FSAE赛车轮胎建模与试验验证

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轮胎的选择影响着赛车的设计,了解轮胎特性是研究赛车动力学基础,这对赛车性能的提升很有帮助。中国大学生方程式汽车大赛截止目前已举办五届,目前已有近110支车队参加油车或电车赛。查阅论文发现,国内缺少针对FSAE常用轮胎的特性分析及建立轮胎模型的研究。对于要求一年内完成赛车设计,制造与测试的车队来讲,一套精确的轮胎模型可以帮助车队节省大量测试时间,并加快赛车研发进度。  通过分析Fiala、UA及PAC2002三种轮胎模型的特点,结合FSAE TTC提供的FSAE常用轮胎的原始试验数据,建立了对轮胎原始数据的处理方法。处理得到的轮胎数据能够很好地展现轮胎的力学特性,并针对不同尺寸的轮胎在不同胎压、载荷、外倾角、配方下进行了纯纵向、纯侧向及混合工况下的力学特性分析及对比。为建立更加精确的整车多体动力学模型,其中轮胎作为重要的子系统,对整车模型的精度提升很有帮助。因此应用最小二乘法对以上三种轮胎模型进行参数辨识,并从中选取辨识精度最高的轮胎模型应用于多体动力学模型中。因为大多数赛车悬架系统采用推杆式或拉杆式不等长双横臂独立悬架,悬架设计中赛车弹簧运动位移与车轮中心位移比例是一个重要参数,其大小影响着其弹簧刚度的选取,并随着轮胎的跳动而变化。分别建立赛车前悬架拉杆式与推杆式机构的物理模型,应用牛顿-辛普森方法进行悬架几何运动分析,并通过运动学仿真分析提出较精确地获得该参数的方法,为提升赛车性能提供帮助。设计特定赛道,将建立在多体动力学仿真软件环境中的整车在该赛道工况下进行仿真,通过建立车载数据采集系统,在平整柏油路面的特定赛道上进行实车道路试验,验证了仿真结果与试验数据的一致性。  综合以上得研究成果,对FSAE合理选用比赛用胎和使用轮胎原始试验数据提供建议与帮助,对于赛车综合性能的提升具有理论意义和实际应用价值。
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