等效主应力118.87 MPa,较拓扑优化前质量减少50.23%。设计具备调节功能的总成支座与超行程开关支架,并最终完成踏板实物加工与安装。实测油压信号最大为4.5 MPa,满足车轮抱死的理论油压。文章对电动方程式赛车踏板总成提供系统的设计思路,具有一定参考价值。

FSAE尾翼翼型的空气动力学研究

针对尾翼的翼型参数和翼布置进行二维翼型的仿真,根据设计目标在Profili翼型库中筛选获取所涉及的翼型。通过CATIA建立流体域模型,采用空间布点的方式设定网格的增长方式。导入Fluent中进行仿真,对翼型在不同情况下的气流流线、所受静压、流速等进行研究,得出如下结论:GOE482翼型作为主翼时的弯度可以取8%以上,襟翼的弯度不宜太大,可以取弯度为4%左右的翼型,翼型最大弯度和最大厚度所在位置后移可以提高气流附着能力。

FSAC赛车电子电气架构设计

针对传统分布式赛车电子电气架构存在线束杂乱和整车复用性低等问题,提出了FSAC赛车中央网关+域控制器电子电气架构的设计方案。根据FSAC赛事规则进行中央网关和域控制器的硬件设计及软件设计,对此架构进行离线丢包测试和时延测试,并将中央网关和域控制器布置于赛车上进行基础功能测试和功能性验证。结果表明:中央网关以太网在数据间隔25ms以上时未出现丢包,在通信过程中平均延时小于3ms,满足可靠性、实时性要求;赛通信良好未出现数据的误传、漏传、阻塞、系统卡死等现象,中央网关+域控制器在相同动态任务下对资源占用率明显低于传统分布式架构。

大学生方程式赛车制动系统设计与分析

文章以提高赛车制动系统的稳定性为目标对制动系统进行了分析优化。首先,通过对赛车的现场调研,掌握了赛车的基本参数,并根据参数数据计算出了赛车制动力及分配系数。其次,通过MATLAB仿真模型得到同步附着系数,并以计算数据为依据设计了赛车的制动管路和制动盘。再次,利用CATIA软件绘制三维图,通过ANSYS有限元分析软件对制动踏板及支撑底座进行了结构力学分析,进而验证了设计的制动踏板符合要求。最后,CARSIM仿真结果表明,此次优化设计提高了制动系统的稳定性,为后续学者开展相关研究提供了有力参考。

基于大学生方程式汽车大赛的半轴优化设计

大学生方程式汽车大赛(FSAE)是一项由高等院校汽车或机械相关专业在校学生组队参加的汽车设计与制造比赛。参赛大学生组织团队每年独立自主设计、制造、调试一台方程式赛车。文章探讨了基于大学生方程式汽车大赛背景下的半轴优化设计,特别是针对钛合金空心半轴和碳纤维半轴的设计方案。分析了新型材料在半轴应用中的优势与挑战,并结合赛事需求,提出了相应的优化策略。钛合金空心半轴的应用,减轻了赛车的重量,提升了其性能。碳纤维半轴的应用,进一步提升了赛车的轻量化水平,还提高了半轴的抗疲劳性,使赛车在激烈的比赛中更加稳定可靠。这些技术的应用推动了赛车技术的不断发展,为培养具有创新精神和实践能力的人才做出了积极贡献。

基于ADVISOR二次开发的水平运输机车研究

针对水平运输机车的研制、开发和测试,提出一种基于ADVISOR二次开发的仿真测试方法。通过分析机车的构造和特性,建立其蓄电池、电动机、传动系统及整车仿真模型,并根据机车运行工况数据建立特有的实际工况模型。使用机车实际模型对ADVISOR软件进行针对性开发,得到与实际效果相一致的机车性能模拟分析结果。该方法可为机车的研制和开发提供数据支撑和超前的模拟评价分析,缩短机车的研发周期,降低开发成本。