方程式赛车尾翼作用的仿真研究

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1、方程式赛车尾翼作用的仿真研究[摘要]通过机械系统动力学分析软件ADAMS建立了某方程式赛车的模型，并通过与实际比赛成绩的对比验证了虚拟样机模型的准确性。在此基础上，建立了NACA6411型尾翼的空气动力特性，通过虚拟仿真试验，对有尾翼及无尾翼赛车的某些性能进行了对比，为方程式赛车的设计提供了有力依据。关键词：方程式赛车；ADAMS；尾翼；仿真Thesimulationstudyontheeffectofformularacingcarrearwing[Abstract]ByapplyingthemechanicalsystemsimulationsoftwareADAMS，them

2、odelofacertainFormularacingcarwasestablished.Bycomparisonwiththeactualresultsofcompetition,thecorrectnessofthevirtualprototypingmodelisverified.Basedonthese，theAerodynamiccharacteristicofNACA6411rearwingwasestablished,byVirtualExperiment,Someperformanceoftheracingcarwithorwithoutrearwingwascom

3、pared,itcanprovideastrongbasisforthedesignofFormularacingcar.Keywords:formularacingcar;ADAMS;rearwing；simulation前言中国大学生方程式汽车大赛（中国FSAE）是由中国汽车工程学会主办，由高等院校汽车工程或其相关专业在校学生组队参加的汽车设计与制造比赛。该项大赛致力于为国内优秀汽车人才的培养和选拔做出贡献，提高学生们的设计、制造、成本控制、营销、沟通与协调等五方面的综合能力，为中国汽车产业的发展进行长期的人才积蓄，促进中国汽车工业向“产业强国”的迈进。而对于中国方程式汽车大赛

4、，由于比赛周期仅为一年，没有大量精力进行样车制造及试验，所以通过虚拟样机技术建立准确的虚拟赛车模型，并在设计之初对赛车的性能进行测试及优化，是具有重大实际意义的。本文通过ADAMS/CAR模块建立了方程式赛车的虚拟样机模型，通过实际比赛成绩验证了模型的准确性，并填加了尾翼的空气动力特性，对该尾翼对赛车性能的影响进行了仿真试验探究。1赛车模型建立及验证1．1赛车模型的建立ADAMS/CAR中的整车建模的方式为自下到上的方式，首先建立各子系统的模板，通过通讯器定义各个子系统之间的运动学及动力学联系。一个完整的整车模型包括前后悬架子系统、转向子系统、轮胎子系统、车身子系统、动力总成子系统

5、。首先对各个子系统进行物理抽象，构件拓扑关系。主要位置坐标值通过三维设计模型获得，轮胎、弹簧、减震器等子系统的属性文件由厂家提供的性能参数编写。由于篇幅限制，具体建模过程不做赘述。完成各子系统的建立后，在ADAMS/CAR中完成整车装配。整车装配模型如图1所示。图1整车装配模型1．2赛车模型准确度验证根据2010年中国方程式汽车大赛的比赛成绩，在ADAMS中进行同样工况的仿真，将仿真结果与实际比赛成绩比较，以验证赛车模型建立的准确性。1．2．1直线加速仿真在2010年中国方程式汽车大赛直线加速比赛项目中,北京理工大学方程式赛车的成绩为75米加速用时5秒。在ADAMS/CAR中，进行

6、直线加速仿真，控制方式为开环控制，节气门最大开度设置为100%，仿真时间为20秒，仿真结果如图2所示。图2直线加速仿真结果由图2可以看到，虚拟赛车模型行驶75米的所用时间为5.1秒。与赛车实际75米加速结果相差0.1秒，可见虚拟赛车模型具有一定准确性。1．2．2比赛赛道仿真2010年中国方程式汽车大赛耐久赛项目中,北京理工大学方程式赛车用时1186秒完成12圈耐久赛（单圈距离为1237米）,平均每圈用时98秒,平均速度为45km/h。利用ADAMS/CAR提供的路面建模器，根据比赛赛道位置坐标建立赛道模型，并基于伪白噪声法，通过随机路面干扰输入的方式模拟沥青路面，沥青路面的参数设置

7、如下：空间功率谱密度为0、速度功率谱密度为12、加速度功率谱密度为0.17。将建立好的赛道路面文件通过ADAMS/CHASSIS模块中的pathoptimization功能计算赛车的最佳行驶路线，如图3所示。图3赛道最佳走线赛道建立完毕后，执行smartdriver仿真，即智能驾驶模块。。仿真开始时，系统会首先忽略空气动力特性及轮荷的转移，生成一个简化的模型，通过整车模型的动力系统性能、轮胎性能来计算通过每个路径横断面时的可能的一组最大速度，之后再计入空气动力特性及轮