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汽車工程師使用MTi-G測試和提高汽車性能

MTi-G動作捕捉設(shè)備為汽車性能的測試和提高提供經(jīng)濟準確的跟蹤測量方式

文章來源：Xsens 作者：frank 發(fā)布時間：2009年11月17日點擊數(shù)：次

前言
此故事由法國布杜爾專業(yè)賽車場撰寫。

法國布杜爾專業(yè)賽車場在Nogaro巡回賽中使用了MTi-Gin的生化賽車系列體育原型（LMP2款24小時勒芒汽車）進行比賽分析,。通過對MTi-G獲取的數(shù)據(jù)進行后期處理,，得出了下列數(shù)據(jù)：

最佳比賽線路的確定

剎車/加速狀態(tài)

過度轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)向不足的表現(xiàn)

偏角的測定

軌跡半徑

賽道的速度變化圖

汽車工程師通常使用高端系統(tǒng)來測試和提高設(shè)備性能，這些系統(tǒng)十分準確,，但價格昂貴,，較為笨重；但使用MTi-G的所得到的測量數(shù)據(jù)，許多參數(shù)的準確性與高端設(shè)備相同,，價格卻僅是高端設(shè)備的一小部分,，還具有重量輕、功耗低的優(yōu)勢,。

測量設(shè)置
采用MTi-G裝置,、GPS天線、和一個便攜式RS232測井設(shè)備進行數(shù)據(jù)記錄,。采用小型的6V電池組進行供電,。MTi-G安裝于汽車的中心框架內(nèi)，汽車頂部安裝有GPS天線,，用于接收GPS信號（圖1）,。

圖1：GPS天線視圖（在銀帶下）和車內(nèi)的MTi-G裝置（重約68克）

MTi-G安裝在合適的振動阻尼器頂部。采用有效的抗振動裝置可以有效地減少MTi-G設(shè)備遇到的震動,。較大的震動可以影響MTi-G裝置的測量精度,。

生化賽車LMP2產(chǎn)品性能

Racing analysis with the Xsens MTi-G
圖2

底盤：碳制

功率：6.000轉(zhuǎn)350CV

扭矩：4.500轉(zhuǎn)速下450 Nm

齒輪箱：連續(xù)6齒輪

發(fā)動機：車后部縱向位置V6 4.0 L

燃料：超級酒精E85

理論
MTi-G可以輸出三維定位、三維位置,、三維速度以及三維校正慣性數(shù)據(jù),，包括實時加速度和角速度等。通過使用這些數(shù)據(jù),，可以從MTi-G測量設(shè)備得出下列賽車參數(shù)：

過度轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)向不足
過度轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)向不足可以通過MTi-G的DiffGyro數(shù)據(jù)進行判定,。DiffGyro是陀螺儀測量出的軌道轉(zhuǎn)彎率與汽車轉(zhuǎn)彎速度之間的差值。在DiffGyro信號的基礎(chǔ)上,，我們分析處在各圈中車輛轉(zhuǎn)向的情況,。

如果速度除以半徑，減去車輛的轉(zhuǎn)率（Gz）,，也可以計算出DiffGyro參數(shù),。DiffGyro參數(shù)可以測定出過度轉(zhuǎn)向或轉(zhuǎn)向不足的問題。

Oversteering with the Xsens MTi-G
圖3 如DiffGyro小于0,，則車輛為過渡轉(zhuǎn)向,；
如DiffGyro大于0，則車輛為轉(zhuǎn)向不足,。

圖3：過度轉(zhuǎn)向的情況,。賽車的轉(zhuǎn)彎速度可以通過陀螺儀速率測出，彎道速度是采用MTi-G設(shè)備通過全球定位系統(tǒng)數(shù)值計算得出,。DiffGyro小于零或陀螺儀轉(zhuǎn)彎速度高于賽道的彎道速度,。θ是汽車在重心的滑移角。

滑移角（圖3）
滑移角（θ）在GPS天線的位置給出,，由設(shè)備的前進（與車輛方向?qū)R）與軌道的切數(shù)（由速度向量V得出）差異得出。可以使用公式(VB = VA + BA ˄ W)計算出賽車任何點的滑移角,，因為MTi-G提供了全部動態(tài)信息以確定與GPS天線相應(yīng)距離的速度向量,。

軌道半徑
在轉(zhuǎn)彎率W已知的情況下，軌道半徑R可以使用R =速度（V）/轉(zhuǎn)彎率（W）的公式輕松計算得出,。

加速度和方向?qū)傩?/STRONG>
MTi-G輸出的方向數(shù)據(jù)包括滾動的傾斜,。因此，該設(shè)備的原始數(shù)據(jù),，如Ax,、Ay和Gz，可以在水平面上進行輕松修正,。修正在計算Ax,、Ay、Gz時進行,。

結(jié)果

從MTi-G數(shù)據(jù)得出如下結(jié)論：

過度轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)向不足
使用轉(zhuǎn)彎速度和加速度來計算DiffGyro值,。圖4顯示了指定圈內(nèi)DiffGyro值的二維圖，表示了汽車和/或司機的方向盤行為,。

圖4

由這張圖可以迅速注意到以下幾點：
一些轉(zhuǎn)向不足現(xiàn)象發(fā)生在第四曲線,，即，“剎車和100%油門”曲線,。因此,，司機在入口處應(yīng)該有一個過度轉(zhuǎn)向（如曲線5所示）。相反,，則司機應(yīng)轉(zhuǎn)向不足,，這意味著提早剎車。有一種轉(zhuǎn)向不足的曲線2是最嚴格的一個地段,。這意味著駕駛者不進行轉(zhuǎn)向,，可能是因為汽車沒有調(diào)整好這個曲線?？梢苑治霾煌能囕v設(shè)置,，調(diào)查如何影響結(jié)果。

確定最佳的比賽線路
理想的比賽線路可從剎車和加速狀態(tài)分析得出,，駕駛軌道由MTi-G數(shù)據(jù)得出,。在此例中，圖4種的曲線1值得特別研究,。

圖5

圖5顯示了數(shù)據(jù)采集圖（從MTi-G數(shù)據(jù)單獨提?。c曲線1軌道上相應(yīng)的點A,、B和C,。 X軸顯示了A的樣本數(shù)量（直接與時間有關(guān)：樣本速率為200Hz）。圖5是曲線1加速的平面圖，其中司機測試了連續(xù)兩圈中兩個不同的軌跡（“由內(nèi)到外”和“由外到內(nèi)”）,。

圖6

使用MTi-G數(shù)據(jù),，可以計算出剎車點的精確位置和兩個剎車點之間的精確距離：5.2米（“由外到內(nèi)”軌跡必須提前剎車，首先是為了趕上的彎道內(nèi)側(cè),，其次是因為A點的進入速度較高）,。MTi-G與兩個軌跡的對應(yīng)時間是完全一致的。因此,，可以立即推斷出,，由內(nèi)到外的線路比由外到內(nèi)的線路速度更快，因為在同一時間內(nèi),，司機多行駛了8.0米,。如果采用由內(nèi)到外線路，司機可以節(jié)省0.27秒時間,。由內(nèi)到外的線路更像是一個V字型方程式軌跡,，曲線內(nèi)部的第二個軌跡更加平滑。這可以通過計算軌道半徑（B點周圍）的最低值來判定：37.7米,，另一個則為40.4米,。

僅從圖6所采集到的數(shù)據(jù)來看，‘內(nèi)-外’軌道中C點的速度看起來有點高,，這是因為它是時間的函數(shù)：在C點有一個0.27秒的延遲對應(yīng)8.0米的路程,。所以C點的速度即V3應(yīng)該是109.4公里/小時，而不是106.7公里/每小時（見圖5）,。有趣的是,，由外到而內(nèi)的軌跡中，B點的速度加快,，從而以更快的109.0公里/小時的速度駛離這條軌跡,，這是因為在該軌道的這一部分，賽車有更多的抓地力?，F(xiàn)在我們來縱觀一下整個轉(zhuǎn)向過程,，在由內(nèi)而外的轉(zhuǎn)向軌道中，‘V’形部分（即在圖5中DiffGyro值為負的黑色橢圓曲線部分）是整個行駛過程中速度最快的部分,，由此可以推斷出,，‘V’形部分的初期開始加速，如圖5B點速度所示,，之后則開始減速,。

結(jié)論
MTi-G微型姿態(tài)方位參考系統(tǒng)已經(jīng)在法國南部的Nogaro賽車場測試過生物賽車，為確定最佳比賽線路,，剎車/加速配置,，過度轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)向不足的行為,，偏角，半徑的軌跡和賽道上的速度剖面提供了大量的準確數(shù)據(jù),。

無論是體積,，功耗還是成本,，相較于高端測量系統(tǒng),，MTi- G是分析改進賽車應(yīng)用數(shù)據(jù)的理想選擇。

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