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在风洞中测试仿真赛车的动态性能
2022-03-23 16:58:13· 来源：HBM霍丁格包尔文
新车辆的空气动力学性能的改善通常在风洞中进行。缩小的模型固定在风洞的空气动力学装备上。传感器安装在模型内来获取力，力矩以及在模型表面的压力等。
新车辆的空气动力学性能的改善通常在风洞中进行。缩小的模型固定在风洞的空气动力学装备上。传感器安装在模型内来获取力，力矩以及在模型表面的压力等。
在风洞测试中，一般只测量动态特性的平均值如，上/下压力和拉力等。但是在瑞士 Emmen RUAG 航天空气动力学中心的测试中显示，仅使用平均值是不够的。
波动通常是自然风的扰动或者是由于风的原因产生的测量物体的运动引起的。这些瞬间值对于赛车的设计改良有很大的帮助，如保持前后轮力的分布在安全的
范围内，以及获得可靠的操作特性等。
如同在真实轨道上行驶为了真实地模拟汽车在风洞内的运动，振幅在数毫米的垂直运动被传导到车轮上, 频率不超过 20 Hz。带有控制功能的液压振动筛在风洞中产生这样的运动。振动筛位于称重传感器 - 天平 - 的下方，天平垂直对齐模型，凸出支撑。以上运动产生非常大的惯性力导致的空气动力分离 对于测量任务来说是一项非常大的挑战，因为天平只能够得到力和力矩的总和。为了保证其具有极高的精度 大约 100 测量通道 必须同步测量和分析，其采样率至少要达到 400 Hz。
天平测量作用在模型上的所有力和力矩
在风洞测试中，6个 空气动力力矩和力 (阻力, 侧向力,升力/下压力, 俯仰力矩，滚动力矩和 偏航力矩) 作用在被测物体上，并通过嵌入到振动筛中的特殊 6 分力天平来
测量。 其需要极高质量的信号调理放大器，在极小的尺寸和极高硬度情况下，天平还需要具有极高的精度。应变片组成惠斯通电桥分布在天平的测量梁上，导线并
进行了温度补偿。在负载的作用下测量梁产生的微小形变通过应变片产生与负载成正比的信号。
应变片产生的电信号和实际负载之间的关系需要进行标定才能使用。这个过程需要采用砝码和并和标定设备连接并将重量加载到支点上进行标定。
校准矩阵 - 定义负载值和电应变值之间的关系 – 通过回归算法来产生。回归算法考虑了在标定过程中所有的定义好的负载。逆矩阵 - 定义电气值和负载值之间的关系
– 在测量过程中通过电信号测量值来计算加载的力和力矩。
RUAG航天在风洞中一直采用 HBM 的 MGCplus 数据采集系统。通过选择不同的放大板都能满足精度的要求以及连接各种类型的传感器。每个空气动力学中心，硬件部分都被集成在一个带有监控设备的控制柜中。
HBM 硬件系统能够和公司的主机进行通讯，以便运行数据分析软件进行实际测量和分析。灵活性对于昂贵的风洞中心非常重要，并且可以现场进行快速标定，以满足国家标准，具备可追溯性。
运动被空气动力强烈影响
在第一个测试中，启动了一个 10 Hz, 持续 20 秒的运动，以寻找瞬态空气动力学现象。在这些测试中，采用了 400Hz 的采样率，这样将产生带有较高时间分辨率的信号，并由很多的方法来进行评估。在初始阶段，需要非线性滤波，以便于在测试中去除噪声干扰。然后惯性力被计算并从总的力中减去，其通过选定位置的加速度传感器中获取。通过计算结果，可以对由底盘空气动力交互产生的稳定性进行分析，来描述其驾驶性能，甚至是安全特性。测量的结果可以用于车辆优化 。
风洞和实验室的条件是完全不同的，在风洞内，其模拟了汽车的真实运动，如同在真实道路上行驶一样。
应变片
6分力风洞天平的重要部件，应变片组成惠斯通电桥分布在天平的测量梁上，在负载的作用下测量梁产生的微小形变通过应变片产生与负载成正比的信号。
MGCplus 数据采集系统
风洞天平高精度测量系统，其采用模块化结构，可以连接力，位移，温度，扭矩，加速度，应变，压力，电压，电流，频率，电阻等传感器。
在风洞测试中，一般只测量动态特性的平均值如，上/下压力和拉力等。但是在瑞士 Emmen RUAG 航天空气动力学中心的测试中显示，仅使用平均值是不够的。
波动通常是自然风的扰动或者是由于风的原因产生的测量物体的运动引起的。这些瞬间值对于赛车的设计改良有很大的帮助，如保持前后轮力的分布在安全的
范围内，以及获得可靠的操作特性等。
如同在真实轨道上行驶为了真实地模拟汽车在风洞内的运动，振幅在数毫米的垂直运动被传导到车轮上, 频率不超过 20 Hz。带有控制功能的液压振动筛在风洞中产生这样的运动。振动筛位于称重传感器 - 天平 - 的下方，天平垂直对齐模型，凸出支撑。以上运动产生非常大的惯性力导致的空气动力分离 对于测量任务来说是一项非常大的挑战，因为天平只能够得到力和力矩的总和。为了保证其具有极高的精度 大约 100 测量通道 必须同步测量和分析，其采样率至少要达到 400 Hz。
天平测量作用在模型上的所有力和力矩
在风洞测试中，6个 空气动力力矩和力 (阻力, 侧向力,升力/下压力, 俯仰力矩，滚动力矩和 偏航力矩) 作用在被测物体上，并通过嵌入到振动筛中的特殊 6 分力天平来
测量。 其需要极高质量的信号调理放大器，在极小的尺寸和极高硬度情况下，天平还需要具有极高的精度。应变片组成惠斯通电桥分布在天平的测量梁上，导线并
进行了温度补偿。在负载的作用下测量梁产生的微小形变通过应变片产生与负载成正比的信号。
应变片产生的电信号和实际负载之间的关系需要进行标定才能使用。这个过程需要采用砝码和并和标定设备连接并将重量加载到支点上进行标定。
校准矩阵 - 定义负载值和电应变值之间的关系 – 通过回归算法来产生。回归算法考虑了在标定过程中所有的定义好的负载。逆矩阵 - 定义电气值和负载值之间的关系
– 在测量过程中通过电信号测量值来计算加载的力和力矩。
RUAG航天在风洞中一直采用 HBM 的 MGCplus 数据采集系统。通过选择不同的放大板都能满足精度的要求以及连接各种类型的传感器。每个空气动力学中心，硬件部分都被集成在一个带有监控设备的控制柜中。
HBM 硬件系统能够和公司的主机进行通讯，以便运行数据分析软件进行实际测量和分析。灵活性对于昂贵的风洞中心非常重要，并且可以现场进行快速标定，以满足国家标准，具备可追溯性。
运动被空气动力强烈影响
在第一个测试中，启动了一个 10 Hz, 持续 20 秒的运动，以寻找瞬态空气动力学现象。在这些测试中，采用了 400Hz 的采样率，这样将产生带有较高时间分辨率的信号，并由很多的方法来进行评估。在初始阶段，需要非线性滤波，以便于在测试中去除噪声干扰。然后惯性力被计算并从总的力中减去，其通过选定位置的加速度传感器中获取。通过计算结果，可以对由底盘空气动力交互产生的稳定性进行分析，来描述其驾驶性能，甚至是安全特性。测量的结果可以用于车辆优化 。
风洞和实验室的条件是完全不同的，在风洞内，其模拟了汽车的真实运动，如同在真实道路上行驶一样。
应变片
6分力风洞天平的重要部件，应变片组成惠斯通电桥分布在天平的测量梁上，在负载的作用下测量梁产生的微小形变通过应变片产生与负载成正比的信号。
MGCplus 数据采集系统
风洞天平高精度测量系统，其采用模块化结构，可以连接力，位移，温度，扭矩，加速度，应变，压力，电压，电流，频率，电阻等传感器。
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