毛鴻

邵陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 湖南省邵陽市 422000

1 引言

在FSAE賽車的各項性能的影響因素中，發(fā)動機及其與動力傳動系統(tǒng)的合理匹配對其動力性能有著直接的影響。優(yōu)化匹配動力傳動系統(tǒng)參數(shù)是改善發(fā)動機性能、提高整車綜合性能的有效途徑之一。在傳統(tǒng)動力傳動系統(tǒng)匹配方法開發(fā)周期長、成本高的情況下，使用AVL公司開發(fā)的CRUSIE軟件能夠有效對車輛的動力性、經(jīng)濟性進行預(yù)測和評估，為新車的研發(fā)節(jié)省大量的試驗費用，有效縮短開發(fā)周期[1-3]。

本論文以邵陽學(xué)院2015年參賽賽車為基礎(chǔ)模型，對賽車動力系統(tǒng)的重要參數(shù)進行了計算，并在CRUISE軟件中建立了賽車的整車模型，基于賽車參數(shù)對建好的模型進行了仿真分析，并對賽車的相關(guān)動力傳動系統(tǒng)參數(shù)進行了優(yōu)化，提高賽車的動力性能。

2 FSAE賽車計算

邵陽學(xué)院方程式賽車選用的是本田宏達(dá)CBR600rr這款自然吸氣發(fā)動機，排量為599毫升，氣缸布置形式為直列四缸，發(fā)動機噴油方式為電控式進氣道多點噴射。本田宏達(dá)CBR600rr發(fā)動機變速箱為6速手動變速箱，其各檔位變速比如表1所示。

發(fā)動機進氣量被限制后，最大功率P為47 kw，此時發(fā)動機轉(zhuǎn)速n為11000rpm。對發(fā)動機轉(zhuǎn)矩的最大值取最大轉(zhuǎn)矩44（N·m），對應(yīng)的發(fā)動機轉(zhuǎn)速為9000rpm，根據(jù)經(jīng)驗各級傳動效率統(tǒng)一取值為0.9，得到發(fā)動機的各檔位驅(qū)動力及最大行駛速度見表2。

3 整車模型的建立

FSAE賽車的結(jié)構(gòu)布置為發(fā)動機后輪后驅(qū)，使用六速手動變速器，其他布置和傳統(tǒng)汽車類似。在CRUISE中建立各部件模塊，各模塊之間需要進行物理連接以及數(shù)據(jù)信號連接，連接后建立的模型如圖1所示，在進行物理連接時要考慮動力傳遞的方向性，在進行數(shù)據(jù)總線連接時，應(yīng)考慮到信號在各個零部件之間的輸入及輸出方向[4-5]。在建立好賽車模型后，還應(yīng)對每個模塊輸入相應(yīng)的參數(shù)進行設(shè)定。

4 模型驗證及仿真

針對全負(fù)荷加速性能計算任務(wù)，選擇各檔起步最大加速度計算任務(wù)、原地起步連續(xù)換擋加速性能計算任務(wù)進行仿真分析。在這里，需要用到的設(shè)置是測試點設(shè)置，在測試點設(shè)置中設(shè)置起點、終點、測試間隔。完成后對模型進行仿真計算，可得到賽車到達(dá)每個測試點所需時間。

巡航行駛工況計算主要任務(wù)有兩個：建立賽道模型、測試賽車圈速。本文選取上海卡丁車世界賽道來建立賽道模型。測得賽道長度和每個彎道曲率，通過實測得出賽車車速隨時間變化的數(shù)據(jù)表，將數(shù)據(jù)錄入巡航行駛工況即完成賽道模型的建立。

表1 CBR600rr發(fā)動機各檔位變速比

表2 發(fā)動機各擋位驅(qū)動力及最大行駛速度

圖1 賽車整車模型

仿真任務(wù)建立好后，即可FSAE賽車進行仿真計算。通過仿真，我們得到了賽車每檔的對應(yīng)最大加速度，如表3所示。

表3 賽車模型仿真結(jié)果

仿真結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)的比較見表4，可知：所得仿真結(jié)果與實驗結(jié)果的偏差不大，在誤差允許的范圍內(nèi)，滿足仿真精度要求。因此該模型的建立是準(zhǔn)確的，可以作為后續(xù)研究的參考。

5 優(yōu)化方案

本文選用 GATBX 優(yōu)化工具對參數(shù)進行優(yōu)化編程，并且Cruise 軟件的矩陣計算功能可以同時仿真多個參數(shù)的任意組合對整車性能的影響，使用起來也很方便[6]。以主減速比和各檔傳動比作為變量，建立目標(biāo)函數(shù)，用MATLAB軟件對其進行優(yōu)化計算，得到賽車優(yōu)化前后0-75米加速時間的結(jié)果對比如表5所示。

表4 仿真結(jié)果與實驗結(jié)果

表5 賽車優(yōu)化前后0-75米加速時間表

通過優(yōu)化前后的結(jié)果對比可以看出，優(yōu)化后FSAE賽車的加速時間比優(yōu)化前降低了3.7%，賽車在0-75米加速的項目成績有所提升，選擇賽車動力系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)化方案如表6所示。

繼續(xù)選擇主減速比作為仿真變量，主減速比最優(yōu)值大約在6.1左右，取其變化范圍為5～7，間隔取0.1，對每個變速比下的FSAE賽車動力性能進行仿真計算，分析其動力性能與主減速比的變化關(guān)系，所得關(guān)系曲線如圖2所示，從圖中可以看出，F(xiàn)SAE 賽車的0-75 米加速時間隨著主減速比的增加呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢，并在主減速比為 6.2 附近時達(dá)到了加速時間最小值點，因此所選擇的賽車動力傳動系統(tǒng)參數(shù)匹配方案是合理的。

表6 賽車動力參數(shù)傳動比優(yōu)化方案

圖2 主減速比與0-75米加速時間的關(guān)系

6 結(jié)語

本論文以邵陽學(xué)院2015年參賽賽車為基礎(chǔ)，通過AVL—CRUISE軟件對其建模，并針對0-75米連續(xù)換擋加速時間比賽項目對賽車模型進行仿真計算，經(jīng)過驗證該模型可靠，可作后續(xù)研究?；谠撃Ｐ脱芯苛酥鳒p速比對賽車加速性能的影響，得到了主減速比與賽車加速時間的關(guān)系圖，提出了一套賽車傳動系參數(shù)優(yōu)化方案，驗證了所選方案能有效降低賽車的0-75米加速時間，提高FSAE賽車的加速性能。