資料採集是一個廣泛的話題——在現代賽車比賽中大量的資料在執行過程中記錄,他們來自數百個感測器,皮托管測量速度、超聲波感測器採集燃油流量資料、鐳射測試行駛高度等等。
賽道環境中的儀表使工程師能夠了解車輛在特定時刻處於什麼狀態,並進行與效能相關的調整,以提高駕駛效能、輪胎效能、汽車的動態響應,評估和提高駕駛員技術。
在這裡,我將介紹一些用於處理和視覺化資料的技術,並介紹如何分析它們以對車輛動力學和駕駛員提供有意義的評估。
側傾剛度分佈
使用阻尼電位器,或者更好的是鐳射行駛高度感測器,可以瞭解底盤響應橫向加速度的側傾情況。
透過測量彈簧壓縮,電位計使我們能夠了解重量轉移引起的側傾角。此外,結合鐳射行駛高度感測器,還可以觀察幾何重量轉移引起的輪胎撓度。
使用一些簡單的數學運算,該儀器測量的線性位移用於確定給定橫向加速度下前後車軸的側傾角。
車軸的側傾角非常能反映賽車的側傾剛度分佈
然後可以使用側傾角比率的概念將側傾角相互關聯。底盤所經歷的側傾角比可以讓您瞭解汽車的側傾剛度分佈,它是用於調整賽車平衡的重要引數。
將此資料繪製在 XY 散點圖上讓我們能夠理解,在這種情況下,前/後側傾角比約為 0.65。
散點圖是一種視覺化資料中的關係和相關性的好方法。此處顯示的是前後側傾角資料。由此可以理解梯度。
透過駕駛員反饋和輪胎在行駛過程中的資料,可以為改進底盤,為賽車提供最佳效能。
改變側傾剛度以影響平衡時,目的是保持總側傾剛度(即側傾梯度)並改變分佈在每個軸之間的剛度量。
轉向不足角度
保持底盤平衡的一個的量化指標是轉向角在任何時候都與理想的“阿克曼”轉向角的偏差。
阿克曼轉向幾何(英語:Ackermann steering geometry)是一種為了解決交通工具轉彎時,內外轉向輪路徑指向的圓心不同的幾何學
阿克曼角圖顯示了它與軸距 (WB) 和拐角半徑 (R) 的關係
依據阿克曼轉向幾何設計的車輛,沿著彎道轉彎時,利用四連桿的相等曲柄使內側輪的轉向角比外側輪大大約2~4度,使四個輪子路徑的圓心大致上交會於後軸的延長線上瞬時轉向中心,讓車輛可以順暢的轉彎。如果給定拐角外輪的阿克曼轉向角為 5 度,轉向角為 7 度,則轉向不足角為 +2 度。轉向不足角度的負值表示轉向過度。
記錄瞬時轉向不足角度並進一步在整個圈中對其進行平均是瞭解給定設定的底盤平衡效能的強大工具,這有助於定量評估設定變化。其次,我們可以使用它來評估和預測一段時間內的輪胎退化。隨著燃料的使用和輪胎磨損,轉向不足角度增加或減少的趨勢是對初始設定目標的寶貴反饋。
轉向不足角度是瞭解底盤平衡的好方法
注意: 阿克曼角的計算是一種假設,隨著輪胎側偏角逐漸達到峰值以及輪胎從線性到非線性特性的轉變,精度會降低,當發生非線性變化時,意味著早就該保胎或換胎了。
阻尼器直方圖
直方圖是相對簡單的圖表,可以將特定變量出現的頻率視覺化,阻尼器直方圖用以顯示特定阻尼器在離散阻尼器活塞速度範圍內花費的時間。該指標有助於瞭解阻尼器在一圈或賽道某部分的壓縮和回彈行程中耗散的能量。
低速阻尼,涵蓋高達約 0.15m/s 的軸速度,主要涉及橫滾、俯仰和升沉位移模式下的車身控制。相比之下,> 0.15m/s 的高速運動可以被視為主要來自賽道表面的輸入,影響非簧載質量和接觸面載荷。
低速阻尼控制彈簧的起伏、俯仰和滾動以及瞬態操縱如制動、轉彎和加速過程中的重量轉移速率。高速阻尼會抑制高頻輸入,使控制懸架的顛簸。
由於大多數賽車減震器是 4 向可調的(高速和低速回彈和壓縮),這種視覺化使我們能夠考慮每個速度範圍內的減震作用,並進行調整以最佳化每個速度範圍內的效能。
利用該直方圖可推斷出有效的衝擊運動會在壓縮和回彈衝程中消耗等量的能量。在大多數情況下,該直方圖是對稱輪廓——該直方圖是確保阻尼比左右和前後匹配良好的重要工具。
車手指標:油門百分比、曲率、制動力
除了車輛行為外,測量資料還允許對車手的駕駛進行量化和分析。透過將這些量與車輛動力學理論聯絡起來,它是一種強大的反饋工具,幫助車手們從賽車中獲得最佳效果;這裡有一些重要的指標。
油門和百分比
車手全速行駛的圈數百分比是兩個方面的重要指標。在所有其他條件相同的情況下,如果駕駛員在全油門上花費更多時間,他們的平均速度會更高,這表明單圈時間會更短。
使用這個指標,我們可以比較不同圈數的駕駛技術,並檢視賽車效能在賽道上的演變——後輪胎退化很容易在最大油門下的較短時間被發現。
平均油門百分比還可用於評估各種引數。如空氣動力偏差、牽引力、阻尼,幫助車手更早地獲得動力。
曲率
轉彎半徑的倒數 (1/R) 定義了賽車遵循的曲率。當轉彎半徑較小時,曲率較高。我們可以推斷,保持儘可能低的曲率意味著駕駛員正在使彎道盡可能“寬”,儘可能以最快的速度行駛並採取最快的路線透過彎道。
過彎的最佳線路需要結合彎道之後賽道的特徵,雖然曲率不是向您展示理想線路的工具,但也是評估過彎情況的重要指標。
比較:比較兩個車手在特定拐角處的曲率軌跡或單個車手的曲率軌跡,可以評判車手的駕駛風格,為下一圈的過彎選擇更好的路線。
繪製曲率可以評估駕駛風格的速度。單圈的低平均曲率通常與低單圈時間相關。
穩定性:繪製車手達到的平均曲率與圈數的關係是瞭解車手在整個比賽中的穩定性的好方法。在大多數情況下,較低的平均曲率表示較快的單圈時間。
本文只是觸及了資料分析的一點皮毛。在賽道上,賽車工程師、資料工程師或效能工程師的職責是處理來自汽車的資料,以與車輛動力學的基本原理相關聯,並對設定進行更改以獲得更好的效能與速度。