方程式赛车电子冷却系统的研究

对于大学生方程式赛车燃油车赛事,众多车队都受发动机耐久赛过热、停机后发动机温度过高、暖机时间过长等冷却问题困扰,而冷却系统对发动机的可靠性、经济性至关重要,因此有必要针对赛车的冷却系统进行研究。本文以2017赛季太原理工大学方程式赛车为研究对象,对赛车的冷却系统进行了优化研究。本文通过发动机台架试验、赛车赛道数据采集试验获得了赛车发动机的性能参数以及赛车耐久赛运行参数,对数据分析及处理后建立了耐久赛赛车速度循环模型,并利用GT-SUITE软件建立了赛车驱动系统模型及发动机冷却系统模型,研究了赛车在耐久赛速度循环瞬态工况下冷却系统性能,并以此模型为基础展开对方程式赛车电子冷却系统的研究。在系统性分析赛车冷却系统问题后,从赛车的赛道极限散热能力、发动机正常温度工作阶段、发动机暖机工作阶段分别展开了相关优化研究。对于赛车赛道极限散热能力,本文通过仿真试验对影响赛车极限散热能力的散热器散热能力进行了瞬态研究。优化后的结果显示,在满足耐久赛极限散热需求的情况下将散热器面积缩小了30%,并获得了优化后的散热器的性能数据。在发动机正常温度工作阶段,影响冷却系统工作性能的主要因素是冷却液流量的控制。在保证精确性及响应性的前提下本文采用智能MAP控制模式的电子水泵,并根据热量的供需平衡原则,通过分析计算并建立了车速、发动机转速、节气门开度、发动机温度、环境温度等多信号输入的电子水泵的智能控制MAP图。仿真结果显示,在耐久赛阶段发动机温度可以保证在预设目标温度附近,并且有效降低了水泵转速,同时解决了停机后发动机温度升高的问题。在发动机暖机工作阶段,冷却系统的散热能力主要与节温器调控有关。本文设计了应用于赛车发动机的电子转阀式三通阀结构,通过CFD仿真试验获得了三通阀的流量分配特性,并通过仿真试验预测了利用PID控制的转阀三通阀在低速阶段的应用效果,仿真结果显示应用电子节温器的发动机暖机速度明显加快并且在耐久赛中发动机的温度波动幅度显著减小。由于大学生方程式赛车动力系统单元设计的多变性,针对发动机功率匹配设计的智能MAP控式制电子冷却系统需要重新设计,为减少电子冷却系统研发成本,从提高赛车电子冷却系统的通用性及良好的匹配适应能力角度出发,本文对赛车的电子冷却系统进行模糊控制的通用性设计研究,设计了两输入两输出的Mamdani式模糊控制器。通过仿真试验并对标智能MAP控制,验证了模糊控制通用性设计的可行性。