FSAE賽車懸架數據采集系統技術方案

本發明專利技術提出了FSAE賽車懸架數據采集系統，包括位移傳感器、單片機、無線發射模塊、無線接收模塊，USB數據線、計算機，位移傳感器安裝在FSAE賽車減震器位置，以檢測FSAE賽車減震器的壓縮量；單片機、無線發射模塊安裝在FSAE賽車上；位移傳感器通過模/數轉換模塊與單片機連接，利用單片機進行位移傳感器的數據采集；無線發射模塊與單片機連接，實現無線發射；無線接收模塊通過USB數據線接入計算機；通過無線發射模塊與無線接收模塊構成的無線傳輸模塊實現FSAE賽車與計算機的無線通訊連接；計算機通過虛擬儀器，獲取位移傳感器的信號，進行采集和分析處理。本發明專利技術實現了FSAE賽車的動態監控，數據準確；采集及分析處理功能通過虛擬儀器實現，便于維護。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及FSAE賽車懸架數據采集系統。
技術介紹
在FSAE(FormulaSAE，大學生方程式汽車大賽)賽車開發過程中，車輛懸架系統設計占有舉足輕重的地位，而利用懸架數據采集系統進行賽車行駛過程的整車實時監控，通過試驗反饋改進設計，不斷優化賽車設計參數，提升賽車性能。數據采集就是將被測對象的各種參量通過傳感器和變送器做適當的轉換后，再經過信號調理，采樣/保持、量化、編碼、傳輸等步驟，最后送到處理器進行數據處理、存儲記錄和顯示打印過程。為了體現賽車的極限性能，FSAE賽車都采用獨立懸架，對其操縱穩定性要求較高；FSAE賽事規則要求苛刻，賽車前后車輪的有效行程至少為50.8mm的上跳行程和25.4mm的回彈行程；在側向傾斜60°時，賽車不發生側翻；非穩定工況減少車身縱傾；輪胎接地性能好，能適應高速、極速過彎需求。為了實現賽車懸架特性的動態監控，優化賽車改進設計，滿足苛刻的賽事規則要求，國外懸架數據采集系統已經被廣泛地運用在FSAE賽車上；而（中國）國內FSAE賽車基本沒有懸架數據采集系統，實現賽車懸架特性的動態監控。
技術實現思路
為了實現FSAE賽車行駛過程的動態實時監控，本專利技術提出FSAE賽車懸架數據采集系統，可以對動態FSAE賽車進行減震器壓縮量的實時采集、記錄，并實時計算處理獲得車輪輪芯跳動行程、車輪載荷大小及頻譜曲線，利用實時采集的動態數據，研究賽車在制動、加速以及轉彎等極限工況下的軸荷轉移情況，以指導賽車懸架性能調校及整車性能優化。為此，本專利技術的技術方案為：FSAE賽車懸架數據采集系統，包括位移傳感器、單片機、無線發射模塊、無線接收模塊，USB數據線、計算機，其特征在于：位移傳感器安裝在FSAE賽車減震器位置，以檢測FSAE賽車減震器的壓縮量；單片機、無線發射模塊安裝在FSAE賽車上；位移傳感器通過模/數轉換模塊與單片機連接，利用單片機進行位移傳感器的數據采集；無線發射模塊與單片機連接，實現無線發射；無線接收模塊通過USB數據線接入計算機；通過無線發射模塊與無線接收模塊構成的無線傳輸模塊實現FSAE賽車與計算機的無線通訊連接；計算機通過虛擬儀器（labview軟件程序），獲取位移傳感器的信號，進行采集和分析處理。有益效果：本專利技術利用位移傳感器、單片機進行前端數據采集，通過無線傳輸模塊、串口通訊實現與Labview軟件程序（虛擬儀器）的數據傳輸，可以對動態FSAE賽車進行減震器壓縮量的實時采集、記錄，并實時計算處理獲得車輪輪芯跳動行程、車輪載荷大小及頻譜曲線，利用實時采集的動態數據，研究賽車在制動、加速以及轉彎等極限工況下的軸荷轉移情況，以指導賽車懸架性能調校及整車性能優化；以減震器壓縮量作為采集對象，不僅方便測量，而且能夠計算車輪載荷利于懸架參數優化；本專利技術結構簡單，實現了FSAE賽車的動態監控，數據準確；采集及分析處理功能通過Labview軟件程序（虛擬儀器）實現，便于維護。附圖說明圖1是本專利技術的結構示意圖。圖2是Labview軟件程序的設計框架圖。具體實施方式結合圖1所示，進一步描述本專利技術如下：FSAE賽車懸架數據采集系統，包括位移傳感器、單片機、無線發射模塊、無線接收模塊，USB數據線、計算機，位移傳感器安裝在FSAE賽車減震器位置，以檢測FSAE賽車減震器的壓縮量；單片機、無線發射模塊安裝在FSAE賽車上；位移傳感器通過模/數轉換模塊與單片機連接，利用單片機進行位移傳感器的數據采集；無線發射模塊與單片機連接，實現無線發射；無線接收模塊通過USB數據線，計算機上的RS232接口接入計算機；通過無線發射模塊與無線接收模塊構成的無線傳輸模塊實現FSAE賽車與計算機的無線通訊連接；計算機通過labview軟件程序（虛擬儀器），獲取位移傳感器的信號，進行采集和分析處理。由于FSAE賽車減震器壓縮量屬于直線位移，且賽車減震器行程為±63mm，故選用KPM-75mm非接觸微型鉸接式直線位移傳感器。單片機選用飛思卡爾智能車單片機MC9S12XS128MAA最小系統板，此款單片機采用原裝芯片和元器件，PCB采用高品質材料，并采用回流焊工藝焊接，質量可靠。數據采集需要在FSAE賽車行駛過程中進行動態的實時數據采集，因此必須采用無線傳輸模塊使數據的發送和接收不受距離的限制。無線傳輸模塊的工作電壓不能超過單片機工作電壓（5V），無線傳輸模塊的頻率必須大于單片機的發送頻率，同時也應與計算機相匹配。Labview軟件程序（虛擬儀器）的設計思路：以減震器壓縮量作為采集對象，不僅方便測量，而且能夠計算車輪載荷利于懸架參數優化。為保證賽車的操作穩定性，需要以減震器壓縮量作為參考來調校減震器阻尼；以輪芯跳動量（車輪行程）為參考來調校車身偏頻；以車輪載荷為參考來計算側傾力矩，調整賽車穩態響應特性；因此，將采集系統的輸出量確定為輪芯位移、車輪載荷、最值、頻譜分析。如圖2所示，Labview軟件程序(懸架數據采集系統)實現的功能包括：數據采集、數據解析、數據處理、信號處理、數據記錄、數據讀取，達到如下目的：（1）通過懸架數據采集系統進行FSAE賽車實時監控，既可以檢驗FSAE賽車是否符合參賽規則要求，又可對減震器阻尼、橫向穩定桿剛度等相關參數的優化進行檢驗和反饋；（2）通過驗證，系統輸出量數值等于相應采樣值人工解析計算值結果，證明數據采集系統解析思路正確；且系統輸出的輪芯跳動范圍和車輪最大載荷均符合實際情況，采集系統數據處理方式正確，系統可以運用于FSAE賽車實時監測；（3）該懸架數據采集系統以FSAE賽車減震器壓縮量為采集對象，以輪芯跳動量、車輪載荷、最值、頻譜作為輸出量，性能穩定，數據準確，功能較為全面，具有較高的性價比和較強的實用性。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
FSAE賽車懸架數據采集系統，包括位移傳感器、單片機、無線發射模塊、無線接收模塊，USB數據線、計算機，其特征在于：位移傳感器安裝在FSAE賽車減震器位置，以檢測FSAE賽車減震器的壓縮量；單片機、無線發射模塊安裝在FSAE賽車上；位移傳感器通過模/數轉換模塊與單片機連接，利用單片機進行位移傳感器的數據采集；無線發射模塊與單片機連接，實現無線發射；無線接收模塊通過USB數據線接入計算機；通過無線發射模塊與無線接收模塊構成的無線傳輸模塊實現FSAE賽車與計算機的無線通訊連接；計算機通過虛擬儀器，獲取位移傳感器的信號，進行采集和分析處理。

【技術特征摘要】
1.FSAE賽車懸架數據采集系統，包括位移傳感器、單片機、無線發射模塊、無線接收模塊，USB數據線、計算機，其特征在于：位移傳感器安裝在FSAE賽車減震器位置，以檢測FSAE賽車減震器的壓縮量；單片機、無線發射模塊安裝在FSAE賽車上；位移傳感器通過模/數轉換模塊與單片機連接，利用單片機進行位移傳感器的數據采集；無線發射模塊與單片機連接，實現無線發射；無線接收模塊通...

【專利技術屬性】
技術研發人員：鄧召文，高偉，王保華，陳旭東，徐成強，劉杰暢，石振，張五鳳，余曉偉，
申請(專利權)人：湖北汽車工業學院，
類型：發明
國別省市：湖北;42