基于AVL Cruise的FSAE方程式赛车建模及调试

机械装备研发

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基于AVL󰀃Cruise的FSAE方程式赛车建模及调试

黄志腾，许志鸿，梁 星

（福建农林大学，福建 福州 350002）

摘　要：在还未完成赛车的最终成品时，直接使用零件定制厂家提供的数据或工具测量硬件数据，利用AVL Cruise的建模及其仿真功能，进行模拟成车的动力性仿真计算，具有一定的实用性，文章对此进行了研究。关键词：FSAE；动力性；建模；参数调试中图分类号：U469.72󰀃󰀃󰀃󰀃文献标志码：A󰀃󰀃󰀃文章编号：1672-3872（2019）08-0123-01

AVL Cruise作为一款前向式仿真软件，因其操作界面友好，仿真贴近实际，在汽车行业上得到广泛应用，其模块化设计让用户能够依照需求进行自主设计，使其适用于从业余学者到专业人士各个不同阶层的操作人员[1]。

1 利用AVL󰀃Cruise建模

1.1 模型搭建方法以及途径

模型搭建的途径主要有两种：1）用户可以选择从零开始通过拖动所需模块并进行机械与通讯连接完成建模。2）将一个软件自带的现成模型通过删除修改模块并最终达到理想的效果，后者的优点是模型的通讯连接已经完成。首先对纯电动赛车进行简单的动力性仿真建模，包括整车模块、轮胎模块、制动模块、电机模块、电池模块、监视器模块、驾驶舱模块、差速器模块以及最重要的制动控制模块和驱动控制模块，蓝色线为机械连接。然后进行通讯连接，其中蓝色字体为必连项，模块需要确定输入的来源和输出的对象[2]。1.2 电机的参数特性输入作为纯电动赛车，由福建万润新能源科技有限公司赞助给我校的赛车核心——一台永磁同步电机是该电机参数表的输入基准，其中较为重要的参数有额定电压(Nominal Voltage),最大转速（Maximum Speed），电机重量（Mass of Machine）以及最大功率持续时间（Thermal Time Constant of Maximum Power）。由于本电机不作发电机使用所以在特性曲线图（Characteristic Maps and Curves）选择电机相关（motor-related）。1.3 电池的参数特性输入

由福建冠城瑞闽新能源科技有限公司赞助的三元锂离子动力电池是该电池表格参数的输入基准。根据20学生方程式大赛要求的耐久赛续航里程确定的电量约为7.5kW·h，据此设计的串联数目（Number of Cells per Cell-Row）为80，并联数目（Number of Cell-Row）为1，根据单体电池的容量和电压范围结合串并联方式填写最大容量、额定电压、最低电压和最高电压。由于使用该特定串并联的方式，需要对应填写充放电电池内阻（Ohmic Resistance），且该参数对仿真结果影响较大需要精确填写[3]。1.4 其余模块的参数设置

在上述几个重要模块输入完成之后，需要完成的变化曲线图表还有驾驶舱模型中的加速踏板特性曲线（Acceleration Pedal Characteristic）和制动踏板特性曲线（Brake Pedal Characteristic），通常作正比线性处理，即踏板转动行程

——————————————作者简介：󰀃黄志腾（1999—），男，福建龙岩人，本科，研究方向：

软件仿真。

与目标输入信号1∶1。其余模块只需输入具体的参数，无需再作表格曲线[4]。

2 建立动力性仿真工况及结果分析

2.1 75m加速实况

本实验对大学生方程式大赛的75m加速时间和最大车速两项赛事进行仿真。首先建立Full Load Acceleration工况。对于路况和驾驶员均采用系统自带标准模型，开始及测试状态选择用户模式，负载状态选择普通道路模式和半载。由于结果处理器所显示的文本方式规定隔一定的间隔呈现一系列结果，75m加速目的为获取在当前距离内的时间和车速的对应变化关系，因此在设置测量点中的距离设置测量点设置总长为75m，每间隔5m呈现一次当前对应状态。2.2 最大速度实况

最大车速实况依然使用Full Load Acceleration工况，设置与75m加速大致相同，不同在于设置的是速度测量点（Velocity Measuring Points）。初始速度设置为0，末速度估计设置一个远大于可能出现的速度。通过文本结果可以直观看出，约0.5min赛车可以达到约145km/h的时速，稍高于期待的125km/h车速。这是由于在模型的各种阻力设置以及路况设置中的阻力设置较轻导致，实际路况应当更加恶劣。通过仿真对传动比的数值进行调整。通过二分法，确定传动比3.8最为合适。

3 结束语

从初入门AVL Cruise大致经历组装模块，机械通讯连接，参数导入，工况设置，计算，结果分析，统计，修改参数，计算再结果分析等步骤。通过更加细致的参数输入可以使模型更加接近实际，但实际上不可控因素较多，车辆的硬件参数并非一成不变，该软件提供一张模拟的成绩单来作为参考。参考文献：

[1]邓家奇.FSAE纯电动赛车动力匹配及试验研究[D].西安:长安大

学,2016.[2]杨忠平.利用Cruise软件进行整车动力性和燃油经济性仿真分析

[J].汽车实用技术,2015(1):107-109.[3]辛全彬.基于FSAE电动赛车的整车电气系统构建[J].电子技术

与软件工程,2014(21):251-252.[4]杨超.电动车动力学建模与仿真研究[D].武汉:武汉理工大学,2007.

（收稿日期：2019-4-15）