A tecnologia de medição HBK otimiza a haste de permanência de um veículo

Universidades de todo o mundo participam da competição Formula Student, incluindo a equipe FastDA (Equipe de Estudantes de Fórmula da Universidade de Ciências Aplicadas de Darmstadt). As equipes competem para ver quem consegue construir o melhor carro de corrida em termos de construção, desempenho e custo.

As equipes competem nas categorias de motores a combustão, acionamento elétrico e veículos de direção autônoma. Vantagens para os alunos: Eles ganham experiência prática no desenvolvimento, produção e financiamento de veículos muito além dos estudos acadêmicos.

Desafio

Para vencer a competição de estudantes de fórmula, a Equipe de Estudantes de Fórmula da Universidade de Ciências Aplicadas de Darmstadt teve que otimizar o peso e a capacidade de carga da haste de permanência.

Solução

Para determinar a carga de força normal real aplicada à haste de suporte e a capacidade máxima de carga de flexão com base na geometria do chassi, os alunos projetaram uma configuração de medição usando Strain Gauges HBK, sistema de aquisição de dados e software.

Resultado

Os resultados, obtidos usando a tecnologia de medição precisa e comprovada da HBK, serviriam de base para as subsequentes medidas de design leve na haste de apoio.

Aplicação

Como parte desta competição, os alunos de Darmstadt trabalharam na otimização do peso e da capacidade de carga de um componente específico do chassi: a haste de apoio.

A haste de suporte alinha e estabiliza a roda de um veículo; ela é conectada diretamente ao chassi e à roda. Cada haste de suporte consiste em dois botões esféricos presos ao chassi, os dois braços da haste de apoio e um chamado “A” com uma junta esférica pressionada para formar uma haste triangular completa.

A primeira tarefa foi determinar a carga de força normal real aplicada à haste de retenção, bem como a capacidade máxima de carga de flexão com base na geometria do chassi. Para esse fim, os alunos projetaram uma configuração de medição usando Strain Gauges (SG) HBK, sistema de aquisição de dados HBK e software HBK para visualização e análise de dados.

O sistema de medição, que foi adaptado à aplicação, foi então instalado no veículo para coletar e avaliar dados sob várias condições operacionais. As descobertas resultantes foram para servir a equipe como base para decisões sobre mudanças de projeto na haste de permanência.

Configuração de medição

O braço da haste de apoio foi identificado como o ponto mais fraco onde a tensão deve ser mais claramente mensurável. Qualquer deformação, por exemplo, a deformação ou compressão de um componente, causa uma alteração na resistência no strain gauge, que pode ser medida como uma alteração na tensão de carga.

Neste cenário de teste, os alunos anexaram:

  • Dois Strain Gauges deslocados em 90° na haste de suporte para permitir medições da carga de tensão/compressão.
  • Dois Strain Gauges em lados opostos da haste de suporte para medir a tensão de flexão.

Strain Gauges padrão lineares, conectados em meia ponte e autocompensadores foram usados de acordo com as tarefas de medição necessárias e as condições ambientais normais.

Os Strain Gauges foram então conectados e calibrados para as forças normais esperadas. Durante essa calibração, os valores de força do concreto resultantes da deformação foram atribuídos às mudanças de tensão.

 

 

 

Fig. 2: Strain Gauges lineares com circuito de meia ponte para medir deformação devido à tensão/compressão (r.) e deformação por flexão (l.)

Medições

Uma vez que as hastes de permanência equipadas com Strain Gauges foram montadas de volta no veículo, era hora de fazer medições em condições tão realistas quanto possível para obter resultados plausíveis e transferíveis. Os alunos realizaram as corridas de medição em condições ideais com bom tempo em uma pista de kart que se assemelhava a uma pista de corrida em termos de superfície asfaltada e layout.

A equipe definiu três cenários de direção diferentes que produziriam tensão máxima nas hastes triangulares:

  1. Dirigindo várias rodadas na pista
  2. Iniciar/parar de dirigir com aceleração máxima e atraso máximo
  3. Curvas com travagem

Para a aquisição e análise dos valores medidos, a Equipe de Fórmula da Universidade de Ciências Aplicadas de Darmstadt utilizou componentes usados do sistema de aquisição de dados HBK QuantumX bem estabelecido e software de aquisição de dados catman.

Os amplificadores de Strain Gauge desta série são particularmente adequados para aquisição de dados de medição precisas e confiáveis de Strain Gauges em configurações de ponte completa, meia ponte e quarto de ponte, e são a escolha ideal sempre que a tensão e as forças são medidas e as influências da temperatura ambiente desempenham um papel. Em conjunto com o gravador de dados QuantumX e o software catman pré-instalado, o resultado é um sistema de aquisição de dados altamente preciso e confiável adequado para aplicativos móveis, que é fácil de usar em todas as etapas operacionais — configuração, visualização, automação, avaliação, gerenciamento de dados e relatórios.

Conclusão

A análise das medições das forças de tração/compressão e flexão realizadas durante a operação do veículo mostrou que os valores para forças normais eram plausíveis, ou seja, pode-se supor que eles realmente existam nessa forma. A medição da deformação por flexão mostrou que havia apenas uma carga mínima de flexão na haste de suporte.

Esses resultados, obtidos usando a tecnologia de medição precisa e comprovada da HBK, agora podem servir de base para medidas de design leve subsequentes na haste de apoio.

Sobre a FastDA Racing

A FastDA Racing foi fundada em 2007 por um pequeno grupo de estudantes dedicados da Universidade de Ciências Aplicadas de Darmstadt. Na temporada 2020, a equipe é composta por 50 membros de uma ampla gama de cursos técnicos e de negócios. As habilidades de cada membro se complementam, fazendo com que cada componente trabalhe de forma harmoniosa e eficiente para construir um carro de corrida de alto desempenho juntos como uma equipe dentro de 8 meses. Todos os anos, a FastDA Racing recruta novos membros e se prepara para as competições internacionais de Fórmula Student.


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