eDAQlite 安装在高速赛车上

Thompson 在其漫长的职业生涯中明白数据采集系统在提高部件和系统整体可靠性中的重要作用。为满足测量所需,Thompson 采用了广泛使用的 SoMat eDAQlite 数据采集系统。

Thompson 选择 eDAQlite 的原因之一是其可以同精确的测量数据,并且其结构小巧,能够装入到赛车狭小的空间中。eDAQlite 提供的测量数据,结合 Thompson 在测试领域的专业知识, 能够最大限度地提高赛车的安全性,可靠性。

另外, eDAQlite 能够充分满足赛车高精度的测量要求。与其他数据采集系统仅提供每秒 100 次的采样率相比,eDAQlite 采样率高达 100,000 采样/秒。不仅如此,HBM eDAQlite 还是National Hot Rod Association (NHRA) 赛车运动认可的数据采集系统之一。

高速赛车数据采集

Thompson 有 35 年工作经验, 大多数作为测试工程师, 测试和分析故障,以提高 John Deere 拖拉机的可靠性和安全性。他的真正热情,是在于飙车。从 John Deere 退休后, Thompson 将自己在 Thompson Engineering 的车辆动力学和故障分析的知识运用到了赛车运动

Thompson 选择 eDAQlite 的另外一个重要原因是:自从上世纪80年代开始,Thompson 就一直使用 SoMat 产品。非常信赖 SoMat 产品的可靠性和精确性。

启动

最近, Thompson 开展了一个新项目,让其赛车更容易启动,偶然发生的“反冲”现象。为完成这个项目,Thompson 知道这需要测量发动机的几个参数,最重要的是发动机启动速度。

为记录发动机转速,通常需要将连接点火系统的转速计信号输出到数据记录仪中。输出信号每曲轴提供四个脉冲,能够满足大多数应用需要。

图 1

但是检查发动机的机械状态,需要更详细的信息。对于此类应用,Thompson 采用了速度传感器连接到飞轮上。传感器探测飞轮齿的传递, 每个曲轴旋转一周产生 168 个脉冲。图 1 显示了这两种测量方法的比较。

图. 2

图 2 中的曲线显示了 V8 发动机在两秒区间内的启动转速。发动机的压缩比为 15:1。启动平均转速为 150 rpm, 做功行程高达 225 rpm,压缩行程低于 85 rpm。

启动速度为 150 rpm, 曲轴每秒旋转 2.5 圈。对于 4 冲程, V8 发动机来说,在一秒周期内将会产生10个做功冲程,如图曲线所示。

这个曲线可以用于比较气缸变化。任何影响气缸的 “泵送” 因素都会改变启动速度。定期的记录发动机的启动速度,比较轨迹图形是一种检查发动机机械状况的快速方法。

许多有经验的赛车手会通过聆听发动机产生的声音来检查气缸是否有问题。测量发动机的启动速度产生如图 1 的曲线能对发动机的状态进行验证

发现死缸

为证明这个现象,Thompson 做了两组发动机启动速度测量。第一组采用正常工作的发动机,而第二组,在进行测量前,移除了一个火花塞以模拟一个死缸。

Fig. 3

图 3 是测量曲线的堆叠图。红色曲线是正常的发动机工作过程,而蓝色是有一个死缸的发动机工作过程。注意当死缸接近 TDC 时,发动机转速上升,而正常的反而下降,这是由于缺乏空气压缩阻力造成的。并且请注意有死缸的发动机平均转速比正常的低 10 rpm 。

图 4

另外一种分析发动机性能的方法是对发动机速度信号进行频率分析。图 4 显示的是频率分析曲线图。最重要的频率为10 Hz,这等同于8缸,4冲程发动机在 150 rpm 转速时的点火频率。这称之为4阶效应,因为曲轴每圈产生四次。

第二重要的频率是20 Hz。此频率分量成为8阶效应,是有8个气缸动力导致的。这种动态效应的产生是由于当气缸压缩时曲轴速度变慢导致的。尽管动态变化是正常的,但依然可以增加到 飞轮/扭矩 转换器组件的惯性来降低。

作为调研的结果,Thompson 认为 150 rpm 的启动速度太低了。可以通过以下方法来提高启动速度,包括:

  • 采用更强大的启动马达,
  • 提高电池动力,
  • 使用更粗的电池电缆避免压降,并
  • 确保电池到启动器的连接更可靠。

避免反冲

最后,Thompson 是降低发动机 “反冲” 的可能性。反冲的发生是因为发动机较低的启动速度(150 rpm), 更大的位移,更高的压缩比造成的。当一个缸熄火时,曲轴回退导致飞轮齿进入启动马达的小齿轮的概率增加,损坏齿轮。

上述所列的方法能够有助于阻止反冲,但也会降低发动机动力。通过经验和数据分析,Thompson 发现延迟点火时间 - 也就是在点火系统工作之前使发动机达到最高的启动速度,将大大降低反冲的概率

显然,Thompson 成功来自于经验和测试数据。紧凑,强大的 SoMat eDAQlite 数据采集系统有助于使赛车获取更高的速度和可靠性。

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可靠的数据采集确保轨道车辆安全

“eDAQ 提供极为可靠的测试数据,即使在恶劣环境下。这对于 SPE 来说是非常重要的.”

Cody Kasten, 项目工程师

Sims Professional Engineers (SPE)

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