基于CarSim的FSAE赛车传动系统主减速比选择策略

车辆动力学虚拟仿真在汽车设计中具有重要的意义,文章从传统汽车动力学理论出发,结合CarSim汽车动力学仿真软件,提出了一种大学生方程式汽车大赛(FSAE)传动系统主减速比的选择策略。综合大学生方程式大赛规则中各动态赛项目成绩的计算方法,制定了目标分数评价指标,并根据西安交通大学毅行方程式车队2019、2020赛季的实车实验,验证了该传动系统主减速比选择策略的优势。研究结果对FSAE参赛车队传动系统主减速比的设计提供了一定的指导作用。

基于CFD的大学生方程式赛车发动机进气系统设计优化

基于大学生方程式汽车大赛规则,为大学生方程式赛车赛用发动机春风650设计全新的进气系统。基于CFD方法,针对6000转高转速工况下发动机进气系统进行研究。采用ANSYS Fluent对进气系统进行瞬态三维流场仿真,时间步长设置为0.0005 s。湍流模型选择为realizable k-ε湍流模型,Velocity-inlet速度设置为15 m/s,压力为标准大气压;pressure-outlet采用expression设置压力波动函数,进气压力曲线由实际测量得出并拟合为正弦函数。对仿真结果进行后处理,主要对出口质量流量曲线、进气道内速度矢量分布图和压力云图进行分析研究。通过流场分布得到如下结果:气流在进气系统内呈现出旋转的趋势,弯曲的管道中易形成螺旋气流。进气系统中的压力波动周期循环,且稳压腔内部压力梯度较小。设计的进气系统有效提升了进气量,改善了安装限流阀后发动机的性能,能够提升发动机在比赛工况下的工作性能,为FSAE进气系统设计提供了理论指导。

Formula SAE赛车转向节的拓扑优化

运用OptiStruct求解器对某一Formula SAE赛车的后转向节进行多工况加权拓扑优化,并将结果和以往的设计方案进行对比。结果表明,优化后在强度和刚度满足要求的条件下,后转向节的质量减轻45.1%,说明了该方法的可行性和有效性。

方程式赛车车架等效载荷解析研究

车身骨架是方程式赛车主要的承载构件,是构成赛车主体的主要部件,其中发动机总成、变速器、水箱、悬架等都必须在车架上得到可靠的安装与连接。要求其在制动、起动、扭转工况下,车架的变形不会影响到各赛车的重要部件在车架中的安装,以及其各管件及连接点不会因受力而受到破坏,为此需要对车架进行等效载荷的分析和计算,分析结果可为后续车架优化提供数据支持和理论基础。

基于无人驾驶方程式赛车的电池箱联合仿真实验设计

考虑电池的安全性能和环境参数复杂性,设计并搭建了适合中国大学生方程式无人驾驶赛车大赛的电池实验系统。以Simulink模块化编程为基础,结合控制理论、热力学、车辆运动学以及电气工程相关知识,完成了电池箱实时放电、散热情况的仿真模型。该实验系统能够用于实验教学,通过对无人驾驶赛车电池箱设计,能提升学生综合实践能力。

一种改进Delaunay三角剖分的临时道路检测方法

针对由交通锥桶引导的临时道路,提出一种改进Delaunay三角剖分算法,实现该特殊场景下的道路检测。使用YOLOv4算法对图像中的交通锥桶目标进行识别,并融合图像信息与激光雷达获取的交通锥桶点云信息,对融合后的交通锥桶信息进行Delaunay三角剖分,提出一种Delaunay三角网滤波算法与局部优化策略,根据路况变化实现Delaunay三角网权重与损失值的实时计算,有效滤除损失值总和不满足条件的三角边,算法减少了Delaunay三角网内的噪声约束,有效实现车道线与可行驶路径的快速规划与实时更新。实车实验结果表明:该算法平均耗时35.4 ms,所检测路径绝对轨迹误差为0.2 m、准确率为97%,相比传统Delaunay三角剖分算法,改进后的算法满足实时性要求,降低了路径检测误差,提高了路径检测准确率。

无人驾驶方程式赛车系统动力学建模

以无人驾驶方程式赛车作为研究对象,基于MATLAB/Simulink研究车辆动力学建模,推导车辆三自由度运动学数学模型和动力学数学模型。根据三自由度数学模型结合Dugoff轮胎公式和轮胎转动计算公式,推导七自由度车辆动力学模型。在MATLAB/Simulink中建立车辆仿真数学模型,并验证了输入恒定前轮转角和初速度工况的仿真结果,为无人驾驶方程式赛车设计和测试建立了测试平台。

基于FLUENT的FSC赛车空气动力学系统的设计与分析

空气动力学系统的设计与分析是方程式赛车中及其重要的一部分,文章的设计与分析是以北京理工大学珠海学院方程式车队设计的一辆方程式赛车的空气动力学套件为研究对象。首先通过三维建模软件CATIA建立完整的赛车模型,然后将模型导入CFD软件进行数值模拟,最后通过CFD软件分析得出加装空气动力学系统的赛车在风速20 m/s的工况下的负升力从-34 N提高到411 N,加装前翼后前轮受到的阻力减少了约33%。

无人驾驶方程式赛车环境感知技术

对国内外无人驾驶环境感知技术进行总结归纳,分析其在无人驾驶方程式大赛背景下的适用性。首先对环境感知技术依据使用传感器的不同,进行分别概述分析,包括基于视觉、基于激光雷达和基于传感器融合的环境感知技术;同时讨论了各类感知技术在无人驾驶方程式赛车领域内的适用性以及存在的问题;最后对无人驾驶方程式赛车的环境感知技术未来发展趋势进行讨论与展望。

基于ANSYS的方程式赛车轮辐有限元分析

中国大学生方程式汽车大赛(FSC)是由高等院校汽车工程相关专业在校学生组队参加的汽车设计与制造比赛。根据《中国大学生方程式汽车大赛规则》(2022版)的要求,利用CATIA对大学生方程式赛车轮辐进行设计和建模;对2种典型工况(直线加速、转向加速)进行受力分析求出前后轮载荷,利用ANSYS软件进行有限元分析以及轮辐最大位移量和最大等效应力的计算;对轮辐进行改良设计,优化轮辐几何体结构,调整轮辐与轮毂安装的旋转面的厚度和曲线的曲率以及轮辐质量,对优化后模型进行加速工况分析。分析结果表明,轮辐的优化设计实现轻量化,且其强度和刚度在允许范围内,保证赛车在行驶过程中操纵稳定。

大学生方程式赛车立柱总成性能分析

立柱是大学生方程式赛车中悬架系统、转向系统与车轮的关键连接部件,其性能决定了赛车的操纵稳定性、轻便性和安全性。为了使立柱总成更好满足方程式赛车的高强度使用工况,首先对立柱总成进行受力分析以及结构设计,建立立柱总成的三维模型,然后对立柱总成在制动和高速极限转弯时进行有限元分析。分析结果表明,立柱总成的应力分布情况和变形位移量均符合方程式赛车的功能要求。

电驱动方程式赛车转向操纵稳定性分析

对车辆来说,拥有良好的转向操纵稳定性是至关重要的,对方程式赛车尤为重要,对赛车进行转向操纵稳定性的分析与研究是每一支参赛车队都必须要做的。笔者首先对FSAE大学生方程式赛车在国内外的发展现状和方程式赛车操纵稳定性的影响因素进行简要说明,然后以学校参赛车队设计的电动方程式赛车的转向系统硬点坐标为基础,利用ADAMS/CAR虚拟样机对方程式赛车影响因子进行建模,并针对整车主要影响因子进行仿真分析、试验,输出仿真曲线,借助曲线结果的分析,对赛车操纵稳定性给予评价。

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。

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。

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.

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.

基于ADAMS的FSAE赛车建模与操纵稳定性仿真

为建立某FSAE赛车的虚拟样机模型及评价其操纵稳定性,采用机械系统动力学分析软件ADAMS中的ADAMS/CAR模块,建立了某中国大学生方程式(FSAE)赛车模型,并介绍了建模的过程及要点.建立了比赛赛道的模型,利用ADAMS/CHASSIS得到赛车在此赛道上的最佳行驶路径.利用Smart driver模块仿真得到赛车模型在此赛道的极限行驶性能.通过与比赛实际成绩的比较,验证了虚拟样机模型的准确性,为方程式赛车的设计及优化提供了有力依据.在此基础上进行了操纵稳定性的仿真试验,结果表明,赛车具有明显的不足转向趋势,符合设计要求.

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电动赛车再生制动系统开发

为提高大学生方程式(FSAE)纯电动赛车耐久赛成绩,开发一套适用于FSAE电动赛车的再生制动系统.对ADVISOR软件二次开发,通过修改整车模型、车轮模型、驱动控制模型及电池模型等,建立适用于FSAE纯电动赛车的仿真平台;为保证再生制动系统的稳定性,降低赛车控制器和传感器精度对系统的影响,提出一种后轴并联制动力分配控制策略,并进行了耐久赛工况分析;对再生制动系统控制器进行软硬件开发,并进行实车试验.仿真及试验中再生制动能量回收率分别达到20.89%和19.07%,所设计的再生制动系统可有效回收FSAE纯电动赛车的制动能量,提高耐久赛成绩.