高速賽車數(shù)據(jù)采集

發(fā)布時(shí)間：2023-08-08 點(diǎn)擊次數(shù)：1045

Thompson 在其漫長(zhǎng)的職業(yè)生涯中明白數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在提高部件和系統(tǒng)整體可靠性中的重要作用。為滿足測(cè)量所需，Thompson 采用了廣泛使用的 SoMat eDAQlite 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

Thompson 選擇 eDAQlite 的原因之一是其可以同精確的測(cè)量數(shù)據(jù)，并且其結(jié)構(gòu)小巧，能夠裝入到賽車狹小的空間中。eDAQlite 提供的測(cè)量數(shù)據(jù)，結(jié)合 Thompson 在測(cè)試領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)，能夠最大限度地提高賽車的安全性，可靠性。

另外, eDAQlite 能夠充分滿足賽車高精度的測(cè)量要求。與其他數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)僅提供每秒 100 次的采樣率相比，eDAQlite 采樣率高達(dá) 100,000 采樣/秒。不僅如此，HBM eDAQlite 還是National Hot Rod Association (NHRA) 賽車運(yùn)動(dòng)認(rèn)可的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)之一。

高速賽車數(shù)據(jù)采集

Thompson 有 35 年工作經(jīng)驗(yàn), 大多數(shù)作為測(cè)試工程師, 測(cè)試和分析故障，以提高 John Deere 拖拉機(jī)的可靠性和安全性。他的真正熱情，是在于飆車。從 John Deere 退休后, Thompson 將自己在 Thompson Engineering 的車輛動(dòng)力學(xué)和故障分析的知識(shí)運(yùn)用到了賽車運(yùn)動(dòng)

Thompson 選擇 eDAQlite 的另外一個(gè)重要原因是：自從上世紀(jì)80年代開始，Thompson 就一直使用 SoMat 產(chǎn)品。非常信賴 SoMat 產(chǎn)品的可靠性和精確性。

啟動(dòng)

最近, Thompson 開展了一個(gè)新項(xiàng)目，讓其賽車更容易啟動(dòng)，偶然發(fā)生的“反沖”現(xiàn)象。為完成這個(gè)項(xiàng)目，Thompson 知道這需要測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)的幾個(gè)參數(shù)，最重要的是發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)速度。

為記錄發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，通常需要將連接點(diǎn)火系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速計(jì)信號(hào)輸出到數(shù)據(jù)記錄儀中。輸出信號(hào)每曲軸提供四個(gè)脈沖，能夠滿足大多數(shù)應(yīng)用需要。

但是檢查發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械狀態(tài)，需要更詳細(xì)的信息。對(duì)于此類應(yīng)用，Thompson 采用了速度傳感器連接到飛輪上。傳感器探測(cè)飛輪齒的傳遞, 每個(gè)曲軸旋轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生 168 個(gè)脈沖。圖 1 顯示了這兩種測(cè)量方法的比較。

圖 2 中的曲線顯示了 V8 發(fā)動(dòng)機(jī)在兩秒?yún)^(qū)間內(nèi)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)速。發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比為 15:1。啟動(dòng)平均轉(zhuǎn)速為 150 rpm, 做功行程高達(dá) 225 rpm，壓縮行程低于 85 rpm。

啟動(dòng)速度為 150 rpm, 曲軸每秒旋轉(zhuǎn) 2.5 圈。對(duì)于 4 沖程, V8 發(fā)動(dòng)機(jī)來說，在一秒周期內(nèi)將會(huì)產(chǎn)生10個(gè)做功沖程，如圖曲線所示。

這個(gè)曲線可以用于比較氣缸變化。任何影響氣缸的 “泵送” 因素都會(huì)改變啟動(dòng)速度。定期的記錄發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)速度，比較軌跡圖形是一種檢查發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械狀況的快速方法。

許多有經(jīng)驗(yàn)的賽車手會(huì)通過聆聽發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的聲音來檢查氣缸是否有問題。測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)速度產(chǎn)生如圖 1 的曲線能對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)進(jìn)行驗(yàn)證

發(fā)現(xiàn)死缸

為證明這個(gè)現(xiàn)象，Thompson 做了兩組發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)速度測(cè)量。第一組采用正常工作的發(fā)動(dòng)機(jī)，而第二組，在進(jìn)行測(cè)量前，移除了一個(gè)火花塞以模擬一個(gè)死缸。

圖 3 是測(cè)量曲線的堆疊圖。紅色曲線是正常的發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程，而藍(lán)色是有一個(gè)死缸的發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程。注意當(dāng)死缸接近 TDC 時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升，而正常的反而下降，這是由于缺乏空氣壓縮阻力造成的。并且請(qǐng)注意有死缸的發(fā)動(dòng)機(jī)平均轉(zhuǎn)速比正常的低 10 rpm 。

另外一種分析發(fā)動(dòng)機(jī)性能的方法是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)速度信號(hào)進(jìn)行頻率分析。圖 4 顯示的是頻率分析曲線圖。最重要的頻率為10 Hz，這等同于8缸，4沖程發(fā)動(dòng)機(jī)在 150 rpm 轉(zhuǎn)速時(shí)的點(diǎn)火頻率。這稱之為4階效應(yīng)，因?yàn)榍S每圈產(chǎn)生四次。

第二重要的頻率是20 Hz。此頻率分量成為8階效應(yīng)，是有8個(gè)氣缸動(dòng)力導(dǎo)致的。這種動(dòng)態(tài)效應(yīng)的產(chǎn)生是由于當(dāng)氣缸壓縮時(shí)曲軸速度變慢導(dǎo)致的。盡管動(dòng)態(tài)變化是正常的，但依然可以增加到飛輪/扭矩轉(zhuǎn)換器組件的慣性來降低。

作為調(diào)研的結(jié)果，Thompson 認(rèn)為 150 rpm 的啟動(dòng)速度太低了?？梢酝ㄟ^以下方法來提高啟動(dòng)速度，包括:

采用更強(qiáng)大的啟動(dòng)馬達(dá),
提高電池動(dòng)力,
使用更粗的電池電纜避免壓降，并
確保電池到啟動(dòng)器的連接更可靠。

避免反沖

最后，Thompson 是降低發(fā)動(dòng)機(jī) “反沖” 的可能性。反沖的發(fā)生是因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)較低的啟動(dòng)速度(150 rpm), 更大的位移，更高的壓縮比造成的。當(dāng)一個(gè)缸熄火時(shí)，曲軸回退導(dǎo)致飛輪齒進(jìn)入啟動(dòng)馬達(dá)的小齒輪的概率增加，損壞齒輪。

上述所列的方法能夠有助于阻止反沖，但也會(huì)降低發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力。通過經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析，Thompson 發(fā)現(xiàn)延遲點(diǎn)火時(shí)間 - 也就是在點(diǎn)火系統(tǒng)工作之前使發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到最高的啟動(dòng)速度，將大大降低反沖的概率

顯然，Thompson 成功來自于經(jīng)驗(yàn)和測(cè)試數(shù)據(jù)。緊湊，強(qiáng)大的 SoMat eDAQlite 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)有助于使賽車獲取更高的速度和可靠性。

Sims Professional Engineers 最新應(yīng)用報(bào)告

可靠的數(shù)據(jù)采集確保軌道車輛安全

“eDAQ 提供極為可靠的測(cè)試數(shù)據(jù)，即使在惡劣環(huán)境下。這對(duì)于 SPE 來說是非常重要的.”

Cody Kasten, 項(xiàng)目工程師

Sims Professional Engineers (SPE)

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