如何使用称重传感器来优化赛车性能

来源：上海自动化仪表有限公司作者：发表时间：2018-08-14 10:08:38【小中大】

从最早的赛车时代开始，人们就试图设计出速度更快、操控性更好的汽车。赢与输的区别常常可以用几分之一秒来衡量。超重可能会导致速度变慢，但汽车的鼻尖角度和汽车在曲线上“粘住”的能力对性能也至关重要。负载单元可以帮助优化性能，它们目前在从NASCAR到IHRA的整个汽车竞赛行业中广泛使用。

简单地说，测压元件是一种利用应变计技术的传感器。当施加力时，会引起可测量的变形或运动。释放这种力量也会产生可测量的变化。然而，测压元件本身是被动的机械设备，它们必须连接到另一个设备，如计算机或数字显示器，才能产生有意义的数据。

为了理解载荷传感器如何被证明对赛车有益，考虑一些基本的物理定律。牛顿的第三运动定律指出，无论什么时候施加力，都会有等量的力朝相反的方向产生。也许现实世界中最明显的例子，大多数人都很熟悉，那就是在紧急刹车(通常称为紧急刹车)时，汽车里的人会发生什么。随着汽车动量被控制，车内人员的身体继续以先前的速度前进。这与牛顿第二定律是一致的——运动中的物体除非遇到外力，否则会保持运动状态。然而，一旦居住者的前进动力停止了，他们的身体就会以同样的力量向后退。

与赛车测力元件有关的物理学第二定律是向心力的概念。考虑一下在高速右转的汽车里的乘客。在转弯的时候，他们会觉得自己被向左移动了。实际上，他们的身体正试图继续沿着直线运动(牛顿第二定律)，这已经不可能了，因为汽车本身已经走了一个新的方向。

虽然物理的其他性质以及后面的数学因素，如倾斜转弯的角度相对于速度，是适用的，但在这一点上讨论它们是没有什么收获的。这两个例子足以让我们了解高速赛车发生了什么，以及为什么测力元件可以帮助工程师提高性能。然而，也许应该注意的是，汽车的重心和后轴扭矩在保持汽车的前倾方面起着重要的作用，从而允许稍微大一些的速度。

讨论的物理定律提供了理解赛车为什么有时会在曲线上旋转或侧滑的线索。车轮旋转，但底盘想继续在直线。即使驾驶员保持对车辆的控制，宝贵的毫秒也会丢失。如果司机在进入弯道前必须减速，就会损失更多的时间。

另一个(但相关的)问题是，当汽车在人行道上碰到一个凹凸不平的地方。冲击和弹簧会压缩以减轻震动，但它们会反弹回来。如果震动很严重，反弹的结果可能会迫使汽车的鼻尖比碰撞前还要高。从最初的赛车运动开始，保持赛车的机头紧贴在赛道上(打个比方)就是一个目标，因为它可以提高速度。

测压元件允许工程师在实际操作中测量每个轮胎所承受的重量和每个车轮的运动。数据可以显示底盘如何响应各种速度，颠簸，硬刹车和转弯。这使得工程师可以做出改变——有时是非常小的改变——来提高性能。

案例研究可以提供额外的见解。康奈尔赛车FSAE团队使用载荷传感器来帮助优化性能。SAE方程式大赛每年举行一次，有140所学校和12个国家参加。康奈尔大学的队伍几乎每年都进入前10名，而且康奈尔大学已经七次获得世界冠军。

该团队选择传感器技术的MLP-1k测力元件来测量施加在汽车每个角落的力，而CSP-3k测力元件来测量驱动列车子系统所受的力。收集到的数据使研究小组得以改进悬架系统、非簧载部件和复合单片机内的许多区域。它还能准确地测定传动系部件的疲劳寿命。因此，设计团队能够把四个区域的重量都减掉。(点击这个链接可以看到康奈尔大学团队的三位成员的视频采访。)

虽然赛车主要使用测力元件作为悬架系统，工程师目前正在使用或测试其他领域的测力元件。许多牵引装置都装有前轮杆测力元件，用来测量发射力对前轮杆的作用。测压元件可以测量驱动对变速杆施加的力，以帮助确定这与传动磨损之间的关系。刹车是另一个可以使用负载传感器的领域，因为赛车的刹车是对驾驶员施加的压力做出反应，而不是对踏板的运动做出反应。毫无疑问，赛车工程师将继续发现负载单元优化性能的新用途。

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