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如何使用稱重傳感器來優化賽車性能

來源：上海自動化儀表有限公司作者：發表時間：2018-08-14 10:08:38【小中大】

     從最早的賽車時代開始，人們就試圖設計出速度更快、操控性更好的汽車。贏與輸的區別常常可以用幾分之一秒來衡量。超重可能會導致速度變慢，但汽車的鼻尖角度和汽車在曲線上“粘住”的能力對性能也至關重要。負載單元可以幫助優化性能，它們目前在從NASCAR到IHRA的整個汽車競賽行業中廣泛使用。

    
如何使用稱重傳感器來優化賽車性能
    簡單地說，測壓元件是一種利用應變計技術的傳感器。當施加力時，會引起可測量的變形或運動。釋放這種力量也會產生可測量的變化。然而，測壓元件本身是被動的機械設備，它們必須連接到另一個設備，如計算機或數字顯示器，才能產生有意義的數據。
為了理解載荷傳感器如何被證明對賽車有益，考慮一些基本的物理定律。牛頓的第三運動定律指出，無論什么時候施加力，都會有等量的力朝相反的方向產生。也許現實世界中最明顯的例子，大多數人都很熟悉，那就是在緊急剎車(通常稱為緊急剎車)時，汽車里的人會發生什么。隨著汽車動量被控制，車內人員的身體繼續以先前的速度前進。這與牛頓第二定律是一致的——運動中的物體除非遇到外力，否則會保持運動狀態。然而，一旦居住者的前進動力停止了，他們的身體就會以同樣的力量向后退。
    
    與賽車測力元件有關的物理學第二定律是向心力的概念。考慮一下在高速右轉的汽車里的乘客。在轉彎的時候，他們會覺得自己被向左移動了。實際上，他們的身體正試圖繼續沿著直線運動(牛頓第二定律)，這已經不可能了，因為汽車本身已經走了一個新的方向。
 
    雖然物理的其他性質以及后面的數學因素，如傾斜轉彎的角度相對于速度，是適用的，但在這一點上討論它們是沒有什么收獲的。這兩個例子足以讓我們了解高速賽車發生了什么，以及為什么測力元件可以幫助工程師提高性能。然而，也許應該注意的是，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會在曲線上旋轉或側滑的線索。車輪旋轉，但底盤想繼續在直線。即使駕駛員保持對車輛的控制，寶貴的毫秒也會丟失。如果司機在進入彎道前必須減速，就會損失更多的時間。
    
    另一個(但相關的)問題是，當汽車在人行道上碰到一個凹凸不平的地方。沖擊和彈簧會壓縮以減輕震動，但它們會反彈回來。如果震動很嚴重，反彈的結果可能會迫使汽車的鼻尖比碰撞前還要高。從最初的賽車運動開始，保持賽車的機頭緊貼在賽道上(打個比方)就是一個目標，因為它可以提高速度。
 
    測壓元件允許工程師在實際操作中測量每個輪胎所承受的重量和每個車輪的運動。數據可以顯示底盤如何響應各種速度，顛簸，硬剎車和轉彎。這使得工程師可以做出改變——有時是非常小的改變——來提高性能。
    
    案例研究可以提供額外的見解。康奈爾賽車FSAE團隊使用載荷傳感器來幫助優化性能。SAE方程式大賽每年舉行一次，有140所學校和12個國家參加。康奈爾大學的隊伍幾乎每年都進入前10名，而且康奈爾大學已經七次獲得世界冠軍。
    
    該團隊選擇傳感器技術的MLP-1k測力元件來測量施加在汽車每個角落的力，而CSP-3k測力元件來測量驅動列車子系統所受的力。收集到的數據使研究小組得以改進懸架系統、非簧載部件和復合單片機內的許多區域。它還能準確地測定傳動系部件的疲勞壽命。因此，設計團隊能夠把四個區域的重量都減掉。(點擊這個鏈接可以看到康奈爾大學團隊的三位成員的視頻采訪。)
    
    雖然賽車主要使用測力元件作為懸架系統，工程師目前正在使用或測試其他領域的測力元件。許多牽引裝置都裝有前輪桿測力元件，用來測量發射力對前輪桿的作用。測壓元件可以測量驅動對變速桿施加的力，以幫助確定這與傳動磨損之間的關系。剎車是另一個可以使用負載傳感器的領域，因為賽車的剎車是對駕駛員施加的壓力做出反應，而不是對踏板的運動做出反應。毫無疑問，賽車工程師將繼續發現負載單元優化性能的新用途。