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FSAE赛车发动机动力性能改进

黄美鹏  
【摘要】:大学生方程式汽车大赛(FSAE)于2009年引入中国之后,迅速成为一项非常受欢迎的大学生创新实践活动,截止2017年,已有逾80支车队参加该项赛事。由于受到赛事规则及研发成本限制,FSAE赛车发动机均由610cc排量以下的小型汽油发动机经改造而来,本文基于一台装有20mm进气限流器的HONDA CB600F增压发动机开展FSAE赛车动力性能改进研究,研究内容主要包括发动机动力性能提升和动力输出优化。本文首先分析了吉速车队2015赛季赛车发动机性能,提出了发动机动力提升目标。利用GT-POWER仿真软件对进排气系统进行仿真研究,分别研究了不同进气歧管长度、不同排气歧管结构和不同排气歧管长度对发动机动力性的影响,根据仿真结果,最终确定进气歧管长度为100mm,排气歧管布置方案为4-2-1形式(1、4缸一组,2、3缸一组),排气管长度为400mm。在此基础上,利用CATIA软件对排气歧管进行三维建模,借助CFD软件Fluent对排气歧管进行了三维流体仿真分析,对排气管的结构进行了优化。其次,在系统分析了赛车电控系统需求之后,采用全替换式ECU Mo Te C M800搭建了发动机及整车电控系统,重新匹配了传感器及硬件电路,实现了对发动机控制参数的自由调整。利用重新搭建的开放式电控系统,对发动机喷油MAP、点火MAP、喷油脉宽补偿以及提前角补偿参数进行标定,使得发动机各稳态工况下达到最大动力输出,同时针对环境变量进行参数修正。通过台架标定,发动机在5000-8500r/min之间,扭矩达到了75N·m以上,9500r/min时达到最大功率71k W。实现了发动机动力提升。最后,为了提高赛车在赛道上的加速能力和操控性能,引入基于目标滑移率的牵引力控制和基于目标转速的起步控制功能。通过整车测试,确定了赛车在干地和湿地状态下的最佳滑移率,使得赛车在直线加速过程中能够充分利用轮胎的附着力及发动机动力提高加速性能,同时也实现了直线加速过程的发动机动力输出优化。


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