賽車
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2026-01-05
賽車的視頻教程
應(yīng)用VI-grade仿真解決方案進(jìn)行賽車圈速仿真和性能優(yōu)化
“綠色地獄”——紐伯格林北環(huán)賽道作為全球最知名的賽車場，更是成為世界頂級(jí)的汽車制造商最為看重的“肌肉秀場”，近年來，蔚來汽車和領(lǐng)克汽車更是讓這一傳奇賽道的圈速榜印上了中國汽車的名字。 優(yōu)秀的賽道圈速越來越被國內(nèi)的汽車迷和汽車廠商看重，然而，在車輛開發(fā)過程的早期，如何進(jìn)行準(zhǔn)確的賽道圈速預(yù)測，如何提高賽車的賽道性能，如何確保最終制造的賽車能夠帶來優(yōu)秀的駕駛體驗(yàn)，如何以更低的成本創(chuàng)造更快的圈速？
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Hypermesh高效前處理在方程式賽車設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
Hypermesh高效前處理在方程式賽車設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。 本視頻整理自Altair-China視頻課程，為免費(fèi)視頻。 整理出來旨在純粹分享hyperworks知識(shí)給廣大同行，完全不為個(gè)人利益。 若有侵犯相關(guān)合法權(quán)益請(qǐng)告知，即刻根據(jù)規(guī)范刪除。
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賽車的實(shí)例教程
— Leonard Mengoni，保時(shí)捷賽車運(yùn)動(dòng)部門高壓動(dòng)力裝置單元開發(fā)工程師
在本期“Ask the Engineer”（向工程師提問）欄目中，一位保時(shí)捷賽車運(yùn)動(dòng)部門內(nèi)部人士與我們探討了有關(guān)保時(shí)捷99X Electric Gen3 Evo全電動(dòng)賽車的動(dòng)力總成效率的話題。
已有一款全新的保時(shí)捷賽車問世，并且它已經(jīng)顛覆了賽車運(yùn)動(dòng)中最令人振奮的系列賽之一——ABB FIA E級(jí)方程式世界錦標(biāo)賽。泰格豪雅保時(shí)捷電動(dòng)方程式車隊(duì)將在衛(wèi)冕世界冠軍車手Pascal Wehrlein和2020年冠軍António Félix Da Costa的帶領(lǐng)下，準(zhǔn)備駕駛?cè)卤r(shí)捷99X Electric Gen3 Evo全電動(dòng)賽車，再創(chuàng)賽車歷史。
99X Gen3 Evo在圣保羅E-Prix比賽中首次亮相，成為了加速最快的FIA單座賽車，其能夠在1.82秒內(nèi)從0加速到60英里每小時(shí)。Wehrlein從P1發(fā)車位以1分9.851秒的桿位圈速拉開序幕，比去年快整整3秒。這一表現(xiàn)，加上Da Costa的早期登上領(lǐng)獎(jiǎng)臺(tái)取得的勝利，為車隊(duì)本賽季的精彩表現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。
今年的賽事中，基本比賽規(guī)則保持不變，包括可用的能量限制。不過，今年車隊(duì)可以在排位賽對(duì)決、賽車起步和攻擊模式下啟用前輪驅(qū)動(dòng)。由此，經(jīng)過改進(jìn)，保時(shí)捷99X Electric Gen3 Evo可通過前后輪同時(shí)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)臨時(shí)四輪驅(qū)動(dòng)，從而獲得額外抓地力。
保時(shí)捷賽車運(yùn)動(dòng)部門高壓動(dòng)力裝置開發(fā)工程師Leonard Mengoni認(rèn)為，這些新改進(jìn)只是常規(guī)操作。我們有機(jī)會(huì)與他討論了他的工作，以及Ansys與保時(shí)捷的合作將如何繼續(xù)助力保時(shí)捷賽車運(yùn)動(dòng)部門提升動(dòng)力總成效率。
展開 同時(shí)，在FSC賽車領(lǐng)域，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化可以被用來重新設(shè)計(jì)底盤結(jié)構(gòu)、車身外殼等部件，以實(shí)現(xiàn)更輕量化的設(shè)計(jì)和更好的性能。如Jiang等利用有限元法對(duì)FSC賽車車架的剛度和振動(dòng)模態(tài)進(jìn)行了分析，優(yōu)化后的車架減重7.18%[10]。關(guān)亮亮等首先利用CA-TIA對(duì)懸架立柱進(jìn)行了三維建模，之后利用ANSYS對(duì)懸架立柱進(jìn)行了靜力學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)前后立柱的最大應(yīng)力均小于材料的屈服極限455 MPa，安全系數(shù)為3.3，滿足使用需求[11]。Shi等利用MATLAB設(shè)計(jì)了FSC賽車的轉(zhuǎn)向梯形機(jī)制，減少了輪胎的磨損，保證了良好的轉(zhuǎn)向能力和抓地力[12]。Yang等計(jì)算了后輪輪轂在不同工況下的力學(xué)參數(shù)，結(jié)果表明優(yōu)化設(shè)計(jì)后的后輪輪轂可減重約20%[13]。Ye等利用Hypermesh分析了汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)所需的承載構(gòu)件扭轉(zhuǎn)剛度，并優(yōu)化了零部件的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)模擬橫向碰撞的最大變形為14.57 mm，最大應(yīng)力為136 MPa，可保證駕駛員的安全[14]。
Altair Inspire Form軟件可用于子優(yōu)化設(shè)計(jì)，并模擬制造工藝過程，引起了越來越多輕量化設(shè)計(jì)研究者的關(guān)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(duì)象，利用CATIA建立起三維模型，之后對(duì)賽車參數(shù)和懸架立柱受力進(jìn)行了分析，得到符合實(shí)際的工況條件。在此基礎(chǔ)上，采用Altair Inspire Form軟件，以滿足強(qiáng)度、剛度要求為設(shè)計(jì)目標(biāo)，完成了懸架立柱的應(yīng)力分析及優(yōu)化重構(gòu)，并實(shí)現(xiàn)其結(jié)構(gòu)輕量化。
1 賽車主要參數(shù)
本文所用的FSCC賽車主要參數(shù)如表1所示。表中參數(shù)除軸距、輪距在設(shè)計(jì)與制造裝配過程中能夠較精確保證和控制之外，其余參數(shù)均為目標(biāo)參數(shù)。
展開 學(xué)生方程式賽車重量 通常在150Kg到300Kg之間。這一數(shù)值很大程度取決于車身的優(yōu)化程度以及隊(duì)員們的設(shè)計(jì)理念（如輕量化設(shè)計(jì)會(huì)使用單缸發(fā)動(dòng)機(jī)配備10寸輪轂，而動(dòng)力性設(shè)計(jì)會(huì)使用4 缸發(fā)動(dòng)機(jī)配備13寸輪轂）。通常情況下，新團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的賽車的優(yōu)化程度要低于經(jīng)驗(yàn) 豐富團(tuán)隊(duì)的設(shè)計(jì)方案。
學(xué)生方程式競賽分為靜態(tài)項(xiàng)目（工程設(shè)計(jì)、成本分析、商業(yè)計(jì)劃演示等）和動(dòng)態(tài)項(xiàng)目（防滑性、加速性、越野性、耐力性以及燃油經(jīng)濟(jì)性等）兩類。由于大多數(shù) 團(tuán)隊(duì)沒有足夠的資金生產(chǎn)多個(gè)原型賽車或進(jìn)行大量的物理試驗(yàn)，他們不得不求助于虛擬設(shè)計(jì)方法來獲得最佳的設(shè)計(jì)方案。近來，斯圖加特大學(xué)的兩支隊(duì)伍在比賽中表 現(xiàn)出色。這一成績均得益于賽車生產(chǎn)之前HyperWorks在設(shè)計(jì)方案模擬和車輛減重方面的應(yīng)用。兩隊(duì)的動(dòng)力系統(tǒng)不同，但在HyperWorks應(yīng)用上都獲得了顯著的成效。
挑戰(zhàn)
在減輕重量的同時(shí)提高車身性能是學(xué)生方程式賽車設(shè)計(jì)生產(chǎn)的根本途徑。因此，兩支隊(duì)伍均采用OptiStruct——HyperWorks基于有限元方法的結(jié)構(gòu)優(yōu)化工具，對(duì)他們的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化，兩隊(duì)不同車型在類似的優(yōu)化需求下均獲得了較好的結(jié)果。
RennTeam每年都會(huì)設(shè)計(jì)生產(chǎn)一輛全新的內(nèi)燃動(dòng)力賽車。有些零件是根據(jù)已往賽車優(yōu)化而來，有些零件則需要全新設(shè)計(jì)。他們2012賽季的賽車重量目標(biāo)定位在 175Kg到185Kg之間。
由于裝有集成充電電池，GreenTeam的電動(dòng)車要比一般的內(nèi)燃動(dòng)力車重一些。因此，電動(dòng)車組的所有團(tuán)隊(duì)都將面臨可能的車身減重以補(bǔ)償沉重的發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)賽車性能影響的問題。使用傳統(tǒng)研發(fā)流程和工具，學(xué)生們需要進(jìn)行大量的虛擬設(shè)計(jì)計(jì)算和物理試驗(yàn)。然而，學(xué)生的資源畢竟有限，他們不得不尋求新的設(shè)計(jì)方法，盡可能在賽車生產(chǎn)前優(yōu)化各個(gè)零部件的重量并提高零件的剛度和性能。
展開 在過去幾年中，我們?yōu)?em>賽車隊(duì)提供了一些設(shè)計(jì)幫助，比如加拿大的FaSTTUBe車隊(duì)和Ryerson車隊(duì)。為了備戰(zhàn)德國FGS方程式賽車大賽，Carolina Cura最近對(duì)賽車的尾翼進(jìn)行了設(shè)計(jì)和形狀優(yōu)化。本文簡要介紹Carolina的優(yōu)化工作，以及得到的一些優(yōu)化結(jié)果。
優(yōu)化目標(biāo)：提高下壓力
與世界一級(jí)方程式錦標(biāo)賽（F1）或者其他類似賽車競賽相比，F(xiàn)GS的主旨并不是評(píng)選最快的賽車，而是擁有最佳的整體設(shè)計(jì)理念的賽車，這就需要考慮到賽車的設(shè)計(jì)、預(yù)算、商業(yè)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(biāo)有動(dòng)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(dòng)力學(xué)性能相比，賽車的空氣動(dòng)力學(xué)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(wěn)定性和操控性很大程度上取決于輪胎的性能，這直接關(guān)系到前后力之間的平衡。因此，優(yōu)化前、后輪胎的載荷，可提高制動(dòng)性能、轉(zhuǎn)向速度，從而提高穩(wěn)定性。如果已經(jīng)設(shè)計(jì)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(duì)整車貢獻(xiàn)多達(dá)三分之一的下壓力。與航空尾翼相比，賽車尾翼主要有四個(gè)不同點(diǎn)。首先，賽車尾翼的主要功能是產(chǎn)生下壓力，而航空尾翼則是為了產(chǎn)生升力。此外，由于尾翼的設(shè)計(jì)工況需要考慮極端的地面效應(yīng)，小展弦比的尾翼會(huì)與車身其他部分產(chǎn)生較強(qiáng)的相互作用。
如下圖所示：可以看到當(dāng)受到側(cè)向力（例如由于轉(zhuǎn)向引起的慣性）時(shí)，輪胎發(fā)生側(cè)向滑移，使得輪胎運(yùn)動(dòng)方向與汽車行駛方向產(chǎn)生一個(gè)角度。增加垂直力（下壓力）可以使產(chǎn)生相同側(cè)向力的滑移距離更小。這意味著可以以相同的滑移為代價(jià)，實(shí)現(xiàn)較大的轉(zhuǎn)向力。
展開 德國帕德博恩（Paderborn）大學(xué)生方程式賽車隊(duì)進(jìn)行賽車軸承座部件優(yōu)化、減重
我們已經(jīng)展示了MSC Apex Generative Design的潛力，以下為帕德博恩大學(xué)生方程式賽車隊(duì)為他們的賽車設(shè)計(jì)的軸承座部件——該部件用于支撐車輪軸承，屬于懸架的一部分。
這是一個(gè)很典型的案例，因?yàn)檩S承座一方面要需要承受非常復(fù)雜的負(fù)載工況，同時(shí)對(duì)輕量化設(shè)計(jì)具有迫切需求。由于大賽要求參賽者每年開發(fā)一款新的賽車，仔細(xì)檢查每一個(gè)零件，以提升競爭優(yōu)勢，因此設(shè)計(jì)過程中需要進(jìn)行大量的零件設(shè)計(jì)優(yōu)化。MSC仿真工具，例如：Adams 和 MSC Nastran 被用于進(jìn)行后續(xù)的部件優(yōu)化。
▲ 采用MSC Apex Generative Design進(jìn)行增材制造設(shè)計(jì)
開發(fā)過程首先從基于Adams的多體動(dòng)力學(xué)仿真中獲取載荷開始，Adams模型模擬了整個(gè)懸架的多種工況，包括所有連接點(diǎn)的坐標(biāo)和作用力。
這些信息被用于建立優(yōu)化模型并定義其目標(biāo)。
在 MSC Apex Generative Design中定義了一個(gè)盡可能大的設(shè)計(jì)空間（如上圖所示）。
在這個(gè)方程式賽車項(xiàng)目中，對(duì)應(yīng)輪輞內(nèi)的空間減去叉形臂的安裝空間以及所選的制動(dòng)系統(tǒng)。運(yùn)行MSC Apex Generative Design優(yōu)化算法，設(shè)計(jì)空間內(nèi)的材料在確保滿足各種邊界條件、約束以及優(yōu)化目標(biāo)的前提下會(huì)被盡可能的削減。
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賽車的最新內(nèi)容
基于Ansys Mechanical、Fluent、Discovery，講解方程式賽車結(jié)構(gòu)與熱流體核心仿真，包括剛度、拓?fù)鋬?yōu)化、疲勞、碰撞；電池散熱、電機(jī)散熱，電化學(xué)分析等；2. 建立從概念驗(yàn)證、方案對(duì)比到詳細(xì)分析的完整仿真思路，提升問題定位與設(shè)計(jì)優(yōu)化能力；3. 將仿真嵌入賽車研發(fā)流程，實(shí)現(xiàn)仿真驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，提升性能、縮短周期、提高研發(fā)效率。
今日16:00，Ansys官方『Ansys高校系列專題：方程式賽車的智能化仿真設(shè)計(jì)』研討會(huì)研討會(huì)將基于Mechanical、Fluent、Discovery講解賽車結(jié)構(gòu)與熱流體核心仿真，建立從概念驗(yàn)證到詳細(xì)分析的完整研發(fā)流程。
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5/13 | Ansys高校系列專題：方程式賽車的智能化仿真設(shè)計(jì)
主題簡介：1. 基于Ansys Mechanical、Fluent、Discovery，講解方程式賽車結(jié)構(gòu)與熱流體核心仿真，包括剛度、拓?fù)鋬?yōu)化、疲勞、碰撞；電池散熱、電機(jī)散熱、電化學(xué)分析等；2. 建立從概念驗(yàn)證，方案對(duì)比到詳細(xì)分析的完整仿真思路，提升問題定位與設(shè)計(jì)優(yōu)化能力；3.
</p><p>3、將仿真嵌入賽車研發(fā)流程，實(shí)現(xiàn)仿真驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，提升性能、縮短周期、提高研發(fā)效率。
在幾何處理與建模方面，HyperMesh擁有強(qiáng)大的幾何修復(fù)能力，可直接導(dǎo)入U(xiǎn)G、Pro/E、CATIA等幾乎所有主流CAD軟件的模型格式，高效處理導(dǎo)入模型中的間隙、重疊、缺損等問題，大幅減少手動(dòng)修復(fù)的工作量，尤其擅長處理大型復(fù)雜裝配體——無論是包含300多個(gè)組件的碳吸收裝置，還是 Rally賽車的空間框架，都能快速完成幾何簡化與優(yōu)化，為后續(xù)仿真奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
這些經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證的解決方案，幫助整車廠、供應(yīng)商、研究中心、賽車團(tuán)隊(duì)及高校減少物理原型車使用，同時(shí)加速創(chuàng)新進(jìn)程，逐步實(shí)現(xiàn)零原型車的終極開發(fā)目標(biāo)。
VI-grade 隸屬于 HBK ISV（仿真與驗(yàn)證）事業(yè)部，該事業(yè)部專注于提供實(shí)時(shí)軟件、模擬器及硬件在環(huán)解決方案，支持產(chǎn)品開發(fā)全周期的虛擬測試，助力企業(yè)加速創(chuàng)新、縮短上市時(shí)間并提升競爭優(yōu)勢。
這些經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證的解決方案，幫助整車廠、供應(yīng)商、研究中心、賽車團(tuán)隊(duì)及高校減少物理原型車使用，同時(shí)加速創(chuàng)新進(jìn)程，逐步實(shí)現(xiàn)零原型車的終極開發(fā)目標(biāo)。
VI-grade 隸屬于 HBK ISV（仿真與驗(yàn)證）事業(yè)部，該事業(yè)部專注于提供實(shí)時(shí)軟件、模擬器及硬件在環(huán)解決方案，支持產(chǎn)品開發(fā)全周期的虛擬測試，助力企業(yè)加速創(chuàng)新、縮短上市時(shí)間并提升競爭優(yōu)勢。
這些經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證的解決方案，幫助整車廠、供應(yīng)商、研究中心、賽車團(tuán)隊(duì)及高校減少物理原型車使用，同時(shí)加速創(chuàng)新進(jìn)程，逐步實(shí)現(xiàn)零原型車的終極開發(fā)目標(biāo)。
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這些經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證的解決方案，幫助整車廠、供應(yīng)商、研究中心、賽車團(tuán)隊(duì)及高校減少物理原型車使用，同時(shí)加速創(chuàng)新進(jìn)程，逐步實(shí)現(xiàn)零原型車的終極開發(fā)目標(biāo)。
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5 天篩 30 款輪胎！虛擬仿真讓輪胎測試效率拉滿1個(gè)月前
這些經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證的解決方案，幫助整車廠、供應(yīng)商、研究中心、賽車團(tuán)隊(duì)及高校減少物理原型車使用，同時(shí)加速創(chuàng)新進(jìn)程，逐步實(shí)現(xiàn)零原型車的終極開發(fā)目標(biāo)。
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