CN114858490A - 雪车转向载荷测试系统和方法、转向载荷测试雪车 - Google Patents

Abstract

转向载荷测试系统和方法、转向载荷测试雪车，涉及雪车技术领域。为解决现有技术中现亟需一种在雪车实际使用工况下，如：载荷、振动、环境，对雪车进行转向系统工作载荷进行测试的方法，用以形成雪车实际运行完整载荷谱，掌握雪车实际运行工况的问题，本发明提供了技术方案，具体的：转向载荷测试系统，系统包括：电源装置、程控装置、数采装置和视频采集装置；数采装置包括：手柄力采集装置、拉杆力采集装置、摇臂力采集装置、手柄X向位移采集装置、三向加速度采集装置、转向角度采集装置和车速采集装置；程控装置用于为数采装置和视频采集装置同步启动时间；所述的电源装置用于给系统供电。可以在雪车设计和验证的转向系统载荷测试中应用。

Description

雪车转向载荷测试系统和方法、转向载荷测试雪车

技术领域

涉及雪车技术领域，具体涉及用于雪车设计和验证的转向系统载荷测试应用。

背景技术

现有对雪车结构的研究及雪车性能的提升研究中大多数还是以单一产品为中心进行雪车设计，进行小批量生产。

目前的雪车多为国外的雪车制造厂商制造，并且多为西方国家，其所设计的雪车更适合西方人的人体特征，并不适用于我们亚洲人的身体状况。

国内关于雪车开发的研究基本空白，尤其是对于雪车平台化开发及制造没有经验，雪车性能及雪车制造与装配等关键技术没有突破，严重制约了雪车技术的发展。现亟需一种在雪车实际使用工况载荷、振动、环境下，对雪车进行转向系统工作载荷进行测试的方法，用以形成雪车实际运行完整载荷谱，掌握雪车实际运行工况。

发明内容

为解决现有技术中现亟需一种在雪车实际使用工况下，如：载荷、振动、环境，对雪车进行转向系统工作载荷进行测试的方法，用以形成雪车实际运行完整载荷谱，掌握雪车实际运行工况的问题，本发明提供了技术方案，具体的：

雪车转向载荷测试系统，所述的系统包括：电源装置、程控装置、数采装置和视频采集装置；

所述的数采装置包括：手柄力采集装置、拉杆力采集装置、摇臂力采集装置、手柄X向位移采集装置、三向加速度采集装置、转向角度采集装置和车速采集装置；所述手柄力采集装置用于采集待测雪车的手柄被施加的力信号，所述拉杆力采集装置用于采集待测雪车的拉杆的拉力信号，所述的摇臂力采集装置用于采集待测雪车的摇臂的受力信号，所述的手柄X 向位移采集装置用于采集手柄在雪车宽度方向的位移距离信号，所述的三向加速度采集装置用于采集雪车的纵向、侧向和垂向，三个方向上的加速度信号，所述的转向角采集装置用于采集雪车的转向角度信号，所述的车速采集装置用于采集雪车的速度信号。

所述的视频采集装置用于采集雪车行车的正前方的视频信息；

所述的程控装置用于为所述的数采装置和所述的视频采集装置同步启动时间；

所述的电源装置用于给所述的系统供电。

进一步，所述的视频采集装置有四个。

基于同一发明构思，本发明还提供了雪车转向载荷测试方法，所述的方法是基于如下系统实现的：

所述的系统为所述的雪车转向载荷测试系统；

所述的方法为：

通过所述的程控装置控制所述的数采装置和所述的视频采集装置同步启动采集信号，并且在所述启动采集信号的过程中同时进行步骤一至步骤八：

通过所述的手柄力采集装置采集手柄力的步骤一；

通过所述的拉杆力采集装置采集拉杆力的步骤二；

通过所述的摇臂力采集装置采集摇臂力的步骤三；

通过所述的手柄X向位移采集装置采集手柄X向位移的步骤四；

通过所述的三向加速度采集装置采集三向加速度的步骤五；

通过所述的视频采集装置采集视频的步骤六；

通过所述的转向角度采集装置采集转向角度的步骤七；

通过所述的车速采集装置采集车速的步骤。

进一步，所述的程控装置控制所述的数采装置和所述的视频采集装置同步启动采集信号的具体方式为：通过所述的程控装置为所述的数采装置和所述的视频采集装置设定时间标签，通过所述的同步标签消除时间差。

进一步，在雪车运行过程中，实时通过手柄力采集装置采集手柄力信号，当所述手柄力采信号大于10N时，所述的程控装置用于控制所述的数采装置和所述的视频采集装置同步启动采集信号。

进一步，所述的方法还包括：对所述的步骤一至步骤八采集到的数据进行处理的步骤九；

所述的步骤九具体为：为所述的步骤一至步骤八采集到的数据分别生成数据统计曲线。

进一步，所述的步骤九还包括：为所述的步骤一至步骤八采集到的数据分别求取最大值、最小值和平均值。

基于同一发明构思，本发明还提供了转向载荷测试雪车，所述的雪车包括：所述的转向载荷测试系统。

进一步，所述的视频采集装置设置在雪车的前端中间，所述的数采装置设置在雪车的座椅后部。

基于同一发明构思，本发明还提供了计算机可读储存介质，所述的储存介质用于储存计算机程序，所述的计算机程序被处理器读取时，执行所述的雪车转向载荷测试方法。

本发明的有益之处在于：

本发明通过在不影响雪车自身平稳性和运动能力的前提下，将测试装置安装在雪车上，解决了人们亟待解决却一直没有解决的“在雪车实际使用工况载荷、振动、环境下，对雪车进行转向系统工作载荷进行测试的方法，用以形成雪车实际运行完整载荷谱，掌握雪车实际运行工况”的问题；

本发明提供的转向载荷测试雪车为雪车赛道实际使用工况下转向系统载荷测试及应用提供了研究的方向，一并开发了建立载荷谱测试与分析的应用能力，进行转向系统及零部件的计算机仿真模拟分析、设计优化改进，为系统级台架耐久性试验提供载荷数据输入，实现可靠耐久性试验验证，满足可靠耐久性要求。

采用本发明提供的转向载荷测试系统测试雪车的转向载荷能力，在试验周期、试验成本上均可以实现大幅缩减。

采用本发明提供的转向载荷测试系统测试雪车的转向载荷能力，能够对运动员在驾驶过程中的雪车运行状态进行分析，帮助教练员对运动员的动作进行指导。

本发明适用于雪车转向系统的设计技术领域中，还适用于对雪车转向系统载荷的测试技术领域中，还适用于对雪车运动员的训练中。

附图说明

图1为实施方式九提到的雪车去除外壳的示意图；

图2为实施方式九提到的雪车的示意图；

图3为弯道工况下手柄力和侧向加速度统计曲线；

图4为弯道工况下手柄力和转向角统计曲线；

图5为弯道工况下速度和视频时间统计曲线；

图6为应变-载荷标定系数曲线；

图7为实施方式三中提到的转向载荷测试系统的数据处理流程图；

图8为实施方式三中提到的转向载荷测试系统的测试方法流程图；

图9位实施方式三中提到的转向载荷测试系统的组成框图；

其中，1表示视频采集装置，2表示雪车车架，3表示电源装置，4表示座椅，5表示数采装置。

具体实施方式

为使本发明提供的技术方案的优点和有益之处体现得更具体，现结合附图对本发明提供的技术方案进行进一步详细地描述，具体的：

实施方式一、本实施方式提供了雪车转向载荷测试系统，所述的系统包括：电源装置3、程控装置、数采装置5和视频采集装置1；

所述的数采装置5包括：手柄力采集装置、拉杆力采集装置、摇臂力采集装置、手柄X 向位移采集装置、三向加速度采集装置、转向角度采集装置和车速采集装置；所述手柄力采集装置用于采集待测雪车的手柄被施加的力信号，所述拉杆力采集装置用于采集待测雪车的拉杆的拉力信号，所述的摇臂力采集装置用于采集待测雪车的摇臂的受力信号，所述的手柄X向位移采集装置用于采集手柄在雪车宽度方向的位移距离信号，所述的三向加速度采集装置用于采集雪车的纵向、侧向和垂向，三个方向上的加速度信号，所述的转向角采集装置用于采集雪车的转向角度信号，所述的车速采集装置用于采集雪车的速度信号。

所述的视频采集装置1用于采集雪车行车的正前方的视频信息；

所述的程控装置用于为所述的数采装置5和所述的视频采集装置1同步启动时间；

所述的电源装置3用于给所述的系统供电。

雪车空间有限，在其内部布置和安装转向测试系统要考虑设备尺寸、电源尺寸、测试传感器尺寸，不能影响运动员的操作及安全，同时要考虑环境、温度、操作、固定诸多因素。搭建以数据采集设备、设备供电电源、转向系统参数、质心加速度、车速、视频采集设备等为关键参数的转向测试系统。转向测试系统至少包括表1的测试信息。而在整车阶段的测试并不多见，主要因为缺少专用的测试系统，本系统能够在雪车整车状态下同时完成转向系统关键参数的测量，雪车实际使用工况，如：载荷、振动、环境，下，对雪车进行转向系统工作载荷进行测试，形成雪车实际运行完整载荷谱，掌握雪车实际运行工况。

实施方式二、本实施方式是对实施方式一提供的雪车转向载荷测试系统的进一步限定，所述的视频采集装置1有四个。

本实施方式限定视频采集装置由四个组成，其中一个采集雪车运行正前方的视频信息，其与三个分别用于采集雪车运行前方路面的视频信息、以及运行前方左右两侧赛道的视频信息，这些信息能够更准确的反馈雪车所运行的赛道中的环境信息，有利于进一步的对雪车运行状态进行客观的分析。

实施方式三、结合图6-7说明本实施方式，本实施方式提供了雪车转向载荷测试方法，所述的方法是基于如下系统实现的：

所述的系统为实施方式一或二任意一项提供的雪车转向载荷测试系统；

所述的方法为：

通过所述的程控装置控制所述的数采装置5和所述的视频采集装置1同步启动采集信号，并且在所述启动采集信号的过程中同时进行步骤一至步骤八：

通过所述的手柄力采集装置采集手柄力的步骤一；

通过所述的拉杆力采集装置采集拉杆力的步骤二；

通过所述的摇臂力采集装置采集摇臂力的步骤三；

通过所述的手柄X向位移采集装置采集手柄X向位移的步骤四；

通过所述的三向加速度采集装置采集三向加速度的步骤五；

通过所述的视频采集装置1采集视频的步骤六；

通过所述的转向角度采集装置采集转向角度的步骤七；

通过所述的车速采集装置采集车速的步骤八。

实施方式四、结合图6-7说明本实施方式，本实施方式是对实施方式三提供的雪车转向载荷测试方法的进一步限定，所述的程控装置控制所述的数采装置5和所述的视频采集装置 1同步启动采集信号的具体方式为：通过所述的程控装置为所述的数采装置5和所述的视频采集装置1设定时间标签，通过所述的同步标签消除时间差。

为了配合雪车高速滑行过程的状态监测，车载测试系统必须体积轻巧，结构坚固。系统具备加速度、应变、位移、速度信号的调理和采集能力，同时为了配合雪车状态跟踪的要求，引入视频通道进行实景的记录。

实景记录可以采用多机位，多个视角跟踪的方式。比如4个摄像头同步拍摄。实景记录的视频数据可以方便我们复核分析雪车运动过程中的典型工况和不同工况下的运动学及动力学特征。

视频类型的多媒体流对存储带宽和系统核心处理能力要求较高。目前可用的设备已经达到分辨率720P，甚至1080P，同时帧速率30fps，动态范围达到120dB。即便在光照反差很大的场景下，也可以获得清晰的影像。视频处理能力需要强大的视频处理和采集单元以下简称视频单元。需要将视频处理和采集单元与车载测试系统中的数据采集主机以下简称数采单元融合，同步记录。所以，要求视频单元和数采单元同时具备可程控触发启动的能力。操作者可以通过外触发器向两个单元发送触发信号，两个单元接收到触发信号后按照内建逻辑启动采集。触发信号就是两个单元的同步标签。不同单元采集的数据文件依据同步标签消除时间差，统一绝对时间。

通过以上方法，车载测试系统可以将模拟信号，数字信号，视频信号，在时间维度达到绝对时间的统一，保证所有的数据的时间相关性，而这正是雪车的工况分析的基本要求。

数据采集单元通常情况下需要通过网线与笔记本电脑进行测试参数设置、控制采集单元测试开始和测试结束。结合雪车测试的应用场景，通过网线连接笔记本电脑进行测试参数设置不适合测试需要，解决措施数据采集单元需要有通过无线网络连接笔记本电脑进行测试参数设置，采集单元测试的开始和结束，同时可以设置采集数据运行时间，例如雪车赛道比赛时间约2分钟，可以设置采集数据时间2分钟，自动保存数据后，采集单元自动结束采集，只保存2分钟的有效数据。

实施方式五、结合图6-7说明本实施方式，本实施方式是对实施方式四提供的雪车转向载荷测试方法的进一步限定，在雪车运行过程中，实时通过手柄力采集装置采集手柄力信号，当所述手柄力采信号大于10N时，所述的程控装置用于控制所述的数采装置5和所述的视频采集装置1同步启动采集信号。

具体的，雪车开始测试前通过远程无线网络控制设备开始采集，采集时间约2分钟，当 Z向加速度数据达到0.01g时作为触发条件，对步骤一至步骤八进行信号标记，确认雪车起跑的数据信息，当手柄力采集数值达到10N时作为另一个触发条件，对步骤一至步骤八进行信号标记，确认雪车弯道工况的数据信息。

实施方式六、结合图6-7说明本实施方式，本实施方式是对实施方式五提供的雪车转向载荷测试方法的进一步限定，所述的方法还包括：对所述的步骤一至步骤八采集到的数据进行处理的步骤九；

所述的步骤九具体为：为所述的步骤一至步骤八采集到的数据分别生成数据统计曲线。

实施方式七、本实施方式是对实施方式五提供的雪车转向载荷测试方法的进一步限定，所述的步骤九还包括：为所述的步骤一至步骤八采集到的数据分别求取最大值、最小值和平均值。

实施方式八、结合图1-2说明本实施方式，本实施方式提供了转向载荷测试雪车，所述的雪车包括：实施方式一或二任意一项提供的雪车转向载荷测试系统。

实施方式九、结合图1-2说明本实施方式，本实施方式是对实施方式八提供的雪车转向载荷测试雪车的进一步限定，所述的视频采集装置1设置在雪车的前端中间，所述的数采装置5设置在雪车的座椅4后部。

具体的，电源装置3设置在雪车车架2前部中间位置，手柄力采集装置、拉杆力采集装置、摇臂力采集装置，应变片安装及桥路组成，电阻应变片安装在手柄、拉杆力、摇臂的指定部位，指定部位包括两个侧面，即上侧面和下侧面或者前侧面和后侧面，将四个电阻应变片的输出分别记为ε1、ε2、ε3和ε4，其组合输出值记为ε组合，我们设计组合全桥输出为ε组合＝ε1-ε2-ε3+ε4，根据应变与载荷之间的数学关系F＝A*ε组合，其中，F表示力或者载荷，A表示应变-载荷标定系数，测试过程中，只需记录应变值ε组合，即可获得手柄力、拉杆力、摇臂力，进而可以实现雪车手柄力采集装置、拉杆力采集装置、摇臂力采集装置的准确测试。

进一步的，根据应变与载荷之间的数学关系F＝A*ε组合，对公示中的A采用台架载荷标定方法，对雪车手柄、拉杆、摇臂分别进行台架载荷标定：以雪车拉杆力台架载荷标定为例，手柄、摇臂载荷标定同理，在整车状态进行，利用加力装置和载荷传感器对拉杆施加力进行单向载荷标定试验，记录下每次试验不同时刻的载荷，用应变仪记录下不同时刻的应变，直至达到最大载荷，设定为1500N，后卸载，记录整个过程的数据，应变、载荷的时域信号，应变-载荷标定系数结果如图所示。经换算得到对应力的载荷-应变关系，按上述步骤分别进行手柄、拉杆力、摇臂载荷标定，进而可以实现手柄力采集、拉杆力采集、摇臂力采集的准确测试。

其中，系统内各采集装置的测试参数如表1所示：

表1雪车转向系统测试参数

其中，各采集装置的设备尺寸如表2所示：

表2雪车转向系统测试设备尺寸

设备名称	长	宽	高
				数据采集设备	L1	M1	H1
电源设备	L2	M2	H2
				视频设备	L3	M3	H3
加速度	L4	M4	H4

实施方式十、结合图1-2说明本实施方式，本实施方式提供了计算机可读储存介质，所述的储存介质用于储存计算机程序，所述的计算机程序被处理器读取时，执行实施方式一至七任意一项提供的雪车转向载荷测试方法。

实施方式十一、结合图3-6说明本实施方式，本实施方式是对实施方式七提供的雪车转向载荷测试方法提供一个具体的实施例，具体的：

在雪车比赛赛道进行起跑、滑行、制动完成一个循环测试。整个赛道有若干弯道，在高速通过弯道时运动员操作转向手柄通过转向拉绳作用到转向摇臂和转向拉杆总成，转向拉杆带动转向旋转轴实现弯道转弯的功能，保证了雪车转向灵敏、稳定的转弯和滑行,该雪车通过转向系统的作用方便、可靠的控制和改变滑行方向。

试验过程全程监控雪车速度，同时进行赛道视频采集，转向系统测试参数和速度、视频同步采集表1，可以实时记录弯道1、弯道2、弯道3、弯道4、弯道5、弯道6、弯道7、弯道8、弯道9等转弯时各参数数据的时间历程、关键数据出现的时间和影像，进行转向系统及零部件的计算机仿真模拟分析、设计优化改进，为系统级台架耐久性试验提供载荷数据输入，实现可靠耐久性试验验证，也可以对运动员的弯道操作技术进行指导和改进，积累操作经验达到提高比赛成绩的目的。

表3、转向系统测试数据示例

如图3所示，为弯道工况下手柄力和侧向加速度统计曲线；

如图4所示，为弯道工况下手柄力和转向角统计曲线；

如图5所示，为弯道工况下速度和视频时间统计曲线；

如图6所示，为应变-载荷标定系数曲线。

Claims (10)

1.雪车转向载荷测试系统，其特征在于，所述的系统包括：电源装置(3)、程控装置、数采装置(5)和视频采集装置(1)；

所述的数采装置(5)包括：手柄力采集装置、拉杆力采集装置、摇臂力采集装置、手柄X向位移采集装置、三向加速度采集装置、转向角度采集装置和车速采集装置；所述手柄力采集装置用于采集待测雪车的手柄被施加的力信号，所述拉杆力采集装置用于采集待测雪车的拉杆的拉力信号，所述的摇臂力采集装置用于采集待测雪车的摇臂的受力信号，所述的手柄X向位移采集装置用于采集手柄在雪车宽度方向的位移距离信号，所述的三向加速度采集装置用于采集雪车的纵向、侧向和垂向，三个方向上的加速度信号，所述的转向角采集装置用于采集雪车的转向角度信号，所述的车速采集装置用于采集雪车的速度信号。

所述的视频采集装置(1)用于采集雪车行车的正前方的视频信息；

所述的程控装置用于为所述的数采装置(5)和所述的视频采集装置(1)同步启动时间；

所述的电源装置(3)用于给所述的系统供电。

2.根据权利要求1所述的雪车转向载荷测试系统，其特征在于，所述的视频采集装置(1)有四个。

3.雪车转向载荷测试方法，其特征在于，所述的方法是基于如下系统实现的：

所述的系统为权利要求1或2任意一项所述的雪车转向载荷测试系统；

所述的方法为：

通过所述的程控装置控制所述的数采装置(5)和所述的视频采集装置(1)同步启动采集信号，并且在所述启动采集信号的过程中同时进行步骤一至步骤八：

通过所述的手柄力采集装置采集手柄力的步骤一；

通过所述的拉杆力采集装置采集拉杆力的步骤二；

通过所述的摇臂力采集装置采集摇臂力的步骤三；

通过所述的手柄X向位移采集装置采集手柄X向位移的步骤四；

通过所述的三向加速度采集装置采集三向加速度的步骤五；

通过所述的视频采集装置(1)采集视频的步骤六；

通过所述的转向角度采集装置采集转向角度的步骤七；

通过所述的车速采集装置采集车速的步骤八。

4.根据权利要求3所述的雪车转向载荷测试方法，其特征在于，所述的程控装置控制所述的数采装置(5)和所述的视频采集装置(1)同步启动采集信号的具体方式为：通过所述的程控装置为所述的数采装置(5)和所述的视频采集装置(1)设定时间标签，通过所述的同步标签消除时间差。

5.根据权利要求4所述的雪车转向载荷测试方法，其特征在于，在雪车运行过程中，实时通过手柄力采集装置采集手柄力信号，当所述手柄力采信号大于10N时，所述的程控装置用于控制所述的数采装置(5)和所述的视频采集装置(1)同步启动采集信号。

6.根据权利要求5所述的雪车转向载荷测试方法，其特征在于，所述的方法还包括：对所述的步骤一至步骤八采集到的数据进行处理的步骤九；

所述的步骤九具体为：为所述的步骤一至步骤八采集到的每种数据分别生成数据统计曲线。

7.根据权利要求5所述的雪车转向载荷测试方法，其特征在于，所述的步骤九还包括：为所述的步骤一至步骤八采集到的每种数据分别求取最大值、最小值和平均值。

8.转向载荷测试雪车，其特征在于，所述的雪车包括：权利要求1或2任意一项所述的雪车转向载荷测试系统。

9.根据权利要求8所述的雪车转向载荷测试雪车，其特征在于，所述的视频采集装置(1)设置在雪车的前端中间，所述的数采装置(5)设置在雪车的座椅(4)后部。

10.计算机可读储存介质，其特征在于，所述的储存介质用于储存计算机程序，所述的计算机程序被处理器读取时，执行权利要求3-7任意一项所述的雪车转向载荷测试方法。

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