FSAE赛车悬架数据采集系统的制作方法

本发明涉及FSAE赛车悬架数据采集系统。

背景技术：

在FSAE (Formula SAE，大学生方程式汽车大赛)赛车开发过程中，车辆悬架系统设计占有举足轻重的地位，而利用悬架数据采集系统进行赛车行驶过程的整车实时监控，通过试验反馈改进设计，不断优化赛车设计参数，提升赛车性能。数据采集就是将被测对象的各种参量通过传感器和变送器做适当的转换后，再经过信号调理，采样/保持、量化、编码、传输等步骤，最后送到处理器进行数据处理、存储记录和显示打印过程。

为了体现赛车的极限性能，FSAE赛车都采用独立悬架，对其操纵稳定性要求较高；FSAE 赛事规则要求苛刻，赛车前后车轮的有效行程至少为50.8mm的上跳行程和25.4mm的回弹行程；在侧向倾斜60°时，赛车不发生侧翻；非稳定工况减少车身纵倾；轮胎接地性能好，能适应高速、极速过弯需求。为了实现赛车悬架特性的动态监控，优化赛车改进设计，满足苛刻的赛事规则要求，国外悬架数据采集系统已经被广泛地运用在FSAE赛车上；而（中国）国内FSAE赛车基本没有悬架数据采集系统，实现赛车悬架特性的动态监控。

技术实现要素：

为了实现FSAE赛车行驶过程的动态实时监控，本发明提出FSAE赛车悬架数据采集系统，可以对动态FSAE赛车进行减震器压缩量的实时采集、记录，并实时计算处理获得车轮轮芯跳动行程、车轮载荷大小及频谱曲线，利用实时采集的动态数据，研究赛车在制动、加速以及转弯等极限工况下的轴荷转移情况，以指导赛车悬架性能调校及整车性能优化。

为此，本发明的技术方案为：FSAE赛车悬架数据采集系统，包括位移传感器、单片机、无线发射模块、无线接收模块，USB数据线、计算机，其特征在于：

位移传感器安装在FSAE赛车减震器位置，以检测FSAE赛车减震器的压缩量；单片机、无线发射模块安装在FSAE赛车上；位移传感器通过模/数转换模块与单片机连接，利用单片机进行位移传感器的数据采集；无线发射模块与单片机连接，实现无线发射；

无线接收模块通过USB数据线接入计算机；

通过无线发射模块与无线接收模块构成的无线传输模块实现FSAE赛车与计算机的无线通讯连接；

计算机通过虚拟仪器（labview软件程序），获取位移传感器的信号，进行采集和分析处理。

有益效果：本发明利用位移传感器、单片机进行前端数据采集，通过无线传输模块、串口通讯实现与Labview软件程序（虚拟仪器）的数据传输，可以对动态FSAE赛车进行减震器压缩量的实时采集、记录，并实时计算处理获得车轮轮芯跳动行程、车轮载荷大小及频谱曲线，利用实时采集的动态数据，研究赛车在制动、加速以及转弯等极限工况下的轴荷转移情况，以指导赛车悬架性能调校及整车性能优化；以减震器压缩量作为采集对象，不仅方便测量，而且能够计算车轮载荷利于悬架参数优化；本发明结构简单，实现了FSAE赛车的动态监控，数据准确；采集及分析处理功能通过Labview软件程序（虚拟仪器）实现，便于维护。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是Labview软件程序的设计框架图。

具体实施方式

结合图1所示，进一步描述本发明如下：FSAE赛车悬架数据采集系统，包括位移传感器、单片机、无线发射模块、无线接收模块，USB数据线、计算机，位移传感器安装在FSAE赛车减震器位置，以检测FSAE赛车减震器的压缩量；单片机、无线发射模块安装在FSAE赛车上；位移传感器通过模/数转换模块与单片机连接，利用单片机进行位移传感器的数据采集；无线发射模块与单片机连接，实现无线发射；无线接收模块通过USB数据线，计算机上的RS232接口接入计算机；通过无线发射模块与无线接收模块构成的无线传输模块实现FSAE赛车与计算机的无线通讯连接；计算机通过labview软件程序（虚拟仪器），获取位移传感器的信号，进行采集和分析处理。

由于FSAE赛车减震器压缩量属于直线位移，且赛车减震器行程为±63mm，故选用KPM-75mm非接触微型铰接式直线位移传感器。

单片机选用飞思卡尔智能车单片机MC9S12XS 128 M AA最小系统板，此款单片机采用原装芯片和元器件，PCB采用高品质材料，并采用回流焊工艺焊接，质量可靠。

数据采集需要在FSAE赛车行驶过程中进行动态的实时数据采集，因此必须采用无线传输模块使数据的发送和接收不受距离的限制。无线传输模块的工作电压不能超过单片机工作电压（5V），无线传输模块的频率必须大于单片机的发送频率，同时也应与计算机相匹配。

Labview软件程序（虚拟仪器）的设计思路：以减震器压缩量作为采集对象，不仅方便测量，而且能够计算车轮载荷利于悬架参数优化。为保证赛车的操作稳定性，需要以减震器压缩量作为参考来调校减震器阻尼；以轮芯跳动量（车轮行程）为参考来调校车身偏频；以车轮载荷为参考来计算侧倾力矩，调整赛车稳态响应特性；因此，将采集系统的输出量确定为轮芯位移、车轮载荷、最值、频谱分析。

如图2所示，Labview软件程序(悬架数据采集系统)实现的功能包括：数据采集、数据解析、数据处理、信号处理、数据记录、数据读取，达到如下目的：

（1）通过悬架数据采集系统进行FSAE赛车实时监控，既可以检验FSAE赛车是否符合参赛规则要求，又可对减震器阻尼、横向稳定杆刚度等相关参数的优化进行检验和反馈；

（2）通过验证，系统输出量数值等于相应采样值人工解析计算值结果，证明数据采集系统解析思路正确；且系统输出的轮芯跳动范围和车轮最大载荷均符合实际情况，采集系统数据处理方式正确，系统可以运用于FSAE赛车实时监测；

（3）该悬架数据采集系统以FSAE赛车减震器压缩量为采集对象，以轮芯跳动量、车轮载荷、最值、频谱作为输出量，性能稳定，数据准确，功能较为全面，具有较高的性价比和较强的实用性。