数据采集是一个广泛的话题——在现代赛车比赛中大量的数据在运行过程中记录,他们来自数百个传感器,皮托管测量速度、超声波传感器采集燃油流量数据、激光测试行驶高度等等。
赛道环境中的仪表使工程师能够了解车辆在特定时刻处于什么状态,并进行与性能相关的调整,以提高驾驶性能、轮胎性能、汽车的动态响应,评估和提高驾驶员技术。
在这里,我将介绍一些用于处理和可视化数据的技术,并介绍如何分析它们以对车辆动力学和驾驶员提供有意义的评估。
侧倾刚度分布使用阻尼电位器,或者更好的是激光行驶高度传感器,可以了解底盘响应横向加速度的侧倾情况。
通过测量弹簧压缩,电位计使我们能够了解重量转移引起的侧倾角。此外,结合激光行驶高度传感器,还可以观察几何重量转移引起的轮胎挠度。
使用一些简单的数学运算,该仪器测量的线性位移用于确定给定横向加速度下前后车轴的侧倾角。
车轴的侧倾角非常能反映赛车的侧倾刚度分布
然后可以使用侧倾角比率的概念将侧倾角相互关联。底盘所经历的侧倾角比可以让您了解汽车的侧倾刚度分布,它是用于调整赛车平衡的重要参数。
将此数据绘制在 XY 散点图上让我们能够理解,在这种情况下,前/后侧倾角比约为 0.65。
散点图是一种可视化数据中的关系和相关性的好方法。此处显示的是前后侧倾角数据。由此可以理解梯度。
通过驾驶员反馈和轮胎在行驶过程中的数据,可以为改进底盘,为赛车提供最佳性能。
改变侧倾刚度以影响平衡时,目的是保持总侧倾刚度(即侧倾梯度)并改变分布在每个轴之间的刚度量。
转向不足角度保持底盘平衡的一个的量化指标是转向角在任何时候都与理想的“阿克曼”转向角的偏差。
阿克曼转向几何(英语:Ackermann steering geometry)是一种为了解决交通工具转弯时,内外转向轮路径指向的圆心不同的几何学
阿克曼角图显示了它与轴距 (WB) 和拐角半径 (R) 的关系
依据阿克曼转向几何设计的车辆,沿着弯道转弯时,利用四连杆的相等曲柄使内侧轮的转向角比外侧轮大大约2~4度,使四个轮子路径的圆心大致上交会于后轴的延长线上瞬时转向中心,让车辆可以顺畅的转弯。如果给定拐角外轮的阿克曼转向角为 5 度,转向角为 7 度,则转向不足角为 2 度。转向不足角度的负值表示转向过度。
记录瞬时转向不足角度并进一步在整个圈中对其进行平均是了解给定设置的底盘平衡性能的强大工具,这有助于定量评估设置变化。其次,我们可以使用它来评估和预测一段时间内的轮胎退化。随着燃料的使用和轮胎磨损,转向不足角度增加或减少的趋势是对初始设置目标的宝贵反馈。
转向不足角度是了解底盘平衡的好方法
注意: 阿克曼角的计算是一种假设,随着轮胎侧偏角逐渐达到峰值以及轮胎从线性到非线性特性的转变,精度会降低,当发生非线性变化时,意味着早就该保胎或换胎了。
阻尼器直方图直方图是相对简单的图表,可以将特定变量出现的频率可视化,阻尼器直方图用以显示特定阻尼器在离散阻尼器活塞速度范围内花费的时间。该指标有助于了解阻尼器在一圈或赛道某部分的压缩和回弹行程中耗散的能量。
低速阻尼,涵盖高达约 0.15m/s 的轴速度,主要涉及横滚、俯仰和升沉位移模式下的车身控制。相比之下,> 0.15m/s 的高速运动可以被视为主要来自赛道表面的输入,影响非簧载质量和接触面载荷。
低速阻尼控制弹簧的起伏、俯仰和滚动以及瞬态操纵如制动、转弯和加速过程中的重量转移速率。高速阻尼会抑制高频输入,使控制悬架的颠簸。
由于大多数赛车减震器是 4 向可调的(高速和低速回弹和压缩),这种可视化使我们能够考虑每个速度范围内的减震作用,并进行调整以优化每个速度范围内的性能。
利用该直方图可推断出有效的冲击运动会在压缩和回弹冲程中消耗等量的能量。在大多数情况下,该直方图是对称轮廓——该直方图是确保阻尼比左右和前后匹配良好的重要工具。
车手指标:油门百分比、曲率、制动力除了车辆行为外,测量数据还允许对车手的驾驶进行量化和分析。通过将这些量与车辆动力学理论联系起来,它是一种强大的反馈工具,帮助车手们从赛车中获得最佳效果;这里有一些重要的指标。
油门和百分比
车手全速行驶的圈数百分比是两个方面的重要指标。在所有其他条件相同的情况下,如果驾驶员在全油门上花费更多时间,他们的平均速度会更高,这表明单圈时间会更短。
使用这个指标,我们可以比较不同圈数的驾驶技术,并查看赛车性能在赛道上的演变——后轮胎退化很容易在最大油门下的较短时间被发现。
平均油门百分比还可用于评估各种参数。如空气动力偏差、牵引力、阻尼,帮助车手更早地获得动力。
曲率转弯半径的倒数 (1/R) 定义了赛车遵循的曲率。当转弯半径较小时,曲率较高。我们可以推断,保持尽可能低的曲率意味着驾驶员正在使弯道尽可能“宽”,尽可能以最快的速度行驶并采取最快的路线通过弯道。
过弯的最佳线路需要结合弯道之后赛道的特征,虽然曲率不是向您展示理想线路的工具,但也是评估过弯情况的重要指标。
比较:比较两个车手在特定拐角处的曲率轨迹或单个车手的曲率轨迹,可以评判车手的驾驶风格,为下一圈的过弯选择更好的路线。
绘制曲率可以评估驾驶风格的速度。单圈的低平均曲率通常与低单圈时间相关。
稳定性:绘制车手达到的平均曲率与圈数的关系是了解车手在整个比赛中的稳定性的好方法。在大多数情况下,较低的平均曲率表示较快的单圈时间。
本文只是触及了数据分析的一点皮毛。在赛道上,赛车工程师、数据工程师或性能工程师的职责是处理来自汽车的数据,以与车辆动力学的基本原理相关联,并对设置进行更改以获得更好的性能与速度。
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