A tecnologia de medição da HBK otimiza o braço de suspensão de um veículo

Na competição internacional "Formula Student", equipes de faculdades e universidades competem entre si em uma ampla variedade de disciplinas com veículos que eles próprios projetaram e construíram.

Uma das equipes é a "High Speed Karlsruhe" da Universidade de Ciências Aplicadas de Karlsruhe, que está constantemente em busca de novas maneiras de alcançar a volta mais rápida.

Desafio

Para alcançar a volta mais rápida, o baixo peso é crucial para o veículo de High Speed Karlsruhe. Isso pode ser conseguido reduzindo as massas não amortecidas, incluindo o peso dos braços de suspensão. 

Solução

A ideia é fabricar os braços de suspensão inteiramente em plástico reforçado com fibra de carbono. Para tanto, foram realizadas simulações para analisar os efeitos no braço de suspensão, que agora precisam ser validados com testes físicos de tração e compressão. 

Resultado

Os strain gauges da HBK são colados à superfície para determinar como as forças reais correspondem aos resultados da simulação. Além disso, os resultados fornecem uma base para mais testes de veículos e o projeto de futuros braços de suspensão.

A ideia: Um braço de suspensão de plástico reforçado com fibra de carbono

Para reduzir o peso do veículo, as massas não amortecidas localizadas entre os pneus e o pacote mola / amortecedor devem ser reduzidas em primeiro lugar. Isso também inclui os braços de suspensão, que conectam a articulação da direção ao chassi. Para reduzir o peso os triângulos foram inteiramente fabricados em plástico reforçado com fibra de carbono. Graças aos novos braços de suspensão, os seguintes benefícios podem ser alcançados:

  • Peso mais baixo
  • Controle por meio da produção interna
  • Maior estabilidade

Para explorar os benefícios, a ação sobre o braço de suspensão deve ser analisada em detalhes, para o qual as simulações são feitas com antecedência. Para verificar essas simulações, testes devem ser realizados com extensômetros colados para determinar como as forças reais correspondem aos resultados da simulação.

Preparando a Medição: Instalação simples de medidores de tensão com o kit inicial da HBK

Para o ensaio de tração em uma bancada de teste, os braços de controle do veículo devem estar preparados. Para registrar as forças de forma ideal, medidores de tensão devem ser instalados na direção da aplicação da força ao longo dos braços de suspensão. Isso é feito através do HBK Starter-Kit, que contém todos os materiais necessários para a instalação.

Para instalar os medidores de tensão corretamente, a superfície deve primeiro ser limpa com um agente de limpeza quimicamente puro (por exemplo, RMS1 ), que está incluído no kit inicial. A limpeza é fácil usando as flanelas especiais incluídas. Posteriormente, a superfície se torna áspera em vários passos com lixa e limpa novamente com o RMS1 incluso. O medidor de tensão é instalado no braço de suspensão usando o adesivo de cura rápida Z70 e a pelicula integrada de fluoropolímero. 

O Starter Kit é o companheiro ideal para experimentos iniciais com medidores de tensão. Além disso, o livro incluso fornece informações valiosas sobre medidores de tensão e circuitos de medição e é complementado idealmente por tutoriais em vídeo no site da HBM.

Configurando e Executando a Medição

Os testes de tração e compressão são realizados nos laboratórios da Universidade de Ciências Aplicadas de Karlsruhe para testar a conexão do material dos medidores de tensão ao tubo de plástico reforçado com fibra de carbono e para avaliar se testes futuros funcionariam no veículo em movimento. 

Para isso, os braços de controle são fixados na máquina de teste. Isso é feito usando um dispositivo de fixação especialmente projetado e fabricado, que fixa o braço de controle de forma ideal. 

A saída de tensão dos amplificadores analógicos HBK é medida com um multímetro e depois comparada com os resultados da máquina de teste de tração. 

Como apenas um dos dois suportes é usado por vez para a medição, o segundo extensômetro é usado para compensação térmica com um circuito de um quarto de ponte. Para o propósito, as configurações dos valores dos extensômetros, que se encontram nos datasheets incluídos, são inseridos no amplificador de medição e ajustadas com um potenciômetro rotativo integrado.

Os resultados da medição e sua interpretação

A medição foi realizada de acordo com o princípio da linearização para permitir que diferentes forças sejam aplicadas pela máquina de teste e que as tensões sejam lidas nesses pontos. Isso permite determinar se os extensômetros apresentam uma curva de força idêntica, neste caso, ao trator.

Um ensaio de tração foi realizado no qual a tensão foi aplicada a partir do estado relaxado em incrementos de 5 kN até 20 kN. Este teste foi escolhido porque outros braços de controle foram danificados a> 25 kN em testes anteriores.

Dados medidos dos testes de tração

No teste de compressão, a carga foi puxada de uma posição livre de força até 7,5 kN em etapas de 2,5 kN. Aqui, também, uma progressão relativamente linear pode ser vista.

Dados medidos dos testes de compressão

Em um teste de tração adicional, a montagem do braço de controle foi destruída. No entanto, o comportamento linear da curva de força pode ser visto claramente.

Dados medidos da unidade de tração durante um teste de ruptura

 

Em resumo, os resultados obtidos nos testes fornecem uma base para outros testes de veículos etambém foram considerados para o projeto de novos braços de suspensão.


Sobre High Speed Karlsruhe

Há 10 anos, o projeto "High Speed Karlsruhe" da Universidade de Ciências Aplicadas de Karlsruhe participa da competição Formula Student com veículos especialmente desenvolvidos e fabricados. 

O Formula Student oferece aos estudantes de tecnologia e economia a possibilidade de converter conhecimento teórico em experiência prática realista. O objetivo é o desenvolvimento, construção e produção independente de um carro de corrida pelas equipes de alunos ao longo de um ano. Atualmente, 44 alunos de uma ampla variedade de cursos e ex-alunos da Universidade de Ciências Aplicadas de Karlsruhe estão trabalhando juntos no desenvolvimento e produção de veículos.


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