本文介紹了一項發表於 arXiv(編號 arXiv:2610.36407v1,分類為 cs.RO 機器人學,交叉 eess.SY 系統與控制)的研究工作,題為《用於賽車優化的二自由度多體賽道關節》(A 2-DOF MultiBody Track Joint for Race Car Optimization)。論文由 Srikanth Sivaramakrishnan 及另外三位作者共同完成,提交時間為 2026 年 10 月 26 日(週一)23:41:11 UTC,全文大小約 1,321 KB,並註明將發表於 2026 年美國 Modelica 與 FMI 會議(American Modelica & FMI Conference 2026)。
研究的核心是名為 TrackJoint 的 Modelica MultiBody 組件。它的作用是把一個三維路面轉化為一個具有兩個自由度的關節。該關節的兩個關節座標分別是沿參考線行駛的距離,以及相對該參考線的橫向偏移量。藉助這兩個座標,組件可以給出單個 frame_b 連接器的位置、姿態與角速度。這樣的設計意味着,只要事先擬合好樣條曲線,同一個組件就能表示任意賽道。
在道路幾何的表達上,所有路面信息都以一小組週期性分段五次樣條(periodic piecewise-quintic splines)的形式輸入關節。這種參數化方式使模型不必為每條賽道單獨建模,從而提高了組件的通用性。
在約束處理方面,論文采用達朗貝爾原理(d'Alembert's principle)閉合道路約束。屬於關節座標的兩個廣義力被設為零,因此不需要引入拉格朗日乘子。這一處理簡化了方程結構,也有利於後續的數值求解。
在工具鏈集成上,作者將 TrackJoint 與一個多體賽車模型在 Dymola 中連接,並把二者整體導出為一個 FMI 3.0 功能 mock-up 單元(FMU)。隨後,同一個 FMU 既用於時域仿真,也用於基於 CasADi/IPOPT 的最短圈速優化,中間無需對模型做任何修改。
論文指出,這種“一次建模、兩種用途”的可行性來自一個關鍵設計:關節把弧長座標保留為真實狀態,並對外發布其時間導數。正是這一時間導數量,使得優化問題可以被改寫為以行駛距離為自變量的形式。
作者報告了在新加坡一級方程式賽道(Singapore Formula 1 circuit)上進行最短圈速仿真的結果。論文同時提供了 PDF、實驗性 HTML 以及 TeX 源碼等全文鏈接,並通過 DataCite 分配了 DOI(https://doi.org/10.48550/arXiv.2610.36407,註冊尚待完成)。