차량의 Wishbone을 최적화하는 HBK 측정 기술

국제 "포뮬러 학생"대회에 출전한 대학의 팀은 자체적으로 설계하고 제작한 차량으로 다양한 분야에서 경쟁합니다.

그 중 한 팀은 가능한 가장 빠른 랩 타임을 달성할 수 있는 새로운 방법을 끊임없이 찾고있는 독일 Karlsruhe University of Applied Sciences의 "High Speed Karlsruhe"입니다.

Challenge:

최고의 랩 타임을 달성하기 위해서는 High Speed Karlsruhe 차량의 무게를 줄이는 것이 중요합니다. 이것은 Wishbone의 무게를 포함하여 감쇠되지 않은 질량을 줄임으로써 달성될 수 있습니다. 

Solution:

아이디어는 Wishbone을 탄소 섬유 강화 플라스틱으로 완전히 제조하는 것입니다. 따라서, Wishbone에 대한 영향을 분석하기 위해 시뮬레이션이 수행되었고, 이후 물리적 인 인장 및 압축 테스트로 검증되어야 합니다. 

결과

HBK 스트레인 게이지는 표면에 결합되어 실제 힘이 시뮬레이션 결과와 어떻게 일치하는지 결정합니다. 또한 결과는 추가 차량 테스트 및 향후 Wishbone 설계를 위한 기반을 제공합니다.

아이디어: 탄소 섬유 강화 플라스틱으로 만든 Wishbone

차량의 무게를 줄이려면 타이어와 스프링, 댐퍼 패키지 사이에 있는 댐핑되지 않은 질량을 먼저 줄여야합니다. 여기에는 스티어링 너클을 섀시에 연결하는 Wishbone도 포함됩니다. 무게를 줄이기 위해 Wishbone은 전체적으로 탄소 섬유 강화 플라스틱으로 제작되었습니다. 새로운 Wishbone 덕분에 다음과 같은 이점을 얻을 수 있습니다.

  • 낮은 무게
  • 자체 생산을 통한 제어
  • 더 높은 안정성

이점을 활용하려면 미리 시뮬레이션이 수행되는 Wishbone에 대한 조치를 자세히 분석해야합니다. 이러한 시뮬레이션확인하려면 실제 힘이 시뮬레이션 결과와 어떻게 일치하는지 확인하기 위해 접착 스트레인 게이지로 테스트를 수행해야 합니다.

측정 준비 : HBK 스타터 키트로 편리한 스트레인 게이지 설치

테스트 장비에 대한 인장 테스트를 위해 차량의 control arms을 준비해야합니다. 힘을 최적으로 기록하려면 스트레인 게이지를 Wishbone의 힘 적용 방향으로 설치해야 합니다. 이는 설치에 필요한 모든 자료가 포함된 HBK Starter-Kit를 사용하여 수행됩니다.

스트레인 게이지를 올바르게 설치하려면 먼저 스타터 키트에 포함된 화학 순수 세제(예 : RMS1)로 표면을 청소해야 합니다. 동봉된 부직포 패드를 사용하면 쉽게 클렌징할 수 있습니다. 그 후, 표면을 사포로 여러 번 거칠게 만들고 동봉된 RMS1로 다시 청소합니다. 스트레인 게이지는 빠르게 경화되는 Z70 접착제와 통합된 플루오로 폴리머 이형 필름을 사용하여 Wishbone에 설치됩니다. 

스타터 키트는 스트레인 게이지를 사용한 초기 실험에 필수입니다. 또한 동봉된 책은 스트레인 게이지 및 측정 회로에 대한 귀중한 정보를 제공하며 HBM 웹 사이트의 비디오 튜토리얼을 참고할 수 있습니다.

측정 설정 및 측정 실행

인장 및 압축 테스트는 Karlsruhe University of Applied Sciences의 실험실에서 수행되어 스트레인 게이지와 탄소 섬유 강화 플라스틱 튜브의 재료 연결을 테스트하고 향후 테스트가 움직이는 차량에서 작동하는지 여부를 평가합니다. 

이를 위해 control arms이 시험기에 고정됩니다. 이것은 컨트롤 암을 최적으로 고정하는 특수 설계 및 제조 된 클램핑 장치를 사용하여 수행됩니다. 

HBK 아날로그앰프의 전압 출력은 멀티 미터로 측정한 다음 인장 시험기의 결과와 비교합니다. 

한 번에 두 개의 스트럿 중 하나만 측정에 사용되기 때문에 두 번째 스트레인 게이지는 쿼터 브리지 회로의 열 보상에 사용됩니다. 이를 위해 동봉된 데이터 시트에서 찾을 수있는 스트레인 게이지 값 설정이 측정 앰프에 입력되고 통합된 회전 전위차계로 조정됩니다.

측정 결과 및 해석

측정은 선형화 원리에 따라 수행되어 시험기에서 다른 힘을 가하고 이 지점에서 응력을 읽을 수 있습니다. 이를 통해 스트레인 게이지 경우 트랙터와 동일한 힘 곡선을 나타내는지 여부를 결정할 수 있습니다.

이완된 상태에서 20kN까지 5kN씩 증가하는 인장 시험이 수행되었습니다. 이 테스트는 다른 control arms이 이전 테스트에서> 25kN에서 손상 되었기 때문에 선택되었습니다.

인장 시험의 측정 데이터

압축 테스트에서 하중은 2.5kN 단계에서 7.5kN까지 무력 위치에서 당겨졌습니다. 여기에서도 상대적으로 선형적인 진행을 볼 수 있습니다.

압축 테스트의 측정 데이터

추가 인장 시험에서 control arm마운팅이 파괴되었습니다. 그럼에도 불구하고 힘 곡선의 선형 거동을 명확하게 볼 수 있습니다.

파손 테스트 중 견인 장치의 측정 데이터

 

요약하면, 테스트에서 얻은 결과는 추가 차량 테스트를 위한 기초를 제공하며새로운 Wishbone 설계에도 고려되었습니다.


High Speed Karlsruhe 정보

10년 동안 독일 Karlsruhe 응용 과학 대학의 " High Speed Karlsruhe "프로젝트는 특별히 개발되고 제조된 차량으로 Formula Student 대회에 참가해 왔습니다. 

Formula Student는 기술 및 경제 학생들에게 이론적 지식을 현실적인 실제 경험으로 전환 할 수 있는 가능성을 제공합니다. 또한 1년 동안 학생 팀이 경주용 자동차를 독립적으로 개발, 건설 및 생산하는 것이 목표입니다. 현재 Karlsruhe University of Applied Sciences의 졸업생 44명의 학생들이 차량 개발 및 생산에 협력하고 있습니다.


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