采用 HBK 测量技术对车辆撑杆进行优化

每年,来自世界各地的大学都会参加学生方程式竞赛,包括FaSTDa团队(达姆施塔特应用科学大学的学生方程式团队)。各车队竞争,从结构、性能和成本方面制造出最好的赛车。

这些车队在内燃机、电驱动和自动驾驶车辆等多个类别中竞争。对学生的好处:不仅是学术研究,他们在汽车开发、生产上获得了丰富的实践经验。

挑战

为了赢得方程式学生比赛,达姆施塔特应用科技大学的学生方程式需要对撑杆的重量和承载能力进行优化。

解决方案

为了测定施加在撑杆上的实际法向力载荷和最大弯曲载荷,学生们使用HBK应变计、数据采集系统和软件设计了测量装置。

结果

采用HBK测量技术获得的结果将成为撑杆后续轻量化设计的基础。

应用

作为这次比赛的一部分,达姆施塔特的学生们致力于优化支撑杆的重量和承载能力

支撑杆可使车辆车轮对准并保持稳定;它直接连接到底盘和车轮。每个撑杆由连接至底盘的两个球形头、两个撑杆臂和一个压入式球头组成一个完整的三角形撑杆。

第一项任务是测定施加在撑杆上的实际法向力载荷,以及基于底盘几何形状的最大弯曲载荷力。为此,学生们使用HBK应变计(SG)、数据采集系统和软件设计了一套测量装置,并进行数据可视化和分析。

然后将测量系统安装在车辆中,以收集和评估各种操作条件下的数据。得出的结果帮助团队做出撑杆设计决策。

测量装置

撑杆臂首先被确定为应变测量点。因为在相同的载荷下,其将产生最大变形。

在本测试场景中,学生

  • 在撑杆安装两个彼此呈90°的应变计,用于测量拉伸/压向载荷
  • 撑杆对侧安装两个应变计,用于测量弯曲应变

根据要求的测量任务和环境条件,使用了直片、半桥片和自补偿应变计。

然后将应变计接线并校准至预期的法向力。在校准过程中,将应变产生的实际力值对应应力变化。

 

 

 

图2:半桥应变计,用于测量因拉伸/压缩(r)和弯曲应变(l)产生的应变

 

测量

将配备应变计的撑杆安装回车辆中,在尽可能真实的条件下进行测量,以获得合理的实际测量结果。并在沥青路面和布局类似于赛道的卡丁车赛道上进行测量。

该团队定义了三种不同的驾驶场景,这三种场景将在三角形撑杆上产生最大应变:

  1. 多多种路面上驾驶
  2. 以最大加速度和最大延迟启动/停止驾驶
  3. 制动下转弯

为了获取和分析测量值,达姆施塔特应用科学大学使用了HBK QuantumX数据采集系统和CATMAN 数据采集软件。

 

HBK 应变放大器 可连接全桥、半桥和四分之一桥应变计并获取精确可靠的测量数据,是测量应变和力以及环境温度变化的理想选择。QuantumX 数据记录仪 和 预安装的 catman 软件 非常适合移动应用,进行测量、可视化、自动化、评估、数据管理和报告。

结论

对车辆运行期间测量的拉伸/压向和弯曲力的分析表明,法向力的值是合理的。弯曲应变测量表明,撑杆上只有很小的弯曲载荷。

这些测量结果将成为撑杆后续轻量化设计的基础。

关于 FaSTDa 赛车

FaSTDa 赛车成立于2007年,由来自达姆施塔特应用科学大学的学生组成。在2020赛季,该团队由50名成员组成,来自各个专业,相互高效地工作。他们在8个月内共同打造一辆高性能赛车。每年,FaSTDa 赛车都会招募新成员,为国际学生方程式比赛做准备。