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如何使用稱重傳感器來優(yōu)化賽車性能
來源:上海自動(dòng)化儀表有限公司作者:發(fā)表時(shí)間:2018-08-14 10:08:38【小中大】
從最早的賽車時(shí)代開始,人們就試圖設(shè)計(jì)出速度更快、操控性更好的汽車。贏與輸?shù)膮^(qū)別常常可以用幾分之一秒來衡量。超重可能會(huì)導(dǎo)致速度變慢,但汽車的鼻尖角度和汽車在曲線上“粘住”的能力對(duì)性能也至關(guān)重要。負(fù)載單元可以幫助優(yōu)化性能,它們目前在從NASCAR到IHRA的整個(gè)汽車競(jìng)賽行業(yè)中廣泛使用。

簡(jiǎn)單地說,測(cè)壓元件是一種利用應(yīng)變計(jì)技術(shù)的傳感器。當(dāng)施加力時(shí),會(huì)引起可測(cè)量的變形或運(yùn)動(dòng)。釋放這種力量也會(huì)產(chǎn)生可測(cè)量的變化。然而,測(cè)壓元件本身是被動(dòng)的機(jī)械設(shè)備,它們必須連接到另一個(gè)設(shè)備,如計(jì)算機(jī)或數(shù)字顯示器,才能產(chǎn)生有意義的數(shù)據(jù)。
為了理解載荷傳感器如何被證明對(duì)賽車有益,考慮一些基本的物理定律。牛頓的第三運(yùn)動(dòng)定律指出,無論什么時(shí)候施加力,都會(huì)有等量的力朝相反的方向產(chǎn)生。也許現(xiàn)實(shí)世界中最明顯的例子,大多數(shù)人都很熟悉,那就是在緊急剎車(通常稱為緊急剎車)時(shí),汽車?yán)锏娜藭?huì)發(fā)生什么。隨著汽車動(dòng)量被控制,車內(nèi)人員的身體繼續(xù)以先前的速度前進(jìn)。這與牛頓第二定律是一致的——運(yùn)動(dòng)中的物體除非遇到外力,否則會(huì)保持運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。然而,一旦居住者的前進(jìn)動(dòng)力停止了,他們的身體就會(huì)以同樣的力量向后退。
與賽車測(cè)力元件有關(guān)的物理學(xué)第二定律是向心力的概念??紤]一下在高速右轉(zhuǎn)的汽車?yán)锏某丝汀T谵D(zhuǎn)彎的時(shí)候,他們會(huì)覺得自己被向左移動(dòng)了。實(shí)際上,他們的身體正試圖繼續(xù)沿著直線運(yùn)動(dòng)(牛頓第二定律),這已經(jīng)不可能了,因?yàn)槠嚤旧硪呀?jīng)走了一個(gè)新的方向。
雖然物理的其他性質(zhì)以及后面的數(shù)學(xué)因素,如傾斜轉(zhuǎn)彎的角度相對(duì)于速度,是適用的,但在這一點(diǎn)上討論它們是沒有什么收獲的。這兩個(gè)例子足以讓我們了解高速賽車發(fā)生了什么,以及為什么測(cè)力元件可以幫助工程師提高性能。然而,也許應(yīng)該注意的是,汽車的重心和后軸扭矩在保持汽車的前傾方面起著重要的作用,從而允許稍微大一些的速度。
討論的物理定律提供了理解賽車為什么有時(shí)會(huì)在曲線上旋轉(zhuǎn)或側(cè)滑的線索。車輪旋轉(zhuǎn),但底盤想繼續(xù)在直線。即使駕駛員保持對(duì)車輛的控制,寶貴的毫秒也會(huì)丟失。如果司機(jī)在進(jìn)入彎道前必須減速,就會(huì)損失更多的時(shí)間。
另一個(gè)(但相關(guān)的)問題是,當(dāng)汽車在人行道上碰到一個(gè)凹凸不平的地方。沖擊和彈簧會(huì)壓縮以減輕震動(dòng),但它們會(huì)反彈回來。如果震動(dòng)很嚴(yán)重,反彈的結(jié)果可能會(huì)迫使汽車的鼻尖比碰撞前還要高。從最初的賽車運(yùn)動(dòng)開始,保持賽車的機(jī)頭緊貼在賽道上(打個(gè)比方)就是一個(gè)目標(biāo),因?yàn)樗梢蕴岣咚俣取?/div>
測(cè)壓元件允許工程師在實(shí)際操作中測(cè)量每個(gè)輪胎所承受的重量和每個(gè)車輪的運(yùn)動(dòng)。數(shù)據(jù)可以顯示底盤如何響應(yīng)各種速度,顛簸,硬剎車和轉(zhuǎn)彎。這使得工程師可以做出改變——有時(shí)是非常小的改變——來提高性能。
案例研究可以提供額外的見解??的螤栙愜嘑SAE團(tuán)隊(duì)使用載荷傳感器來幫助優(yōu)化性能。SAE方程式大賽每年舉行一次,有140所學(xué)校和12個(gè)國(guó)家參加??的螤柎髮W(xué)的隊(duì)伍幾乎每年都進(jìn)入前10名,而且康奈爾大學(xué)已經(jīng)七次獲得世界冠軍。
該團(tuán)隊(duì)選擇傳感器技術(shù)的MLP-1k測(cè)力元件來測(cè)量施加在汽車每個(gè)角落的力,而CSP-3k測(cè)力元件來測(cè)量驅(qū)動(dòng)列車子系統(tǒng)所受的力。收集到的數(shù)據(jù)使研究小組得以改進(jìn)懸架系統(tǒng)、非簧載部件和復(fù)合單片機(jī)內(nèi)的許多區(qū)域。它還能準(zhǔn)確地測(cè)定傳動(dòng)系部件的疲勞壽命。因此,設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)能夠把四個(gè)區(qū)域的重量都減掉。(點(diǎn)擊這個(gè)鏈接可以看到康奈爾大學(xué)團(tuán)隊(duì)的三位成員的視頻采訪。)
雖然賽車主要使用測(cè)力元件作為懸架系統(tǒng),工程師目前正在使用或測(cè)試其他領(lǐng)域的測(cè)力元件。許多牽引裝置都裝有前輪桿測(cè)力元件,用來測(cè)量發(fā)射力對(duì)前輪桿的作用。測(cè)壓元件可以測(cè)量驅(qū)動(dòng)對(duì)變速桿施加的力,以幫助確定這與傳動(dòng)磨損之間的關(guān)系。剎車是另一個(gè)可以使用負(fù)載傳感器的領(lǐng)域,因?yàn)橘愜嚨膭x車是對(duì)駕駛員施加的壓力做出反應(yīng),而不是對(duì)踏板的運(yùn)動(dòng)做出反應(yīng)。毫無疑問,賽車工程師將繼續(xù)發(fā)現(xiàn)負(fù)載單元優(yōu)化性能的新用途。
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