賽車設計的案例
大學生方程式賽車設計及教程
作為Altair旗艦產品HyperWorks已經成為各個制造業企業進行產品研發的關鍵工具，幫助其提升產品性能，實現優化設計和創新研發。
大學生方程式賽車競賽分為靜態項目（工程設計、成本分析、商業計劃演示等）和動態項目（防滑性、加速性、越野性、耐力性以及燃油經濟性等）兩類。由于大多數團隊沒有足夠的資金生產多個原型賽車或進行大量的物理試驗，仿真設計方法就成為大學生獲得最佳賽車設計方案的途徑。
Altair倡導仿真優化技術驅動創新設計的研發理念，借助其一流的仿真工具和獨一無二的優化工具，實現產品的創新設計。Altair憑借在汽車行業豐富的工程經驗，為大學生方程式賽車提供完整的解決方案，從車架輕量化設計、復合材料優化設計、碰撞安全分析和流場分析等，幫助大學生實現更好、更快、更輕的賽車設計目標。
下載仿真優化技術驅動大學生方程式賽車創新設計
下載大學生方程式賽車復合材料優化教程
關于Altair
Altair的產品和服務通過優化對商業和工程信息的分析、管理和可視化，致力于增強客戶的創新力和決策力。Altair目前為私人所有，在全球擁有1500多位員工，分支機構遍及美洲、歐洲及亞太地區。憑借其在產品設計、先進工程軟件和網格計算技術上26年的經驗，Altair不斷為各個行業的客戶創造競爭優勢。了解更多信息，請訪問www.altair.com.cn 市場部：傅玲燕
聯系電話：+86 21 61171666 轉 103
info@altair.com.cn
展開 平衡性能與安全的仿真：Altair助力 STARD 優化賽車空間車架設計
“
通過將 HyperMesh 整合到我們的設計流程中，我們不僅將空間車架重量減輕了 20%，還超越了剛度與安全基準。這套精簡高效的工作流程不僅為我們節省了時間與成本，更助力我們始終處于賽車工程領域的創新前沿。
—— STARD（斯托爾集團旗下）首席技術官
Philipp Thonet
”
關于客戶
STARD 是高性能電動汽車（EV）及動力總成系統領域的先行者，總部位于奧地利維也納，同時也是斯托爾集團（Stohl Group GmbH）的重要組成部分。斯托爾集團在賽車領域深耕 20 余年，早已成為全球行業內的開拓者；而 STARD 作為集團的先進研發（R&D）部門，承擔著一系列核心內部業務，涵蓋賽車及高性能汽車應用的整車開發。其專業技術版圖廣泛，涉及高性能高壓（HV）電池系統、電機、逆變器、變速箱、電氣架構及軟件開發等關鍵領域。依托尖端技術，STARD 持續突破汽車與賽車行業的創新邊界。
面臨的挑戰
在現代賽車設計中，安全性始終是首要考量 —— 專業賽車領域的管理機構會制定并嚴格執行一系列嚴苛的安全標準。但這些安全要求往往與性能目標存在沖突：提升安全性通常需要增加材料用量，這會直接導致車身重量上升，進而影響車輛性能；與此同時，滿足安全標準還需經過多次設計修訂與迭代，大幅延長開發周期。若缺乏有限元分析（FEA）這類先進工具及高效的優化解決方案，要實現這些相互矛盾的目標，往往需要投入大量時間與人力。
STARD 面臨的核心挑戰，便是優化電動賽車的空間車架設計，以同時滿足嚴苛的性能需求與不斷更新的安全法規。
展開 基于Inspire對巴哈賽車制動踏板桿的再設計
基于Inspire對巴哈賽車制動踏板桿的再設計
1.設計初衷
SolidThinking的Inspire教程中有一個很典型的例子,就是制動踏板的設計優化。大學兩年我曾有機會去參加兩屆中國汽車工程學會舉辦的巴哈越野車比賽，而心里一直念念不忘當初賽車設計制造出來車手對制動踏板的設計吐槽，現在有機會學習使用Inspire，我將對當年的制動踏板進行再設計，以彌補當初的遺憾。
2.比賽時的設計參數
當初設計制動踏板時主要考慮的因素有兩個，一個是保證好踏板的剛強度符合制動踏板制動力的設計要求，另一個就是成本，直接一體加工所需的鋁材要很多，所以踏板桿和踏板是分開加工的，后面再鋁焊在一起。至于零件的輕量化設計無從下手，畢竟當初沒發現有Inspire這款如此容易上手的設計優化軟件，最后出于安全性的考慮，不敢多減，只在踏板桿上掏了兩個孔，來減輕重量，如下圖，踏板桿的質量為0.22kg。
圖1 2017年參加巴哈比賽時的制動踏板設計
制動踏板所用材料為7075鋁，屈服強度查表約為505MPa, 而塑性材料（大多數結構鋼和鋁合金）以屈服極限為基準，除以安全系數后得許用應力，即[σ]=σs/n（n=1.5~2.5），所以n取2.5，許用應力[σ]為202MPa。
展開 基于 midasMeshFree的中國大學生方程式賽車輪輻的設計與分析
基于 midasMeshFree的中國大學生方程式賽車輪輻的設計與分析
中國大學生方程式汽車大賽（簡稱“中國 FSC”）是一項由高等院校汽車工程或汽車相關專業在校學生
組隊參加的汽車設計與制造比賽。各參賽車隊按照賽事規則和賽車制造標準，在一年的時間內自行設計和
制造出一輛在加速、制動、操控性等方面具有優異表現的小型單人座休閑賽車，能夠成功完成全部或部分
賽事環節的比賽。
輪輻的穩定性直接影響到比賽結果的好壞，所以輪輻的設計與分析一直是重中之重，該案例運用
midasMeshFree 對輪輻進行拓撲優化并對其進行靜力分析，并與 ansys 的分析結果進行對比來驗證設計與結
果的準確性。
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基于 midasMeshFree的中國大學生方程式賽車輪輻的設計與分析.pdf
展開 
成功案例丨平衡性能與安全的仿真：Altair助力 STARD 優化賽車空間車架設計
“
通過將 HyperMesh 整合到我們的設計流程中，我們不僅將空間車架重量減輕了 20%，還超越了剛度與安全基準。這套精簡高效的工作流程不僅為我們節省了時間與成本，更助力我們始終處于賽車工程領域的創新前沿。
—— STARD（斯托爾集團旗下）首席技術官
Philipp Thonet
”
關于客戶
STARD 是高性能電動汽車（EV）及動力總成系統領域的先行者，總部位于奧地利維也納，同時也是斯托爾集團（Stohl Group GmbH）的重要組成部分。斯托爾集團在賽車領域深耕 20 余年，早已成為全球行業內的開拓者；而 STARD 作為集團的先進研發（R&D）部門，承擔著一系列核心內部業務，涵蓋賽車及高性能汽車應用的整車開發。其專業技術版圖廣泛，涉及高性能高壓（HV）電池系統、電機、逆變器、變速箱、電氣架構及軟件開發等關鍵領域。依托尖端技術，STARD 持續突破汽車與賽車行業的創新邊界。
面臨的挑戰
在現代賽車設計中，安全性始終是首要考量 —— 專業賽車領域的管理機構會制定并嚴格執行一系列嚴苛的安全標準。但這些安全要求往往與性能目標存在沖突：提升安全性通常需要增加材料用量，這會直接導致車身重量上升，進而影響車輛性能；與此同時，滿足安全標準還需經過多次設計修訂與迭代，大幅延長開發周期。若缺乏有限元分析（FEA）這類先進工具及高效的優化解決方案，要實現這些相互矛盾的目標，往往需要投入大量時間與人力。
STARD 面臨的核心挑戰，便是優化電動賽車的空間車架設計，以同時滿足嚴苛的性能需求與不斷更新的安全法規。
展開 Altair網絡培訓——Altair大學生方程式賽車輕量化設計解決方案
主題：Altair大學生方程式賽車輕量化設計解決方案
時間：2016年4月27日14:00 ~ 16:00
內容介紹：Altair是世界領先的工程技術開發者，其HyperWorks系列軟件是一套杰出的CAE仿真平臺，它整合了一系列一流的工具，包括建模、分析、優化、可視化、流程自動化和數據管理等解決方案，在線性、非線性、結構優化、流固耦合、多體動力學、流體動力學等領域有著廣泛的應用。本期研討會將著重介紹Altair在方程式賽車輕量化設計方面的應用：
? HyperMesh高效前處理技術
? OptiStruct結構優化、復合材料鋪層優化設計技術
? Altair多物理場求解技術
? 方程式賽車輕量化設計相關應用
在線報名，請點擊這里>>>
中國大學生方程式汽車大賽2016賽季活動方案
展開 基于OptiStruct的節能賽車車架設計
為了參加中國節能競技大賽，需要設計輕量化的車架。在充分考慮參賽這一特殊背
景后，制定了滿載彎曲工況下，基于剛度目標和體積分數約束的拓撲優化方案，借助
OptiStruct在初始階段進行概念設計，使結構在布局上最優。在拓撲優化結構的指導下進行
車架的詳細設計，并使用RADIOSS對車架進行有限元分析。此車架滿足了設計要求，不僅
減輕了車架自身重量，更小的尺寸還為車殼的減重提供了空間，整車重量較往屆相比大大下
降。
卞翔_基于OptiStruct的節能賽車車架設計.pdf
賽車尾翼的仿真驅動設計
在過去幾年中，我們為賽車隊提供了一些設計幫助，比如加拿大的FaSTTUBe車隊和Ryerson車隊。為了備戰德國FGS方程式賽車大賽，Carolina Cura最近對賽車的尾翼進行了設計和形狀優化。本文簡要介紹Carolina的優化工作，以及得到的一些優化結果。
優化目標：提高下壓力
與世界一級方程式錦標賽（F1）或者其他類似賽車競賽相比，FGS的主旨并不是評選最快的賽車，而是擁有最佳的整體設計理念的賽車，這就需要考慮到賽車的設計、預算、商業概念以及賽車性能等方面的綜合性能。其中，賽車性能的主要考核指標有動力性、操控性、加速性能、耐力和燃油效率等。
與普通車輛的空氣動力學性能相比，賽車的空氣動力學性能主要集中在下壓力的大小和分布，而阻力則是次要的。賽車的穩定性和操控性很大程度上取決于輪胎的性能，這直接關系到前后力之間的平衡。因此，優化前、后輪胎的載荷，可提高制動性能、轉向速度，從而提高穩定性。如果已經設計好了賽車的基本形狀，那么可以通過增加尾翼來控制前后車身下壓力之間的平衡。
在賽車中，尾翼對整車貢獻多達三分之一的下壓力。與航空尾翼相比，賽車尾翼主要有四個不同點。首先，賽車尾翼的主要功能是產生下壓力，而航空尾翼則是為了產生升力。此外，由于尾翼的設計工況需要考慮極端的地面效應，小展弦比的尾翼會與車身其他部分產生較強的相互作用。
如下圖所示：可以看到當受到側向力（例如由于轉向引起的慣性）時，輪胎發生側向滑移，使得輪胎運動方向與汽車行駛方向產生一個角度。增加垂直力（下壓力）可以使產生相同側向力的滑移距離更小。這意味著可以以相同的滑移為代價，實現較大的轉向力。
展開 賽車尾翼的仿真驅動設計
在過去幾年中，我們為賽車隊提供了一些設計幫助，比如加拿大的FaSTTUBe車隊和Ryerson車隊。為了備戰德國FGS方程式賽車大賽，Carolina Cura最近對賽車的尾翼進行了設計和形狀優化。本文簡要介紹Carolina的優化工作，以及得到的一些優化結果。
優化目標：提高下壓力
與世界一級方程式錦標賽（F1）或者其他類似賽車競賽相比，FGS的主旨并不是評選最快的賽車，而是擁有最佳的整體設計理念的賽車，這就需要考慮到賽車的設計、預算、商業概念以及賽車性能等方面的綜合性能。其中，賽車性能的主要考核指標有動力性、操控性、加速性能、耐力和燃油效率等。
與普通車輛的空氣動力學性能相比，賽車的空氣動力學性能主要集中在下壓力的大小和分布，而阻力則是次要的。賽車的穩定性和操控性很大程度上取決于輪胎的性能，這直接關系到前后力之間的平衡。因此，優化前、后輪胎的載荷，可提高制動性能、轉向速度，從而提高穩定性。如果已經設計好了賽車的基本形狀，那么可以通過增加尾翼來控制前后車身下壓力之間的平衡。
在賽車中，尾翼對整車貢獻多達三分之一的下壓力。與航空尾翼相比，賽車尾翼主要有四個不同點。首先，賽車尾翼的主要功能是產生下壓力，而航空尾翼則是為了產生升力。此外，由于尾翼的設計工況需要考慮極端的地面效應，小展弦比的尾翼會與車身其他部分產生較強的相互作用。
如下圖所示：可以看到當受到側向力（例如由于轉向引起的慣性）時，輪胎發生側向滑移，使得輪胎運動方向與汽車行駛方向產生一個角度。增加垂直力（下壓力）可以使產生相同側向力的滑移距離更小。這意味著可以以相同的滑移為代價，實現較大的轉向力。
展開 基于Inspire的FSCC賽車懸架立柱優化設計及CAE分析
如波音公司使用拓撲結構優化的方法重新設計了777X飛機的機翼結構，有效改善了機翼的空氣動力學性能。實現零部件的輕量化設計對提升整個部件的貢獻巨大[9]。
拓撲結構優化不僅在航空和汽車等領域已經得到了廣泛的應用和研究，取得了重要的成果。同時，在FSC賽車領域，拓撲結構優化可以被用來重新設計底盤結構、車身外殼等部件，以實現更輕量化的設計和更好的性能。如Jiang等利用有限元法對FSC賽車車架的剛度和振動模態進行了分析，優化后的車架減重7.18%[10]。關亮亮等首先利用CA-TIA對懸架立柱進行了三維建模，之后利用ANSYS對懸架立柱進行了靜力學分析，發現前后立柱的最大應力均小于材料的屈服極限455 MPa，安全系數為3.3，滿足使用需求[11]。Shi等利用MATLAB設計了FSC賽車的轉向梯形機制，減少了輪胎的磨損，保證了良好的轉向能力和抓地力[12]。Yang等計算了后輪輪轂在不同工況下的力學參數，結果表明優化設計后的后輪輪轂可減重約20%[13]。Ye等利用Hypermesh分析了汽車轉彎時所需的承載構件扭轉剛度，并優化了零部件的結構，發現模擬橫向碰撞的最大變形為14.57 mm，最大應力為136 MPa，可保證駕駛員的安全[14]。
Altair Inspire Form軟件可用于子優化設計，并模擬制造工藝過程，引起了越來越多輕量化設計研究者的關注[15,16,17,18]。本文以第十屆FSCC賽車BTR-X的懸架立柱作為研究對象，利用CATIA建立起三維模型，之后對賽車參數和懸架立柱受力進行了分析，得到符合實際的工況條件。在此基礎上，采用Altair Inspire Form軟件，以滿足強度、剛度要求為設計目標，完成了懸架立柱的應力分析及優化重構，并實現其結構輕量化。
1 賽車主要參數
本文所用的FSCC賽車主要參數如表1所示。
展開 數巧科技受邀參加同濟翼馳車隊TR21新車發布會
在線上平臺進行了一定程度的迭代優化后，團隊再進行完整的校驗，最終得到滿足要求的零件設計。相較于以往賽季的零件設計與靜力學校驗流程，團隊的效率得到很大的提升，在輕量化道路上有了更多的探索。
空氣動力學一直是團隊的至高追求并主導賽車設計，在系統化設計流程和多工況仿真指導下，全新的空氣動力學套件能夠在20m/s速度下達到1075N的下壓力，整車外流場及氣動敏感性進一步改善，顯著提升賽車的彎道速度。
AI 浪潮來襲，Cadence Fidelity 軟件平臺加速 CFD 變革
在此次 GTC 大會上，Cadence 多物理場系統分析研發副總裁顧鑫（Ben Gu）也受邀發表了題為《Fidelity 優化 F1 賽車氣動設計》（Optimizing Formula One with Fidelity）的演講，分享了關于高保真模擬的下一步發展，并介紹了 Cadence 如何通過 GPU 加速的 CFD 設計流程撼動汽車 CFD 設計。
Ben Gu 表示：
“我們需要 High-Fidelity 仿真對復雜的汽車設計進行分析和優化。未來，最快、最高效的賽車設計將與智能、自動化和規模相融合，從而得到之前傳統設計環境無法實現的結果。由于一級方程式（F1）規則限制了 F1 團隊可以應用于賽車設計的計算流體動力學（CFD）計算周期的數量，因此現今 CFD 解決方案的計算吞吐量正迅速成為 F1 車隊能否登上領獎臺的關鍵。”
“雖然由于規則的限制，F1 暫不能從 GPU 的應用中受益，但這樣的轉變已開始影響其他行業的競爭，如汽車行業及其他工業領域。應用 CPU，仿真需要數天甚至數周，這樣的輪轉時間對于設計目標來說不切實際。應用 GPU，同樣的仿真可以在 2-5 個小時內完成，且能得到更高精度的結果。這種前所未有的速度和精度使得深度挖掘最優的設計成為可能。它從根本上改變了 CFD 的游戲規則。”
Cadence? Fidelity? CFD 軟件平臺，為多物理場仿真的性能和準確度開創新時代。這是一套全面的計算流體力學（CFD）解決方案，適用于多種工業領域，包括汽車、葉輪機械、船舶、航空航天等。Fidelity CFD 包括幾項主要的技術創新，突破了傳統 CFD 求解器技術的局限。
展開 VI-grade 2026 年度虛擬大學生方程式大賽開啟！
虛擬設計真實馳騁：
VI-grade 2026 虛擬大學生方程式大賽
開啟你的賽車工程師生涯
屏幕前點擊幾下鼠標，賽道上疾馳而過的方程式賽車正通過你的設計變得越來越快。
“我們的賽車彎心速度始終上不去，懸架調校方案已經試了十幾次，還是找不到最優解。”在車隊的車間里，車隊成員們圍著底盤調教方案爭論，實物測試消耗的時間與資源卻總讓他們望而卻步。
現在，一個不需要物理原型就能完整測試賽車設計的舞臺已經到來。
VI-grade 2026 虛擬大學生方程式大賽正式開放報名！這項基于 VI-grade 先進仿真技術的競賽，為你打造驗證設計創意、與全國車隊同臺競技的專業平臺。
設計、模擬、優化 —— 一切都從你的電腦開始。
01 ??賽事初衷，輔助真實設計
VI-grade 虛擬方程式大賽并非額外負擔，而是指導真實賽車設計的強大數字化工具。賽事核心理念是將虛擬仿真技術融入實際賽車開發流程，助力車隊在制造物理樣車前提前發現問題、優化方案。
相較于傳統設計中耗時耗力的 “設計 - 制造 - 測試 - 修改” 循環，虛擬仿真讓你在數字世界中快速驗證設計思路。本次比賽的輪胎模型、動力系統參數、賽道、空氣動力學模型均基于真實物理特性建立，確保仿真結果對實際設計具有指導意義。
為幫助參賽車隊熟練掌握仿真工具，我們將推出系列教學視頻，指導隊員們使用VI-CarRealTime、VI-DriveSim等軟件優化車輛設計，讓虛擬仿真真正成為車隊研發的核心助手。
展開 太陽能賽車的復合材料優化：利用 Altair OptiStruct 最小化車身和底盤重量
行業：汽車
挑戰：設計一輛僅使用太陽能的高性能賽車
Altair 解決方案：使用OptiStruct最小化復合材料的車身和底盤重量
優點：2012的設計相比于2009的設計減輕了90kg；
背景介紹
世界太陽能挑戰賽是一個3,000公里的比賽，從北部的達爾文市到南部的阿德 萊德市，穿越澳大利亞整個內地。該賽事吸引了世界各地的學生和專業團隊來設 計、制造僅僅使用太陽能的賽車并進行比賽。這是一場性能的競賽，展示了最新 的技術，比如鋰電池、太陽能電池以及最優的材料輕量化設計技術。賽車的設計 重點聚焦在空氣動力學和重量上，制造材料為航空鋁合金、鈦和碳纖維等材料。 由于應用了這些材料，相對于商用汽車而言，太陽能賽車是非常輕的。太陽能賽 車比賽中的頂尖車隊擁有最輕的賽車，往往歸功于高級優化方法的應用。
密歇根大學的太陽能車隊通過應用Altair OptiStruct優化技術，從2009年的 Infinium賽車設計到2012年的Quantum賽車設計，成功將重量減少了90kg。在2011 世界太陽能挑戰賽中，密歇根團隊取得了第三名，這是美國隊伍有史以來的最好 成績。這支隊伍也取得了其它七項美國太陽能汽車挑戰賽的冠軍。
挑戰
頂尖團隊建造的車輛完全采用復合材料的車身、底盤與下半身連接。整車主要分成兩部分：上半身包含太陽能電池，下半身包含底盤和驅動總成。兩部分都 完全采用碳纖維-蜂窩夾芯的三明治結構，這樣的結構擁有極高的強度-重量比。
碳纖維車身的最終產品要足夠堅固以應對所有的載荷工況，同時重量盡可能達到最輕。作為整車的骨干結構，底盤有著最復雜的載荷工況；它需要負載重物，如車手和電池，還要承受所有從地面沿懸掛系統傳來的加速度沖擊。
展開 VI-grade 2026 年度虛擬大學生方程式大賽開啟！
虛擬設計真實馳騁：
VI-grade 2026 虛擬大學生方程式大賽
開啟你的賽車工程師生涯
屏幕前點擊幾下鼠標，賽道上疾馳而過的方程式賽車正通過你的設計變得越來越快。
“我們的賽車彎心速度始終上不去，懸架調校方案已經試了十幾次，還是找不到最優解。”在車隊的車間里，車隊成員們圍著底盤調教方案爭論，實物測試消耗的時間與資源卻總讓他們望而卻步。
現在，一個不需要物理原型就能完整測試賽車設計的舞臺已經到來。
VI-grade 2026 虛擬大學生方程式大賽正式開放報名！這項基于 VI-grade 先進仿真技術的競賽，為你打造驗證設計創意、與全國車隊同臺競技的專業平臺。
設計、模擬、優化 —— 一切都從你的電腦開始。
01 ??賽事初衷，輔助真實設計
VI-grade 虛擬方程式大賽并非額外負擔，而是指導真實賽車設計的強大數字化工具。賽事核心理念是將虛擬仿真技術融入實際賽車開發流程，助力車隊在制造物理樣車前提前發現問題、優化方案。
相較于傳統設計中耗時耗力的 “設計 - 制造 - 測試 - 修改” 循環，虛擬仿真讓你在數字世界中快速驗證設計思路。本次比賽的輪胎模型、動力系統參數、賽道、空氣動力學模型均基于真實物理特性建立，確保仿真結果對實際設計具有指導意義。
為幫助參賽車隊熟練掌握仿真工具，我們將推出系列教學視頻，指導隊員們使用VI-CarRealTime、VI-DriveSim等軟件優化車輛設計，讓虛擬仿真真正成為車隊研發的核心助手。
02 ???雙軌競技，公平仿真平臺
本次大賽設立燃油組（支持混動）與電動組兩個組別，覆蓋不同類型的動力系統，今年油車模型開放混動架構，在模型中添加前輪電機，隊員們可以在這上面驗證自己的控制算法，無論你的車隊專注于哪種技術路線，都能在這里找到對應的競技舞臺。
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