方程式赛车动力学模拟:单线移动超车

1.整车模型装配

（1）按F9键切换到标准模板。

（2）单击File ＞ Open ＞ Assembly命令，弹出整车装配对话框，如图14-16所示，在Assembly Name中输入：mdids：//FASE/assemblies.tbl/FSAE.asy。

图14-16　FSAE整车模型打开

（3）单击OK按钮，打开FSAE整车模型。

（4）单击File ＞ Manage Assemblies ＞ Replace Subsystem（s）命令，弹出替换子系统对话框，如图14-17所示，在下列对话框中输入相应的数据：

图14-17　替换子系统对话框

·　勾选FSAE_SUS_front；

·　勾选fsae_suspension_rear_axle；

·　Subsystem（s）To add：

① mdids：//FASE/subsystems.tbl/FSAE_sus_front_pullrod.sub；

② mdids：//FASE/subsystems.tbl/FSAE_sus_rear_pullrod.sub。

（5）单击OK按钮，完成前后悬架子系统的替换，此时整车模型如图14-18所示。

（6）单击File ＞ Save as ＞ Assembly命令，在下列对话框中输入相应的数据：

·　Assembly Name：FSAE；

·　New Assembly Name：FSAE_2020_pullrod；

·　Target：Database/FSAE。

（7）单击OK按钮，完成基于螺旋弹簧式拉杆悬架整车FSAE_2020_pullrod的存储。

图14-18　拉杆式悬架整车模型（发动机系统隐藏）

2.单线移动超车仿真

（1）单击Simulate ＞ Full-Vehicle Analysis ＞ Open-loop steering Events ＞ Single Lane Change命令，弹出仿真对话框，如图14-19所示，在下列对话框中输入相应的数据：

(www.xing528.com)

图14-19　单线移动超车仿真参数

·　Full-Vehicle Assembly：FSAE_2020_pullrod；

·　Output Prefix：SLC；

·　End Time：10；

·　Number of steps：1000；

·　Road Date File：mdids：//acar_shared/roads.tbl/2d_flat.rdf；

·　Initial Velocity（单位：km/h）：40；

·　Gear Position：3；

·　Maximum Steer Value：100；

·　Start Time：10；

·　Cycle Length（指方向盘从转动开始到回正完毕所用的时间，即一个运行周期，单位为秒）：6；

·　勾选Quasi-Static Straight-Line Setup。

（2）单击Apply按钮，完成FSAE_2020_pullrod赛车超车仿真设置并提交运算。

整车仿真完成后，从后处理动画可以看出整车各项振动特性均较大。如果车速超过40 km/h，前轴转向横拉杆由于车身跳动过大而失效，前轴发生“塌陷”，从后处理车身曲线图可以验证判定的准确性。50 km/h运行时前轴失效如图14-20所示。40 km/h运行时整车俯仰、侧倾、横摆角加速度如图14-21～图14-23所示，从图中可以看出，振动参数均过大，同时伴有高频振荡现象。

图14-20　前轮“塌陷”（转向拉杆失效导致）

图14-21　俯仰角加速度

图14-22　侧倾角加速度

图14-23　横摆角加速度

当车速过大时，整车发生失稳，失稳的原因是转向横拉杆因车身垂向振动过大，而导致车身振荡过大的原因可能是弹簧与减震器匹配不合理。此悬架弹簧刚度为20 N/mm，根据经验，该刚度足以支撑车身的重量（FSAE赛车车身质量一般为200 kg左右），因此悬架刚度与阻尼不存在问题（首先考虑弹簧刚度，阻尼一般不存在问题，阻尼即使匹配不精准，也会减小车身的振动参数）。通过观看动画，发现支架上下摆动过大，如图14-24所示，因此问题转化为如何减少支架的上下摆动。

图14-24　支架摆臂（车轮隐藏）