FSAE赛车弯道气动特性数值模拟与试验研究

为研究FSAE赛车处于弯道工况下的气动特性,建立一简化FSAE模型,使用重叠网格方法对直道和弯道工况分别进行数值仿真。并对八字绕环进行道路试验,与数值仿真进行验证。结果表明:赛车在弯道工况中气动力发生较大变化,气动阻力增加1.5%,气动下压力增加6.5%,赛车在弯道中产生额外气动力矩,导致赛车趋于转向不足。在弯道内外侧,车身压力分布不对称趋势,侧倾角的存在是扩散器与底板下压力增大的主要原因,前轮转角影响了前翼涡流的运动,减小了前翼下压力。在八字绕环试验中测得整车下压力为121.9 N,与整车模型数值仿真相比,误差约1.6%。

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。

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.

基于LabVIEW的FSAE赛车悬架数据采集系统

文章开发了一种基于LabVIEW的FSAE赛车悬架数据采集系统,利用单片机进行前端数据采集,通过无线模块、串口通讯与LabVIEW进行数据传输,实现动态赛车减震器压缩量的实时采集、记录与回放,并实时计算获得轮芯跳动行程、车轮载荷大小及频谱曲线。利用系统实时反映的动态信息,可以检测车轮行程是否满足FSAE(Formula SAE,大学生方程式汽车大赛)规则要求,研究赛车在制动、加速以及转弯等极限工况下的轴荷转移情况,以指导赛车悬架性能调校及整车性能优化。

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.

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方程式赛车车架结构强度试验

参照中国大学生方程式汽车大赛竞赛规则,对FSAE方程式赛车进行了动态强度测试和模态试验。通过8字绕环、蛇形穿桩工况下车架关键部位的应力测试和有限元分析发现,悬架及主车架的应力分布均匀合理,车架各部位的变形符合设计要求;赛车模态试验发现车架的低阶模态频率介于发动机激励频率及赛道激励频率范围内,可能会发生共振,需要在动力总成的匹配和车架结构上进行改进。

FSAE发动机进气量修正系统的设计与验证

针对限制器引起的进气管内压力损失会增加赛车实际油耗的问题,该文以单缸四冲程赛车发动机为研究对象,从混合气体空燃比控制、喷油量的控制和进气量测量3个方面分析了电喷系统,结合电喷系统的特点建立了进气量修正方案,在此基础进行了控制单元的硬件和软件设计。通过对发动机喷油脉宽的检测验证了进气量修正控制单元满足设计要求,达到了降低油耗、提高赛车竞争力的目的。

FSAE赛车发动机进气系统优化设计

根据大学生方程式赛事对赛车发动机进气限流的规定,并结合南京农业大学宁远车队以往参赛的经验,对新赛季赛车发动机进气系统进行优化设计。对进气系统形式及其相关部件参数进行选择,并通过GT-Power软件所建立的发动机模型,进一步确定进气总管长度与稳压腔体积这两个参数。利用CATIA软件建模和有限元分析、Fluent软件仿真分析,对进气系统做了结构和力学性能方面的优化。

FSAE赛车车架结构优化和轻量化

车架是赛车的安装载体,所占赛车整备质量百分比很大。本文首先建立广东工业大学第一届FSAE赛车车架的三维几何模型;然后将几何模型导入到有限元软件中,建立了车架的有限元模型,对车架进行了静态受力分析和模态分析,根据仿真分析结果进行结构优化和轻量化设计,最后确定我校第二届FSAE赛车车架,实现车架减轻重量8.4kg。因此,结构优化和轻量化对赛车设计制造有重要意义。

FSAE赛车几款常用轮胎纵向力学特性对比

赛车的设计目标是将所用轮胎的附着力极限尽可能地发挥,这需要动力、传动、悬架和转向系统的共同配合,充分了解所用轮胎的力学特性则是设计一款赛车的重要基础。Hoosier 18×6-10 R25B和Hoosier20.5×7-13.R25B是两款FSAE领域较常用的轮胎,基于美国FSAE TTC(FSAE Tire Test Consortium)有偿提供的轮胎试验数据,对二者的纵向力学特性进行了魔术公式拟合,并对两款轮胎在不同垂直载荷、外倾角和胎压下的纵向力学特性进行了介绍和对比。由于FSAE常用轮胎的力学特性很难获得,可以为国内各FSAE车队的赛车设计提供借鉴。

三次光顺样条在FSAE轮胎数据处理中的应用

研究了三次光顺样条函数在大学生FSAE轮胎测试数据处理中的应用。通过使用三次光顺样条函数对赛车轮胎原始测试数据进行侧偏、纵向等特性曲线的拟合,可构造出便于建模的新轮胎数据。使用新的轮胎数据可以快速、准确地实现轮胎特性曲面的可视化,构建轮胎四变量仿真模型以及实现Magic Formula轮胎模型参数的识别,从而便于FSAE设计人员了解轮胎特性,构建轮胎模型以及进行整车动力学仿真。通过Matlab/Simulink编程以及ADAMS的仿真验证了上述轮胎数据处理方法的可行性,为中国大学生FSAE在轮胎数据处理领域积累了一定的经验。

FSAE赛车总布置及车身造型设计

为合理分配SAE方程式(Formula SAE,FSAE)赛车车身质量和减少制造成本,运用人机工程学的原理,结合乘用车总布置设计经验,进行FSAE赛车包括发动机、驾驶室、踏板、座椅、仪表盘、方向盘在内的总布置设计。用眼椭圆校核驾驶员的视野,在CATIA中导入H点人体模型验证总布置设计的合理性。结合F1赛车的造型经验,运用空气动力学和美学原理,对FSAE赛车的外型进行改进设计。

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。

大学生FSAE赛车发动机进气系统设计

利用AVL BOOST建立FSAE赛车发动机工作循环的一维模型,对其进行分析优化,确定合适的进气歧管长度、谐振腔容积等几何尺寸,并借助三维建模软件Inventor对进气系统各个部件进行建模。

FSAE赛车的制动能量回收系统研究

基于华南农业大学纯电动方程式赛车队的FSAE赛车,自主研发设计出了一套建立在纯电动方程式赛车上的制动能量回收系统。通过系统的仿真和实车的实验来验证此套制动能量回收方案的可行性,从而进一步研究提高电动方程式赛车的能量利用效率的方法、为改善电动方程式赛车续航问题提供有益借鉴。

基于CFD的FSAE赛车尾翼设计及优化研究

针对FSAE赛车尾翼的设计,采用CFD数值分析的方法,对FSAE赛车的尾翼翼型、尾翼翼缝、尾翼端板形状和翼片数量与尾翼气动性能之间的关系进行了研究。对尾翼气动性能具有重要影响的翼型在不同弯度和不同弯度位置条件下进行了气动分析和对比,发现了翼型弯度和厚度对于其阻力和负升力的影响,确定了合适FSAE赛车尾翼的翼型;同时对尾翼的翼缝、端板形状和翼片数量等关键参数进行了研究,根据其压力云图、流线图的变化规律和匹配原则,确定了最佳方案。研究结果表明:尾翼的翼型弯度及最大弯度位置、尾翼翼缝、尾翼端板形状和翼片数量对于尾翼的气动性能具有重要影响。

FSAE赛车四轮转向系统PID控制仿真

根据已知的前后轮转角控制关系,采用PID控制来控制电机的运行。在此基础上,对FSAE四轮转向赛车进行了系统仿真,并针对仿真结果进行了系统的分析,结果证明了PID控制策略对于控制FSAE四轮转向赛车的可行性,并为后续的实践打下了理论基础。

基于Hyperworks的FSAE车架有限元分析及优化

车架作为FSAE赛车的主要承载体,直接影响着赛车的加速、操控和安全性能,车架的强度与刚度在赛车的设计和制造中显得尤为重要。根据大学生方程式汽车大赛规则要求,在CATIA中建立车架的三维几何模型,然后将几何模型导入到Hypermesh中,建立车架的有限元模型。再利用Radioss进行弯曲、满载加速、满载转弯和扭转工况下的车架强度和刚度的分析。最后通过钢管尺寸优化等措施进行优化设计与分析,实现了车架减轻质量6 kg;通过结构优化,赛车的整体性能也得以提高。