在中国大学生方程式汽车大赛中,如何利用非常有限的时间研发、制造、试验和调校出一辆具有足够竞争力的赛车是各参赛院校一直以来关注的重点。赛事针对各动态项目设计有不同的赛道布置方案,这就要求FSAE赛车在各方面性能上均具备优异的表现,尤其是极限行驶工况下的操纵稳定性。为了快速高效地研制出一种能以最短时间完成指定赛道的最优车辆配置,本文以长沙理工大学2016年FSAE赛车为研究对象,开发出一套用于计算赛车整圈最少用时以及评价赛车极限操纵性能的仿真工具。首先,根据赛车专用轮胎的试验数据,采用无条件约束优化算法中的L-M方法对魔术公式Pacejka2002轮胎模型力学特性进行曲线拟合和参数识别。推导赛车专用机械多摩擦片式限滑差速器的数学模型,在Matlab/Simulink环境下建立计入限滑转矩的模块化七自由度整车模型,并将多种试验工况下的仿真结果与试验数据进行对比验证。其次,根据特定赛道上的实车采集数据,重新构建赛车行驶路线,并提出一种“拉伸”算法对数据和计算模型中存在的误差进行修正。通过路线预描转向控制和纵向速度控制方案,建立与整车模型联合的完整驾驶员模型,从而计算出跟踪指定行驶路线需要的纵向和侧向控制输入,并将其作为整圈用时优化程序的初始输入值。最后,在赛车性能限制和赛道边界约束范围内,运用非线性约束优化算法中的SQP方法对驾驶员控制策略矩阵进行迭代调整,从而找出赛车完成指定赛道的最少用时和最优行驶路线。通过开发出的整圈最少用时瞬态仿真工具,分析总结赛车多种参数值变化对整圈最少用时的影响,为赛车的初始设计、迭代研发和试验调校阶段以及车手的驾驶策略提供指导方向。