无人方程式赛车虚拟场景仿真测试技术研究

用虚拟样机在虚拟的驾驶场景中进行无人驾驶车辆的仿真测试,可以在一次物理样机测试所需的时间和预算内完成数以千计的试验测试,从而将极大地推动无人驾驶技术的开发。根据襄阳梦想赛车场赛道的几何参数,使用Prescan软件平台构建了襄阳梦想赛车场的虚拟赛道场景,使用Carsim软件建立了Bistu-Ⅲ型无人方程式赛车虚拟样机,通过Prescan/Sim-ulink/Carsim联合仿真实现了无人方程式赛车在虚拟赛道上直线加速、“8”字形绕桩和圈速计时的仿真测试。仿真结果表明,论文所构建的虚拟场景测试系统能够进行无人方程式赛车进行比赛项目的仿真测试,能够对赛车的环境感知传感器进行性能验证。

以方程式赛车实践促汽车理论课程学习的教学模式探讨

为了适应经济社会发展,贯彻国家关于人才发展的重大战略,培养实用型、高技能人才是高等教育的重要任务。文章以大学生方程式赛车项目为依托,以汽车理论教学为切入点,探讨了如何深度融合实践与理论教学。首先介绍了方程式赛车项目的背景和意义,突出了其在培养学生团队协作、解决问题和创新思维方面的重要性。随后,详细分析了如何将汽车理论知识与方程式赛车实践相结合,提出了课堂教学、实践训练和竞赛实践三个方面的教学模式。最后,总结了该模式在提升学生综合素质和就业竞争力方面的积极影响,以及在培养实践型人才方面的潜力和挑战。

方程式赛车解耦悬架设计与运动仿真分析

悬架系统是车辆的重要组成部分,对赛车操纵稳定性作出很大的贡献。为适应中国大学生方程式汽车大赛(FSEC)对不同赛道环境的适应性,减少两侧车轮受侧倾和纵倾时的相互影响,设计了一种完全解耦的悬架结构。该悬架系统包括导向机构、减震元件、横向防倾杆等,通过两个避震器和与之相连的导向机构的几何参数设计与力学分析,有效实现了赛车纵倾刚度和侧倾刚度分离。研究基于MATLAB对解耦悬架系统进行了运动学仿真模拟,分析结果表明,该结构在车辆侧倾和俯仰时,两避震单元之间几乎没有影响,可有效实现车辆纵倾刚度和侧倾刚度的独立控制和调整。该设计可有效提升赛车的整体操控性,使之更适应比赛赛道,有助于提升赛车车队的成绩。

电动方程式赛车的电池箱分析优化

作为电动方程式赛车的核心动力来源,电池的重要性不言而喻。为了保证电池在多种路况、工况下稳定运转,电池箱的设计方案便显得尤为重要,方案不仅仅要考虑强度因素,还不能忽视其轻量化、可靠性等性能,针对上述论述,采用CATIA软件对方程式赛车的动力电池箱主要零部件进行结构设计、装配,在确保结构完整性的前提下通过ANSYS软件对其进行有限元仿真分析,具体操作步骤包括确定材料属性,正确对模型进行网格化以及确定载荷和约束施加等。结合ANSYS有限元仿真软件对所搭建的电池箱三维模型进行静态应力分析,通过仿真结果得到模型的应力及变形云图,判定电池箱在后续工作过程中最容易发生变形的位置,为之后的结构优化设计提供有价值的指导方向。

大学生方程式赛车发动机进气系统设计及优化

针对大学生方程式赛车发动机增设限流阀导致的动力性下降问题,以西安航空学院大学生方程式赛车搭载的GSX R600发动机为研究对象,对其进气系统开展优化设计。基于赛事规则和发动机基本参数,确定进气系统布置形式及进气总管、稳压腔、进气歧管相关参数,并利用CATIA软件建立进气系统三维模型。利用ANSYS Fluent软件针对速度场、压力场、质量流量开展流体动力学分析,结果表明所设计进气系统性能优于上赛季。为进一步改善进气均匀度、提高充气效率,对进气总管与稳压腔交界面形状进行优化,优化后进气系统质量流量提高了2.6 g/s,4个进气歧管质量流量标准差降低了50.17%。

侧风下大学生方程式赛车气动性能研究

以大学生方程式赛车为研究对象,采用横摆模型法对不同侧风下的赛车气动特性进行了CFD仿真和试验研究,得到了相应的气动力系数,并对不同侧风下流场中速度以及压力的分布进行了分析,探究了气动力系数和尾部流场的差异.结果表明,赛车的阻力系数和侧向力系数随横摆角的增大而增大,而升力系数并不随横摆角线性变化.赛车的下压力主要由前后翼提供,随着横摆角的增大,后翼所提供的下压力逐渐减小,而底板所提供的下压力则逐渐增大.车身所提供的阻力随横摆角的变化更为敏感.不同横摆角下,赛车尾部的涡流分布存在较大差异.

FSAE方程式赛车制动系统的设计

提出了一套适用于FSAE方程式赛车制动系统设计的方法,包括零部件的匹配和制动性能的仿真。从FSAE比赛规则出发,分析了比赛对赛车制动性能的要求,确定了赛车制动系统的形式。通过对赛车在不同制动强度下的受力分析,初步分配了赛车的前后制动力,再以此为基础匹配了制动主缸、制动器和制动盘。在AMESim仿真环境下建立了整车制动系统的模型,并与Simulink中建立的三自由度整车模型进行了联合仿真。仿真结果表明,赛车在中等强度、大强度制动时的制动性能均满足设计要求,通过与实车试验的对比,验证了仿真模型的正确性和有效性。

FSAE方程式赛车转向系统的仿真与优化

研究赛车比赛转向系统动特性优化问题,由于赛车高速和赛道特殊的特点,赛车的转向稳定性问题和轮胎的单侧偏磨问题一直困扰着赛车设计者。针对上述问题,提出了一种符合赛车赛道特殊设计的断开式转向梯形机构设计方案。利用MATLAB计算软件,建立了空间转向梯形运动学模型,进行优化设计,控制梯形的Ackerman与理想Ackerman的误差,来提高赛车的转向稳定性。又建立了赛车转向系统和悬架系统动力学模型并进行了仿真分析,在车轮上下跳动时,控制车轮前进变化量的大小,可减弱轮胎的单侧偏磨程度。结果表明设计出的转向梯形机构方案具有良好的转向稳定性,很好地缓解了轮胎的单侧偏磨现象。

基于转向轻便性与回正性的方程式赛车主销内倾角优化

方程式赛车转向沉重是一个需要解决的问题.在考虑轮胎非线性侧偏特性的基础上,根据双横臂悬架主销内倾角的计算公式,确定了转向回正时残余横摆角速度与主销定位角度的数学关系.在此基础上对赛车的主销内倾角进行了优化.并利用多体动力学仿真软件ADAMS建立了赛车的虚拟样机模型,优化后的赛车多体动力学仿真结果表明,在保证赛车转向回正性能的前提下,赛车的转向轻便性得到了提高,为赛车主销定位角度的设计提供了指导.

大学生方程式赛车复合材料单体壳车身优化

采用碳纤维和铝蜂窝板为车身主材,对大学生方程式(FSAE)赛车进行了单体壳车身的设计.对比选择了合适的碳纤维复合材料,对单体壳车身的铺层设置先后进行了自由尺寸优化、尺寸优化和铺层优化仿真,并进行了剪切强度和弯曲刚度校核.结果表明,所设计的碳纤维单体壳车身总重24.3kg,比钢制车架车身质量降低34%,同时车身扭转刚度和弯曲强度达到参考钢制车身指标.通过铺层方向、铺层顺序和铺层数量的合理匹配,可使碳纤维复合材料拥有超过钢制产品的力学性能.

基于特定赛道的方程式赛车转向梯形优化与虚拟试验

以对某方程式赛车的转向梯形传动机构进行优化为目的,基于转向梯形的运动学特性,及对赛车在特定赛道上比赛时传感器所采集的方向盘转角数据的分析,通过引入加权因子建立了以理想Ackerman几何关系为目标函数的优化模型,利用非线性最小二乘法进行了优化。并通过机械系统仿真软件ADAMS建立了赛车的虚拟样机整车模型,在通过试验验证其准确度的基础上,对优化前后的赛车的操纵特性进行了对比。虚拟试验结果表明,优化后的赛车不足转向特性略有加大,同时转向时前轮距变化幅度变小,转向时外侧车轮更加垂直于地面从而可以提供更大的侧向力,并且轮胎跳动时的前束角变化幅度变小。为同类赛车的转向梯形设计提供了借鉴。

基于有限元法的某型大学生方程式赛车车架优化设计

根据《中国大学生方程式汽车大赛规则》(2014版)的要求,利用CATIA对大学生方程式赛车车架进行设计和建模;利用ANSYS对车架进行3种典型工况(弯曲、制动、转弯)有限元分析以及弯曲刚度和扭转刚度的计算,掌握车架的应力和变形情况;对车架进行改良设计,并对改进后的车架进行3种典型工况下的有限元分析和弯曲刚度、扭转刚度的计算以及模态计算。计算结果表明,车架的改进设计减轻了其质量,改进后车架的强度和刚度在允许范围内;该赛车发动机应尽量避开1200、1980、2520、2820、2850、3510r/min这6个转速,以免引起车架共振。

大学生方程式赛车操纵稳定性仿真与优化

基于Adams/Car建立大学生方程式赛车的整车虚拟样机模型,参照国标GB/T 6323-2014进行了虚拟样机稳态回转和蛇形仿真试验,测试赛车的操纵稳定性,并根据QC/T 480-1999对仿真结果进行评价。利用Adams/Insight模块对虚拟样机模型参数进一步优化,优化后的参数对整车的操作稳定性具有明显的改善作用,为赛车设计提供了参考。

基于特定赛道的方程式赛车转向稳定性研究与虚拟试验

前轮主销后倾角对车辆的转向稳定性具有较大影响。以比赛中的特定赛道为基础,为提高某方程式赛车在此赛道上过弯道时的转向稳定性,基于对比赛时车载信息系统所采集的数据的分析,以二自由度整车模型为基础,通过劳斯稳定性判据得到了赛车主销后倾角与稳定极限车速的匹配数学关系式。在此基础上,通过已经试验验证准确度的整车47自由度ADAMS虚拟样机模型,进行了虚拟试验。其结果验证了理论分析的正确性,表明该数学公式对赛车的主销后倾角与极限转向车速的匹配有一定的预测性,为国内方程式赛车的设计提供了依据。

某方程式赛车操纵特性虚拟试验分析

以对某方程式赛车的操纵特性进行动力学虚拟实验分析为目的,应用机械系统动力学仿真软件ADAMS建立了某方程式赛车的虚拟样机模型,并且考虑了空气动力因素。通过与转向盘角阶跃试验采集的数据的对比,验证了虚拟样机模型的准确性。在此基础上,进行了转向盘角阶跃输入、稳态回转、转向轻便性及回正性的虚拟试验。仿真结果表明:赛车瞬态响应较快,并在不同速度下都能保证适度不足转向特性,且转向轻便性及回正性良好。

大学生方程式赛车多连杆悬架设计及优化

针对某赛车参赛过程中出现的转向回正力过大,过度转向趋势以及抗制动点头造成球铰间隙过大等问题,论文首先采用"二次瞬轴法"设计多连杆悬架虚拟主销,应用多体动力学仿真软件ADAMS/Car模块建立前悬架与转向系统虚拟样机;之后对主销后倾角、车轮外倾角、前束角及抗制动纵倾性四个参数仿真并应用ADAMS/Insight模块进行多目标优化设计;优化后的多连杆悬架能够提供合适的回正力矩,赛车具有轻微的不足转向趋势,同时赛车抗制动点头现象也得到明显改善。为大学生方程式赛车中的多连杆悬架设计和优化提供了参考。

FSAE方程式赛车车架的设计与轻量化

为满足FSAE(formula student automobile equation)方程式赛车车架强度和刚度的要求,其安全裕度较大,为充分挖掘车架的轻量化潜力,运用有限元分析软件依次对车架进行了SIMP方法的拓扑设计和截面尺寸优化,通过改变模型参数值,同时在网格模型保持不变的情况下,采用尺寸优化技术模拟3种实际赛道工况,在保证刚度和强度前提下车架最大变形量相应减少了7%、7.5%、14.7%,最大应力在200 MPa以内,车架质量减少了32%.最后通过模态与试验分析,优化设计的车架有效避开了与外部激励的耦合效应,8字绕环测试所用时间减少了3%.该赛车车架实现了轻量化的目的.

FSAE方程式赛车进气系统设计

研究分析S.FSAE方程式赛车进气总管的渐缩角与扩张角、稳压腔的容积大小以及进气歧管的内径与长度对充气效率的影响关系。结合CATIA软件绘图、FLUENT软件对赛车进气系统进行流场分析,运用GT-POWER软件仿真试验得出优化数据。分析结果得出进气总管的渐缩角为18°、扩张角为6°、进气歧管的长度为180mm、稳压腔体积为2.9L时进气效果最优。

大学生方程式赛车空气动力学套件改进

大学生方程式赛车空气动力学发展特别强调增加整车下压力,以提高过弯最高车速,达到增加平均单圈行驶速度的目的。本文描述了使用CAD与CFD等技术对赛车空气动力学套件及整车空气动力学特性设计与改进的一种方法。首先通过圈速仿真确定气动力改进目标,对整车外流场进行分析得出目标理想流场。调整了前翼襟翼弦长与翼片布置,减小了其对整车气流的不利干扰、提高了前翼产生的下压力并减小了前轮阻力。改进了扩散器在整车中的位置,避开尾部气流分离区,使车辆底部负压增大,提高了整车下压力。此外,尾翼优化了翼片结构,增加一组梁翼,使车底部负压扩大更显著,进一步提高了整车下压力。

基于ADAMS的方程式赛车前悬架分析与优化

针对某型大学生方程式赛车前悬架系统进行分析与优化。利用动力学软件ADAMS/CAR建立该赛车前悬架多柔体模型,并在弹性运动学模式下进行仿真。分析了双轮平行跳动时悬架运动特性和赛车制动时的转向轻便性与抗点头性,结果显示主销内倾角、车轮外倾角、转向盘力矩与磨胎半径变化规律不符合设计要求。运用ADAMS/INSIGHT对原系统进行多目标优化,最终各参数均得到优化,改善了悬架系统的运动学特性与赛车的转向轻便性。