FSC纯电动方程式赛车动力系统参数匹配和电子差速控制研究

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基于Cruise 电动车整车性能参数匹配及仿真分析

基于Cruise 电动车整车性能参数匹配及仿真分析冯红晶【摘要】The power matching of the electric motor,battery and transmission ratio is designed according to the vehicle parameters and the vehicle performance indicators.The vehicle simulation model,the electric motor and the battery model were built for analyzing the power performance and the economy performance based on the Cruise simulation software.Results show that the maximum velocity,the acceleration time of the 0-75m and the 0-80km/h,and the driving range act well with the design stly,real vehicle test about the power performance and the economy performance were carried out on the car and the results were basically consistent with the simulation results.This further demonstrated the validity of the power system design based on Cruise simulation software.%根据整车参数和整车性能指标对电动车的电机、电池以及传动比进行动力匹配设计,利用Cruise仿真软件建立整车模型、电机以及电池模型,对其动力性和经济性进行仿真分析.由仿真结果可知,最高车速、0～75 m加速时间、0～ 80 km/h加速时间以及续驶里程均符合初步设计要求.对电动车的动力性及经济性进行道路试验,对比道路试验与仿真分析的结果,发现道路试验所测数据与仿真结果基本符合,验证了基于Cruise的整车性能参数匹配的合理性和所建模型的准确性.【期刊名称】《西华大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(036)003【总页数】7页(P16-22)【关键词】电动车;动力匹配;整车模型;仿真分析;动力性;经济性;道路试验【作者】冯红晶【作者单位】北京新能源汽车股份有限公司,北京102606【正文语种】中文【中图分类】U462.3+1;U462.3+4电动汽车(EV)是21世纪清洁、高效和可持续发展的交通工具，是一种电力驱动的道路交通工具。

车辆工程专业精品毕业设计大学生方程式赛车设计(发动机匹配试算与装配设计)开题报告-发动机

5.实施计划
第5周查阅文献、收集资料、初定设计方案；
第7~8周设计方案分析与计算、绘制草图；
第9~10周绘制装配图；
第11~14周绘制零件图；
第15周撰写设计说明书；
第16~17周互审评阅、答辩。
指导教师意见
指导教师签字：年月日
教研室意见
教研室主任签字：年月日
(2)YZF-R6：R6最大的特点，无疑就是它惊人的转速和功率. 08年之后的新机器：新R6的压缩比超过了13:1；缸径也达到了67mm；更重要的是新R6换装了钛合金气门，降低了气门运动的往复惯性力，有利于发动机的响应特性；
(3)GXS-R6：R600的双涡流燃烧室，还是一个颇具特色的设计，它对于R600较大的峰值扭矩也是功不可没，据说经济性也很不错。齿轮比方面，R600介于R6和CBR600的风格之间，比较折中，还是很可取的
发动机是一辆汽车的心脏，对于追求速度的方程式赛车来讲，发动机更是你不可或缺的关键配件。根据2011年到现今各车队使用四缸机的情况来看（2010都是春风单缸发动机），基本用到的四缸发动机为本田的honda-CBR600发动机、雅马哈的YAMAHA-R6发动机、铃木的suzuki-GSXR600发动机、川崎的kawasaki-ZX6rr发动机等。
国内外同类设计或同类研究的概况综述一般fsae动力系统会选用两种主流策略第一种是使用大排量的四缸机不仅转速高能够获得更大的动力极限而且发动机体积和重量也适中但是大排量四缸机价格较高而且在国内的获取渠道较少绝大多数源自走私的二手车并且在加装了限流器之后进气道设计需要比较多的时间精力进行优化
河南科技大学毕业设计（论文）开题报告
4.设计（或研究）方法
运用发动机原理，汽车构造等所学的知识，根据大学生方程式赛车的比赛规则及网上查询资料，确定采用CBR600发动机。根据大学生方程式赛车规则要求进行限流阀改进设计，利用GT-POWER,FLUNT对进排气系统进行优化设计。冷却系统通过计算利用所学的热工知识合理配用冷却箱冷却液和风扇。

方程式赛车动力系统设计(本科毕业设计)

一、设计步骤设计背景：本文基于扬州大学力行车队的方程式赛车进行研究，阐述 FSAE赛车动力系统匹配现状与发展的相关问题。

通过对方程式赛车的电机参数、传动比、电池组容量进行匹配设计，借以寻找一种有效的动力系统优化思路。

在保证赛车动力系统运行水平的基础上，持续改进系统功能及其运行策略，最终进一步提高FSAE 赛车动力系统的运行能力，使得所设计以及制造的方程式赛车能够满足FSAE赛事比赛的要求。

主要内容如下：（1）参考对比国内高校方程式赛车电动汽车的整车布置方式，设计本文所要求设计的扬州大学电动方程式赛车的布置方式；（2）以本校电动赛车基本参数和设计目标为基础进行动力系统参数设计，对电机、传动装置及能源系统进行结构设计和总体性能计算；（3）使用CATIA软件进行系统建模，对电机、电池、控制器以及驱动桥的位置进行合理布置，做好动力系统的总布置图；（4）按照设计任务书中对赛车的动力性和经济性的要求，对赛车的动力系统进行参数匹配，最终确定整车动力系统组成部分的选型。

在Optimum Lap软件中建立赛道模型，通过软件分析方程式赛车的比赛工况；（5）基于CRUISE软件进行赛车的性能仿真，对影响赛车的经济性与动力性的几个因素进行分析，验证所设计的动力系统各部分参数的准确性；二、设计思路图1-3 整体设计技术路线三、设计内容赛车的设计是从赛车的总布置开始，涉及车架、车身、底盘、传动、转动、可靠性和稳定性测试等多方面内容[13]。

纯电动赛车与传统的燃油赛车相比，由于动力源的差异，所以纯电动赛车没有发动机和油箱，代之以动力电池系统以及电机驱动系统。

FSEC纯电动方程式赛车是本着对传统车辆的加速、制动和操纵性能进行创新设计，赛车的总布置是一个穿插赛车设计始末的过程，总布置的确定对赛车的性能有着重要的影响。

三、系统布置整个赛车的组成结构如图2-2所示，主要有驱动系统、能源系统、车架车身、底盘系统等基本结构要素。

图 2-2 整车部分系统布置四、控制系统由于FSAE赛车实质上就是一辆纯电动汽车，因此赛车的动力系统也与纯电动汽车相似，都是由电机和电机控制器组成。

FSAE方程式赛车传动系统的优化设计及LSD的调教

FSAE方程式赛车传动系统的优化设计及LSD的调教魏琛琛;刘浩凌;王燕妮;赵云海;刘攀;吉祥豪【摘要】在满足大赛规则[1]要求的前提下,针对FSAE方程式赛车的整体性能及赛道状况,提出一种较为先进可靠的传动系统的优化设计方案.首先利用MATLAB建立数学模型,对赛车进行动力性能仿真,得到最优主减速比.再利用CATIA建模,ANSYS分析,进行机械结构的优化设计.最后,在实车调试中,针对赛车的实际状况,不断对LSD(限滑差速器)进行调教,使赛车性能达到最优.【期刊名称】《汽车实用技术》【年(卷),期】2017(000)012【总页数】5页(P67-71)【关键词】FSAE赛车;MATLAB动力仿真;结构优化;LSD调教【作者】魏琛琛;刘浩凌;王燕妮;赵云海;刘攀;吉祥豪【作者单位】长安大学汽车学院,陕西西安 710064;长安大学汽车学院,陕西西安710064;长安大学汽车学院,陕西西安 710064;长安大学汽车学院,陕西西安710064;长安大学汽车学院,陕西西安 710064;长安大学汽车学院,陕西西安710064【正文语种】中文【中图分类】U463.2中国大学生方程式汽车大赛(FSC)是一项由高等院校汽车工程或汽车相关专业在校学生组队参加的汽车设计与制造比赛。

各参赛车队按照赛事规则和赛车制造标准，在1 年的时间内自行设计和制造出一辆在加速、制动、操控性等方面具有优异表现的小型单人座休闲赛车，能够成功完成全部或部分赛事环节的比赛。

传动系统作为赛车动力传递的桥梁[2]，对赛车的动力性，操稳性，可靠性都有着极其重要的影响。

本文根据FSAE赛车对动力学性能的要求，以耐久赛和直线加速为主要工况，利用 MATLAB为工具，得到最优主减速比。

根据赛车的结构特点设计出一种更为稳定可靠的传动系安装结构。

根据限滑差速器的调教理论，以8字绕环为主要工况，对其进行合理调整，得到最佳锁紧系数。

赛车的动力学性能是在FSAE大赛中取得佳绩的关键，而赛车主减速比的设计目标是让发动机的性能和整车进行更好的匹配，使车辆具有更好的动力学性能。

FSAE大学生方程式赛车(电动版)设计说明书

以大学生方程式赛事为背景，参考广西工学院鹿山学院大学生方程式赛车作为基础，应用汽车理论和汽车设计等相关知识结合比赛规则，对赛车的基本尺寸、质量参数和赛车的性能参数进行选择，对赛车各总成进行选型和总布置，进行赛车蓄能系统、再生制动系统以及行驶系统、传动系统进行设计。

根据同组同学确定的驱动系统，结合比赛需求计算出电池、电容容量和要求，选择电池、电容型号和组合形式，确定出外形尺寸和质量和安装位置。

再为蓄能装置匹配出合适的充电系统。

设计节能环保的再生制动系统,然后按照鹿山二号对纯电动方程式赛车的行驶系统、传动系统进行改动,最后再结合同组同学的参数，确定整车的设计参数。

随着全球能源、环境问题的日益严峻，节能环保的纯电动车辆将会成为下一个时代的主流。

关键词：大学生方程式赛车；总布置；磷酸铁锂电池；超级电容Students Formula One racing events as the background, refer to the Guangxi Institute of Technology the Kayama College Students Formula One racing as a basis for the automotive design and automotive theory and other related information as well as the FSAE competition rules，application of automotive theory and knowledge of automotive design , combined with the rules of the game , the basic dimensions of the car , quality parameters and performance parameters of the car selection , selection and general arrangement of the assembly of the car , the car energy storage system , regenerative braking system and driving system, transmission system design.According to the same group of students to determine the drive system , combined with the game needs to calculate the battery, capacitor , capacity and requirements , select the battery, capacitor model and the combination to determine the shape size and quality , and installation location . Match the charging system for the energy storage device . The regenerative braking system of the design of energy saving and environmental protection , and then follow the Lushan II Formula One racing for pure electric driving system , the transmission system to make changes , and finally combined with the parameters of the same group of students to determine the design parameters of the vehicle .Keywords:college students and Formula One racing ; general arrangement ; lithium iron phosphate batteries ; super capacitor目录1 绪论 (4)1.1 大学生方程式赛事介绍 (4)1.2 大学生方程式的历史 (4)1.3 赛事意义 (5)1.4 国内外发展现状 (5)2 纯电动方程式赛车总布置设计 (6)2.1 赛车主要参数的选取 (6)2.1.1 纯电动方程式赛车机械部分参数的选取 (6)2.1.2 赛车性能参数的选取 (7)2.1.3 悬架主要参数（学院车队提供） (8)2.2 赛车驱动电机的选取 (8)2.2.1 电机类型的选择 (8)2.2.2 电机功率的选择 (9)2.3 赛车各总成选型原则和总布置 (10)2.3.1 悬架、轮胎的选择 (10)2.3.2 制动系统 (10)2.3.3 车架 (11)2.4 人机工程 (11)2.4.1 人体尺寸 (11)2.5 赛车的轴荷分配 (12)2.5.1 学院鹿山2号的轴荷分配 (12)2.5.2 纯电动方程式赛车相对后轴增加的质量分布的计算 (13)2.5.3 纯电动方程式赛车轴荷的分配 (13)3 储能装置的选择 (14)3.1 蓄能装置的容量计算 (14)3.1.1 赛车的续驶里程 (14)3.1.2 蓄能器容量的计算 (14)3.2 蓄能装置类型的选择 (14)3.2.1 高比能量蓄能装置 (14)3.2.2 高比功率储能设备的选择 (17)3.2.3 高比功率装置的计算 (17)3.2.4 超级电容的计算 (22)4 充电器的设计 (24)4．1 锂离子电池充电方法 (24)4.1.1 常用的充电方法[10] (24)4.1.2 赛车充电放式的选取 (25)4．2 赛车的充电要求 (25)4.2.1 赛车的充电要求 (25)4.2.2 充电器方框图 (26)4.2.3 充电器的分析 (27)5 再生制动 (29)5.1 赛车制动力矩的计算 (29)5.1.1 赛车制动力的要求 (29)5.1.2 赛车制动力的计算 (29)5.2 制动距离和制动减速度 (30)5.2.1 制动减速度计算 (30)5.2.2 制动距离计算 (31)5.3 制动效能的恒定性 (31)5.4 制动的稳定性 (31)5.5 前、后制动器制动力的比例关系 (31)5.5.1 求出I曲线 (31)5.5.2 具有固定比值的前、后制动器制动力分析 (32)5.6 赛车要求的最大制动力 (33)5.6.1 赛车最高车速下所具有的能量 (33)5.6.2 塞车的制动力要求 (34)5.6.3 赛车制动器制动力的选取 (34)5.6.4 赛车再生制动路线分析 (36)6 机械传动系统与行驶系 (37)6.1 机械传动系统 (38)6.2 行驶系 (38)6.2.1 车架 (38)6.2.2 车桥和车轮 (38)6.2.3 悬架 (39)致谢 (42)参考文献 (43)1 绪论1.1 大学生方程式赛事介绍全球可利用能源逐渐减少、环境恶化的形式越来越严峻，人类需要一个更安全、低碳的能源体系及环境。

基于大学生电动方程式赛车(FSEC)的电气系统分析和研究

基于大学生电动方程式赛车（FSEC）的电气系统分析和研究作者：张政任峰李龙海来源：《时代汽车》2019年第13期摘要：本文以长春师范大学新时代电动方程式E11为研究对象，根据竞赛动态项目的要求，对汽车的电气系统进行了分析，并简要介绍了电动方程式的基本原理;介绍电机选择，电机驱动和控制，动力电池选择和电池管理系统以及CAN总线的通讯。

一辆大学生电动方程式赛车的动力性，平顺性，操作稳定性都与电器系统有密不可分的关系，这也是在比赛中取得良好成绩的关键，因此对电动方程式赛车电气系统的分析尤为重要。

关键词：方程式;电气系统;动力电池;CAN通讯1 大学生电动方程式赛车原理和构造纯电动方程式赛车以大学生方程式油车为基础，其结构与燃油车相似，如转向系统，制动系统，传动系统，悬架和车架车壳等。

区别在于纯电动车辆从发动机驱动变为电动机驱动，且能量源变成了锂电池。

简单来说，纯电动方程式赛车的动力由锂电池提供，驱动电机转动，再通过变速器和差速器传递到轮边，实线车辆跑动。

如图1电动汽车原理图所示。

如图1所示，在车载能量系统中，电池组用于提供能量来源，蓄电池充电系统是将220V 交流电转换为直流电输入到电池组中。

能量管理系统又称为电池管理系统，简称BMS，起到监控各单体锂电芯工作情况的作用。

驱动电机系统是电动方程式赛车最重要的部分，包括VCU，IPO，电机和机械传动装置以及车轮。

其中通过踏板传输的电信号到整车控制器中，再又电机控制器接受，来控制电机的转速的正反转，进而传递到轮边来适应不同的工况。

辅助系统包括辅助动力源，空调和功率控制单元。

大学生电动方程式驱动系统布局的差异对赛车各方面的性能产生了重要影响。

其中，我们采用了如圖2所示结构布置，传动系统大大得到了简化，电机直接与输出轴相连，电机扭矩与转速直接通过半轴传递到车轮，提高传动效率，缺点是要求电机保证控制精度和良好的响应速度。

2 电动机及其参数选择电动机的功能是将电池产生的电能转化为机械能，然后再通过半轴传递到车轮边缘。

FSC

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＦＳＣ；ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ；ＣＦＤ；ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓ
随着大学生方程式赛车设计、制造技术的成
料，通过阴阳模技术自行设计制作高质量、轻量化、具有良好空气动力学性能的车身及附件，改善了空
Ｖ０１．２９Ｎｏ．２
Ｊｕｎ．２０１５
ｄｏｉ：１０．３９６９￣．ｉｓｓｎ．１００８ — ５４８３．２０１５．０２．００８
ＦＳＣ方程式赛车空气动力学套件性能分析
吴超，邓召文，王迪
ｂａｓｉｓ，ｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｖｅｌｏｃｉｔｙａｒｏｕｎｄＦＳＣｒａｃｉｎｇｃａｒｗａｓａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄｔｈｅｐｅｒｆｏｒ－ｍａｎｃｅｏｆｔｈｅａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｐａｃｋａｇｅｓｗａｓｓｔｕｄｉｅｄ；ｔｈｅａｃｔｕａｌｒｕｎｎｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃａｒｗａｓｓｉｍｕｌａｔｅｄｔｈｒｏｕｇｈＯｐｔｉｍｕｍｌａｐ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｓｐａｃｋａｇｅｓｉｓｖｅｒｙｉｍｐｏｒｔａｎｔｆｏｒｉｍｐｒｏｖｉｎｇｔｈｅｈａｎｄｌｉｎｇｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄｓｅｃｕｒｉｔｙｏｆｔｈｅｒａｃｉｎｇｃａｒ．

基于CarSim的FSC赛车建模与操纵稳定性仿真研究

基于CarSim的FSC赛车建模与操纵稳定性仿真研究贾丽娟，李刚，韩忠浩(辽宁工业大学汽车与交通工程学院，锦州 121001)摘要：针对FSC赛车开发过程中的操纵稳定性分析，论文基于车辆系统动力学仿真软件CarSim进行建模与仿真研究。

应用CarSim建立了包含车体、轮胎、转向系统、悬架系统、制动系统及传动系统的FSC赛车整车动力学模型，并应用3D软件绘制三维车身、尾翼和发动机模型导入到CarSim中实现整车动画仿真。

在CarSim中按照比赛要求设置方向盘角阶跃输入转向瞬态响应试验工况和蛇形试验工况进行FSC赛车操纵稳定性仿真分析。

仿真结果表明：开发的FSC赛车具有良好的操纵稳定性。

关键词：FSC赛车；CarSim；操纵稳定性；建模；仿真Study On Modeling and Simulation of Handling and Stabilityfor FSC Racing Car Based on CarSimJia Li-juan,Li Gang,Han Zhong-hao(College of Automobile and Traffic Engineering, Liaoning University of Technology,JinzhouLiaoning 121001, China)Abstract: For the analysis of handling and stability,modeling and simulation of FSC racing car based on dynamics simulation software CarSim were studied.The car body model,tire model,steering system model, suspension system model, brake system model and driveline model were built in the CarSim.The three-dimensional body, tail and engine models were built by 3D software and import to CarSim for animated simulation.The steering step input transient response test and snake test were set in the CarSim according to the raceing requirements.The simulation results showed that the FSC racing developing had good handling and stability.Key words: FSC racing car; CarSim; handling stability; modeling; simulation1 前言中国大学生方程式汽车大赛(简称“中国FSC”)是由中国汽车工程学会发起的、全国具有汽车工程专业高校学生参与的国家级大学生汽车专业赛事[1]。

FSAE赛车空气动力学套件优化设计

文章编号： 1009 − 444X （2021）01 − 0053 − 08FSAE 赛车空气动力学套件优化设计李嘉寅，刘宁宁，沈钰豪，谭博文，陈　焕，薛雨晴，黄碧雄（上海工程技术大学机械与汽车工程学院，上海 201620）摘要：空气动力学作为赛车的关键领域，很大程度影响着赛车各方面性能. 在满足中国大学生方程式汽车大赛（Formular Student China ，FSC ）规则（2019赛季）的前提下，提出一种赛车空气动力学套件的改进优化方案. 使用数值累进法和控制变量法的优化方法，并通过计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics, CFD ）进行仿真，设计完成一套性能优异的空气动力学套件.与2018赛季车辆相比，该设计使赛车的负升力和的升阻比分别提高81%和91%，极大提升了整车的动力学性能.关键词：大学生方程式汽车大赛；空气动力学；计算流体动力学中图分类号： TH 122 文献标志码： ADesign and Optimization of AerodynamicsParts on a FSAE VehicleLI Jiayin ，LIU Ningning ，SHEN Yuhao ，TAN Bowen ，CHEN Huan ，XUE Yuqing ，HUANG Bixiong（ School of Mechanical and Automotive Engineering, Shanghai University of Engineering Science, Shanghai 201620, China ）Abstract ：Aerodynamics, as a significant field of racing car, largely affects all aspects of racing performance.The aerodynamics properties of the new season was redesigned on the premise of meeting the rules of Formula Student China (FSC) in season 2019. By using numerical progressive methods and control variate method to optimize, and carrying computational fluid dynamics (CFD) to simulate, a set of aerodynamics parts with outstanding performance was designed and completed. The results show that compared to the season 2018, the new design not only increases the downforce and lift-to-drag ratio of the racing car respectively by 81% and 91%, but also greatly improves its kinetic performance.Key words ：formula society of automotive engineers (FSAE)；aerodynamics ；computational fluid dynamics (CFD)大学生方程式赛车大赛（Formula Society of Automotive Engineers ，FSAE) 由国际汽车工程师学会(Society of Automotive Engineers (SAE)International)于1978年开办，在当今世界内被视作大学生的“F1方程式赛车”，该赛事不只是单纯的竞速比赛，更是一项考察车辆性能设计的比赛.参赛者需要根据比赛规则在规定时间内设计制作一辆性能优异的方程式赛车.收稿日期： 2019 − 04 − 18基金项目：上海市大学生创新创业活动计划资助项目（E3-0800-18-01205）作者简介：李嘉寅（1998 − ），男，在读本科生，研究方向为车辆工程. E-mail ：****************通信作者：刘宁宁（1987 − ），男，实验师，硕士，研究方向为车辆NVH 测控技术. E-mail ：****************第 35 卷第 1 期上海工程技术大学学报Vol. 35 No. 12021 年 3 月JOURNAL OF SHANGHAI UNIVERSITY OF ENGINEERING SCIENCEMar. 2021赛车同其他车辆一样，是一种高度复杂的空气动力学装置. 由于其较小的离地间隙，导致周围的气流更加复杂，使得赛车在行驶中产生更多的阻力和紊流. 在悬架、轮胎、动力方面已经改进的情况下，良好的空气动力学套件（以下简称空套）则可以极大提高赛车性能. 其主要目标是在引进较小阻力的前提下提供较高的下压力来增加汽车的抓地力，产生牵引力. 空气动力学下压力作为赛车性能中最重要的因素之一，在制动、转向、加速度等方面有着无可比拟的作用[1].由于气动力不同于惯性力，空套可以在较小质量增加（套件的自重）的条件下，极大增加机械抓地力，从而提高轮胎的工作效率，获得更好的路面附着条件. 目前，国外的空气动力学套件设计已步入研究整车流场平衡的阶段，而国内的相关研究虽起步较早，但近几年发展缓慢，绝大部分对空套的设计研究仍只停留在简单的翼型选择和最大限度榨取总气动负升力（即下压力）上，很少关注气动平衡对车辆动力学以及赛车底盘调教策略产生的影响.上海工程技术大学锐狮电动方程式赛车队于2017年首次引入空气动力学套件，并完成整套设计、加工、装配流程. 本文基于往届赛车的设计基础，对组合翼各翼片攻角进行优化，并将研究重点深化至气动平衡上，在设计之初就将各套件之间的影响考虑在内，以期解决前后下压力的分配不合理、上游套件对下游套件影响过大等问题.1 研究方法赛车空气动力学套件最基础和主要的组成部分是翼型. 翼型参数包括弦长、倾角、攻角、展宽比、前后缘半径等. 考虑设计成本因素，优化攻角远比从数不尽的翼型库中挑选最合适的翼型有效率得多. 良好的攻角设计组合不仅可以提供较大的下压力，而且不会产生过多阻力. FSAE赛车多采用组合翼来提高翼片获取下压力的上限，组合翼中各个翼片存在相对几何关系：主翼攻角、襟翼相对攻角、缝道（Gap）水平距离、缝道竖直距离.然而在实际设计中，这些相对几何关系都较为复杂，与最后产生的下压力并不呈现明确的线性关系，这使得设计变成多变量问题.计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）有限元分析方法能够执行CAD模型的理论测试计算. 虽然其精度比不上风洞试验，但却克服了后者的局限性. 目前，CFD可以分析从层流到湍流、定常到非定常、不可压到可压、无黏到有黏的几乎所有的流动现象[2]. 一般来讲，物体表面流体的未知量包括：流体在X、Y、Z方向上的速度、流体密度、温度和压强. 一般在赛车空气动力学中，密度和温度视为常量. 本质上，CFD通常是计算物体表面流速的改变. 本文将主要对各套件的组合翼攻角等进行优化设计分析，从而获得一套性能优异的空气动力学套件.2 模型建立及前处理2.1 三维模型2018赛季整车CAD模型如图1所示. 本研究在其设计基础上保留优良翼型及整体布置思路，然后在理论研究基础上，对空气动力学套件进行概念设计和优化选型；之后利用CATIA软件进行设计建模，前翼主翼选取升力系数和最大厚度较为均衡的AH 79-100B为翼型，通过宏命令精确导入到CATIA中. 为增大底板气流流量并减少底部能量的损失，主翼采用抬高前翼中部的变截面设计，建模使用多截面曲面功能一次成型. 襟翼的设计尽量在不损失前翼下压力的前提下减小近车身侧的弦长并提升内侧翼型的攻角，以达到将外侧气流抽吸至内侧的目的，在CATIA中同样采用变截面曲面来实现建模. 2019赛季整车CAD模型如图2所示.图 1 2018赛季整车CAD模型Fig. 1 CAD model of whole vehicle in season 2018考虑到CFD分析的时间效率，对车身及车体外部的驾驶员头盔和轮胎进行简化处理. 本文主要针对空气动力学套件进行设计分析，通过对阻· 54 ·上海工程技术大学学报第 35 卷塞比的计算得出计算域的大小：计算域长度为尾翼的10倍，高度为翼面半宽的5倍，以此保证不会出现回流，进而确保分析精度[3].2.2 控制方程和湍流模型结合赛事实际行驶工况，赛车车速一般为60 km/h ，空气密度变化不大，可以近似看成是常数，因此尾翼周围空气为不可压缩流体[4]. 根据雷诺理论，流动属于湍流，因而赛车空气动力学套件气动力的模拟属于求解湍流流动问题，采用的控制方程为三维不可压缩的雷诺平均连续方程和雷诺平均N-S 方程，即u ′i u ′j 式中：u i 为略去平均符号的雷诺平均速度分量；ρ为密度；p 为压强；、为脉动速度；σij 为应力张量分量.湍流模型采用Realizable k -ε模型[5]，该模型有利于代表各种不同尺度涡间能量谱的传递，可以有效用于不同类型的流动模拟. 该模型包括湍流动能（k ）方程和湍流耗散率（ε）方程. 关于k 的湍流动能方程为关于ε的湍流耗散方程为其中式中：μt 为湍流黏度；v 为运动黏度；ρ为密度；G k 为平均速度梯度引起的湍动能的生成项；G b 为浮力引起的湍动能的生成项；Y M 为可压缩湍流对总体耗散率的脉动膨胀的贡献项；C 2、C 1ε和C 3ε为常数；σk 与σε为关于k 与ε的湍流普朗特数；S k 与S ε为CFD 用户自定义源项；S 为平均应变率张量模量. 由于Realizable k -ε在湍流黏度计算中引入旋转和曲率有关的内容，并且ε方程的第3项不具有奇异性，这与Standard k -ε模型和RNG k -ε模型有很大区别[6].在CFD 模拟中对尾翼，前翼等空气动力学套件附近的流动特征、下压力和升阻比进行分析. 然后在完成优化的基础上进行整合计算，得到整车分析数据. 根据整车分析结果确定最终方案，并且将最终优化方案用于实车制造并进行实车性能测试.2.3 模型前处理使用STAR-CCM+完成计算域和网格的绘制，分析尾翼的计算域网格如图3所示.图 2 2019赛季整车CAD 模型Fig. 2 CAD model of whole vehicle in season 2019(a) 外部YZ X图 3 计算域网格Fig. 3 Computational domain grid第 1 期李嘉寅等：FSAE 赛车空气动力学套件优化设计· 55 ·网格大小的计算根据边界层计算器输入Y+=30，得出雷诺数Re=1×106. 下边界层总厚度d为0.021 6 m，计算得到外部体网格的单元格目标大小约为0.1 m. 由于不同的流动问题数值解法不同，需要的网格形式有一定的区别，但生成网格的方法基本一致. 网格可以分为结构网格(Structured Grid)和非结构网格(Unstructured Grid)两大类. 结构网格在空间上比较规范，网格往往是成行成列分布的，行线和列线明显；而非结构网格在空间分布上没有明显的行线和列线. 外流场计算常用的体网格类型有四面体网格(Tetrahedral Mesh)、Trimmed网格、多面体网格(Polyhedral Mesh)和边界层网格(Prism Mesh)[6].考虑到赛车造型复杂，使用非结构性网格，网格中的每个元素都可以是二维多边形或者三维多面体，其中最常见的是二维三角形以及三维四面体. 这里使用STAR-CCM+中多面体网格，其结合了四面体网格划分速度快和六面体网格精度高的特点，单个网格可同时与相邻的12或14个网格进行交互，这也极大减少了网格的数量，加快了计算效率，通常多面体网格的收敛速度比四面体要快接近一倍，比六面体也要快40%.2.4 边界条件参考文献[7]，边界类型有进口（Inlet），出口(Outlet)、对称面(Symmetry)和壁面(Wall). 进口设置为速度进口(Velocity inlet)，速度进口湍流强度为0.5%，湍流速率=4×计算域面积/计算域周长，流速u为16.67 m / s，出口设置为压力出口(Pressure outlet)，压力出口的湍流强度设置为0.5%，湍流速率=4×计算域面积/计算域周长. 为使仿真更贴近实际，地面设置为滑移壁面，滑移速度为16.67 m / s，车轮设置为旋转壁面，在地面上做纯滚动. 介质设定为空气.3 CFD优化分析3.1 前翼优化设计前翼是安装于赛车前部的空气动力学装置，为赛车前部提供下压力. 同时，前翼能够很大程度上影响前轮的升阻系数，其能够引导赛车前方的气流绕过前轮从而减少前轮大量的阻力.由于FSAE赛规中有前翼外侧离地250 mm的限制，从赛车的正投影面来看，前翼并无法完全遮挡前轮，所以需要特殊的设计来尽量引导气流绕过前轮. 就整车流场的层面而言，前翼所产生的升流会影响下游组件的工作效率，而前翼作为产生下压力的组件，这种影响不可避免，故设计中应在不过多减少下压力的情况下尽可能减小前翼的升流，前翼的下压力分配对于拥有不同转向特性的赛车也有所不同.2019年的新赛车采用前翼主要起引流作用并减少对下游组件干扰从而使侧翼下压力最大化的设计思路，同时通过尽可能多的外洗气流减少前轮迎风阻力并增加前翼的效能，设计效果如图4所示. 通过对变截面翼型的利用，减小前翼近车身侧的弦长和攻角从而减少前翼的上升气流对于下游组件的影响[6]. 该翼型还能有效增加前翼的外洗效应，减小轮胎的阻力.图 4 2019赛季赛车前翼Fig. 4 Front wing of season 2019前翼部分迹线图如图5所示. 图中深蓝色区域为前翼下翼面的低压区，由于三维流场中水平方向也存在压力流动，即翼尖涡效应，所以低压区并没有遍布整个下翼面. 为降低前翼对尾翼的影响，其攻角和弦长的减小必然会造成前翼下压力的减小，为弥补下压力的损失，主翼上安装竖直的旗翼，同时竖直旗翼能够进一步强化前翼端板对于该整体区域的气流外洗，起到减少前轮阻力，增强前翼的抽吸能力，从而在不改变弦长和攻角的情况下起到进一步提高前翼升力系数的作用.设计中为尽可能减小前翼对下游组件的影响，前翼中央采用负攻角并上抬翼面以减小前翼中部静压的大小，改善前翼对下游气流的损耗. 赛车前翼压力云图如图6所示. 从图中可以看出，中部静压明显小于侧边. 在CFD软件中，将迎风速度设置为16.67 m / s，得到2个版本赛车前翼的相关结果见表1. 与2018年赛车相比，2019年赛车前翼的下压力和对前轮的影响有相当程度的提高.· 56 ·上海工程技术大学学报第 35 卷1.713X Y Z7.44513.17818.91124.64330.376−1 200−868−536−204128460速度 / (m·s −1)压力系数图 5 赛车前翼部分迹线图Fig. 5 Part of track diagram of front wingXY Z −1 200−868−536−204128460压力系数图 6 赛车前翼压力云图Fig. 6 Pressure contour of front wing表 1 前翼分析数据表Table 1 Front wing analysis data table赛车版本负升力 / N 前轮迎风阻力 / N2018年120902019年210153.2 侧翼及扩散器优化设计侧面扩散器和尾部扩散器现已成为FSAE 赛车产生较大下压力的关键元素，其本身产生的阻力较小，在地面效应的影响下对整车的下压力提升有着至关重要的作用，且这部分设计在FSAE 中有很多应用前景，侧翼的添加，减少了扩散器壁面上气流的分离，提升临界扩散角的大小，能够有效提升侧面扩散器产生下压力的能力. 侧翼及扩散器的设计效果如图7所示. 侧翼最大程度上利用侧面空间，最大化扩散角的值，同时尽可能扩大扩散器入口的大小以获得更多气流的加速. 同时后轮附近的侧翼能够有效抑制后轮生成的乱流，减少后轮的阻力.3.3 尾翼优化设计尾翼一般使用组合翼的设计方案，通过各翼之间的引流可以让襟翼在较大的攻角下不会轻易失速，同时组合翼之间的位置调整也可以减少能量损失. 2019赛季赛车尾翼主要以获得最大的下压力作为主要目的，并具有对其他部件影响不敏感的特性. 因此通STAR-CCM+仿真试验了不同的翼型，相对攻角及间隙来确定组合翼之间的最优相对位置[8]，同时在分析中加入头枕及头盔模型使其更加接近尾翼真实的工况. 最终设计效果如图8所示.图 8 2019赛季尾翼Fig. 8 Rear wing in season 2019在尾翼翼型方面，主翼选取弯度较大且升力系数在低速时较大的CH10. 襟翼在弯度不同的翼型中通过控制变量试验得到；出于对节省计算资源的考虑，且尾翼试验流动复杂程度低，故使用1/2尾翼模型完成CFD 仿真，实际下压力为表格数据的2倍，仿真数据见表2.表 2 翼型分析数据表Table 2 Airfoil analysis data table翼型负升力（相同攻角和来流速度） / NS1223278.8Clark-Y132.8综上选用S1223作为襟翼的翼型. 考虑到CFD 分析效率及问题导向，在保证复合实际工况的条图 7 侧翼及扩散器Fig. 7 Sidepods and diffuser第 1 期李嘉寅等：FSAE 赛车空气动力学套件优化设计· 57 ·件下对分析对象进行简化，即取含头盔、座枕在内的尾翼区域局部模型进行分析，分析结果如图9和图10所示. 从图9可见，端板的保压效果非常可观，也从侧面反映了上下翼面的压力分布.−1 350−980−610−204130500压力系数XYZ图 9 尾翼局域分析压力云图Fig. 9 Local analysis pressure contour of rear wingX YZ −1 200−880−560−24080400压力系数图 10 压力云图截面图Fig. 10 Cross section of pressure contour同理，选取最佳的相对攻角. 假设主翼与第1片襟翼的相对攻角为∠1，第1片与第2片襟翼的相对攻角为∠2，仿真数据见表3. 使用1/2尾翼作为仿真对象，从表中可见，负升力为实际的一半.表 3 组合攻角分析数据表Table 3 Angle of attack analysis data ofmultiple-element wings序号∠1 / (°)∠2 / (°)负升力 / N 13236139.623336140.233436141.443437142.253438142.863439142.0由分析结果，最后选用34°、38°的相对攻角，1/2组合翼的负升力达到142.8 N ，即整体在16.67 m / s迎风速度下压力为285.6 N. 为增加扩散器的抽吸能力，提升扩散角的大小，在端板底端安装梁翼（Beam wing ），将尾翼整体的环量下移，在尽量不影响组合翼本身下压力的前提下，加强尾翼与扩散器的互相作用，提升整车的空气动力学效应. 本文中梁翼由于尺寸过小，并未起到较大的作用. 若想获得更好的效果，可以设计弦长更大的梁翼，但仍要考虑其对尾翼主翼下翼面压力分布的影响.从图10可知，驾驶员的头盔与头枕也对尾翼产生了些许影响，主翼前缘下部的低压区域呈现不自然的向后扭曲. 由于头枕位置和人机由总布置所定，并不能做太大变化，只能通过对尾翼的调整来尽可能地减小影响. 结合图10及空气动力学湍流理论可知，流体绕一定攻角的翼型流动时，会在翼型前缘背风面某处脱体，形成顺时针旋转的前缘涡，同时在后部尖缘处形成逆时针旋转的后缘涡，前缘涡与后缘涡之间存在剪切层. 随着前缘涡与后缘涡的发展和相互作用，翼体绕流的流态呈周期性变化，这一点在尾翼表现尤为明显. 为避免边界层分离，可以在后期引进被动流动控制技术，例如涡流发生器改善局部的流体状态.3.4 端板优化设计端板作为赛车中不可或缺的一部分，不只是用来隐藏翼型轮廓或作为赞助商标牌. 它最重要的一点是可以确保翼片不会出现较大的负升力损失，同时减少阻力. 如果没有端板，由于上翼型上下表面压差，空气会从高压侧迁移到低压侧造成压力损失[9]. 在端板布置方面，由于翼型上方静压升高比翼型下方静压降低要小得多，因此，机翼的影响在其下方比在其上方延伸得更远，这意味着需要在翼片的下方有更大的端板面积.前翼端板首要的目的是为了稳定压差进行保压，由于前翼安装位置的特殊性，其受到地面效应影响，所以端板保压作用好坏直接决定了前翼升力系数的大小，因此端板上安置有不同种类的保压条. 由前翼的CFD 仿真可得，在无保压组件的情况下，前翼负升力为189 N ；在有保压组件的情况下，前翼负升力为210 N ，提高将近11.11%的负升力. 同时前翼端板除了稳定压差外还需要拥有良好的引流特性，引导流向前轮的气流使其偏转到外侧或底部，从而达到减小前轮阻力的效果.尾翼端板同样可以通过一些附加组件或细节修改来加强其性能，2019与2018赛季赛车尾翼端· 58 ·上海工程技术大学学报第 35 卷板都加装了前缘缺口，如图11所示. 与前翼端板类似，尾翼端板的作用之一便是保压，而前缘缺口削减了端板的面积，从而降低了保压效果，并使得下压力小幅减少；但在侧风偏航车况下，前缘开口能成为来流进入尾翼的通道，缓解此工况下尾翼下压力由于来流不足而降低的问题，减小其空气动力学敏感度，增强了稳定性.X YZ−1 200−880−560−24080400压力系数图 11 2019赛季赛车尾翼端板压力云图Fig. 11 Pressure contour of rear wing’send plate in season 2019扩展来讲，理想的尾翼板大小取决于翼型的下压力水平，下压力较低的尾翼组合产生较小的压力变化，故对周围空气压力影响延伸的距离较小，可以使用较小的端板，反之亦然. 故2019年赛车的尾翼端板长度相较2018年的尾翼端板延长约30%.4 整车结果分析与对比图12为整车迹线图，由图可知，整车流线型良好，仅在车轮后方及车身尾部形成较大涡流. 前翼有明显外洗，中部上洗较少，符合预期设计，可有效降低前轮产生的紊流并增强前翼的抽吸作用，保证侧面扩散器有更多高能气流进入，且可看出相比尾翼影响不大. 3层尾翼的设计使气流能够更加贴合后方翼型，长端板保证了尾翼的保压效果，做到了先期预期能达到的最大下压力.2019年赛车在装配优化设计的空气动力学套件后，空气动力学指标都有较大提升，见表4. 首先负升力升高至原来的181%，增加明显，但是2019年赛车的阻力系数也增加33.66%，这是由于负升力的升高会导致压差阻力的升高，也可以说是获取下压力的代价之一. 升阻比是反映赛车空气动力学效率的一个重要指标，通过比较2版赛车可以发现，2019年赛车拥有更高效率的空气动力学套件，迎风面积的骤减也是其获得高效率的原因之一. 通过对赛车总布置以及造型的优化，相比2018年赛车，2019年赛车可有效减少过去只增加外形阻力的“无用”区域，并将它们转变为带有翼的空套部件区域.表 4 整车分析数据表Table 4 Vehicle analysis data sheet赛车版本负升力 / N阻力系数升阻比迎风面积 / m2 2018年380.1 1.01 1.45 1.3122019年686.5 1.35 2.77 1.046在气动平衡方面，2018年赛车未做出相关优化，风压中心（前后气动力平衡轴）相比重心位置（车长45∶55位置处）严重靠前，即前翼下压力占比过大. 2019年赛车对此进行了考量，最终的设计方案中，通过CFD软件去计算整车相对于过重心点水平轴气动力矩（C m）来判断风压中心距离重心的远近，最终经过软件计算所得气动力矩仅为10 N·m，可将其视为与重心基本重合.由此可见，通过正确的优化方法和设计思路来引导设计，最终能收获一套高性能的大学生方程式赛车的空套优化方案.5 结语本文分别对各空气动力学套件进行优化设计，并最终通过整车分析进行方案的验证. 结果表明：2019年赛车在负升力和升阻比的设计上进一XYZ6.11212.22418.53724.44930.561−1 000−750−500−2500250速度 / (m·s−1)压力系数图 12 整车迹线图Fig. 12 Full vehicle track diagram第 1 期李嘉寅等：FSAE赛车空气动力学套件优化设计· 59 ·步优化，负升力提升达到2018年的181%；前翼的外洗效应可以有效减少前轮紊流，并且能够显著提升前翼的升阻比和下压力；尾翼端板、相对攻角和间隙是影响其下压力的3个显著要素；侧翼和扩散器能对赛车的下压力提升起很大的作用，并同时提升前翼和尾翼的工作效率.2019年赛车的空气动力学套件的优化使得负升力和升阻比相比2018年赛车有较大的进步，对赛车性能有显著的提升，对赛车后续的设计优化具有指导实践意义.参考文献：MCBEATH S. Competition car aerodynamics [M ] . 3rdEdition. England: Veloce Publishing Limited, 2017: 8.［1］傅立敏. 汽车设计与空气动力学［M ］ . 北京. 机械工业出［2］版社, 2010: 1−25;.吕立坤. 扰流板对轿车气动特性改善的数值仿真［D ］ . 长春: 吉林大学, 2006.［3］王福军. 计算流体动力学分析［M ］ . 北京: 清华大学出版社, 2004: 185−253.［4］WILCOX D C. Turbulence modeling for CFD [M ] . 2ndEdition. La Canada: DCW Industries, 1998: 174.［5］孙文. 基于CFD 的低速赛车前后翼设计［D ］ . 长沙: 湖南大学, 2016.［6］杨炜, 谢睿轩, 曹子浩, 等. 大学生方程式赛车空气动力学套件改进［J ］ . 中国科技论文，2018，13（17）：2050 − 2054.［7］邓召文, 王兵. FSC 赛车空气套件CFD 优化设计［J ］ . 汽车实用技术，2014（3）：22 − 27.［8］曾飞云. 万得FSC 赛车空气动力学特性研究［D ］ . 锦州:辽宁工业大学, 2014.［9］（编辑：韩琳）• 科研快讯 •我校李文尧副教授带领的先进储能与传感材料团队在国内主办的中科院一区期刊Green Energy & Environment 上发表了以“Realizing optimal hydrogen evolution reaction properties via tuning phosphorous and transition metal interactions”为题的研究成果.20世纪以来，国内经济的快速发展和能源消耗，迫切需要大力发展清洁可再生的清洁能源推动未来经济发展，氢能作为一种可再生能源，成为未来能源发展的重要角色之一. 电解水析氢是氢能获取的主要途径，在这项研究工作中，该团队利用过渡金属掺杂和调控策略合成一种Co-Mo-P 化合物（非均相Co x Mo 1−x P 纳米阵列），发现通过掺杂形成的包含两种掺杂的化合物的金属磷化物和金属氧化物的纳米片层，以不完全磷化的状态和掺杂的氧化物共存的形式能有效提升电催化剂析氢能力，同时可通过调控不同金属的掺杂比例来优化催化性能. 发现Co 、Mo 金属掺杂的结构有效降低电解水析氢（阴极端）和析氧（阳极端）的电位. 最终，获得材料作为析氢催化剂获得的过电位只有51.2 mV （10 mA•cm −2时）. 同时，作为另一极电催化析氧催化剂也获得了较低的过电位353 mV （10 mA•cm −2时）. 此外，在20 h 稳定性测试过程中性能基本不变，并且作为电解水的阴阳极，获得的全水解的过电位只有1.603 V （10 mA•cm −2时），是性能优异的双功能催化剂. 该项工作得到国家自然科学基金、上海市“晨光计划”、中央高校创新基金以及英国工程和自然科学研究委员会基金的支持.· 60 ·上海工程技术大学学报第 35 卷。

FSEC电动方程式赛车动力系统设计

FSEC电动方程式赛车动力系统设计电动方程式赛车是一项高科技、高效能的竞技运动，其动力系统设计是赛车性能优化的关键因素之一、在FSEC车队的电动方程式赛车动力系统设计中，注重提高能量利用效率、最大化功率输出和减轻整车重量，以提升赛车在赛道上的性能表现。

动力系统的设计主要包括电动机、电池组和电控系统。

电池组是电动方程式赛车的能量存储设备，其设计目标是提供高能量密度和高功率输出，以满足赛车长时间高速驾驶的需求。

在FSEC车队的动力系统设计中，采用了最先进的锂离子电池技术，这种电池具有高能量密度、长寿命和快速充电能力。

为了最大限度地减少整车重量，车队还对电池进行了轻量化设计，采用高强度、轻量化的材料，并优化电池模块的布局和结构，以减少不必要的重量。

电控系统是电动方程式赛车动力系统的“大脑”，其设计目标是实现电动机和电池组之间的协调工作，并最大限度地提高系统的效能。

FSEC 车队的电控系统采用了先进的控制算法和高性能的硬件设备，以实现高速响应、高效能和稳定的控制。

电控系统还具有智能能量管理功能，能够根据赛车的需求和路况来自动调整能量分配，以实现最佳的能量利用效率。

除了电动机、电池组和电控系统，FSEC车队的电动方程式赛车动力系统还包括涡轮增压系统、换档系统和冷却系统等辅助设备。

涡轮增压系统可以提供额外的动力输出，以增加赛车的加速性能；换档系统能够实现快速、平稳的换档操作，以最大程度地减少换档时间和功率损耗；冷却系统可以有效地降低电动机和电池组的工作温度，以提高系统的效能和稳定性。

总之，FSEC车队的电动方程式赛车动力系统设计注重提高能量利用效率、最大化功率输出和减轻整车重量，以提升赛车在赛道上的性能表现。

通过精确的电机匹配和参数调整、先进的锂离子电池技术应用、高性能的电控系统设计和辅助设备的优化，FSEC车队的电动方程式赛车动力系统能够实现高效能、高可靠性和高竞争力。

FSEC方程式赛车安全回路的设计与仿真

DOI ：10.15913/ki.kjycx.2024.02.003FSEC方程式赛车安全回路的设计与仿真＊秦建宇（大连民族大学，辽宁大连 116000）摘要：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。

关键词：FSEC ；安全回路；电路仿真；优化设计中图分类号：U469.696 文献标志码：A 文章编号：2095-6835（2024）02-0010-04——————————————————————————＊［基金项目］辽宁省大连市2022年大学生创新训练项目“FSEC 安全控制回路的设计与优化”（编号：202212026016）中国大学生电动方程式汽车大赛（FSEC ）首届大赛于2015-11-03—07在上海FI 赛道举办。

FSEC 比赛项目包括静态赛与动态赛[1]，在车队参加动态赛之前，需要通过严格的电气检查，合理稳定的安全回路不仅能够助力车队快速通过电气检查参加动态赛，而且能够保障赛车高压系统在动态赛项目中稳定运行，为车队完赛并取得优异成绩打下基础。

赛车安全回路囊括了所有赛车可能出现的异常问题，能够在赛车出现异常问题后第一时间断开高压系统保护车手，并通过驱动系统指示灯向动态裁判与其他赛车传递异常信号，保障赛事安全。

对此，本文设计了一套能够保障赛车稳定运行的安全回路，主要讲述了其中故障率较高模块的设计仿真[2]。

电动汽车电子差速控制策略研究

lished controllers are simulated and tested under low, medium, high speed and sine wave input working
conditions. The analysis results show that the two controllers have better control effect模型 Fig. 1 7-D()F vehicle model
本文通过 C arsim 和 Simulink联合进行仿真， C arsim 进行整车模型的搭建，Sim ulink进行控制器相关的建模。在低速情况下采用电子差速模型，通过反馈的轮速，以及期望转矩和方向盘转角，输出控制转矩分配给两个驱动轮，从而改善电动汽车的转向性能。而在高速情况下，横摆角速度控制器接受期望的转矩、方向盘转角、反馈的车速以及实时的横摆角速度和质心侧偏角等数据。将横摆角速度和质心侧偏角与期望值进行对比，通过控制器得到相应的横摆力矩，分配给两个驱动轮，同样改善汽车转向性能。C arsim 软件模型构建思路如图 2 所示。
采用直接横摆力矩控制的控制器效果更好。
[Abstract]The in-wheel motor has the characteristics of fast response and high energy utilization. Howev

《大学生方程式赛车动力匹配设计论文开题报告》

一、研究背景和意义（一）研究背景中国大学生电动方程式大赛于2013年首次举办，在现如今资源短缺和环境污染的两大社会难题下，此项大赛的开展为中国电动汽车行业发展做出了有力的推动。

为了保证参赛大学生能够按时完成赛车的制作，大赛组委会不定期开展各方面培训，培训项目涵盖整车的设计制造、成本营销及结构分析等。

通过培训使学生能够合同协作、自主创新，从而提升参赛队员的综合能力，为国内电动汽车行业培养一批具有工程基础的高水平人才。

作为一项以安全和竞速为主题的全国性赛事，参与赛事的比赛车辆必须满足大赛制定的规则，并在比赛前完成所有的车检程序，在车检合格后方可进入比赛区域进行比赛。

以此为背景，研究中国大学生方程式赛车动力匹配设计。

（二）研究意义依托大学生方程式赛车研发项目，在前几代电车动力系统研发技术基础之上，设计了新的赛车动力系统。

对电机参数、传动比、电池组容量及电池组数等进行了匹配设计及选型；通过软件的仿真，验证所设计的动力系统能够满足赛车性能需求，所以中国大学生方程式赛车动力匹配设计具有极其重要的现实意义。

二、国内外研究现状（一）国内研究状况相比于国外赛事发展，国内FSAE起步较晚。

最早是在2006年九月，由台湾南台科技大学自主完成的赛车在日本参加FSAE大赛。

2008年，湖南大学完成中国内地第一辆大学生方程式赛车设计，并在美国洛杉矶SAE西部赛上取得新秀第四名的好成绩。

同年，FSAE赛事在哈尔滨举办的全国车辆工程教学指导委员会年会中得到了广泛关注。

通过委员会的邀请，同济大学李理光教授对大赛在中国进行的意义、世界各国开展情况、赛事的成本以及对大赛在国内开展的初步设想进行了详细的主题报告，在年会上产生了巨大的反响。

随着国际大赛影响力的不断扩大，中国FSAE大赛开始迅速发展。

2010年，中国汽车工程学会和易车网联合发起了中国的第一届大学生方程式赛车比赛(FSC)。

中国大学生方程式汽车大赛是一项由高等院校车辆工程专业或汽车相关专业在校学生组队参加的汽车设计与制造比赛，同时具有着专业的裁判团队。

大学生方程式电动赛车电机、电池选型与匹配

内燃机与配件1大赛简介在中国，大学生方程式汽车大赛起步较晚。

2010年，大学生方程式汽车大赛第一次落户中国上海，中国汽车工程协会在上海国际汽车场主办了首届中国大学生方程式汽车大赛，这也意味着FSAE 赛事终于走进中国。

为了便于区分国内外赛事区别，中国大学生方程式赛车分别用了油车FSC （Formula Student China ）、电车FSEC （Formula Student Electric China ）作为赛事代码。

昆明理工大学是云南省唯一一所参加了中国大学生方程式汽车大赛的高校，2015年昆明理工大学KMUST车队第一次参加了FSEC 方程式汽车大赛，本文以大学生方程式汽车大赛系列赛事为背景，基于昆明理工大学多年参赛以来的经验，以2017年昆明理工大学参赛车辆（电车）整车的总布置设计为研究对象，介绍在基本参数确定之后对赛车主要的电机、电池选型匹配工作。

2电气系统的选择汽车电气设备是汽车四大组成部分之一，对于大学生方程式电动赛车来说，电器与电子设备更是不缺少的组成部分，赛车电气系统的选择与布置直接影响到赛车的整体性能，所以选择合适的电气设备并恰当的布置在赛车上是一项非常重要的工作，在电动赛车上显得尤为突出。

2.1电气系统总体方案在整车电路的设计上主要依据FSEC 赛事对安全回路的要求以及所选电机电路原理图来进行布置设计，由于纯电动汽车的要求，电池箱的高压电一定要满足赛车整体需求，且驱动电机对高压电也有相应的要求，高电压对电机的工作十分重要；仪表的设计要简单，但是必须保证显示准确，让车手能清晰的看到相关信息。

根据赛事要求，昆明理工大学第二代纯电动赛车仪表上主要显示的事电池管理系统信息以及低压电相关信息，主要包括高低压电压、电流以及电池箱电量，当然也有许多参赛高校赛车仪表上有时速显示。

2.2电气系统线束的总体布置方案在保证电器用电需求以及赛事要求的情况下，电气系统的线路设计越简单越好，所以昆明理工大学第二代纯电动赛车采用一了个主线束，主线束布置方案根据整车的电器总成进行设计。

对基于FSC赛车行驶工况的发动机匹配标定分析

对基于FSC赛车行驶工况的发动机匹配标定分析随着汽车产业的发展，赛车运动逐渐成为了一项备受关注的运动项目。

赛车运动的发展不仅仅需要有优秀的车手和技术团队，还需要有能够胜任各种极限挑战的发动机。

在赛车运动中，发动机的性能和匹配度将直接影响赛车的表现。

对基于FSC赛车行驶工况的发动机匹配进行准确的标定分析显得尤为重要。

一、FSC赛车行驶工况概述FSC赛车是一项技术含量很高的赛车项目，其赛车行驶工况主要表现为较高的速度和频繁的加速、减速。

比赛中的赛车需要在高速的条件下完成多次加速和刹车，这对发动机的动力性能和燃油经济性提出了极高的要求。

在FSC赛车行驶工况下，发动机需要具备较高的功率输出，能够在高转速和高负荷下稳定工作，同时还需要有较高的燃烧效率和环保性能。

对于发动机的匹配来说，不仅要考虑到动力性能，还要考虑到燃油经济性和可靠性，这就需要对发动机进行准确的标定分析。

二、发动机匹配标定分析1. 发动机动力性能匹配在FSC赛车行驶工况下，发动机的动力性能是比赛成败的关键之一。

对发动机的动力性能匹配需要进行精准的标定分析。

首先需要对发动机的功率输出和扭矩特性进行充分的分析，确定发动机在高转速和高负荷下的工作状态。

其次还需要对发动机的响应速度和加速性能进行分析，确保在频繁的加速、减速过程中能够提供足够的动力输出。

在FSC赛车行驶工况下，燃油经济性同样是一个重要的考量因素。

尽管赛事中的燃油消耗通常不是最关注的问题，但是在一场比赛中，燃油的使用量对比赛的结果仍然有一定的影响。

对发动机的燃油经济性进行匹配分析显得尤为重要。

首先需要确定赛车在FSC赛车行驶工况下的平均燃油消耗量和燃料需求量，然后通过对发动机的燃烧效率和热效率进行分析，确定最佳的燃油经济性匹配方案。

在匹配过程中，还需要考虑燃油系统的调整和优化，确保发动机在节能环保的同时能够提供足够的动力输出。

通过对发动机的燃油经济性进行精确的匹配分析，不仅可以降低比赛成本，提升赛车的整体竞争力，还能够减少对环境的影响，实现可持续发展。

基于FSC大学生方程式赛车的转向系统设计

基于FSC大学生方程式赛车的转向系统设计
赵煜;林健锋;黄玲;周金伟;张博
【期刊名称】《科技与创新》
【年(卷),期】2022()19
【摘要】以FSC大学生方程式赛车转向子系统为例,叙述转向系统的基本设计流程,为设计转向系统提供参考方法,以便提高设计效率。

以《2020中国大学生方程式大赛规则》为背景,提出以操控稳定性、路感反馈性为要求,根据上届所积累的经验对转向系统的参数进行设定,然后运用CATIA仿真软件绘制草图并建立整个仿真模型图以防部件对赛车产生不同的干涉,并运用ANSYS对其中重要的零部件进行静力学分析校核强度和结构的优化。

最后设计结果表明,依照设计方法设计的大学生方程式赛车转向系统符合赛规而且安全性达到预设理想效果,拥有良好的操纵性和车手路感反馈性。

【总页数】4页(P49-52)
【作者】赵煜;林健锋;黄玲;周金伟;张博
【作者单位】广东白云学院
【正文语种】中文
【中图分类】U463.2
【相关文献】
1.大学生方程式赛车(FSC)立柱性能分析方法
2.大学生方程式赛车转向节设计与优化
3.大学生方程式赛车转向梯形设计与优化
4.大学生电动方程式赛车转向梯形设计及总布置
5.大学生电动方程式赛车转向系统研究
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