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Strumentazione per la misura delle grandezze caratteristiche della dinamica del veicolo

L’analisi del comportamento dinamico dei veicoli stradali viene sempre più spesso effettuata attraverso l’utilizzo di test oggettivi. Questa tipologia di prove si avvale di sofisticati sistemi di misura che garantiscono grande affidabilità e precisione dei risultati. In questo lavoro di tesi è stato progettato, installato e testato un sistema di misura per il rilevamento, la visualizzazione, la registrazione e il post-processamento delle grandezze caratteristiche della dinamica del veicolo. Per misurare tali grandezze sono state utilizzate diverse tipologie di trasduttori i cui segnali sono stati acquisiti mediante un DAQ ed elaborati in ambiente LabVIEW®. Il veicolo così strumentato è, infine, stato testato su strada per verificare la bontà dei segnali acquisiti mediante un confronto con grandezze stimate a partire dal modello monotraccia.

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Tesi di Laurea, Politecnico di Milano, Anno Accademico 2012-2013

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da Alessia De Giosa
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Estratto del testo
POLITECNICO DI MILANO Facoltà di Ingegneria Industriale Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica Strumentazione per la misura delle grandezze caratteristiche della dinamica del veicolo Relatore: Prof. Marco BOCCIOLONE Co-relatore: Ing. Edoardo SABBIONI Tesi di Laurea di: Mario CONTI Matr. 734387 Anno Accademico 2012 - 2013 II Ai miei genitori, a Claudia. III ''Lost in thought and lost in time While the seeds of life and the seeds of change were planted Outside the rain fell dark and slow While I pondered on this dangerous but irresistible pastime I took a heavenly ride through our silence I knew the moment had arrived For killing the past and coming back to life' IV Indice Generale Introduzione 1 Il testing del veicolo stradale ...............................................................11
1.1 Linee guida sulla strumentazione dei veicoli stradali..................13 1.2 Test tipici per il Ride and Handling.............................................16
1.2.1 Test dell''anello stazionario.............................................16 1.2.2 Test del cambio di corsia................................................17 1.2.3 Frenatura dal test dell''anello stazionario........................19
2 Laboratorio mobile Fiat Croma...........................................................21
2.1 Dinamica del veicolo ...................................................................22 2.2 Sistema di misura ........................................................................24
2.2.1 Caratteristiche principali di un sensore ..........................25 2.3 La misura delle grandezze caratteristiche della dinamica del veicolo..........................................................................................26 2.3.1 La misura delle accelerazioni verticali sui duomi ..........27 2.3.2 La misura delle accelerazioni sui mozzi ........................29 2.3.3 La misura dell''angolo di sterzo ......................................32 2.3.4 La misura delle pressioni dei freni .................................35 2.3.5 La misura delle forze di contatto pneumatico-strada......38 2.3.6 La misura di accelerazioni e velocità angolari del baricentro .....................................................................................42 2.3.7 La misura della velocità reale del veicolo ......................44 2.4 Sistema di alimentazione .............................................................46 2.5 Disposizione dei trasduttori a bordo ............................................48 2.6 Sistema di acquisizione................................................................49
2.6.1 Software per il post-processamento, la visualizzazione e
il salvataggio dei dati......................................................54 3 Analisi delle prove .................................................................................59
3.1 Descrizione delle prove ...............................................................59
3.1.1 Steering pad ....................................................................60 3.1.2 Sine sweep steering ........................................................62 3.1.3 Slalom.............................................................................63 3.1.4 Colpo di sterzo................................................................64 3.2 Modelli di veicolo........................................................................65
3.2.1 Modello monotraccia a regime.......................................66 3.2.2 Confronto fra grandezze acquisite e grandezze stimate .69 V 4 Conclusioni e sviluppi futuri.................................................................74 Bibliografia .......................................................................................................75 Appendice A ......................................................................................................76 VI Elenco delle Figure 1.1 Progettazione di un veicolo stradale........................................................11 1.2 Rollio, imbardata e beccheggio ...............................................................14 1.3 Angolo di sterzo vs accelerazione laterale ..............................................17 1.4 Circuito cambio corsia.............................................................................18 1.3 Grandezze acquisite nel test dell''alce......................................................20 1.3 Curve di frenatura a diverse decelerazioni laterali ..................................20 2.1 Fiat Croma ...............................................................................................21 2.2 Forze sul singolo pneumatico..................................................................22 2.3 Schema sospensioni.................................................................................23 2.4 Schema funzionale di un sistema di misura digitale................................24 2.5 Funzionamento di un sensore ..................................................................25 2.6 Schema di un accelerometro capacitivo ..................................................27 2.7 Curva di risposta in frequenza del sensore ..............................................28 2.8 Accelerometri capacitivi Kistler sui duomi.............................................28 2.9 Principio di funzionamento accelerometro piezoelettrico.......................29 2.10 Curva di risposta in frequenza del sensore ..............................................30 2.11 Schema di connessione............................................................................31 2.12 Accelerometri sul mozzo della ruota posteriore sinistra .........................31 2.13 Cremagliera e pignone.............................................................................32 2.14 Schema elettrico potenziometro lineare ..................................................33 2.15 Potenziometro lineare per la misura dell''escursione della cremagliera ..34 2.16 Curva di risposta potenziometro lineare..................................................35 2.17 Diaframma a membrana ..........................................................................36 2.18 Sensore di pressione a estensimetri .........................................................36 2.19 Collegamento a ponte di Wheatstone ......................................................37 2.20 Curva caratteristica sensori Bosch...........................................................37 2.21 Sensore di pressione pinza freno posteriore sinistra................................38 2.22 Forze di contatto ......................................................................................39 2.23 Ruota dinamometrica RoaDyn s625........................................................40 2.24 Esploso ruota strumentata........................................................................41 2.25 Sistema RoaDyn s625 e System 2000 .....................................................42 2.26 Gradi di libertà del veicolo nello spazio..................................................43 2.27 Piattaforma inerziale installata sul veicolo..............................................44 2.28 Il sensore ottico di velocità installato a bordo veicolo ............................45 2.29 Reticolo prismatico..................................................................................46 2.30 Teleruttore collegato al segnale sottochiave............................................47 2.31 Alimentazione e sistema di acquisizione nel bagagliaio .........................47 VII 2.32 Disposizione trasduttori a bordo veicolo.................................................48 2.33 Disposizione trasduttori a bordo veicolo.................................................48 2.34 Flusso dei segnali ....................................................................................49 2.35 NI cDAQ-9172 ........................................................................................51 2.36 Campionamento a 10 kHz vs 2 kHz ........................................................53 2.37 Risoluzione a 16 bit vs 3 bit ....................................................................53 2.38 Labview® .................................................................................................55 2.39 VI usata per il veicolo laboratorio ...........................................................56 2.40 Block Diagram.........................................................................................57 2.41 DAQ Assistant.........................................................................................57 2.42 Script per il post-processamento dei dati acquisiti ..................................58 2.43 Velocità, accelerazione longitudinale e pressione dei freni ....................58 3.1 Sistema di riferimento .............................................................................59 3.2 Andamento nel tempo dei segnali acquisiti durante lo steering pad .......61 3.3 Andamento nel tempo dei segnali acquisiti durante il sine sweep .........62 3.4 Andamento nel tempo dei segnali acquisiti durante lo slalom ................64 3.5 V Andamento nel tempo dei segnali acquisiti durante il colpo di sterzo 65 3.6 Modello a due ruote.................................................................................66 3.7 Equilibrio sul piano verticale...................................................................68 3.8 Trasferimento di carico in curva..............................................................69 3.9 Trasferimento di carico in frenata ...........................................................70 3.10 Confronti fra forze stimate e forze acquisite ...........................................71 3.11 Confronti fra accelerazione laterale e velocità di imbardata ...................72 3.12 Confronto angoli di deriva anteriore e posteriore....................................73 VIII Elenco delle Tabelle 1.1 Intervalli operativi ed errori massimi ammissibili variabili acquisite .....15 1.2 Geometria circuito ...................................................................................18 2.1 Dati tecnici RoaDyn S625 .......................................................................41 2.2 Condizionamento per diversi tipi di sensori............................................52 Sommario IX Sommario L''analisi del comportamento dinamico dei veicoli stradali viene sempre più
spesso effettuata attraverso l''utilizzo di test oggettivi. Questa tipologia di prove
si avvale di sofisticati sistemi di misura che garantiscono grande affidabilità e
precisione dei risultati. In questo lavoro di tesi è stato progettato, installato e
testato un sistema di misura per il rilevamento, la visualizzazione, la
registrazione e il post-processamento delle grandezze caratteristiche della
dinamica del veicolo. Per misurare tali grandezze sono state utilizzate diverse
tipologie di trasduttori i cui segnali sono stati acquisiti mediante un DAQ ed
elaborati in ambiente LabVIEW®. Il veicolo così strumentato è, infine, stato
testato su strada per verificare la bontà dei segnali acquisiti mediante un
confronto con grandezze stimate a partire dal modello monotraccia. Parole chiave: Test oggettivi, dinamica del veicolo, trasduttori, DAQ,
LabVIEW®, modello monotraccia. Abstract The analysis of the dynamic behavior of road vehicles is increasingly being
carried out through the use of objective tests. This type of test uses sophisticated
measuring systems that ensure reliability and accuracy of results. In this thesis
project we designed, installed and tested a measurement system for the
detection, visualization, recording and post-processing of the parameters of the
vehicle dynamic. In order to measure these quantities we used different types of
transducers whose signals were acquired using a DAQ and processed in
LabVIEW®. Finally we made some tests on the instrumented vehicle in order to
check the quality of the signals received by a comparison with parameters
estimated with the single track model. Keywords: Objective Measures, vehicle dynamic, transducers, DAQ,
LabVIEW®, single track model. Introduzione X Introduzione I test oggettivi rappresentano una fase molto importante dello sviluppo di un
veicolo stradale. Le case automobilistiche utilizzano veicoli strumentati per
ottenere risultati affidabili circa il comportamento dinamico dei loro prototipi
evitando, così, di commettere errori dovuti a possibili erronee indicazioni dei
collaudatori di sviluppo.
In questo lavoro è stato progettato ed installato su una Fiat Croma un sistema di
misura per il rilevamento delle grandezze caratteristiche della dinamica del
veicolo.
Il capitolo primo della tesi illustra le metodologie di testing dell'' autoveicolo e
le normative ad esse connesse.
Sono stati installati, come descritto nel capitolo secondo, accelerometri
monoassiali per la misura delle accelerazioni sui mozzi, degli accelerometri
monoassiali capacitivi per la misura delle accelerazioni sui duomi, una
piattaforma inerziale (IMU) per la misura di accelerazioni e velocità angolari del
baricentro, una ruota strumentata per la misura delle forze al contatto
pneumatico-strada, un sensore ottico per la misura di velocità ed angolo
d''assetto e dei sensori estensimetrici di pressione per la misura delle pressioni
dei freni.
Tutti i segnali misurati sono stati acquisiti mediante l''utilizzo di moduli di
acquisizione National Instruments che condizionano, ove necessario, registrano
e permettono la visualizzazione dei dati interfacciandosi con il software
LabVIEW®.
Nella fase finale del lavoro il veicolo laboratorio è stato testato su un circuito
per verificare la bontà dei segnali acquisiti attraverso il confronto con grandezze
stimate. I risultati di tutti i confronti sono illustrati nel capitolo terzo.
Il veicolo strumentato rappresenta, dunque, un valido strumento per l''analisi
della dinamica e potrà essere utilizzato per la validazione di modelli numerici
complessi, per lo sviluppo di nuovi modelli di pneumatici o per la progettazione
sistemi di sicurezza attiva e passiva. Capitolo 1 Il testing del veicolo stradale pag. 11 Capitolo 1 Il testing del veicolo stradale La sperimentazione costituisce una delle parti più importanti nella progettazione di
un veicolo stradale. In questa fase essenziale i tecnici possono testare il prototipo del veicolo che hanno ideato, per operare eventuali modifiche e per ottenere
numerose indicazioni sulla bontà dei risultati ottenuti nella fase di simulazione
ed ottimizzazione realizzata mediante modelli numerici. Un tipico schema di
progettazione di un veicolo è riportato in figura 1.1. Figura 1.1. Progettazione di un veicolo stradale Il compito di valutare il comportamento dinamico del veicolo è molto complesso
poiché vi è un''interazione significativa tra il guidatore, il veicolo e l''ambiente.
In tale contesto le condizioni di prova esercitano una grande influenza sui risultati
del test. In linea generale solo i risultati ottenuti in identiche condizioni sono
considerati validi.
Ciò che normalmente viene considerato ''criterio soggettivo', ad esempio
''come si sente' un''auto in determinate condizioni, deve essere quantificato con
metodi oggettivi e poi misurato più e più volte all''interno di un ciclo di
ottimizzazione su ogni veicolo.
Oggi tutti i principali costruttori possiedono un circuito di prova in cui effettuare
tutti i test necessari e si avvalgono del prezioso lavoro di collaudatori.
Il compito del collaudatore di sviluppo è quello di guidare riportando le proprie
impressioni ai tecnici, per individuare eventuali criticità ed indirizzare la messa
a punto. Capitolo 1 Il testing del veicolo stradale pag. 12 Quando, per lo sviluppo di un veicolo, ci si avvale di prove soggettive come
mezzo decisionale per le modifiche delle proprietà dinamiche, occorre tener ben
presenti problematiche quali: - fattori esterni che possono influenzare il collaudatore (stanchezza,
stress); - preconcette opinioni fra i collaudatori; - variazioni di parametri in misura minore rispetto alla percezione del
collaudatore. L'analisi di collaudatori esperti per valutare soggettivamente le caratteristiche di
handling di una vettura è una pratica ancora ampiamente utilizzata, anche se
negli ultimi venti anni l'analisi tramite la misura di grandezze significative ha
assunto sempre più rilevanza.
L''oggettivazione è un concetto molto importante per un confronto dei risultati
delle prove.
Uno dei fattori rilevanti è che i risultati derivanti da analisi oggettiva riescono
più facilmente a dimostrare anche piccoli progressi rispetto ad un qualsiasi test
soggettivo.
Alcuni esempi includono la verifica di piccole migliorie negli pneumatici o delle
caratteristiche cinematiche o elastocinematiche delle sospensioni.
Durante le prove oggettive il ruolo del collaudatore diviene meno centrale. Egli
ha soltanto il compito di eseguire alcune manovre fissate dai tecnici per le quali
è possibile ottenere ripetibilità.
Gli ingegneri coinvolti nello sviluppo, dunque, hanno forte necessità di
analizzare il veicolo con criteri di valutazione altamente significativi e ripetibili.
A causa dell'interazione tra l'operatore, il veicolo e l'ambiente si deve tendere a
progettare un veicolo che riesca a fornire nel suo complesso un supporto
ottimale per l'utilizzatore. Per ottenere questo è necessario descrivere le
proprietà di guidabilità e riuscire a misurarle.
I test oggettivi per veicoli, che sono descritti accuratamente tramite norme ISO e
DIN, sono effettuati in anello chiuso e aperto.
Nelle prove open-loop al collaudatore è richiesta l''esecuzione di determinate
azioni sui comandi auto (acceleratore, freno, cambio, volante, etc.). Tali azioni
devono essere compiute senza alcuna valutazione dell''evoluzione dello stato
dinamico del veicolo da parte del guidatore.
Nelle prove closed-loop, invece, al collaudatore potrà essere richiesto di
percorrere un tratto di pista nel minor tempo possibile, di evitare ostacoli, etc..
In questo caso il guidatore influenza la risposta dinamica del veicolo, poiché
attua delle correzioni di guida in funzione dello stato del veicolo, della propria
percezione ed esperienza. Capitolo 1 Il testing del veicolo stradale pag. 13 I test open-loop, quindi, sono da preferire perché non sono affetti dall'influenza
dell'operatore. Le attività del collaudatore sono ridotte a semplici operazioni
come mantenere la posizione del volante oppure azionare con forza costante il
pedale del freno.
Progettare e realizzare i set-up di misura rappresenta il maggior sforzo per i test
di guida e gestione su un veicolo.
In questa tesi un veicolo stradale (Fiat Croma) è stato equipaggiato con un
complesso sistema di sensori al fine di ottenere uno strumento in grado di
acquisire, registrare ed elaborare tutte le grandezze caratteristiche della dinamica
del veicolo. 1.1 Linee guida sulla strumentazione dei veicoli Il comportamento dinamico di un veicolo stradale costituisce un aspetto molto
importante della sicurezza attiva del veicolo stesso. A tal proposito esistono
normative che forniscono precise indicazioni sulle metodologie di rilevazione
delle grandezze caratteristiche della dinamica del veicolo [11].
La norma ISO 15037-1 specifica tutte le procedure e le attrezzature da utilizzare
per la misura di tali grandezze. In particolare delinea le direttive riguardo: - Variabili - Sistema di misura ed elaborazione dati - Condizioni ambientali - Preparazione del testing veicolo - Reports Variabili Per descrivere la dinamica del veicolo in termini di risposta alle azioni del pilota
le principali variabili da rilevare sono (figura 1.2): - Angolo di sterzo δ - Angolo di rollio ' - Angolo di beccheggio θ - Velocità longitudinale Vx Capitolo 1 Il testing del veicolo stradale pag. 14 - Angolo di assetto β o velocità trasversale Vy - Accelerazione longitudinale Ax - Accelerazione trasversale Ay - Velocità di imbardata dt d  - Velocità di beccheggio dt d ' - Velocità di rollio dt d  Figura 1.2. Rollio, imbardata e beccheggio Sistema di misura La normativa prescrive le specifiche del sistema di misura.
Nella tabella 1.1 sono riportati gli intervalli operativi e gli errori massimi
ammissibili per la misura di ciascuna grandezza. Capitolo 1 Il testing del veicolo stradale pag. 15 Tabella 1.1 Intervalli operativi ed errori massimi ammissibili variabili acquisite ISO 15037-1 La larghezza di banda in cui deve operare l''intero sistema di acquisizione non
deve essere inferiore a 8 Hz.
' necessario l'impiego di filtri passa-basso per il filtraggio del segnale e, per
ottenere delle misure corrette, l'errore nella banda di frequenze che va da 0 a 5
Hz non deve oltrepassare l'intervallo ± 5%.
Prima del campionamento e della digitalizzazione, il segnale analogico deve
essere opportunamente filtrato per evitare di incorrere in errori di aliasing.
Le caratteristiche di filtraggio minime e la frequenze di campionamento
devono rispettare le seguenti prescrizioni: - L''attenuazione massima del segnale analogico deve essere minore della
risoluzione del segnale digitalizzato Capitolo 1 Il testing del veicolo stradale pag. 16 - A metà del valore della frequenza di campionamento, tutte le
componenti in frequenza del segnale e del rumore devono essere minori
della risoluzione digitale Per la digitalizzazione occorre tener presente che l'ampiezza del segnale a 5 Hz
può variare fino al 3 % per millisecondo.
Al fine di evitare errori dinamici, causati dalla variazione del segnale analogico
in ingresso, il tempo di digitalizzazione deve essere minore a 32 µs.
La risoluzione consigliata per sistema di digitalizzazione è di 12 bit. 1.2 Test tipici per il Ride and Handling Esistono delle prove significative per l''analisi oggettiva del comportamento
dinamico di un veicolo stradale, stabilite da normative che ne disciplinano la
tipologia, gli obiettivi, i criteri di svolgimento ed i parametri da analizzare [10].
I test tipici per il Ride and Handling sono: 1.2.1 Test dell''anello stazionario Lo svolgimento open-loop del test dell''anello stazionario (DIN ISO 4138) può
essere effettuato in tre diversi modi: - Raggio di curva costante - Angolo volante costante - Velocità costante Il circuito di prova è costituito da un anello circolare con raggio di 100 m. Il test
potrebbe essere svolto in circuiti con raggi minori, ma testare veicoli ad elevate
velocità su circuiti aventi raggi maggiori garantisce risultati più affidabili nelle
misure.
Durante la prova accelerazione e angolo di sterzo devono rimanere costanti.
L''accelerazione laterale del veicolo cresce di 1 m/s2 per ogni step e deve
mantenere il suo stato per 3 secondi prima di passare al passo successivo. La
prova viene ripetuta tre volte e la media dei parametri misurati (angolo di sterzo,
rollio, toe, camber, etc. ) viene poi diagrammata in funzione dell''accelerazione
laterale (figura 1.3).
La temperatura degli pneumatici deve essere costantemente misurata,
specialmente quando i test ad alte accelerazioni laterali vengono effettuati per Capitolo 1 Il testing del veicolo stradale pag. 17 lunghi periodi. Sono previsti dei giri di raffreddamento fra una prova e l''altra
per consentire agli pneumatici di raffreddarsi. Figura 1.3. Angolo di sterzo vs accelerazione laterale I risultati di questo test sono in grado di fornire informazioni sul comportamento
dinamico della vettura. La tendenza delle case costruttrici è quella di progettare
veicoli aventi un comportamento sotto-sterzante, poiché è molto più semplice
per il guidatore non esperto controllare e correggere il sotto-sterzo, aumentando
istintivamente l''angolo volante nella stessa direzione della sterzata.
Un comportamento sovra-sterzante, al contrario, richiederebbe una rapida
manovra di contro-sterzo per riportare il veicolo in traiettoria, rischiando così un
testa-coda. 1.2.2 Test ISO del cambio di corsia Il test VDA di cambio corsia (ISO 3888-1/2), meglio noto come ''test dell''alce',
serve a valutare la stabilità di un veicolo che opera un repentino cambio di
corsia. In origine il test non era considerato un valido standard oggettivo ed i
risultati ottenuti non rispecchiavano le caratteristiche di ripetibilità necessarie
per le prove di valutazione oggettive, a causa della loro forte dipendenza
dall''operato del pilota.
Successivamente sono stati ridefiniti parametri come la larghezza del circuito di
prova, che è stata adattata alla geometria del veicolo, e questo ha limitato
l''influenza del conducente.
La tabella 1.10 riporta i dati dimensionali del circuito per l''esecuzione del test. Capitolo 1 Il testing del veicolo stradale pag. 18 Figura 1.4. Circuito cambio corsia Tabella 1.2. Geometria circuito Superata la linea di ingresso il conducente deve rilasciare l''acceleratore e
lasciare che il veicolo deceleri mentre lo percorre interamente. Questa modalità
riproduce esattamente ciò che farebbe un guidatore in una situazione di pericolo
tale da richiedere un repentino cambio di corsia. Ad ogni step la velocità con cui
il veicolo affronta la prova viene aumentata, giungendo ad un valore massimo di
70 km/h, e il conducente non deve travolgere nessuno dei coni che delimitano il
circuito. Il test viene eseguito senza l''ausilio dell''ESP (Electronic Stability
Program).
Nel digramma di figura 1.5 si possono valutare i risultati di un test tipico
analizzando le grandezze acquisite. Capitolo 1 Il testing del veicolo stradale pag. 19 Figura 1.5. Grandezze acquisite test dell''alce Durante il primo cambio di direzione, l''aumento dell''accelerazione trasversale è
in fase con l''angolo di sterzo, mentre rollio ed imbardata sono in ritardo.
Andando avanti nel tempo si nota come un crescente ritardo caratterizza
l''angolo di assetto, e ciò è dovuto all''inerzia del veicolo.
Dopo qualche oscillazione tutti i parametri tornano a zero. 1.2.3 Frenatura dal test dell''anello stazionario Lo scopo della prova di frenatura dal test dell''anello stazionario (ISO 7975) è
quello di analizzare il comportamento dinamico del veicolo durante una frenata
dal test dell''anello stazionario, e come questa variazione modifica la sua
risposta.
L''auto è condotta in un anello di 100 m di raggio, mantenendo un''accelerazione
laterale costante di 7 m/s2, tipicamente in terza marcia.
E'' importante mantenere costanti le posizioni di acceleratore e sterzo per tutta la
durata della prova. L''acquisizione dei dati inizia 0.9 s prima e termina 1.1 s
dopo la fine della frenata. Lo svolgimento del test avviene con step di
decelerazione che vanno da 1 m/s2 a 6 m/s2, e finisce quando l''auto arresta il suo
moto. ESP e DSC (Dynamic Stability Control) devono rimanere sempre attivi. Capitolo 1 Il testing del veicolo stradale pag. 20 Figura 1.6. Curve di frenatura a diverse decelerazioni laterali Le curve in figura 1.6 mostrano la variazione del raggio della curva percorsa dal
veicolo a diversi valori di decelerazione laterale, confrontati con la normale
traiettoria percorsa nel test dell''anello stazionario.
La variazione delle forze longitudinali scambiate fra pneumatici e strada fa
nascere un momento imbardante. Il maggior carico verticale sulle ruote anteriori
rispetto a quelle posteriori fa sì che l''angolo di deriva diminuisca e, di
conseguenza, si riduca il raggio di curva del veicolo. Capitolo 2 Laboratorio mobile Fiat Croma pag. 21 Capitolo 2 Laboratorio mobile Fiat Croma Durante lo sviluppo di un veicolo, come detto, alla fase di progettazione segue
sempre la costruzione di un prototipo che permetta di verificare che il
comportamento su strada rispecchi le specifiche di progetto. Il riscontro
oggettivo di tale comportamento richiede la misura delle grandezze
caratteristiche della dinamica del veicolo.
In questo capitolo verranno illustrate le grandezze da acquisire per tale
caratterizzazione, la catena di misura, i trasduttori scelti, la loro installazione, il
sistema di acquisizione e i software per la visualizzazione ed il post-
processamento dei dati acquisiti.
Il veicolo stradale utilizzato per il nostro studio è una Fiat Croma 1.9 Multijet
120cv, con massa in ordine di marcia di 1530 kg e passo 2,7 m. (figura 2.1). Figura 2.1. Fiat Croma Capitolo 2 Laboratorio mobile Fiat Croma pag. 22 2.1 Dinamica del veicolo Un veicolo stradale è un sistema non lineare molto complesso che in prima
approssimazione può essere rappresentato come un corpo in moto su un piano
con tre gradi di libertà: ' spostamenti longitudinali ' spostamenti trasversali ' rotazioni della cassa Le forze che permettono a questo sistema di muoversi variando la sua direzione
e velocità sono applicate al punto di contatto pneumatico-strada (figura 2.2). Figura 2.2. Forze sul singolo pneumatico Il calcolo di tali forze risulta molto complesso a causa della loro variabilità
dovuta all''irregolarità e variazione durante il rotolamento dell''impronta di
contatto. Per semplicità, dunque, considereremo la risultante delle forze passante
per il centro dell''orma di contatto, ovvero, l''intersezione fra il piano mediano
della ruota e la proiezione sul piano dell''asse di rotolamento.
Le forze agenti sulla singola ruota possono essere scompose in: ' Fx: forza longitudinale che varia al variare della forza motrice (solo sulle ruote motrici) e della forza frenante; ' Fy: forza trasversale che varia su traiettorie curvilinee; ' Fz: forza verticale che è costituita da una parte costante (carico statico ripartito sulle quattro ruote) e da una parte variabile dovuta al
trasferimento di carico (in accelerazione/frenata o in curva) ed
all''irregolarità stradale. Capitolo 2 Laboratorio mobile Fiat Croma pag. 23 Per consentire una corretta ripartizione delle forze di contatto sulle quattro ruote,
le masse non sospese vengono vincolate al telaio del veicolo mediante un
sistema di sospensione che ha anche il compito di filtrare le asperità del terreno
(figura 2.3). Figura 2.3. Schema sospensioni Un''analisi della sospensione richiede, dunque, la misura delle forze di contatto e
delle accelerazioni dovute alle sollecitazioni dell''irregolarità stradale
Le grandezze che sono state acquisite per analizzare il comportamento dinamico
delle sospensioni, che dipende anche dalle condizioni di marcia del veicolo,
sono: ' Forze al contatto ruota anteriore sinistra (Fx, Fy,Fz) ' Pressioni impianto frenante alle pinze (p) ' Accelerazioni verticali sui duomi (az,ch) ' Accelerazioni e velocità angolari baricentro (Ax, Ay, Az, 'x, 'y, 'z) ' Accelerazioni verticali e longitudinali sui mozzi (az,hub, ax,hub) ' Velocità reale veicolo (V) ' Angolo di sterzo (δ) ' Angolo di assetto (β) Capitolo 2 Laboratorio mobile Fiat Croma pag. 24 2.2 Sistemi di misura Un sistema di misura è un insieme di strumenti ed altre apparecchiature,
utilizzate assieme per eseguire uno specifico compito di misurazione.
Lo schema in figura 2.4 mostra tutti gli elementi che costituiscono il sistema di
misura di una data grandezza fisica [1]. Figura 2.4. Schema funzionale di un sistema di misura digitale Il misurando è applicato ad un sensore che produce un segnale costituito da una
grandezza fisica la cui variabilità è legata al valore assunto dal misurando.
Il segnale potrebbe assumere varie forme energetiche (meccanica, termica,
chimica, pneumatica, etc.), ma per il funzionamento dell''intero sistema occorre
che venga trasdotto in una grandezza elettrica.
Normalmente a valle di un trasduttore si deve inserire un circuito di
condizionamento, costituito da stadi di amplificazione, attenuazione e filtraggio,
il cui scopo è quello di agire sul segnale elettrico fornito dal trasduttore in modo
da conferirgli caratteristiche adeguate alle esigenze dei successivi circuiti (A/D,
etc.). Capitolo 2 Laboratorio mobile Fiat Croma pag. 25 2.2.1 Caratteristiche principali di un sensore Un sensore è un dispositivo che trasforma una grandezza fisica in un''altra
grandezza fisica più facilmente misurabile e/o memorizzabile (es. segnale
elettrico).
Il termine sensore, in ambito strettamente metrologico, si riferisce solamente al
componente che effettua la trasformazione della grandezza da acquisire in un
segnale di altra natura (figura 2.5).
Quando questi dispositivi integrano al loro interno sistemi di alimentazione,
condizionamento, amplificazione, comunicazione remota, si preferisce definirli
trasduttori. In un accelerometro estensimetrico, ad esempio, è l''estensimetro che
costituisce il sensore. Per poter fornire la misura di accelerazione però, esso
necessita di un di un amplificatore di segnale e di un alimentatore. Figura 2.5. Funzionamento di un sensore Le caratteristiche più importanti di un sensore sono di seguito elencate: Sensibilità La sensibilità di un sensore è il rapporto tra la variazione del valore misurato in
uscita R e la variazione del valore reale della grandezza E considerata in
ingresso. Esiste una variazione dE limite al di sotto della quale dR diventa non
visualizzabile oppure si confonde con il rumore intrinseco dello strumento. Ciò
determina la sensibilità del sistema, ovvero la minima grandezza fisica in grado
di produrre una variazione dell''uscita del sensore. Capitolo 2 Laboratorio mobile Fiat Croma pag. 26 Accuratezza L''accuratezza è il massimo scostamento tra la misura fornita dal sensore ed il
valore vero della grandezza fisica misurata. Ripetibilità La ripetibilità è il grado di concordanza tra una serie di misure di una stessa
grandezza, quando le singole misurazioni sono effettuate lasciando immutate le
condizioni di misura. Incertezza L'incertezza di misura è il grado di indeterminazione con il quale si ottiene nella
misurazione il valore in uscita dal sensore. Il risultato quindi non è un unico
valore bensì l'insieme dei valori probabili che può assumere la grandezza
misurata. Campo di Misura Il campo di misura è il range di variazione della grandezza in ingresso
misurabile dal sensore fornendo le prestazioni dichiarate dal costruttore. Fuori
da questo range il sensore non ha le stesse caratteristiche di sensibilità,
precisione, accuratezza, ecc.. dichiarate dal costruttore e si rischia il
danneggiamento del dispositivo [2]. 2.3 La misura delle grandezze caratteristiche della dinamica del veicolo Le grandezze caratteristiche della dinamica del veicolo che si è scelto di
acquisire per le ragioni citate nel paragrafo 2.1, sono state misurate con appositi
trasduttori, scelti in base alle caratteristiche di ciascun fenomeno fisico da
rilevare (entità, frequenza, etc. ). Alcuni di essi, come verrà esposto nei prossimi
paragrafi, sono stati preferiti per la semplicità di installazione o, ancora, per la
loro resistenza alle sollecitazioni. Capitolo 2 Laboratorio mobile Fiat Croma pag. 27 2.3.1 La misura delle accelerazioni verticali sui duomi Le sollecitazioni provocate dall''irregolarità stradale sul telaio di un veicolo
stradale, una volta filtrate dalle sospensioni, generano accelerazioni che non
superano gli 8 ÷ 10 g a basse frequenze (0.5 ÷ 20 Hz).
Per misurare tali accelerazioni sono stati installati sui duomi degli accelerometri
capacitivi.
Nella maggior parte degli accelerometri, il principio di funzionamento si basa
sulla rilevazione dell'inerzia di una massa quando viene sottoposta ad una
accelerazione. La massa viene sospesa ad un elemento elastico, mentre un
qualche tipo di sensore ne rileva lo spostamento rispetto alla struttura fissa del
dispositivo.
L''accelerometro capacitivo è rappresentato da due elettrodi fissi e da un
elettrodo mobile che schematizza la massa inerziale (figura 2.7).
Se il dispositivo viene sottoposto ad un''accelerazione esterna, l''elettrodo mobile
si sposta lungo la direzione parallela all''asse di sensibilità causando una
variazione differenziale delle capacità C1 e C2 formate dagli elettrodi fissi e
quello mobile.
Misurando questa variazione si può risalire allo spostamento della massa
inerziale e, quindi, all''accelerazione a cui è stato sottoposto il sensore.
La misura della variazione di capacità è possibile polarizzando i due elettrodi
fissi, mentre l''elettrodo mobile è collegato alla terra.
Quando l''elettrodo mobile si sposta, a seconda della direzione di spostamento,
della carica viene richiamata dal preamplificatore causando una variazione di
tensione del nodo di uscita. Figura 2.6. Schema di un accelerometro capacitivo Capitolo 2 Laboratorio mobile Fiat Croma pag. 28 Figura 2.7. Curva di risposta in frequenza del sensore La figura 2.8 mostra un accelerometro Kistler K-Beam mod. 8305B10
(Appendice A) montato sul duomo del nostro veicolo laboratorio. Questo
particolare modello presenta un range di accelerazione rilevabile di ± 10 g ed è
stato fissato rigidamente ad un supporto in plexiglass dello spessore di 5 mm
con delle viti, in modo da poter essere smontato e rimontato facilmente. Il
supporto è stato incollato al duomo con della colla cianoacrilica che garantisce
un fissaggio solido e duraturo. Questa configurazione permette un perfetto
accoppiamento meccanico fra la base dell''accelerometro e la superficie su cui è
incollato e assicura che eventuali deformazioni della lamiera non inficino la
misura. Il connettore è fissato all''interno del vano motore in una zona non
esposta alle intemperie o a residui di umidità poiché ben areata. I cavi di
collegamento passano sotto al pianale del veicolo all''interno di una canalina già
presente per ospitare i tubi del liquido dei freni e giungono alla morsettiera di
alimentazione, posta nel bagagliaio, attraverso un foro praticato all''interno del
paraurti posteriore. Figura 2.8. Accelerometri capacitivi Kistler sui duomi Capitolo 2 Laboratorio mobile Fiat Croma pag. 29 2.3.2 La misura delle accelerazioni sui mozzi Per caratterizzare il comportamento della sospensione occorre misurare le
accelerazioni sui mozzi ruota. Per tale scopo si è reso necessario l''utilizzo di
accelerometri che garantissero prestazioni alle alte frequenze. Per questo motivo
sono stati installati degli accelerometri piezoelettrici monoassiali con portata
rispettivamente di ± 100 g, per le accelerazioni verticali e di ± 50 g per quelle
longitudinali.
Questa tipologia di accelerometri è fra le più utilizzate e si basa sul fenomeno
della piezoelettricità.
Si definisce piezoelettricità una polarizzazione elettrica prodotta da
deformazioni meccanici in determinate tipi di cristalli, che è proporzionale allo
sforzo stesso ed ha un segno direttamente o inversamente variabile con essi.
Tale effetto è definito come effetto piezoelettrico diretto [1].
Il cristallo deformato si comporta come un condensatore a cui è applicata una
differenza di potenziale. Se le due facce vengono collegate ad un circuito
elettrico viene generata una corrente.
In un accelerometro piezoelettrico una massa è collegata ad un cristallo
piezoelettrico che a sua volta è connesso alla struttura dell'accelerometro.
Quando il corpo dell'accelerometro è soggetto a vibrazione la massa si oppone
per inerzia e comprime il cristallo generando delle cariche (figura 2.9). Questa
forza di compressione, per la seconda legge di Newton, risulta proporzionale
all'accelerazione a cui è soggetto il corpo [4]. Figura 2.9. Principio di funzionamento accelerometro piezoelettrico Questa tipologia di sensori presenta ampi segnali di tensione in uscita a fronte di
ridotte deformazioni, piccole dimensioni, ottima linearità, ampia dinamica di
lavoro e frequenze proprie molto alte (caratteristica necessaria per ottenere
misure accurate di fenomeni impulsivi).
I modelli scelti per il nostro veicolo presentano microelettronica incorporata,
ossia amplificatori di carica montati all''interno dell''involucro del sensore. Capitolo 2 Laboratorio mobile Fiat Croma pag. 30 Il segnale in uscita dall''accelerometro è, in questo caso, una differenza di
potenziale e la catena di misura è a bassa impedenza.
Questa tipologia di sensori è largamente utilizzata in virtù di caratteristiche
quali: ' semplicità di utilizzo ' elevata sensibilità
' riduzione del rumore generato dal cavo ' costi contenuti Occorre tener ben presente, però, che l''elevata impedenza d''uscita del sensore,
confrontata con la relativamente bassa impedenza d''ingresso dell''amplificatore
(ordine del M '), può essere causa di un non corretto accoppiamento elettrico (figura 2.10). Figura 2.10. Curva di risposta in frequenza del sensore Capitolo 2 Laboratorio mobile Fiat Croma pag. 31 Figura 2.11. Schema di connessione La figura 2.12 mostra gli accelerometri piezoelettrici mono assiali Kistler K-
Shear (Appendice A) installati sui mozzi ruota della Fiat Croma. Per il fissaggio
al mozzo è stata scelta una zona sufficientemente piana e lontana da elementi
rotanti che potessero colpire i trasduttori durante la marcia del veicolo. Figura 2.12. Accelerometri sul mozzo ruota posteriore sinistra Capitolo 2 Laboratorio mobile Fiat Croma pag. 32 I due accelerometri sono stati avvitati con un perno filettato ad un cubetto in
acciaio di lato 2.5 cm. Il supporto è stato poi incollato al mozzo con colla
cianoacrilica che, come nel caso degli accelerometri capacitivi montati sui
duomi, garantisce un fissaggio in grado di resistere alle sollecitazioni e di isolare
elettricamente i trasduttori dal veicolo. Questa configurazione è stata preferita ad
un''altra che prevedeva l''utilizzo di una staffa in acciaio fissata con delle viti al
mozzo e sulla quale montare gli accelerometri. In questo caso la staffa scelta
avrebbe dovuto avere uno spessore di almeno 4 mm per evitare fenomeni di
risonanza che avrebbero potuto causare errori nella misura. La soluzione
utilizzata si è dimostrata la più rapida ed efficace.
I connettori sono stati coperti con cappucci in gomma per evitare infiltrazioni
d''acqua che inevitabilmente è presente in condizioni di strada bagnata.
Per evitare fenomeni di rumore triboelettrico, dovuti al movimento meccanico
dei cavi, questi sono stati fissati con fascette di plastica lungo tutto il passaruota,
fatti passare all''interno della canalina sotto al pianale dell''auto e di nuovo fissati
con le fascette sino al foro d''entrata nel bagagliaio dove si trova il sistema di
acquisizione. 2.3.3 La misura dell''angolo di sterzo Il sistema di sterzatura delle ruote è costituito da un gruppo pignone-
cremagliera. La rotazione del volante, a cui è vincolato il pignone, viene
trasformata in moto traslatorio dalla cremagliera; questa a sua volta trasferisce il
movimento alle ruote tramite braccetti che, oltre al movimento di rotazione,
devono consentire alla ruota la libertà di spostamento verticale (figura 2.13) Figura 2.13. Cremagliera e pignone Lo spostamento della cremagliera è funzione lineare della rotazione del volante. Capitolo 2 Laboratorio mobile Fiat Croma pag. 33 La rotazione delle ruote, diversamente, non è direttamente proporzionale allo
spostamento imposto dalla cremagliera, a causa del cinematismo del sistema
sterzante.
Per ottenere una misura della rotazione dell''angolo di sterzo si è proceduto
sperimentalmente al rilevamento dell''angolo di rotazione delle ruote in maniera
indiretta, ovvero, misurando lo spostamento della cremagliera dello sterzo con
un trasduttore di spostamento lineare.
Questo dispositivo è un potenziometro lineare che traduce lo spostamento in una
variazione di resistenza elettrica e quindi di tensione in uscita.
I sensori potenziometrici sono costituiti da un cursore di materiale conduttore,
collegato all''oggetto di cui si vuole misurare la posizione, che scorre su una
pista resistiva. Il dispositivo funziona come un partitore di tensione in cui la
variazione della resistenza è in relazione allo spostamento impresso dal sistema
sul quale è montato.
In figura 2.14 è mostrato lo schema elettrico del sensore. Figura 2.14. Schema elettrico potenziometro lineare Il trasduttore scelto per la misura è un GEFRAN PZ12 (Appendice A), con corsa
elettrica utile di 250 mm.
I punti di fissaggio scelti sono stati l''attacco del braccio di sterzo sul mozzo
ruota e l''involucro della cremagliera (figura 2.15).
L''estremità sul lato del mozzo è stata fissata ad una staffa in alluminio
appositamente progettata per permettere di mantenere il trasduttore alla giusta
distanza dal braccio di sterzo, evitando interferenze causate dallo scuotimento
delle sospensioni.
Il meccanismo di scorrimento rettilineo è stato garantito dall''uso di snodi sferici
per il fissaggio delle due estremità; questi permettono al sensore di ruotare
intorno alle cerniere per seguire il movimento dello sterzo evitando, così, il
danneggiamento delle piste. Capitolo 2 Laboratorio mobile Fiat Croma pag. 34 Figura 2.15. Potenziometro lineare per la misura dell''escursione della cremagliera Per ricavare la curva di risposta del trasduttore è stata effettuata una campagna
di misura dell''angolo di rotazione delle ruote, ricavandone dei punti che sono
stati interpolati con il software Matlab®.
Tale strumento ha permesso di estrapolare la sensibilità del trasduttore, ovvero,
la pendenza di tale curva (figura 2.16). Figura 2.16. Curva di risposta potenziometro lineare Capitolo 2 Laboratorio mobile Fiat Croma pag. 35 I sensori potenziometrici sono affetti da problemi di varia natura come la
presenza di attriti, di effetti inerziali e si usurano nel tempo. In compenso sono
di facile installazione, hanno costi relativamente bassi e forniscono un alto
valore dei segnali d''uscita. 2.3.4 La misura delle pressioni dei freni Per misurare la pressione dei freni in ognuna delle quattro pinze il veicolo è
stato equipaggiato con sensori di pressione estensimetrici Bosch mod. 0 265 005
303 (Appendice A).
Tali trasduttori si prestano perfettamente alla rilevazione della pressione
dell''impianto frenante che varia da 0 a 100 bar senza repentine variazioni [12].
Il principio di funzionamento si basa sulla misura della deformazione di un
diaframma dovuta ad una pressione differenziale P applicata alle due facce
opposte (fig. 2.17). Figura 2.17. Diaframma e membrana Dalla misura della deformazione si risale a P tramite estensimetri che
permettono di rilevarla attraverso la variazione di resistenza elettrica che si
genera quando l''elemento viene deformato. Capitolo 2 Laboratorio mobile Fiat Croma pag. 36 Figura 2.18. Sensore di pressione a estensimetri Una possibile fonte di errore della misura di deformazione è data dalle
variazioni di temperatura che modificano le dimensioni nominali
dell''estensimetro, portando a letture di deformazione non correlate con
l''effettiva applicazione della forza. Per evitare questo fenomeno si può ricorrere
ad un particolare collegamento degli estensimetri che annulla tali influenze. Il
segnale di variazione di resistenza fornito può essere misurato collegando tra
loro i vari estensimetri in modo da formare un circuito definito ponte di
Wheatstone. l circuito a ponte è un tipo di circuito assai comune costituito da
due coppie di resistenze (R1, R2, R3, R4) disposte a quadrato, sulle cui diagonali sono collegati un generatore di tensione V ed un circuito di misura della
tensione in uscita. La disposizione delle resistenze nel ponte di Wheatstone è
mostrata in figura 2.19. Figura 2.19. Collegamento estensimetri in configurazione a ponte di Wheatstone Capitolo 2 Laboratorio mobile Fiat Croma pag. 37 La figura 2.20 mostra la curva caratteristica dei trasduttori di pressione che
presenta un''ottima linearità. Figura 2.20. Curva caratteristica sensori Bosh Il montaggio dei trasduttori di pressione ha richiesto molte ore di lavoro a causa
della non facile operazione di adattamento dei supporti dei tubi dell''impianto
frenante, che erano stati individuati come perfetti alloggiamenti per i sensori
(figura 2.21). Sono stati allargati i fori che ospitavano i tubi del circuito del
liquido dei freni per collocarvi la base circolare del case del sensore. La relativa
rigidezza torsionale dei tubi di gomma ha reso molto difficoltosa l''operazione di
avvitamento al foro d''ingresso del trasduttore. Per assicurare la tenuta degli
accoppiamenti sono state utilizzate delle guarnizioni metalliche. Una volta
fissato il sistema è stato necessario rabboccare il liquido nel serbatoio a causa
delle copiose perdite durante le operazioni di montaggio e di spurgo. La
presenza di bolle d''aria nell''impianto frenante sarebbe stata molto pericolosa e
ne avrebbe potuto causare il malfunzionamento.
Anche in questo caso i cavi di connessione al sistema di acquisizione e
alimentazione sono stati accuratamente fissati ai passaruota e poi portati al foro
d''entrata del bagagliaio. Capitolo 2 Laboratorio mobile Fiat Croma pag. 38 Figura 2.21. Sensore di pressione pinza freno posteriore sinistro 2.3.5 La misura delle forze di contatto pneumatico-strada La ruota di un veicolo durante la marcia è soggetta a forze continuamente
variabili in modulo, direzione e verso.
E'' possibile scomporre la sollecitazione F nelle tre componenti longitudinale,
trasversale e verticale: ' Fx ' Fy ' Fz La componente longitudinale nasce nelle fasi di accelerazione e frenata.
La componente trasversale nasce nelle fasi di sterzata.
La componente verticale si compone di una parte costante, dovuta al carico
statico del veicolo ripartito su ciascuna ruota, e di una variabile che nasce con i
trasferimenti di carico e con le sollecitazioni verticali dovute alla irregolarità
stradale.
Tali trasferimenti di carico si ripartiscono, a seconda della distribuzione dei pesi,
in modo diverso fra asse anteriore e posteriore [4]. Capitolo 2 Laboratorio mobile Fiat Croma pag. 39 Figura 2.22. Forze di contatto Per la scelta del trasduttore da utilizzare nella la misura delle forze al contatto
pneumatico-strada sono stati calcolati i carichi massimi rilevabili sul veicolo
laboratorio che ha massa in ordine di marcia pari a 1530 kg: ' Fxmax= 12000 N ' Fymax = 2400 N ' Fzmax = 12000 N Il calcolo del carico verticale massimo è stato effettuato considerando un
tamponamento pari a tre volte il carico statico su ciascuna ruota (400 kg).
Il valore del carico longitudinale massimo è stato ricavato considerandolo pari a
Fzmax, mentre quello trasversale pari a 0,6 Fzmax. Per evitare fenomeni di risonanza durante la misura delle forze occorre tener in
considerazione che, in campo automobilistico, la prima frequenza propria delle
forzanti dovute all''irregolarità stradale raggiunge i 50 Hz. Per questa ragione il
cerchio strumentato deve avere frequenza propria maggiore di 150 Hz.
Per non influenzare in nessun caso il comportamento dinamico della vettura, il
sensore scelto deve sostituirsi completamente alla ruota originaria, rispettandone
i vincoli e funzionalità.
Lo strumento deve, dunque, possedere le seguenti caratteristiche: ' essere dotato dello stesso tipo di pneumatico con cui è allestito il veicolo; ' non presentare alcuna interferenza con organi della sospensione che ne possano compromettere le funzionalità e la sicurezza di marcia; ' avere una massa totale confrontabile con quella della ruota originale; ' garantire un sufficiente livello di deformazione degli elementi sensibili, per ottenere la necessaria sensibilità. Capitolo 2 Laboratorio mobile Fiat Croma pag. 40 Il sistema scelto per il veicolo oggetto del nostro studio è il cerchio strumentato
Kistler RoaDyn S625 (Appendice A) (figura 2.23). Figura 2.23. Ruota dinamometrica RoaDyn S625 Le misure delle forze agenti sul trasduttore sono ricavate mediante le
deformazioni dello stesso. Tali deformazioni vengono ricavate attraverso l''uso
di 4 celle di carico estensimetriche sulle quali è letta una variazione di resistenza
che viene trasformata in un segnale elettrico rilevabile dal sistema di
acquisizione.
Dallo strumento i dati acquisiti vengono trasmessi ad una piattaforma elettronica
attraverso una trasmissione wireless.
L''unità di trasmissione dati wireless è costituita da un rotore solidale col la ruota
ed uno statore solidale al mozzo.
Il sensore RoaDyn garantisce le specifiche tecniche di progetto (tabella 2.1),
essendo caratterizzato da un peso ed una rigidezza molto vicini alle ruote
standard impiegate sulle autovetture. Capitolo 2 Laboratorio mobile Fiat Croma pag. 41 Tabella 2.1. Dati tecnici RoaDyn S625 Figura 2.24. Esploso ruota strumentata Capitolo 2 Laboratorio mobile Fiat Croma pag. 42 Figura 2.25. Sistema RoaDyn S625 ed System 2000 Grande importanza deriva dal fatto che la digitalizzazione viene effettuata
direttamente sulla ruota per evitare interferenze dovute, ad esempio, alla
temperatura dell''impianto frenante o alle forti vibrazioni.
Il dispositivo è stato montato sul mozzo con un distanziale in acciaio dello
spessore di 70 mm per mantenere la stessa posizione delle altre ruote. Ciò ha
richiesto, per il fissaggio, delle viti ad alta resistenza aventi un gambo di 80 mm
di lunghezza. Questa tipologia di vite (M12x1,5) non è di facile reperimento sul
mercato a causa dello scarso numero di applicazioni che la utilizzano ed ha
generato forti ritardi nel lavoro.
Per ragioni di spazio lo statore è stato fissato alla base dello smorzatore con una
staffa progetta ad hoc. Questa configurazione ha causato problemi di perdita del
segnale acquisito durante la percorrenza di curve a basso raggio, quando
l''angolo di sterzo richiesto è elevato e il trasferimento di carico laterale causa
una significativa variazione della geometria della sospensione.
E'' stato necessario un accurato posizionamento dello statore al fine di evitare il
persistere di tale problematica. 2.3.6 La misura delle accelerazioni e delle velocità angolari del baricentro Possiamo considerare il veicolo come un corpo rigido nello spazio dotato di 6
gradi di libertà: 3 relativi alla sua posizione rispetto ad un sistema di riferimento
assoluto e 3 relativi alla sua posizione angolare (figura 2.26).
E'' necessario conoscere queste sei componenti se si vuole risalire alla
cinematica del sistema. Capitolo 2 Laboratorio mobile Fiat Croma pag. 43 Figura 2.26. Gradi di libertà del veicolo nello spazio Per ottenere la misura di queste accelerazioni e velocità angolari è stata
installata una piattaforma inerziale sul baricentro dell''auto.
Le piattaforme inerziali IMU (Inertial Measurement Unit) sono sistemi per la
misurazione diretta di accelerazioni e velocità angolari rispetto a tre assi
coordinati basati su accelerometri e giroscopi che registrano la velocità e la
posizione assoluta durante i rilievi effettuati con le diverse piattaforme di
telerilevamento. Attraverso questo dispositivo, dunque, è possibile misurare: ' l''accelerazione longitudinale del baricentro (Ax) ' l''accelerazione trasversale del baricentro (Ay) ' l''accelerazione verticale del baricentro (Az) ' la velocità di rollio ('x) ' la velocità di beccheggio ('y) ' la velocità di imbardata ('z) Per installare l''IMU il più vicino possibile al baricentro dell''auto è stato
necessario rimuovere completamente la consolle centrale della Croma che
ospita, oltre alle bocchette dell''impianto di condizionamento aria, anche il
dispositivo di accensione. Questo è stato spostato fissandolo ad una staffa alla
base della leva del cambio (figura 2.27 ). Capitolo 2 Laboratorio mobile Fiat Croma pag. 44 Figura 2.27. Piattaforma inerziale installata sul veicolo Il case della piattaforma è stato rigidamente ancorato ad una piastra in acciaio
appositamente progettata per adattarla allo spazio lasciato libero dalla consolle e
per utilizzare le stesse viti di fissaggio. La lamiera è stata piegata a mano e a
caldo per evitarne la possibile rottura a causa dell''elevato spessore (4 mm) che
si è reso necessario per garantire la giusta rigidezza del sistema di vincolo. Il
cavo di connessione passa sotto la moquette del tunnel centrale e poi sotto al
sedile posteriore per terminare nel bagagliaio dove è collegato al sistema di
acquisizione. 2.3.7 La misura della velocità reale del veicolo La misura della velocità reale del veicolo è un dato di fondamentale importanza
per tutte le analisi del comportamento dinamico della vettura.
Per tale scopo è stato utilizzato un sensore ottico: il Datron CORREVIT S-350
Aqua (figura 2.28).
Grazie a questo dispositivo è possibile misurare contemporaneamente la velocità
longitudinale Vx, la velocità trasversale Vy e l''angolo d''assetto β del veicolo. Il principio di funzionamento si basa sulla correlazione ottica dell'immagine
della superficie stradale riflessa e proiettata su un reticolo prismatico, prima di
essere rilevata da un foto-ricevitore. Capitolo 2 Laboratorio mobile Fiat Croma pag. 45 Figura 2.28. Il sensore ottico di velocità installato a bordo veicolo Utilizzando una sorgente di luce ad alta intensità per illuminare la superficie da
misurare, il componente ottico del sensore Corrsys-Datron rileva la
microstruttura stocastica della superficie.
Il segnale ottico acquisito viene proiettato su un reticolo prismatico periodico
all'interno del sistema (figura 2.29), dove vengono rilevati i dettagli della
microstruttura superficiale.
La corrispondenza ottimale fra il periodo del reticolo (tipicamente 100-200 µm)
e la frequenza spaziale dello spettro della microstruttura superficiale, rende
effettivamente massima la precisione di misura. L''elettronica di processamento
del segnale del sistema determina una frequenza centrale attraverso il calcolo di
un valore medio basato sulla varianza dello spettro in frequenza. Questa
frequenza permette di ricavare in modo affidabile il periodo del segnale,
direttamente proporzionale alla distanza fra la superficie osservata ed il sensore.
Il dato di velocità può essere derivato sfruttando le differenze di luminosità delle
imperfezioni della superficie che eccitano il foto-ricevitore con una frequenza
proporzionale alla velocità di avanzamento del mezzo. Capitolo 2 Laboratorio mobile Fiat Croma pag. 46 Figura 2.29. Reticolo prismatico Il sensore è in grado di misurare la velocità longitudinale in un intervallo di 0-
250 km/h con una risoluzione di 0,1 km/h ed è ancorato alla portiera posteriore
sinistra del veicolo con un sistema di ventose. Una corda di sicurezza e fissata al
finestrino per evitare che in caso di cedimento delle ventose, possa precipitare al
suolo. Il cavo di connessione al sistema di acquisizione passa dal finestrino
all''interno dell''abitacolo e poi bel bagagliaio. 2.4 Sistema di alimentazione Il sistema di alimentazione è stato progettato per garantire il funzionamento del
sistema di misura anche a motore spento. Una batteria da 80 Ah posta nel
bagagliaio alimenta i trasduttori, i condizionatori ed il sistema di acquisizione.
Questa viene ricaricata solamente a motore acceso grazie ad un teleruttore
collegato ad un segnale sottochiave (pompa gasolio) nella scatola fusibili del
vano motore. Quando il motore è spento il teleruttore apre il circuito di
collegamento della batteria ausiliaria con quella principale evitandone
l''esaurimento (figura 2.30). Per motivi di sicurezza tutti i cavi di collegamento
dal vano motore al bagagliaio passano sotto al pianale dell''auto e sono stati
saldamente fissati con fascette di plastica al telaio.
Il dispositivo di acquisizione richiede una tensione di alimentazione di 220 V e
per questa ragione è stato installato un inverter che trasforma i 12 V in uscita
dalla batteria ausiliaria nella giusta tensione. Capitolo 2 Laboratorio mobile Fiat Croma pag. 47 Figura 2.30. Teleruttore collegato al segnale sottochiave Tutti i trasduttori, eccezion fatta per gli accelerometri piezoelettrici che sono
alimentati dai moduli di acquisizione NI IEPE, sono collegati ad una morsettiera
per l''alimentazione (figura 2.31). Figura 2.31. Alimentazione e sistema di acquisizione nel bagagliaio Capitolo 2 Laboratorio mobile Fiat Croma pag. 48 2.5 Disposizione dei trasduttori a bordo Le figure 2.32 e 2.33 mostrano la disposizione dei trasduttori a bordo veicolo. Figura 2.32. Disposizione trasduttori a bordo veicolo Figura 2.33. Disposizione trasduttori a bordo veicolo Capitolo 2 Laboratorio mobile Fiat Croma pag. 49 Al fine di ottenere dei dati quanto più obiettivi possibile, le funzionalità di serie
del veicolo non sono state alterate in alcun modo.
Il flusso dei segnali nella catena di misura è schematizzato nella figura 2.34. Figura 2.34. Flusso dei segnali 2.6 Sistema di acquisizione Un sistema di acquisizione è formato da sensori, hardware di misura e da un
computer con software programmabile. Negli ultimi anni sono stati sviluppati
sistemi basati su PC che, rispetto ai sistemi di misura tradizionali che prevedono
l''utilizzo di oscilloscopi per la visualizzazione dei segnali, permettono di
sfruttare tutte le funzioni avanzate di visualizzazione, elaborazione e
connettività, offrendo una soluzione di misura efficace, flessibile e potente.
L'hardware DAQ (Data Acquisition Systems) usato per il veicolo laboratorio
agisce da interfaccia tra il computer e le grandezze acquisite, digitalizzando i
segnali analogici in entrata in modo che il computer possa interpretarli.
Processo fondamentale nell''acquisizione del segnale è il condizionamento che
permette l''adattamento del segnale analogico con l''ingresso del convertitore
A/D. Questo circuito include amplificazione, attenuazione, filtri e isolamento. Capitolo 2 Laboratorio mobile Fiat Croma pag. 50 Alcuni dispositivi DAQ includono il condizionamento del segnale integrato per
la misura di specifici tipi di sensori.
I segnali analogici dei sensori devono essere convertiti prima di poter essere
manipolati dai dispositivi digitali come ad esempio un computer. Un
convertitore analogico-digitale è un chip che consente di effettuare la
digitalizzazione del segnale, ovvero di trasformare un segnale continuo (quello
analogico fornito da un dato sensore) in una serie discreta di numeri, espressa in
codice binario. I segnali digitalizzati sono poi trasferiti ad un computer
attraverso diverse possibili interfacce di connessione (USB, Ethernet, PCI).
L''intero processo di acquisizione, digitalizzazione e post-elaborazione viene
gestito mediante interfaccia grafica e/o testuale che permette la visualizzazione
combinata di diversi segnali e il loro salvataggio. In particolare il sistema
utilizzato in questo lavoro di tesi è stato progettato per poter registrare
contemporaneamente segnali da sensori di diversa natura e poter calcolare
relazioni tra le diverse grandezze in esame da confrontare con relazioni esistenti
tra gli elementi che compongono l''oggetto dell''analisi.
La scelta di un adeguato sistema di acquisizione dipende da diversi fattori,
alcuni dei quali descritti di seguito. Tipologia di segnali da acquisire Differenti tipologie di segnale necessitano di differenti metodologie di misura.
Per questo è importante capire, in funzione della grandezza fisica da misurare e,
di conseguenza del sensore deputato alla misura, che tipo di segnale si dovrà
trattare.
Nel nostro caso le grandezze fisiche oggetto della misura (accelerazioni, forze,
etc.) prevedono l''utilizzo di trasduttori che trasmettono segnali analogici.
E'' stato, pertanto, scelto un sistema modulabile caratterizzato da uno chassis NI
cDAQ-9172 (figura 2.35) che controlla la sincronizzazione dei segnali acquisiti
da più moduli di acquisizione.
Questa scelta si è rivelata la migliore grazie al fatto che il sistema con più
moduli riesce ad ottenere performance di accuratezza nettamente superiori
rispetto ad un sistema multifunzione. Capitolo 2 Laboratorio mobile Fiat Croma pag. 51 Figura 2.35. NI cDAQ-9172 Condizionamento Un generico DAQ può misurare ± 5 V o ± 10 V. Alcuni sensori generano spesso
un segnale che non rientra in queste specifiche. Ecco perché è necessario
condizionare (amplificare, filtrare, etc.) il segnale prima del sistema di
acquisizione. Se il trasduttore non è fornito di condizionatore occorre scegliere
un DAQ con circuito interno di condizionamento.
La tabella 2.2 fornisce il tipo di condizionamento necessario a diverse tipologie
di sensori. Tabella 2.2. Condizionamento per diversi tipi di sensori Capitolo 2 Laboratorio mobile Fiat Croma pag. 52 Frequenza di campionamento Una delle principali specifiche di un DAQ è la frequenza di campionamento,
ovvero, ''il numero di unità digitali (campioni o samples) utilizzati per descrivere 1
secondo della grandezza analogica misurata' . La frequenza di campionamento viene scelta in funzione della frequenza
massima del segnale che si sta misurando.
Infatti secondo il teorema del campionamento di Nyquist, in una conversione
analogico-digitale la minima frequenza di campionamento necessaria per evitare
ambiguità e perdita di informazione nella ricostruzione del segnale analogico
originario (ovvero nella riconversione digitale-analogica) con larghezza di
banda finita e nota è maggiore o pari a 2 volte la sua frequenza massima. Nella
pratica per avere una risoluzione temporale affidabile si sceglie, in alcune
applicazioni, un DAQ con frequenza di campionamento pari a 10 volte di quella
massima.
La figura 2.36 mostra la differenza fra il campionamento di un segnale
sinusoidale con frequenza di 1 kHz con campionamento a 2 e 10 kHz. Figura 2.36. Campionamento a 10 kHz vs 2 kHz Capitolo 2 Laboratorio mobile Fiat Croma pag. 53 Risoluzione La risoluzione di un sistema di acquisizione rappresenta la capacità (espressa in bit)
di un convertitore di descrivere le ampiezze del segnale misurato. Dal punto di vista
della scelta del sistema di acquisizione più adeguato è la più piccola variazione di segnale rilevabile determina la risoluzione che è richiesta al sistema di
acquisizione. La figura 2.37 mostra un segnale sinusoidale acquisito da sistemi
con ADC con due diverse risoluzioni (3 bit e 16 bit). Figura 2.37. Risoluzione a 16 bit vs 3 bit E'' possibile notare che la rappresentazione di una sinusoide con una risoluzione
di 3 bit è più simile ad una funzione a gradino più che ad un''onda.
I moduli di acquisizione hanno una dinamica che generalmente va da ± 5 V a ±
10 V. I livelli di tensione che possono essere rappresentati sono distribuiti
uniformemente in un range selezionato per ottenere una piena risoluzione.
Per esempio, un modulo con una dinamica di ± 10 V ed una risoluzione di 12 bit
(212 o 4096 livelli uniformemente distribuiti) può rilevare una variazione di 5
mV, uno con 16 bit una variazione di 300µV.
La scelta del DAQ è, dunque, assolutamente subordinata al range di tensione ed
alla risoluzione richiesta dall''applicazione.
Per il nostro sistema sono stati scelti dei moduli National Instrument (Appendice
A): - n. 3 NI 9233 per l''acquisizione dei segnali misurati dagli accelerometri
piezoelettrici - n. 1 NI 9205 per l''acquisizione dei segnali misurati dalla ruota
strumentata, dagli accelerometri capacitivi e dai sensori di pressione - n. 1 NI 9401 per l''acquisizione dei segnali misurati dal sensore Datron e
dalla piattaforma inerziale Capitolo 2 Laboratorio mobile Fiat Croma pag. 54 2.6.1 Software per il post-processamento, la visualizzazione e il salvataggio dei dati Per la visualizzazione ed il salvataggio dei dati acquisiti è stato utilizzato il
software LabVIEW® (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench).
Questo software è un ambiente per lo sviluppo di programmi che, a differenza
degli altri sistemi testuali, è basato su un linguaggio di programmazione grafico:
il G language. Il programma vero e proprio ha infatti la forma di un diagramma
a blocchi.
Le schede di acquisizione di National Instruments hanno driver che comunicano
tra la scheda e l''ambiente di sviluppo software. LabVIEW® è stato utilizzato per
per comunicare con questi driver.
Ogni operazione, descritta nei classici linguaggi di programmazione attraverso
puro testo, viene eseguita in LabVIEW® selezionando un opportuno
''blocchetto" che raffigura un'immagine descrittiva dell'operazione compiuta.
Dati, costanti, variabili e così via sono collegati al blocchetto (e in generale
all'interno del programma) attraverso dei fili che legano dati a operazioni e
determinano l'ordine di esecuzione del programma. Figura 2.38. Labview ® LabVIEW® è inoltre un linguaggio di programmazione intrinsecamente multi-
tasking, pertanto, se si vuole che alcune operazioni siano tassativamente
eseguite prima o dopo di altre si dovrà utilizzare un opportuno costrutto
temporale.
Nella libreria del programma sono presenti un gran numero di funzioni per la
maggior parte delle operazioni effettuate durante la programmazione. Le librerie
inoltre contengono driver di dispositivi e permettono l'integrazione con il
sistema operativo e con diverse interfacce di comunicazione. Capitolo 2 Laboratorio mobile Fiat Croma pag. 55 Vi sono inoltre strumenti per salvare e visualizzare dati oltre che le normali
funzioni degli ambienti di programmazione: breakpoints ed esecuzione passo-
passo per il debugging. E'' anche possibile eseguire il programma in modo
animato per vedere come i dati passano attraverso il flusso di esecuzione.
I programmi in LabVIEW® sono chiamati VI Virtual Instruments perchè il loro
aspetto e il modo in cui funzionano imita quello di uno strumento reale. Di
seguito si riportano le principali caratteristiche di una VI: - le VI contengono un'interfaccia utente interattiva, chiamata Front Panel
perchè simula il pannello frontale di uno strumento reale. Questa parte
contiene bottoni, interruttori, grafici, e altri controlli e indicatori - le istruzioni che comandano la VI vengono dal Block Diagram che viene
costruito in G. Il diagramma a blocchi è in pratica il codice del
programma - una VI può essere utilizzata a diversi livelli: se una VI è inserita
all'interno di un''altra VI, essa viene chiamata subVI e per essa dovranno
essere definiti connettori di input/output, necessari per interfacciarla col
programma a più alto livello [5] La figura 2.39 mostra la VI utilizzata per il sistema oggetto del nostro lavoro. Figura 2.39. VI usata per il veicolo laboratorio Capitolo 2 Laboratorio mobile Fiat Croma pag. 56 Con questo strumento è possibile visualizzare e registrare in tempo reale
l''andamento delle grandezze misurate.
Nella figura 2.40 è mostrata una parte del Block Diagram che rappresenta il
codice della VI. Figura 2.40. Block Diagram Il Block Diagram è stato costruito utilizzando lo strumento DAQ Assistant
presente nella libreria. Al posizionamento di questa funzione nel diagramma a
blocchi, LabView® apre automaticamente una finestra di Wizard che permette
di seguire un percorso guidato per la configurazione dei singoli canali delle
schede di acquisizione (figura 2.41). Capitolo 2 Laboratorio mobile Fiat Croma pag. 57 Figura 2.41. DAQ Assistant Tutti i segnali acquisti e registrati sono stati esportati in ambiente Matlab® per il
post-processamento.
Lo script creato estrae i segnali di ciascun canale dividendoli per la sensibilità di
ogni trasduttore (ricavata dai datasheet o dalle curve di taratura) così da
trasformare le grandezze acquisite in volt, nelle rispettive unità fisiche (figura
2.42) Figura 1.42. Script per il post-processamento dei dati acquisiti Capitolo 2 Laboratorio mobile Fiat Croma pag. 58 Dopo ogni campagna di acquisizioni è dunque possibile visualizzare e
confrontare le grandezze fisiche di interesse come, ad esempio, mostra la figura
2.43 dove sono visualizzati gli andamenti nel tempo di velocità, accelerazione
longitudinale e pressione dei freni. Figura 2.43. Velocità, accelerazione longitudinale e pressione dei freni Capitolo 3 Analisi delle prove pag. 59 Capitolo 3 Analisi delle prove Una volta installato e messo a punto il set-up di misura sono state effettuate
delle prove su strada per verificare che tutti i segnali acquisiti fossero corretti.
In questo capitolo verranno descritti i test effettuati con il veicolo laboratorio, le
grandezze acquisite durante tali prove e i confronti con le grandezze stimate a
partire dal modello monotraccia a regime. 3.1 Descrizione delle prove Tutte le prove sono state effettuate nella stessa giornata ed in condizioni di
strada bagnata. E'' importante sottolineare che l''obiettivo di questi test è stato
quello di verificare la bontà dei segnali acquisiti e non le prestazioni del veicolo.
Una simile analisi avrebbe reso necessaria una metodologia di preparazione
delle prove molto più accurata, in conformità con le norme che disciplinano i
test oggettivi discusse nel capitolo primo.
La figura 3.1 mostra il sistema di riferimento usato; L''angolo di sterzo è
positivo per curve a destra. Figura 3.1. Sistema di riferimento Capitolo 3 Analisi delle prove pag. 60 3.1.1 Steering pad La prova di steering pad consiste nel percorrere un anello circolare a velocità
crescente mantenendo fisso l''angolo volante.
Per effettuare questa prova è stato allestito un circuito ad anello circolare di 5
metri di raggio che è stato percorso in senso antiorario.
La figura 3.2 mostra tutti i segnali che sono stati acquisiti durante il test in
funzione del tempo e che sono stati discussi nel capitolo precedente. Capitolo 3 Analisi delle prove pag. 61 Figura 2.2. Andamento nel tempo dei segnali acquisiti durante lo steering pad E'' possibile notare che l''accelerazione longitudinale diminuisce all''aumentare
della velocità. Questo andamento è dovuto al fatto che l''accelerazione è la
differenza fra la derivata della velocità e il prodotto fra velocità di imbardata e
velocità trasversale, secondo la relazione: y x V V Ax ' ' ' ' In questa prova la il temine negativo è predominante. 3.1.2 Sine sweep steering Questo test viene di solito effettuato per valutare la risposta dinamica del
veicolo ad una sequenza sinusoidale di sterzate con frequenza ed ampiezza date,
mantenendo costante la velocità.
La figura 3.3 mostra tutti i segnali che sono stati acquisiti durante il test in
funzione del tempo. Capitolo 3 Analisi delle prove pag. 62 Figura 3.3. Andamento nel tempo dei segnali acquisiti durante il sine sweep steering Capitolo 3 Analisi delle prove pag. 63 3.1.3 Slalom Il test di slalom viene effettuato per valutare la risposta dinamica del veicolo
all''effetto pendolo che si genera operando in rapida successione di curve a
destra e sinistra.
La figura 3.4 mostra tutti i segnali che sono stati acquisiti durante il test in
funzione del tempo. Capitolo 3 Analisi delle prove pag. 64 Figura 3.4. Andamento nel tempo dei segnali acquisiti durante lo slalom 3.1.4 Colpo di sterzo Anche il test del colpo di sterzo viene utilizzato per analizzare la dinamica
trasversale del veicolo.
Partendo da una traiettoria rettilinea con velocità costante si effettua una sterzata
cercando di raggiungere l''angolo di sterzo prefissato il più rapidamente
possibile, mantenendolo costante e rilasciando l''acceleratore fino all''arresto
completo del veicolo.
Per il nostro test, a causa del poco spazio a disposizione, la velocità raggiunta
prima del colpo di sterzo non ha superato i 30 km/h.
La figura 3.5 mostra tutti i segnali che sono stati acquisiti durante il test in
funzione del tempo. Capitolo 3 Analisi delle prove pag. 65 Figura 3.5. Andamento nel tempo dei segnali acquisiti durante il colpo di sterzo 3.2 Modelli di veicolo Per analizzare il comportamento dinamico di un veicolo stradale in qualsiasi
condizione di utilizzo è necessario sviluppare modelli matematici complessi che
prevedono molti gradi di libertà e decine di parametri in input.
Lo scopo di questo lavoro è stato quello di progettare, installare e mettere a
punto un sistema di misura per acquisire le grandezze caratteristiche della
dinamica del veicolo, e non quello di validare dei modelli matematici.
A tal fine si è reso necessario un confronto dei dati acquisiti con grandezze
stimate a partire da un modello matematico semplice: il modello monotraccia a
regime. Questo modello risulta essere una buona approssimazione per calcolare
la risposta del veicolo a manovre come cambi di traiettoria eseguite su un piano
orizzontale. Capitolo 3 Analisi delle prove pag. 66 3.2.1 Modello monotraccia a regime In questo modello semplificato il veicolo è assimilato ad una trave rigida che si
muove su un piano.
Per poter effettuare questa approssimazione occorre formulare delle ipotesi
semplificative: ' il sistema possiede 3 gradi di libertà
' le ruote di raggio R sono supposte prive di massa ' si trascura la presenza delle sospensioni, quindi, i moti verticali, quelli di beccheggio e di rollio ed i trasferimenti di carico a questi associati ' l''angolo di sterzo δ è fissato o imposto da un sistema di controllo ' le coppie motrici/frenanti sono fissate o imposte da un sistema di controllo Consideriamo, dunque, il veicolo di massa m e passo l che viaggia con velocità
V su una curva di raggio costante R applicando un angolo di sterzo δ all''asse
anteriore. Il centro di istantanea rotazione si trova nel punto di intersezione delle
rette perpendicolare ai vettori di velocità degli assi anteriore e posteriore. Figura 3.6. Modello a due ruote In questa condizione, l''accelerazione centripeta ay è pari a: R V a y 2 ' (1) Capitolo 3 Analisi delle prove pag. 67 A velocità V '' 0 è possibile supporre che: ' la forza centrifuga agente sul veicolo sia prossima a zero ' gli angoli di deriva α1, α2 siano circa nulli ' le forze di deriva sugli pneumatici Fy1, Fy2 siano circa nulle ' l''angolo di assetto del veicolo β sia prossimo a zero In questo caso: R l R l ' '' ' 0 0 tan   (2) dove 0  è detto angolo di sterzatura cinematica. Con semplici passaggi geometrici è possibile scrivere: 2 1 0 2 1 0         ' ' ' '' ' ' ' (3) Per scrivere le equazioni di moto nel piano è possibile assumere che: ' i valori degli angoli δ e β siano piccoli ' le forze aerodinamiche e i momenti di auto-allineamento siano trascurabili ' si stia studiando la condizione di moto a regime Essendo g l''accelerazione dovuta alla forza di gravità, a la distanza fra il
baricentro e l''asse anteriore, e b la distanza fra il baricentro e l''asse posteriore, è
possibile scrivere due equazioni di equilibrio dinamico: 0 0 2 1 2 2 1 ' ' ' ' ' b F a F R V m F F y y y y (4) Dall''analisi dell''equilibrio alla rotazione del sistema attorno ad un asse verticale
in corrispondenza sia dell''asse posteriore sia dell''asse anteriore si ottiene: Capitolo 3 Analisi delle prove pag. 68 a R V m l F b R V m l F y y 2 2 2 1 ' ' (5) E'' chiaro che la forza laterale effettiva su ogni singola ruota sarà pari alla metà
della forza laterale sul corrispondente asse. Per calcolare le forze verticali consideriamo Fzi (i=1,2) la risultante delle forze verticali che agiscono sulla ruota anteriore (i=1) e posteriore (i=2).
Scrivendo l''equazioni di equilibrio alla rotazione nel piano verticale (figura 3.7)
si trova l''espressione della forza verticale a regime: l mga F l mgb F z z ' ' 2 1 (6) Figura 3.7. Equilibrio sul piano verticale La forza verticale effettiva su ogni singola ruota (Fz1, Fz2) sarà pari alla metà della forza verticale sul corrispondente asse.
A questo punto, dividendo membro a membro l''equazione (5) per l''espressione
della corrispondente forza verticale della equazione (6), si ricava: Rg V F F F F z y z y 2 2 2 1 1 ' ' (7) ovvero, il rapporto fra la forza laterale e la forza verticale su qualsiasi ruota è
pari al rapporto fra l''accelerazione centripeta e l''accelerazione dovuta alla forza
di gravità. Capitolo 3 Analisi delle prove pag. 69 3.2.2 Confronto fra grandezze acquisite e grandezze stimate Il modello appena discusso trascura, dunque, le variazioni di forza sugli
pneumatici dovuti ai trasferimenti di carico. E'' comunque possibile, con una
semplice analisi cinematica, ricavare le relazioni utili per stimare queste
variazioni e operare un confronto fra forze misurate e stimate.
Scrivendo le equazioni di equilibrio alla rotazione sul piano verticale (figura
3.8) si possono ricavare le relazioni che permettono di calcolare le variazioni di
forza verticale dovute ai trasferimenti di carico in curva: c h mA F G y z ' ' 1 (8) Dove c è la carreggiata del veicolo ed hG l''altezza del baricentro. Figura 3.8. Trasferimento di carico in curva Allo stesso modo è possibile ricavare le variazioni di forza verticale per il
trasferimento di carico in accelerazione e frenata (figura 3.9): p h mA F G x z ' ' 2 (9) Capitolo 3 Analisi delle prove pag. 70 dove p è il passo del veicolo. Figura 3.9. Trasferimento di carico in frenata La forza verticale totale è data dalla somma del contributo statico e di quello
dovuto ai trasferimenti di carico: 2 2 2 1 0 z z z z F F F F ' ' ' ' ' (10) A questo punto è stato possibile operare una prima valutazione della validità del
sistema di misura confrontando le forze acquisite e quelle stimate come mostra
la figura 3.10. Capitolo 3 Analisi delle prove pag. 71 Figura 3.10. Confronti fra forze stimate e forze acquisite Dall''analisi dei risultati si nota come lo scarto fra i due dati sia minimo.
Tale risultato è da considerarsi buono in relazione alla semplicità del modello di
calcolo utilizzato ed alle approssimazioni fatte.
Un''altra importante verifica che è stata effettuata per accertare la bontà dei
segnali acquisiti in ogni test realizzato, riguarda la relazione: V V V A y    ' ' ' ' ' ' (11) dove y A è l''accelerazione laterale della cassa, ' la velocità di imbardata,V è la velocità longitudinale del veicolo e β è l''angolo d''assetto.
La (11) vale durante il transitorio.
Per la prova di steering pad è stata utilizzata la relazione valida a regime: V A y ' ' (12) La figura 3.11 mostra il confronto fra le grandezze appena descritte che sono
state acquisite durante le prove. Capitolo 3 Analisi delle prove pag. 72 Figura 3.11. Confronti fra accelerazione laterale e velocità di imbardata Questi ulteriori confronti confermano la bontà dei segnali misurati mostrando
solo un lieve scarto fra i dati.
In ultima analisi sono stati ricavati, per il test di steering pad (per il quale è noto
il raggio di curva R), gli angoli di deriva anteriore e posteriore, dapprima con
le relazioni:        ' ' ' ' ' x p x a V b V a ' ' (13) e poi, sapendo che: Capitolo 3 Analisi delle prove pag. 73 R V A A V b y p y 2 2 ' ' '   e ricordando la (3), con le relazioni:       ' ' ' ' ' R b p p a 0 (14) In figura 3.12 sono messi a confronto gli angoli di deriva ricavati dalle (13) e
(14). Figura 3.12. Confronto angoli di deriva anteriore e posteriore Anche quest''ultimo confronto conferma la bontà dei dati acquisiti durante i test
effettuati, tenendo in giusta considerazione il fatto che le stime calcolate
derivano da analisi operate con significative ipotesi semplificative. Capitolo 4 Conclusioni e sviluppi futuri pag. 74 Capitolo 4 Conclusioni e sviluppi futuri In questa tesi è stato progettato e assemblato un sistema di misura delle
grandezze caratteristiche della dinamica del veicolo. Una Fiat Croma è stata
dotata di una serie di trasduttori per la misura di: ' forze di contatto pneumatico-strada ' accelerazioni su mozzi e duomi
' velocità angolari del baricentro ' accelerazioni del baricentro ' velocità trasversale e longitudinale della cassa ' angolo di sterzo ' angolo di assetto ' pressioni dei freni Tutti i sensori sono stati installati evitando di modificare la configurazione di
serie dell''automobile per non pregiudicarne il comportamento dinamico. Il
veicolo così strumentato, dopo opportune tarature, è stato testato su strada,
ottenendo una sequenza di file che contengono le storie temporali dei segnali
acquisiti. I dati registrati sono stati processati per essere confrontati con altri
stimati a partire da un modello semplificato, al fine di verificare la validità del
sistema di misura. Dai risultati ottenuti sono emerse una buona confrontabilità
fra misure e stime ed una buona ripetibilità dei segnali acquisiti. La catena di
misura, dunque, risulta essere uno strumento affidabile e preciso.
Il veicolo laboratorio potrà essere utilizzato in un prossimo futuro per molteplici
studi come, ad esempio, il testing di nuove tipologie di pneumatici.
Un possibile upgrade del sistema potrebbe consistere in due interventi:
l''installazione di un''altra ruota strumentata al posto della posteriore sinistra per
la completa acquisizione delle forze al contatto di metà veicolo, e l''installazione
di potenziometri lineari per il rilevamento dello scuotimento delle sospensioni.
Questo ulteriore progresso darebbe una misura precisa dell''influenza dei
trasferimenti di carico sull''handling unitamente al comportamento completo
delle sospensioni. I dati acquisiti potrebbero, così, essere utilizzati per la
validazione di modelli matematici più complessi.
Un altro progetto già in fase di sviluppo riguarda la sicurezza attiva e prevede
l''installazione a bordo di un radar per il rilevamento degli ostacoli già utilizzato
da alcune case automobilistiche per i sistemi di frenata automatica. 75 Bibliografia [1] Vallascas R., Fondamenti di misure meccaniche e termiche, Hoepli, 2008. [2] J.R.Carstens., Electrical sensors and transducers Regents/Prentice Hall,
Englewood Cliffs. [3] Diana G., Cheli F.: Dinamica e vibrazioni dei sistemi meccanici, vol. 2°, Utet, Torino, 1993. [4] AA.VV., Meccanica del Veicolo: appunti dalle lezioni, Dipartimento di Meccanica, Politecnico di Milano, 2002 [5] National Instruments (Firm), Connectivity Course Manual, National Instruments Corporation, 2008. [6] Morelli, A., Progetto dell''autoveicolo '' concetti di base, Celid, Torino, 2002. [7] Gobbi, M., Mastinu, G., Wheels with integrated sensors for measuring tire forces and moments, AVEC conference, 2004. [8] www.kistler.com [9] www.ni.com [10] www.leane.it [11] www.iso.org [12] www.bosch.com [13] www.pcb.com Appendice A Datasheet The 8305B... capacitive accelerometer series measures single
axis acceleration in a steady state or low-level, low-frequency
environment. Featuring high sensitivity and low thermal re-
sponse characteristics, This accelerometer series is available in
two measuring ranges, single ended or differential output and
connector options. Acceleration Type 8305B' K-Beam® Accelerometer Light Weight, Low Profile Capacitive Accelerometer ' Small, lightweight variable capacitance sensing element
' Frequency response 0 ... 250Hz
' Operates from a 9-volt battery
' Wide supply voltage range up to +32VDC
' Ground isolated
' Conforming to CE Application
The 8305B' series of units are low cost and considered general
purpose types but like all K-Beam types, they measure low-level,
low-frequency vibration and static acceleration. Applications in-
clude: vehicle stability control and ride analysis, structure analy-
sis, robotics and/or platform motion control, inclination and tilt. Page /3 Kistler Instrument Corporation reserves the right to discontinue or change
specifications, designs or materials without notice consistent with sound
engineering principles and quality practices. © 2006, Kistler Instrument Corporation , 75 John Glenn Dr., Amherst NY 4228 Tel 76-69-500, Fax 76-69-5226, sales.us@kistler.com, www.kistler.com 8305B_000-565e -0 .07 Measurements Horizontal V erticle AMERICAN METRIC GERMAN Diminsional Text 0.55 0.965 1.098 1.098 0.355 0.865 square 0.620 0.145 + ø cable length (see ordering key) g 0.128 Typ. 24,5 27,9 27,9 9,02 22 square 15,7 3,68 + ø cable length (see ordering key) g 3,25 Typ. 24,5 27,9 27,9 9,02 22 Seitenlänge 15,7 3,68 + ø Kabellänge (siehe Bestellinformation) g 3,25 Typ. Description
The 8305B... K-Beam accelerometer series utilizes a three layer
silicon micro-machined variable capacitance sensing element
which enables it to have true static response. The K-Beam
capacitive accelerometer requires only a DC voltage supply (i.e.
battery) for operation. They are fully calibrated sensors with all
excitation and signal conditioning electronics integrated into a
single package. K-Beam accelerometers provide a high level output signal with
excellent long-term stability. The 8305B... standard configura-
tion, provides the convenience of a single polarity power supply
and a single-ended output. A 2,5 volt offset is present at 0 g.
The 8305B'M4 and 8305B'M7 versions add a 4-pin (pos.
and neg. respectively) connector to the cable end of the stan-
dard 8305B. The 8305B'M2 version, operate from a single po-
larity supply and provide a differential output. When connected
to a differential amplifier, the offset at 0 g is nominally 0 volts.
Power can be furnished from a regulated DC power supply or
from a 9-Volt alkaline battery. The K-Beam accelerometers are
available either in a standard 0,5 meter length or in a user speci-
fied cable length. Light Weight, Low Profile Capacitive Accelerometer, Type 8305B' Page 2/3 Kistler Instrument Corporation reserves the right to discontinue or change
specifications, designs or materials without notice consistent with sound
engineering principles and quality practices. © 2006, Kistler Instrument Corporation , 75 John Glenn Dr., Amherst NY 4228 Tel 76-69-500, Fax 76-69-5226, sales.us@kistler.com, www.kistler.com 8305B_000-565e -0 .07 Technical Data
Type
Unit 8305B2 8305B10 8305B25 8305B50 8305B100 Acceleration Range g ±2 ±0 ±25 ±50 ±00 Sensitivity, ±5% mV/g 500 00 80 40 20 Sensitivity-Differential ( 5%) mV/g 000 200 60 80 40 Zero g Output (5%) mV 2500 ±25 2500 ±25 2500 ±25 2500 ±25 2500 ±80 Zero g Output-Differential (5%) mV 0 ±25 0 ±25 0 ±25 0 ±25 0 ±60 Amplitude Non-linearity %FSO 0,4 0,4    Resonant Frequency nom. kHz ,4 2,7 3 3,5 4,5 Frequency Response (±5%, 100 Hz Ref.) Hz ' '200 ' '80 ''300 ''500 ' '500 Noise typ. (0,5 ... 00Hz) µgrms 200 000 760 3620 390 Noise Density (0'00 Hz) typ. µgrms/ ''Hz 20 00 80 370 400 Phase Shift max. @ 0 Hz degree 0 0 0 0 0 Phase Shift max. @ 0 Hz degree <2 <2 < < < Phase Shift max. @ 00 Hz degree <0 <0 <5 <5 <5 Phase Shift max. @ 200 Hz degree <25 <25 <8 <8 <8 Sensitive Axis Misalignment typ. (max.) mrad '' '10 (''30) ' '10 (''30) ' '20 (''35) ' '20 (''35) ' '20 (''35) Transverse Sensitivity typ. (max. 3) % ± ± ± ± ± Environmental: Random Vibration 20' 2000 Hz grms 20 ±2 ±25 ±25 ±50 Shock half sine, 200 µs gpk 3000 3000 3000 3000 3000 Temperature Coefficient Sensitivity typ. (max.) ppm/°C 200 (320) 200 (320) 200 (400) 200 (400) 200 (400) Temperature Coefficient Sensitivity typ. (max.) %/°C 0.02 (0.032) 0.02 (0.032) 0.02 (0.04) 0.02 (0.04) 0.02 (0.04) Temperature Coefficient of Bias, typ. (max.) mg/°C 0.2 ()  (5) 5 (20) 5 (20) 0 (40) Temperature Coefficient Offset, typ. (max.) µV/°C 00 (500) 00 (500) 400 (600) 200 (800) 200 (800) Temperature Coefficient Offset-Diff, typ. (max.) µV/°C 200 (000) 200 (000) 800 (3200) 400 (600) 400 (600) Temperature Range Operating °C -40 ' 85 -40 ' 85 -40 ' 85 -40 ' 85 -40 ' 85 Temperature Range Storage °C -55 ' 25 -55 ' 25 -55 ' 25 -55 ' 25 -55 ' 25 Output: Impedance max. W 40 40 40 40 40 Load Resistance min. k W 0 0 0 0 0 Capacitive Load max. pF 5000 5000 5000 5000 5000 Supply: Voltage VDC 7 ' 32 7 ' 32 7 ' 32 7 ' 32 7 ' 32 Current nom. mA 0,7 0,7 2 2 2 Construction: Sensing Element type Capactive Capactive Capactive Capactive Capactive Housing/Base material type Al. hard anod. Al. hard anod. Al. hard anod. Al. hard anod. Al. hard anod. Sealing - housing/ccable type epoxy epoxy epoxy epoxy epoxy Connector 8305B', 8305B'M2 type int. pigtail int. pigtail int. pigtail int. pigtail int. pigtail 8305B'M4 type 4-Pin pos. 4-Pin pos. 4-Pin pos. 4-Pin pos. 4-Pin pos. 8305B'M7 type 4-Pin neg. 4-Pin neg. 4-Pin neg. 4-Pin neg. 4-Pin neg. Mounting (cap screw/adhesive) type 3,25 hole 3,25 hole 3,25 hole 3,25 hole 3,25 hole Weight grams 6,5 6,5 6,5 6,5 6,5  g = 9,80665 m/s2,  Inch = 25,4 mm,  gram = 0,03527 oz,  lbf-in = 0,29 Nm Light Weight, Low Profile Capacitive Accelerometer, Type 8305B' Page 3/3 Kistler Instrument Corporation reserves the right to discontinue or change
specifications, designs or materials without notice consistent with sound
engineering principles and quality practices. © 2006, Kistler Instrument Corporation , 75 John Glenn Dr., Amherst NY 4228 Tel 76-69-500, Fax 76-69-5226, sales.us@kistler.com, www.kistler.com Mounting
Reliable and accurate measurements require that the mounting
surface be clean and flat. The sensor can be attached to the test
structure with the supplied screws. The Operating Instruction
Manual for the 8305B' provides detailed information regard-
ing mounting surface preparation. Optional Accessories Type ' Triaxial mounting cube 856 ' K-Beam power supply 520 ' Extension cable, 4 pin neg. to 4 pin pos. Microtech equivalent connectors;specify
length in meters 578Asp ' Extension cable, 4 pin neg. to 4 pin neg. Microtech equivalent connectors; (cross
connects pins) 572 output/power supply
interface ( use with 8305B...M4) 592Asp Pigtail Interface Connections
red power (+7...+32 VDC) power (+7...+32 VDC) white (+) signal output (+) signal output black power/ signal ground power/ signal ground orange not used (-) signal output blue not used not used green not used not used shield connected to case connected to case Measurements Horizontal V erticle AMERICAN METRIC GERMAN Diminsional Text 0.55 Speisung (+) Signal Masse Speisung Masse Ausgangssignal Kabel mit 4-Pol pos.
Microtech-'quivalent Stecker Speisung (+) Signal Masse Speisung Masse Ausgangssignal Kabel mit 4-Pol neg.
Microtech-'quivalent Stecker Sicht auf Steckerstifte bei
Typ 8305B'M4 Sicht auf Steckerbuchse bei
Typ 8305B'M7 + Power Signal Gnd Power Gnd. Signal Out Cable terminates with
4-Pin pos. Microtech
Equivalent + Power Signal Gnd. Power Gnd.
Signal Out Cable terminates with
4-Pin neg. Microtech
Equivalent 8305B'M4 8305B'M7 View from connector end View from connector end 8305B_000-565e -0 .07 Accessories Included Type ' (2) M2,5 x 0mm Socket HD Cap Screw 43-0475-00 ' (2) 4-40 x 3/8' Socket HD Cap Screw 43-0475-002 ' (4) Washer, 2,7mm I.D., Thk. Fiber 434-038-00 ' () Mounting Wax 8432 Ordering Key Range 8305B c c c ±2g 2 ±0g 0 ±25g 25 ±50g 50 ±00g 00 Output
single ended, pigtail terminated - differential, pigtail terminated M2 single ended, 4-pin pos. terminated M4
single ended, 4-pin neg. terminated M7 Cable Length (meters)
standard (0,5) - user specified sp 8702B_000-239 -03.08 8702B', 8704B' DIM A E G X 0 -3.4 -6.8 Page 1/3 Small, relatively light weight general purpose accelerometers for
vibration measurements in wide range of applications. Available
in three measuring ranges 25 g, 50 g and 100 g, all range types
are available in a ground isolated option. These accelerometers
feature a rugged, hermetically sealed construction. Low impedance, voltage mode
Quartz-shear sensing elements
Ultra-low base strain
Minimal thermal transient response
Lightweight, hermetically sealed Titanium case
Conforming to CE Description
The Type 8702B' side connector and 8704B' top connector
accelerometer series use a unique shear mode sensing element
made of stable quartz crystals. The quartz sensing elements af-
ford excellent long-term stability that ensure repeatable, accurate
measurements for many years. Additionally the shear element de-
sign provides low transverse sensitivity along with an insensitivity
to base strain and thermal transients.
All units are hermetically sealed and are constructed entirely of ti-
tanium or a combination of titanium and stainless steel. An inter-
nal circuit Piezotron® impedance converter provides a high signal
level at low impedance output.
Models identified with an M1 are ground isolated versions. All
units are hermetically sealed and are constructed entirely of tita-
nium or a combination of titanium and stainless steel. Application
All types are designed for general purpose vibration measure-
ment in a laboratory or industrial environment. They can be used
for environmental testing (with or without temperature cycling),
ESS, vehicle tests, automotive NVH testing, rotating machinery
vibration analysis. '
'
'
'
'
' Acceleration K-Shear® Accelerometers
General Purpose, Voltage Mode Accelerometers
Accessing TEDS Data
Accelerometers with a "T" suffix are variants of the standard
version incorporating the "Smart Sensor" design. Viewing an ac-
celerometer''s data sheet requires an Interface/Coupler such as
Kistler''s Type 5134B' or 5000M04 with TEDS Editor software.
The Interface provides negative current excitation (reverse po-
larity) altering the operating mode of the PiezoSmart® sensor
allowing the program editor software to read or add information
contained in the memory chip. Type This information corresponds to the current state of knowledge. Kistler reserves the
right to make technical changes. Liability for consequential damage resulting from
the use of Kistler products is excluded. ©2008, Kistler Group, Eulachstrasse 22, 8408 Winterthur, Switzerland Tel. +41 52 224 11 11, Fax +41 52 224 14 14, info@kistler.com, www.kistler.com e Measurements Horizontal V erticle AMERICAN METRIC GERMAN Diminsional Text 0.55 0.23 A 1/2" HEX ø0.48 10-32 UNF-2B thread
x 0.13 deep
mounting hole 10-32 UNF thread
coaxial connector neg. 5,8 A SW 1/2" ø12,2 10-32 UNF-2B thread
x 3,3 deep
mounting hole 10-32 UNF thread
coaxial connector neg. 5,8 A SW 1/2" ø12,2 10-32 UNF-2Bx3,3
Montage-Sacklochgewinde Koax-Stecker 10-32 neg. Measurements Horizontal V erticle AMERICAN METRIC GERMAN Diminsional Text 0.55 A 1/2" HEX. 10-32 UNF thread
coaxial connector neg 10-32 UNF-2B thread
x 0.13 deep A SW 1/2" 10-32 UNF thread
coaxial connector neg 10-32 UNF-2B thread
x 3,3 deep A SW 1/2" Koax-Stecker 10-32 neg. 10-32 UNF-2Bx3,3
Montage-Sacklochgewinde Dim Type 8702B' Type 8702B'M1 A 19,3 20,3 Dim Type 8704B' Type 8704B'M1 A 24,4 24,9 8702B_000-239 -03.08 TABS 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 HALF TABS 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 FULL Page 2/3 General Purpose, Voltage Mode Accelerometers, Type 8702B', 8704B' This information corresponds to the current state of knowledge. Kistler reserves the
right to make technical changes. Liability for consequential damage resulting from
the use of Kistler products is excluded. ©2008, Kistler Group, Eulachstrasse 22, 8408 Winterthur, Switzerland Tel. +41 52 224 11 11, Fax +41 52 224 14 14, info@kistler.com, www.kistler.com e Technical Data

Specification Unit Type 8702/4B25 Type 8702/4B50 Type 8702/4B100 Acceleration range g ±25 ±50 ±100 Acceleration limit gpk ±50 ±100 ±200 Transverse acceleration limit gpk ±50 ±100 ±200 Threshold nom. grms 0,002 0,004 0,006 Sensitivity, ±5 % mV/g 200 100 50 Resonant frequency mounted nom. kHz 54 54 54 Frequency response, ±5 % Hz 1 ' 8 000 0,5 ' 10 000 0,5 ' 10 000 Amplitude non-linearity %FSO ±1 ±1 ±1 Time constant nom. s 1 2 1,5 Transverse sensitivity nom., (max. 3) % 1,5 1,5 1,5
Environmental Base strain sensitivity @ 250 µe g/µe 0,01 0,01 0,01 Shock limit (1 ms pulse) gpk 2 000 2 000 2 000 Temperature coeff. of sensitivity %/°C ''0,06 ''0,06 ''0,06 Operating temperature range °C ''55 ' 100 ''55 ' 100 ''55 ' 100 Storage temperature range °C ''75 ' 120 ''75 ' 120 ''75 ' 120
Output Bias nom. VDC 11 11 11 Impedance Ω <100 <100 <100 Voltage full scale V ±5 ±5 ±5 Current mA 2 2 2
Source Voltage VDC 20 ' 30 20 ' 30 20 ' 30 Constant current mA 4 4 4 Impedance min. kΩ 100 100 100 Construction Sensing element Type quartz-shear quartz-shear quartz-shear Housing/base material Titanium/St. Stl. Titanium/St. Stl. Titanium/St. Stl. Degree of protection case/connector (EN 60529) IP68 IP68 IP68 Connector Type 10-32 neg. 10-32 neg. 10-32 neg. Ground isolated with pad/M1 with pad/M1 with pad/M1 Mass grams 8,7/7,5 8,7/7,5 8,7/7,5 M1 grams 9,7/8 9,7/8 9,7/8 Mounting (10-32 thd. x 3,3 dp) Type stud stud stud Mounting torque N''m 2 2 2 1 g = 9,80665 m/s2, 1 Inch = 25,4 mm, 1 gram = 0,03527 oz, 1 lbf-in = 0,1129 N''m 8702B_000-239 -03.08 TABS 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 HALF TABS 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 FULL Page 3/3 General Purpose, Voltage Mode Accelerometers, Type 8702B', 8704B' Mounting
A threaded 10-32 UNF stud provides positive attachment of the
accelerometer to the test structure. Reliable and accurate
measurements require that the mounting surface be clean and
flat.
The instruction manual for the Type 8702B' and 8704B' series
accelerometers provides detailed information regarding mounting
surface preparation. Included Accessories Type 10-32 mounting stud 8402 Mounting stud, 10-32 to M6; shipped only 8411 outside N.A Optional Accessories Type Mounting magnet 8452A Triaxial mounting cube 8502 '
' '
' Connector location
Side connector 2B Top connector 4B Range
±25 g 25 ±50 g 50 ±100 g 100
Variant
Standard
Ground isolated M1 TEDS Templates
Default, IEEE 1451.4 V0.9 T Template 0 (UTID 1)
IEEE 1451.4 V0.9 Template 24 T01 (UTID 116225)
LMS Template 117, T02 Free format Point ID
LMS Template 118, Automotive Format T03 (Field 14 Geometry =1)
LMS Template 118, Aerospace Format T04 (Field 14 Geometry =1)
P1451.4 v1.0 template 25 '' T05 Transfer Function Disabled
P1451.4 v1.0 template 25 '' T06 Transfer Function Enabled Ordering Key Type 870 Measuring Chain Type 1 Low impedance sensor 8702/04B' 2 Sensor cable, 10-32 pos. to BNC pos. 1761B' 3 Power supply/signal conditioner 51' 4 Output cable, BNC pos. to BNC pos. 1511 AMERICAN GERMAN 4 item system 5050 system 5050 system Readout (not supplied) Auswertung (nicht mitgeliefert) 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 Readout (not supplied) Readout (not supplied) Auswertung (nicht mitgeliefert) Auswertung (nicht mitgeliefert) This information corresponds to the current state of knowledge. Kistler reserves the
right to make technical changes. Liability for consequential damage resulting from
the use of Kistler products is excluded. ©2008, Kistler Group, Eulachstrasse 22, 8408 Winterthur, Switzerland Tel. +41 52 224 11 11, Fax +41 52 224 14 14, info@kistler.com, www.kistler.com e ©2006, Kistler Instrumente AG, PO Box, Eulachstr. 22, CH-8408 Winterthur Tel +41 52 224 11 11, Fax +41 52 224 14 14, info@kistler.com, www.kistler.com This information corresponds to the current state of knowledge. Kistler reserves
the right to make technical changes. Liability for consequential damage resulting
from the use of Kistler products is excluded. Page 1/5 Force RoaDyn® S625 System 2000
Wheel Force Sensor for Passenger Cars
9266A_000-495e-05.06 Type 9266A... Wheel force sensor for measuring three forces and moments
on a rotating wheel; a major constituent in modern vehicle
development. Very light yet rigid sensor/measuring wheel
Built-in 2-channel accelerometer
Precise signal acquisition with individually calibrated strain
gage load cells
Sensor identification and digitization in wheel electronics
Digital data transfer with in-board or out-board transmis-
sion
Tested fatigue strength, e.g. to SAE J378
For 12" or 13" rims in aluminium, from 14" ... 18" rims in
composite CFR/aluminium Description
The wheel force sensor is mounted on a vehicle as a complete
wheel and measures multiaxial loads imposed on the vehicle
by the pavement. It enables precise measurement of forces
and moments, each of which are represented as three vectors
in an orthogonal reference system. During measurement the
measuring wheel replaces the standard wheel. It therefore has
to meet the latter''s strength requirements and must not affect
the kinematics or the handling. In particular, a sensor must be
sufficiently adaptable to cater for a particular range of wheel
sizes and hub connection geometries. The geometry and if
necessary the heat dissipation of the brake components must
be taken into account. The wheel force sensor with carbon fiber reinforced composite
rim comes much closer to the standard weight than compet-
ing concepts made of aluminium or steel. The rim design for
14" ... 18" wheel diameters combines an aluminium rim ring
with a matched wheel disk manufactured from carbon fiber re-
inforced plastic (CFR). The positive and frictional nature of the
connection makes it very strong. The "inside part" makes the
connection with the hub and also consists of CFR. Four load
cells connect the rim and this part. The assembly is adapted to
suit the different hub geometries with an adapter package and
wheel offset adapter. The measuring wheels for 12" and 13" rims represent a special
version. These wheels are also equipped with four load cells,
but all of the adapter parts are made of aluminium and due to
the limited amount of room around the hub are only offered
with an out-board transmission. '
'
' '
' '
' The RoaDyn S6xy family of measuring wheels use normalized
individual 9190A load cells, which are individually calibrated
after manufacture. Serial number, calibration data and zero of
the individual forces are stored on an ID chip. The three meas-
ured signals are compensated for temperature. In addition the
interchangeable load cells can be used for all sensors of the
RoaDyn S6xy family. When the electronics are switched on, sensor components
identify themselves and allow systematic computation based
on the available individual values. The high measuring accuracy of the precision load cells is re-
tained during transmission. This is because digitization takes
place on the measuring wheel to prevent transmission inter-
ference (for example from brake heat, movement, vibration,
etc) having any effect. The measurement of individual values
with separate load cells also leads to an improvement in the
interchannel crosstalk. And the fact that the original load cell
signals are known allows rapid error diagnostics. Individual
load cells can be replaced without impairing the overall quality
of the sensor. The integration of cutting edge digital transmission and data
processing techniques leads to reliable provision of measure-
ment data free from interference and to user friendly system
operation. In addition to the wheel load data, further sensors
can be connected to the wheel transmission unit. Provision
has been made for the option of storing signals from (for ex-
ample, steering angle or camber angle) sensors in the vicinity ©2006, Kistler Instrumente AG, PO Box, Eulachstr. 22, CH-8408 Winterthur Tel +41 52 224 11 11, Fax +41 52 224 14 14, info@kistler.com, www.kistler.com This information corresponds to the current state of knowledge. Kistler reserves
the right to make technical changes. Liability for consequential damage resulting
from the use of Kistler products is excluded. Page 2/5 RoaDyn® S625 System 2000 '' Wheel Force Sensor for Passenger Cars, Type 9266A... 9266A_000-495e-05.06 of the wheel that have been amplified and converted with
the wheel data. The measured signals are filtered and digi-
tized in the Type 5241A... wheel electronics unit. A pulse code
module (PCM) modulates a serial stream of data transmitted
at 2Mbps. Transmission into the interior of the automobile is
standard, as this offers major advantages for tests carried out
on public roads or off-road. The wireless data transmission unit consists of a Type 5242A4
rotor rotating with the wheel and a Type 5240A... stator for
mounting on the spring/shock absorber system of the auto-
mobile. For exact positioning and alignment of the stator a
Type Z39911 alignment gage is included. Kistler offers alter-
native the Type 5248A0 external transmission unit if this data
transfer configuration is required. The transmission units are
described in detail on separate data sheets 5240A_000-561
and 5248A_000-562. From the raw data in the rotating wheel coordinate system, the
Type 9891A... on-board electronics system performs real-time
computation of the required data in a coordinate system fixed
relative to the wheel. The System 2000 on-board electronics
are described on data sheet 9891A_000-563. Application
To obtain measurement data from particular vehicles they are
generally mounted with four or with two RoaDyn S625 meas-
uring wheels. For corresponding measurements for compo-
nent or tire development only one measuring wheel is used. The ongoing process of measurement and data acquisition
allows continuous improvement and development of active
chassis and powertrain systems (such as ABS, ESP, etc) for
controlling vehicle dynamics. The acquired measurement data
can be used to supplement fatigue calculations and numeri-
cal simulations. The measuring wheels yield precise raw data
and measurements for developing computer models of entire
automobiles or components of specific models. Load assump-
tions underlying automobile design can be verified when a
prototype is available and design errors uncovered promptly.
As a supplementary service Kistler provides adapters for optical
sensors from various suppliers for measuring kinematic vari-
ables such as camber angle, slip angle, side slip angle, speed
and acceleration. The particular adapters for mounting the
different sensors are available from Kistler. The measuring wheel system described above can also be used
on a vehicle test stand. Its daily exclusive use on a test stand
requires, among other things, special technical characteris-
tics, which have led to the development of a special system
Type 9266A2 in aluminium. Further information is contained
in the data sheet 9266A_000-580. Fig. 1: Passenger car with RoaDyn S625 System 2000 Fig. 2: Race car with RoaDyn S625 System 2000 ©2006, Kistler Instrumente AG, PO Box, Eulachstr. 22, CH-8408 Winterthur Tel +41 52 224 11 11, Fax +41 52 224 14 14, info@kistler.com, www.kistler.com This information corresponds to the current state of knowledge. Kistler reserves
the right to make technical changes. Liability for consequential damage resulting
from the use of Kistler products is excluded. Page 3/5 RoaDyn® S625 System 2000 '' Wheel Force Sensor for Passenger Cars, Type 9266A... 9266A_000-495e-05.06 Fig. 3: Exploded view showing arrangement of components of RoaDyn S625 with in-board transmission unit Technical Data Measuring range Fx kN ±20 (with 4 load cells) Fy kN ±15 Fz kN ±20 Mx kN·m ±4 My kN·m ±4 Mz kN·m ±4 Rotation angle accuracy ° ''0,1 Max. weight* of measuring wheel m kg ''10 Maximum Loads
Fatigue strength (SAE J328) kN 2,6 Degree of Protection IP64 Operating temperature range
Aluminium components °C <120 CFR components °C <110 Maximum speed (''280 km/h) min-1 2 300 Max. shock acceleration x g '40 y g '20 z g '40 Accuracy
Crosstalk Fy '' Fx, Fz % '1 Fx '' Fz % '1 Fx, Fz '' Fy % '2 Linearity % FSO '0,5 Hysteresis % FSO '0,5 *including 14" rim, hub adapter and stator, but excluding tire Threads for fixing connector carrier and wheel electronics A Load cell Inner part Centering tube Wheel bolt section A A Rim Wheel electronics Electronics connecto r carrier Load cell screws Load cell screws Center plane of load cells Bolt circle adapter Ri m Inner part Load cells Pair of insulation discs Centering tube Radiation shield Ring antenna (rotor ) Stator Stator holder Center plane of wheel LC rad ©2006, Kistler Instrumente AG, PO Box, Eulachstr. 22, CH-8408 Winterthur Tel +41 52 224 11 11, Fax +41 52 224 14 14, info@kistler.com, www.kistler.com This information corresponds to the current state of knowledge. Kistler reserves
the right to make technical changes. Liability for consequential damage resulting
from the use of Kistler products is excluded. Page 4/5 RoaDyn® S625 System 2000 '' Wheel Force Sensor for Passenger Cars, Type 9266A... 9266A_000-495e-05.06 Configuration of RoaDyn ® S625 System 2000 Sensor In-Board T ransmission Unit consisting of Rotor , Stator and Cable for Connection to System 2000 On-Board Electronics System 2000 On-Board Electronics Remote Control Unit for System 2000 On-Board Electronics Type 9266A1 Type 5242A', 5240A', Z30430Ax Type 9891A' Type 5685A2 Sensor Out-Board T ransmission Unit for System 2000 with Connecting Cable System 2000 On-Board Electronics Remote Control Unit for System 2000 On-Board Electronics Type 9266A1 Type 5248A..., Z30430Ax Type 9891A' Type 5685A2 ©2006, Kistler Instrumente AG, PO Box, Eulachstr. 22, CH-8408 Winterthur Tel +41 52 224 11 11, Fax +41 52 224 14 14, info@kistler.com, www.kistler.com This information corresponds to the current state of knowledge. Kistler reserves
the right to make technical changes. Liability for consequential damage resulting
from the use of Kistler products is excluded. Page 5/5 RoaDyn® S625 System 2000 '' Wheel Force Sensor for Passenger Cars, Type 9266A... 9266A_000-495e-05.06 Accessories Included Type/Art. No. Stator mounting gage Z39911 Optional Accessories Type/Art. No. Load cell bolts, titanium, Z30074 16 pcs. per cell
Stator mounting gage, Z39907 1 pc. per measuring system
Carrying case for on-board electronics V712.0001 system, 1 pc. per measuring system
Carrying case for accessories, V712.0002 1 pc. per measuring system
Carrying case for 1 measuring wheel with V712.0004
tire, 1 pc. per measuring wheel
Precision spirit level, Z30208 1 pc. per measuring system
Load cell tester, 5984A 1 pc. per measuring system
Tire mounting aid, Z30210 1 pc. per measuring system
Universal adapter for balancing machine V035.0000 1 pc. per measuring system
Wrench for centering sleeve Type Z39901, Z30205
1 pc. per measuring system
Protective board, Z39909 1 pc. per measuring system
Strain gage bridge amplifier (SGAM) 2237A1 Thermocouple amplifier (TCAM) 2237A2 ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' '
' Fig. 4: RoaDyn S625 made of aluminium with out-board transmission for small rims Ordering Key
Type 9266A RoaDyn S625 CFR 1 Wheel force sensor for passenger cars
RoaDyn S625 aluminium 3 Wheel force sensor for passenger cars
for 12" and 13" rim size ©2006, Kistler Instrumente AG, PO Box, Eulachstr. 22, CH-8408 Winterthur Tel +41 52 224 11 11, Fax +41 52 224 14 14, info@kistler.com, www.kistler.com This information corresponds to the current state of knowledge. Kistler reserves
the right to make technical changes. Liability for consequential damage resulting
from the use of Kistler products is excluded. Page 1/1 Force Checklist RoaDyn®-Adaptations 9268A_000-593e-08.06 No. Symb. Name Dimensions / mm Example 1 ET Offset of the wheel rim 42 2 D1 Rim diameter 16" 3 D2 Bolt pattern diameter 112 4 D3 Diameter of center pilot 57 E8 5 D4 Shaft diameter (if existing) 20 6 D5 Hub diameter 148 7 D6 Diameter of brake disk 280 8 L1 Rim size 7" (6,5") 9 L2 Length of center pilot 20 10 L3 Length of shaft (if existing) 35 11 L4 Distance from brake disk to
attachment face 15 12 L5 Thickness of brake disk 25 13 L6 Distance from brake caliper to
attachment face +20 14 R1 Radius of brake caliper 170 15 Car1 Tire size 205/
65R-16 16 Car2 Vehicle type Audi A6 17 Car3 Vehicle age 1998 18 Car4 Fuel: diesel or gasoline gasoline 19 Car5 Vehicle weight 1550 kg 20 Car6 Mounting positions
(FrontLeft, FR, RL, RR) all 21 M1 Nut/screw thread size M14x1,5 22 L7 Length of nut/screw head 24 23 L8 Length of thread 27 24 L9 Wrench size 19 25 α Angle of head (if conic) 60° 26 R2 Radius of head (if spherical) R 12,8 27 n Number of nuts/screws 5 screws 28 A1 Adaptation to RoaDyn type ... 9294A 29 A2 Weight optimized adaptation
needed' no 30 A3 Type of rim (2 or 3 pieces) 2 necessary information Customer: Responsible Person: Customer: Kistler: Date: Types 9292B..., 9294A,
9296A..., 9298B..., 9266A..., 9267A..., 9268A... ©2010 ... 2012, Kistler Group, Eulachstrasse 22, 8408 Winterthur, Switzerland Tel. +41 52 224 11 11, Fax +41 52 224 14 14, info@kistler.com, www.kistler.com
Kistler is a registered trademark of Kistler Holding AG. This information corresponds to the current state of knowledge. Kistler reserves
the right to make technical changes. Liability for consequential damage resulting
from the use of Kistler products is excluded. Page 1/4 Correvit® S-350 Non-Contact Optical Sensors CS350A_000-807e-03.12 Movement Technical Data
S-350 S-350 S-350 Performance Specifications Aqua D Racing Speed range km/h 0,5 ... 2501) ±0,5 ... 250 0,5 ... 400 Distance resolution mm 2,47 2,32 2,47 Measurement accuracy2) %FSO <±0,2 <±0,25 <±0,2 Angle range ° ±40 ±30 ±40 Angle resolution3) ° <±0,1 Meas. accuracy angle4) ° <±0,2 Measurement frequency Hz 250 Working distance/range mm 350 ±100 350 ±100 350 ±50
Signal Outputs
Output Dig1 pulses/ 1 ... 1 000/TTL IVI or Vl5) m
Output Dig2 kHz 0 ... 46/TTL Vq or angle5)
Output Dig3 pulses/ no 0 ... 1 000/ no 90° phase shifted m TTL6) to Dig 1
Output Ana1 V 0 ... 10 ''10 ... 10 0 ... 10 IVI or Vl5)
Output Ana2 V ''10 ... 10 Vq or angle7)
Output Ana3 ''angle V ''10 ... 10 ''10 ... 10 no Type CS350A... Patent No. DE 43 13 497 C2 The 2-axis Correvit S-350 sensors are designed for direct,
slip-free measurement of longitudinal and transversal vehicle
dynamics. ' Correvit S-350 Aqua and S-350D sensors with working range of 350 ±100 mm, applicable from 0,5 ... 250 km/h
(optional 400 km/h) ' Correvit S-350 Racing with working range of 350 ±50 mm, applicable from 0,5 ... 400 km/h ' Correvit S-350D: capable of detecting driving direction '' forward or backward '' throughout the entire speed range ' The S-350 Aqua sensor electronics provide option for con- nection of a gyro to attain yaw rate for measurement of
sideslip angle relative to the vehicle's center of gravity (not
applicable with S-350 Racing) ' Adjustable filter time (unfiltered, moving average 8 ... 512 ms, FIR 2 ... 100 Hz) Description
Correvit S-350 sensors produce un paralleled accuracy on all
standard testing surfaces, even under the most challenging
conditions.
Compact and lightweight, Correvit S-350 sensors can be easily operated. Versatile mounting equipment enables quick
and easy sensor installation.
S-350 sensors feature high-quality optical elements, the
newest optoelectronical components and state-of-the-
art high-performance signal processing based on DSP and
FPGA's. Speed and distance information is updated at 250 Hz
to track every highly dynamic maneuver.
Programmable, standardized signal outputs and interfaces allow direct connection to PC and virtually all data acquisition
systems, making all measured values directly available.
Durable technology guarantees negligible service and main-
tenance requirements. Application
High-precision, slip-free measurement of distance, speed
(longi tudinal/transversal) and angle for dynamic vehicle test-
ing, e.g. steady-state circular-course driving (ISO 4138).
The extended working range of the Correvit S-350 Aqua sen-
sors make them ideal for measurement of transversal dyna mics
with trucks, busses, and off-road vehicles. Correvit® S-350 Aqua
Correvit® S-350D Correvit® S-350 Racing 1) optional: calibrated up to 400 km/h
2) determined on test surface with distance >200 m
3) determined at 50 km/h and default settings
4) determined on test surface with distance >200 m in the range of ±30 °
5) switching-over between the respective measured variables
via CeCalWin Pro possible
6) dependent on direction
7) switching-over between the respective measured variables
via CeCalWin Pro possible (only for S-350 Racing) Correvit® is a registered trademark of Kistler Holding AG ©2010 ... 2012, Kistler Group, Eulachstrasse 22, 8408 Winterthur, Switzerland Tel. +41 52 224 11 11, Fax +41 52 224 14 14, info@kistler.com, www.kistler.com
Kistler is a registered trademark of Kistler Holding AG. This information corresponds to the current state of knowledge. Kistler reserves
the right to make technical changes. Liability for consequential damage resulting
from the use of Kistler products is excluded. Page 2/4 Correvit® S-350 '' Non-Contact Optical Sensors, Type CS350A... CS350A_000-807e-03.12 8) S-350 Aqua: from serial number 640-084100 Technical Data (Continuation) S-350 S-350 S-350 Signal Inputs Aqua D Racing Trigger input yes yes no Analog input 1+2 V ''10 ... 10 ''10 ... 10 no Counter input kHz 0 ... 100 0 ... 100 no
Interfaces
CAN (Motorola/Intel) 2.0B USB (Full Speed) 2.0 2.0 no RS-232C yes
System Specifications
Power supply8) V 10 ... 28 Power consumption W 33 35 52 max. (at 12 V) Temperature range
Operation °C ''25 ... 50 Storage °C ''40 ... 85 Relative humidity % 5 ... 80 (non-condensing)
Protection standard
(cable mounted)
Sensor head IP67 Electronics IP30 IP30 IP50 Dimensions (LxWxH)
Sensor head mm 125x70x45 125x70x45 125x70x45 Electronics mm 180x125x95 180x125x95 145x107x37 Weight
Sensor head grams 500 Electronics grams 1 100 1 250 555 Shock g 50 half sine ms 6 Vibration g 10 Hz 10 ... 150 Illumination Halogen Halogen LED-IR 850 nm laser class1 Mounting With Kistler mounting equipment S-350 (see optional accesso-
ries). When mounting the sensor at the vehicle, the mounting
distance from the lower surface of the sensor body (not inclu-
ding the spray guard) to the road must be within the specified
range (see technical data, page 1). 350 mm 350 mm 350 mm longitudinal mounting transversal mounting ©2010 ... 2012, Kistler Group, Eulachstrasse 22, 8408 Winterthur, Switzerland Tel. +41 52 224 11 11, Fax +41 52 224 14 14, info@kistler.com, www.kistler.com
Kistler is a registered trademark of Kistler Holding AG. This information corresponds to the current state of knowledge. Kistler reserves
the right to make technical changes. Liability for consequential damage resulting
from the use of Kistler products is excluded. Page 3/4 Correvit® S-350 '' Non-Contact Optical Sensors, Type CS350A... CS350A_000-807e-03.12        [       Fig. 4: Dimensions Correvit® S-350 Racing electronics          Fig. 3: Dimensions Correvit® S-350 Aqua and S-350D electronics Fig. 1: Dimensions Correvit® S-350 Aqua and S-350D sensor Dimensions Mounting holes '5 (2x) 19 pin MIL plug Fig. 2: Dimensions Correvit® S-350 Racing sensor Mounting holes '5 (2x) 23 pin MIL plug ©2010 ... 2012, Kistler Group, Eulachstrasse 22, 8408 Winterthur, Switzerland Tel. +41 52 224 11 11, Fax +41 52 224 14 14, info@kistler.com, www.kistler.com
Kistler is a registered trademark of Kistler Holding AG. This information corresponds to the current state of knowledge. Kistler reserves
the right to make technical changes. Liability for consequential damage resulting
from the use of Kistler products is excluded. Page 4/4 Correvit® S-350 '' Non-Contact Optical Sensors, Type CS350A... CS350A_000-807e-03.12 Included Accessories Type/Art. No. ' Mini folding rule KCD14643 ' Multimedia-CD incl. software & manuals KCD11343 ' Sensor calibration (DIN EN ISO 9001) KCD11427 ' Hexagon wrench 6 kt 4 mm KCD14283 ' Screw set for S-350 KCD17193 Additional for S-350 Aqua Sensors Type/Art. No. ' Power cable, MIL, 6 pin. Banana, l = 2 m KCD17360 ' Connection cable CAN, l = 2 m KCD13946 ' Connection cable RS-232C, l = 2 m KCD13425 ' Connection cable USB, l = 2 m KCD13947 ' Distribution cable, D-Sub, 2 x BNC, l = 1 m KCD10523
' Halogen lamp 20 W/12 V KCD14893 ' Tool to exchange the sensor halogen lamp KCD15437 ' Screw driver Torx T10 KCD15887 ' Transport case, complete KCD17198 Additional for S-350 Racing Sensors Type/Art. No. ' Combined power and data cable, l = 2 m KCD15821 ' USB Adapter (USB 1.0 to RS-232C) KCD13971 ' Transport case complete KCD17199 Optional Accessories Type/Art. No. ' Suction holder S-350 KCD15408 ' Magnetic holder S-350 KCD15213 ' Brake switch KCD11199 ' Light barrier KCD11357 Optional Accessories for S-350 Racing Type/Art. No. ' Triggerbox KCD11346 Ordering Example Type CS350A221111 S-350 Aqua sensor, standard halogen illumination, 5 m cable, standard
electronics, ±10 V, longitudinal mounting direction Ordering Key
Type CS350A Sensor Head
Racing (Infrared) 1 Aqua (Halogen) 2 Sensor Cable
2 m 1 5 m 2
10 m 3 15 m 4 20 m 5 Electronics
Standard 1
Racing 2 Standard with direction detection 3 Interface Outputs
±10 V 1
±5 V 2 Mounting Directions
Longitudinal 1
Transversal 2 Interface Inputs
±10 V 1
0 ... 5 V 2 Corsa elettrica utile (C.E.U.) 25/50/75/100/125/150/200/250
Risoluzione infinita
Grado di protezione IP60 Linearità indipendente vedi tabella (entro la C.E.U.)
Velocità di spostamento < = 10 m/s Forza di spostamento < = 0.5N Durata di vita >25x106m percorsi,oppure 100x106manovre,dei due il più restrittivo (entro la C.E.U.) Vibrazioni 5...2000Hz, Amax =0,75 mm amax. = 20 g Shock 50 g, 11ms. Tolleranza sulla resistenza ± 20% Corrente raccomandata nel < 0,1 mA circuito di cursore Massima corrente nel circuito di cursore in caso di 10mA malfunzionamento
Tensione max. applicabile Vedi tabella Isolamento elettrico >100MΩ a 500V=, 1bar, 2s Rigidità dielettrica < 100 mA a 500V~, 50Hz, 2s, 1bar Dissipazione a 40°C vedi tabella (0W a 120°C) Coeff. termico effettivo < 1,5ppm/°C della tensione di uscita
Temperatura d''impiego -30. .+100°C Temperatura di stoccaggio -50. .+120°C Materiale costruttivo corpo Al uminio anodizzato trasduttore Nylon 66 G 25 Materiale costruttivo albero Acciaio Inox di trascinamento AISI 303 Fissaggio Meccanico con staffe e snodi autoallineanti o flangia PZ12 TRASDUTTORE RETTILINEO DI POSIZIONE A CORPO CILINDRICO Caratteristiche applicative
' La custodia cilindrica da 1/2 pollice, unitamente alla disponibilità di tutti i sistemi di fissaggio (staffe, snodi o flangia), rende la serie PZ12 particolarmente versatile per la risoluzione di una gamma sempre più ampia di applicazioni ' La struttura ottimizzata dal punto di vista meccanico rende il prodotto idoneo alla sviluppo di varie esecuzioni speciali(per dettagli, rivolgersi al servizio clienti Gefran) ' L'' installazione é resa più semplice dall''assenza di una variazione di segnale elettrico in uscita, all''esterno della corsa elettrica teorica ' Ideale per macchine per la lavorazione e rifinitura di legno e vetro come anche per banchi prova nel settore automotive CARATTERISTICHE TECNICHE DIMENSIONI MECCANICHE Importante: Tutti i dati riportati a catalogo per i valori di linearità, durata di vita, ripetibilità, coefficienti di temperatura, sono validi per l''utilizzo del sensore come partitore di tensione con una corrente massima circolante nel cursore Ic ' 0.1 mA. sede per viti M4 ø profondità 4 consigliato regolabile cavo 3 poli metri 1 cavo 3 poli metri 1 3 fori
a 120' PZ12-S PZ12-F PZ12-A SIGLA DI ORDINAZIONE GEFRAN spa via Sebina, 74 25050 PROVAGLIO D''ISEO (BS) - ITALIA tel. 0309888.1 - fax. 0309839063 Internet: http://www.gefran.com DTS_PZ12_11-2012_ITA DATI ELETTRICI / MECCANICI GEFRAN spa si riserva il diritto di apportare modifiche estetiche o funzionali in qualsiasi momento e senza preavviso alcuno Es.:PZ12 - S - 25 Trasduttore di posizione modello PZ12,montaggio su flangia, corsa elettrica utile (C.E.U.) 25mm. MODELLO Corsa elettrica utile (C.E.U.) + 1 / -0 Corsa elettrica teorica (C.E.T.) ± 1
Resistenza (sulla C.E.T.)
Linearità indipendente (entro la C.E.U.)
Dissipazione a 40°C (0W a 120°C)
Tensione max. applicabile
Corsa meccanica (C.M.) mod. PZ12 - S Lunghezza custodia (A) mod. PZ12 - A mod. PZ12 - F Interasse staffe consigliato (B)
Interasse min. fra snodi (C) mod. PZ12 - S Peso mod. PZ12 - A mod. PZ12 - F Trasduttore di posizione PZ12 CONNESSIONI ELETTRICHE Codice Staffa di fissaggio PZ12-S (2 pz inclusi nella confezione) STA074 Modello Montaggio su staffe S
Montaggio su snodi A autoallineanti
Montaggio su flangia F ACCESSORI mm mm kΩ ± % W V mm
mm mm mm
mm
mm g g g 25 25 50 50 75 75 100 100 125 125 150 150 1 0,2 0,5 20 2 0,1 1 40 3 0,1 1,5 4 0,1 2 5 0,05 2,5 6 0,05 3 74,5 102 74,5 42 153 45 70 60 99,5 127 99,5 67 178 55 80 70 124,5 152 124,5 92 203 65 90 80 149,5 177 149,5 117
228 75 100 90 174,5 202 174,5 142
253 85 110 100 199,5 227 199,5 167
278 95 120 110 200 200 250 250 8 0,05 3 6 0,05 3 249,5 277 249,5 217
328
115 140 130 299,5 327 299,5 267
378
135 160 150 uscita cavo
blu
giallo marrone Lato connessioni C.E.U. +1 60 C.E.U. +5 AVVERTENZE PER L''INSTALLAZIONE ' Rispettare le connessioni elettriche indicate (non utilizzare il
trasduttore come una resistenza variabile) ' Effettuare la calibrazione del trasduttore avendo cura di
regolare la corsa in modo che l''uscita non scenda sotto l''1%
o salga oltre il 99% del valore della tensione di alimentazione. 0 0 0 X 0 0 0 X 0 0 Nessun certificato 0 allegato Curva di linearità L da allegare
Lunghezza cavo 1 mt 0 Lunghezza cavo 2 mt 2 Lunghezza cavo 3 mt 3 Altre lunghezze a richiesta ....
Colore teste in plastica 0 (verde) Colore teste in plastica N (nero) Robert Bosch GmbH
Automotive Aftermarket
Postfach 410960
76225 Karlsruhe
Germany www.bosch-sensoren.de High-pressure sensors
Measurement up to 25 MPa
' Ratiometric signal evaluation (relative to supply voltage) ' Self-monitoring offset and sensitivity. ' Excellent media resistance as the medium only comes into contact
with stainless steel. ' Resistant to brake fluids, mineral oils, fuel, water and air. ' Protection against reverse polarity, overvoltage and short circuit of the
output to supply voltage or ground. Application
Pressure sensors of this type are used in
motor vehicles to measure the pressure
in a braking system or in the fuel rail of
engines with direct gasoline injection or
the diesel common rail system. Design and operation
Polysilicon thin-film metal strain gauge
elements are used. These are connected
to form a Wheatstone bridge. This
permits good signal utilization and
temperature compensation.
The measurement signal is amplified in an
evaluation IC and corrected in terms of
offset and sensitivity. Further
temperature compensation is then
implemented, so that the calibrated
measurement cell and ASIC unit exhibits
only a low degree of dependence on
temperature.
The evaluation IC also incorporates a
diagnosis function for detection of the
following possible faults:
'' Break in bonding wire to measurement
cell.
'' Break in any signal wire at any point.
'' Break in supply and ground wire at any
point. Only for 0 265 005 303
The following additional diagnostic
function distinguishes this sensor from
conventional sensors:
Comparison of two signal paths in the
sensor enables
'' Offset error
'' Amplification error
to be detected. Storage conditions
Temperature range: -30...+60 °C
Rel. humidity: 0...80 % rF
Maximum storage time: 5 years
The specified storage conditions do not
cause any change in function.
The sensors are no longer to be used once the maximum storage time has
expired. Explanation of characteristic quantities
U Output voltage u Supply voltage bar Pressure ] Feed voltage p Pressure [MPa] ë 0.1 à 0.8/Pn MPa! '' Rated pressure [MPa] For 0 265 005 303: ' 0,75 à 0,12 · p / '' 1/3 0 265 005 303 Part number 0 265 005 303 Technical data Pressure range '' bar (MPa) 250 ( 25 ) Thread M 10 x 1 Connector PSA Application/medium Brake fluid Accuracy of offset u 2,0 % Accuracy of sensitivity at 5 V - in range 0...35 bar FS 1) of measured valuee 0,7 % Accuracy of sensitivity at 5 V - in range 35...250 bar FS 1) of measured valuee 5,0 % 3) Supply voltage u V 5 + 0,25 Supply current K mA e 20 Output current I zA...mA -100...3 Temperature range °C - 40 ...+ 120 Max. overpressure í bar 350 Rupture pressure ï bar > 500 Tightening torque é Nm 20 + 2 Accessories are not included in the scope of delivery and are therefore to be ordered separately as required. 1))Available from Tyco Electronics Dimensional drawing A Space required for connector, approx. 25 mm B Space required for connector, approx. 50 mm SW Width across flats Pin 1 GND ground
Pin 2 Output voltage U Pin 3 Supply voltage u Characteristic curve U = ( à + ë) · ] O Oberer Bereich für Signal Range
Check SRC U Unterer Bereich für Signal Range
Check SRC Characteristic curve Measurement circuit 2/3 0 265 005 303 Accessories Part number Connector housing Tyco number 2-967 642-1 1) Contact pins Tyco number 965 907-1 1) Individual seal Tyco number 967 067-1 1) Accessories are not included in the scope of delivery and are therefore to be ordered separately as required. 1)) Available from Tyco Electronics 3/3 0 265 005 303    
 
       
   
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/ &  .  &1 +.
/ , 3$6    3  6     / % $&'()
/ % $&'() M  %    . 4  . ,    ! ' +- . .  ! 1/6 www.ni.com Back to Top Back to Top Back to Top The NI 9401 is an eight-channel, 100 ns bidirectional digital input C Series module for any NI CompactDAQ or CompactRIO chassis. You can configure the direction of the digital lines on the NI 9401
for input or output by nibble (four bits). Thus, you can program the NI 9401 for three configurations '' eight digital inputs, eight digital outputs, or four digital inputs and four digital outputs. With
reconfigurable I/O (RIO) technology (CompactRIO only), you can use the NI LabVIEW FPGA Module to program the NI 9401 for implementing custom, high-speed counter/timers, digital
communication protocols, pulse generation, and much more. Each channel is compatible with 5 V/TTL signals and features 1,000 Vrms transient isolation between the I/O channels and the
backplane. The NI 9934 (or other 25-pin D-Sub connector) is required for use with the NI 9401 module. The module includes a screw-terminal connector with strain relief as well as a D-Sub solder cup backshell
for creating custom cable assemblies.
Requirements and Compatibility OS Information Real-Time OS
Windows Driver Information NI-DAQmx
NI-RIO Software Compatibility LabVIEW
LabVIEW SignalExpress
LabWindows/CVI
Measurement Studio
Visual Studio
Visual Studio .NET
Comparison Tables Product Name Signal Levels Number of Channels Connectivity Speed Special Features NI 9401 TTL 8 25-Pin D-Sub 100 ns Bidirectional, nibble configurable NI 9402 LV TTL 4 BNC 50 ns Bidirectional shift on the fly by channel NI 9403 TTL 32 37-Pin D-Sub 7 µs Bidirectional, configurable by line Technical Sales (866) 531-6285 orders@ni.com | | Print E-mail this Page Open Document as PDF Last Revised: 2010-02-10 17:19:41.0 NI 9401 8 Ch, 5 V/TTL High-Speed Bidirectional C Series Digital I/O Module 8-channel, 100 ns ultrahigh-speed digital I/O 5 V/TTL, sinking/sourcing digital I/O Bidirectional, configurable by nibble (4 bits) Industry-standard 25-pin D-Sub connector Hot-swappable operation -40 to 70 °C operating range Overview | | | Requirements and Compatibility Ordering Information Detailed Specifications Pinouts/Front Panel Connections For user manuals and dimensional drawings, visit the product page resources tab on ni.com. 2/6 www.ni.com Back to Top Back to Top
Application and Technology High-performance digital output and switching modules for NI CompactDAQ systems, CompactRIO embedded systems, and R Series expansion chassis provide extended voltage ranges and
high-current-switching capacity for direct control of a wide array of industrial and automotive actuators. Each module features an integrated connector junction box with screw-terminal or cable
options for flexible, low-cost signal wiring. All modules feature CompactRIO extreme industrial certifications and ratings including -40 to 70 °C operating temperatures and 50 g shock. When used in CompactRIO, NI C Series digital output modules connect directly to reconfigurable I/O (RIO) field-programmable gate array (FPGA) hardware to create high-performance embedded
systems. The reconfigurable FPGA hardware within CompactRIO provides a variety of options for timing, triggering, synchronization, digital waveform generation, or digital communication. For
instance, with CompactRIO, you can implement a circuit to generate pulse-width modulation (PWM) outputs for controlling motors, heaters, or fans as well as to perform pulse code modulation
encoding (PCME) for wireless telemetry applications. The C Series hardware family features more than 50 measurement modules and several chassis and carriers for deployment. With this variety of modules, you can mix and match measurements
such as temperature, acceleration, flow, pressure, strain, acoustic, voltage, current, digital, and more to create a custom system. Install the modules in one of several carriers to create a single
module USB, Ethernet, or Wi-Fi system, or combine them in chassis such as NI CompactDAQ and CompactRIO to create a mixed-measurement system with synchronized measurements. You can
install up to eight modules in a simple, complete NI CompactDAQ USB data acquisition system to synchronize all of the analog output, analog input, and digital I/O from the modules. For a system
without a PC, CompactRIO holds up to eight modules and features a built-in processor, RAM, and storage for an embedded data logger or control unit. For higher-speed control, CompactRIO
chassis incorporate a field-programmable gate array (FPGA) that you can program with LabVIEW software to achieve silicone-speed processing on I/O data from C Series modules.
Ordering Information For a complete list of accessories, visit the product page on ni.com. Products Part Number Recommended Accessories Part Number NI 9401 Counter FrontMount Acc NI 9401 with Front-Mount Accessories Requires: 1 Terminal Block ; 779351-01 Terminal Block: screwTerminal - NI 9924, Front-mount 25-pin D-SUB to screw terminals 781922-01
Support and Services System Assurance Programs NI system assurance programs are designed to make it even easier for you to own an NI system. These programs include configuration and deployment services for your NI PXI, CompactRIO, or
Compact FieldPoint system. The NI Basic System Assurance Program provides a simple integration test and ensures that your system is delivered completely assembled in one box. When you
configure your system with the NI Standard System Assurance Program, you can select from available NI system driver sets and application development environments to create customized,
reorderable software configurations. Your system arrives fully assembled and tested in one box with your software preinstalled. When you order your system with the standard program, you also
receive system-specific documentation including a bill of materials, an integration test report, a recommended maintenance plan, and frequently asked question documents. Finally, the standard
program reduces the total cost of owning an NI system by providing three years of warranty coverage and calibration service. Use the online product advisors at ni.com/advisor to find a system
assurance program to meet your needs. Calibration NI measurement hardware is calibrated to ensure measurement accuracy and verify that the device meets its published specifications. To ensure the ongoing accuracy of your measurement
hardware, NI offers basic or detailed recalibration service that provides ongoing ISO 9001 audit compliance and confidence in your measurements. To learn more about NI calibration services or to
locate a qualified service center near you, contact your local sales office or visit ni.com/calibration. Technical Support Get answers to your technical questions using the following National Instruments resources. Support - Visit ni.com/support to access the NI KnowledgeBase, example programs, and tutorials or to contact our applications engineers who are located in NI sales offices around the world and speak the local language.
Discussion Forums - Visit forums.ni.com for a diverse set of discussion boards on topics you care about. Online Community - Visit community.ni.com to find, contribute, or collaborate on customer-contributed technical content with users like you. Repair While you may never need your hardware repaired, NI understands that unexpected events may lead to necessary repairs. NI offers repair services performed by highly trained technicians who
quickly return your device with the guarantee that it will perform to factory specifications. For more information, visit ni.com/repair. Training and Certifications The NI training and certification program delivers the fastest, most certain route to increased proficiency and productivity using NI software and hardware. Training builds the skills to more efficiently
develop robust, maintainable applications, while certification validates your knowledge and ability. Classroom training in cities worldwide - the most comprehensive hands-on training taught by engineers. On-site training at your facility - an excellent option to train multiple employees at the same time. Online instructor-led training - lower-cost, remote training if classroom or on-site courses are not possible. Course kits - lowest-cost, self-paced training that you can use as reference guides. Training memberships and training credits - to buy now and schedule training later. Visit ni.com/training for more information. Extended Warranty 3/6 www.ni.com Back to Top Extended Warranty NI offers options for extending the standard product warranty to meet the life-cycle requirements of your project. In addition, because NI understands that your requirements may change, the
extended warranty is flexible in length and easily renewed. For more information, visit ni.com/warranty. OEM NI offers design-in consulting and product integration assistance if you need NI products for OEM applications. For information about special pricing and services for OEM customers, visit
ni.com/oem. Alliance Our Professional Services Team is comprised of NI applications engineers, NI Consulting Services, and a worldwide National Instruments Alliance Partner program of more than 700 independent
consultants and integrators. Services range from start-up assistance to turnkey system integration. Visit ni.com/alliance.
Detailed Specifications The following specifications are typical for the range ''40 to 70 °C unless otherwise noted. All voltages are relative to COM unless otherwise noted. Input/Output Characteristics Number of channels 8 DIO channels Default power-on line direction Input Input/output type TTL, single-ended Digital logic levels Input Voltage 5.25 V max High, V IH 2 V min Low, V IL 0.8 V max Output High, V , 5.25 V max OH Sourcing 100 μA 4.7 V min Sourcing 2 mA 4.3 V min Low, V OL Sinking 100 μA 0.1 V max Sinking 2 mA 0.4 V max Maximum input signal switching frequency by number of input channels, per channel 8 input channels 9 MHz 4 input channels 16 MHz 2 input channels 30 MHz Maximum output signal switching frequency by number of output channels with an output load of 1 mA, 50 pF, per channel 8 output channels 5 MHz 4 output channels 10 MHz 2 output channels 20 MHz I/O propagation delay 100 ns max I/O pulse width distortion 10 ns typ Input current (0 V ' V ' 4.5 V) in ±250 μA typ Input capacitance 30 pF typ Input rise/fall time 500 ns max Overvoltage protection, channel-to-COM ±30 V max on one channel at a time; however, continued use at this level will
degrade the life of the module. MTBF 1,244,763 hours at 25 °C; Bellcore Issue 2, Method 1, Case 3, Limited Part
Stress Method Note Contact NI for Bellcore MTBF specifications at other temperatures or for MIL-HDBK-217F specifications. 4/6 www.ni.com Power Requirements Power consumption from chassis Active mode 580 mW max Sleep mode 1 mW max Thermal dissipation (at 70 °C) Active mode 580 mW max Sleep mode 1 mW max Physical Characteristics Weight 145 g (5.1 oz) Safety If you need to clean the module, wipe it with a dry towel. Maximum Voltage 1 Connect only voltages that are within the following limits. Channel-to-COM ±30 V max on one channel at a time, Measurement Category I Isolation Voltages Channel-to-channel None Channel-to-earth ground Continuous 60 VDC, Measurement Category I Withstand 1,000 V , verified by a 5 s dielectric withstand test rms Measurement Category I is for measurements performed on circuits not directly connected to the electrical distribution system referred to as MAINS voltage. This category is for 2 measurements of voltages from specially protected secondary circuits. Such voltage measurements include signal levels, special equipment, limited-energy parts of equipment,
circuits powered by regulated low-voltage sources, and electronics. Caution Do connect the NI 9401 to signals or use for measurements within Measurement Categories II, III, or IV. not Safety Standards This product is designed to meet the requirements of the following standards of safety for electrical equipment for measurement, control, and laboratory use:
IEC 61010-1, EN 61010-1
UL 61010-1, CSA 61010-1 Note For UL and other safety certifications, refer to the product label or the section. Online Product Certification Hazardous Locations U.S. (UL) Class I, Division 2, Groups A, B, C, D, T4; Class I, Zone 2, AEx nC IIC T4 Canada (C-UL) Class I, Division 2, Groups A, B, C, D, T4; Class I, Zone 2, Ex nC IIC T4 Europe (DEMKO) EEx nC IIC T4 Environmental National Instruments C Series modules are intended for indoor use only but may be used outdoors if installed in a suitable enclosure. Refer to the manual for the chassis you are
using for more information about meeting these specifications. Operating temperature (IEC 60068-2-1, IEC 60068-2-2) '' 40 to 70 °C Storage temperature (IEC 60068-2-1, IEC 60068-2-2) '' 40 to 85 °C Ingress protection IP 40 Operating humidity (IEC 60068-2-56) 10 to 90% RH, noncondensing Storage humidity (IEC 60068-2-56) 5 to 95% RH, noncondensing Maximum altitude 2,000 m Pollution Degree (IEC 60664) 2 Shock and Vibration To meet these specifications, you must panel mount the system. Operating vibration Random (IEC 60068-2-64) 5 g , 10 to 500 Hz rms Sinusoidal (IEC 60068-2-6) 5 g, 10 to 500 Hz Operating shock (IEC 60068-2-27) 30 g, 11 ms half sine, 50 g, 3 ms half sine, 18 shocks at 6 orientations 5/6 www.ni.com Back to Top Electromagnetic Compatibility This product is designed to meet the requirements of the following standards of EMC for electrical equipment for measurement, control, and laboratory use:
EN 61326 EMC requirements; Industrial Immunity
EN 55011 Emissions; Group 1, Class A
CE, C-Tick, ICES, and FCC Part 15 Emissions; Class A Note For EMC compliance, operate this device with shielded cables. CE Compliance This product meets the essential requirements of applicable European Directives, as amended for CE marking, as follows:
2006/95/EC; Low-Voltage Directive (safety)
2004/108/EC; Electromagnetic Compatibility Directive (EMC) Note For the standards applied to assess the EMC of this product, refer to the section. Online Product Certification Online Product Certification Refer to the product Declaration of Conformity (DoC) for additional regulatory compliance information. To obtain product certifications and the DoC for this product, visit , search by module number or product line, and click the appropriate link in the Certification column. ni.com/certification Environmental Management National Instruments is committed to designing and manufacturing products in an environmentally responsible manner. NI recognizes that eliminating certain hazardous
substances from our products is beneficial not only to the environment but also to NI customers. For additional environmental information, refer to the Web page at . This page contains the environmental regulations and directives NI and the Environment ni.com/environment with which NI complies, as well as other environmental information not included in this document. Waste Electrical and Electronic Equipment (WEEE) EU Customers At the end of their life cycle, all products be sent to a WEEE recycling center. For more information about WEEE recycling centers and National must Instruments WEEE initiatives, visit . ni.com/environment/weee.htm 1 The maximum voltage that can be applied or output between any channel and COM without damaging the module or other devices.
2 MAINS is defined as the (hazardous live) electrical supply system to which equipment is designed to be connected for the purpose of powering the equipment. Suitably rated measuring circuits may
be connected to the MAINS for measuring purposes. 6/6 www.ni.com Back to Top Pinouts/Front Panel Connections ©2010 National Instruments. All rights reserved. CompactRIO, CVI, FieldPoint, LabVIEW, Measurement Studio, National Instruments, National Instruments Alliance Partner, NI, ni.com, NI CompactDAQ, and SignalExpress are trademarks of National Instruments. The mark LabWindows is used under a license from Microsoft Corporation. Windows is a registered trademark of Microsoft Corporation in the United States and other countries. Other product and company names listed are trademarks or trade names of their respective companies. A National Instruments Alliance Partner is a business entity independent from National Instruments and has no agency, partnership, or joint-venture relationship with National Instruments. | | | | My Profile RSS Privacy Legal Contact NI © 2012 National Instruments Corporation. All rights reserved. 1/9 www.ni.com Back to Top Back to Top The NI 9205 is a C Series analog input module for use with NI CompactDAQ and CompactRIO chassis. It features 32 single-ended or 16 differential analog inputs, 16-bit resolution, and a maximum
sampling rate of 250 kS/s. Each channel has programmable input ranges of ±200 mV, ±1 V, ±5 V, and ±10 V. To protect against signal transients, the NI 9205 includes up to 60 V of overvoltage
protection between input channels and common (COM). In addition, the NI 9205 includes a channel-to-earth ground double-isolation barrier for safety, noise immunity, and high common-mode
voltage range. It is rated for 1,000 Vrms transient overvoltage protection.
Requirements and Compatibility OS Information Real-Time OS
Windows Driver Information NI-DAQmx
NI-RIO Software Compatibility LabVIEW
LabVIEW SignalExpress
LabWindows/CVI
Measurement Studio
Visual C++
Visual Studio
Visual Studio .NET
Comparison Tables Module Signal Type Channels Sample Rate Resolution (bits) 9201 Voltage 8 500 kS/s 12 9203 Current 8 200 kS/s 16 9205 Voltage 32 SE/16 DI 250 kS/s 16 9206 CAT I isolated voltage 16 DI 250 kS/s 16 9215 Voltage 4 100 kS/s per channel 16 9217 RTD 4 400 S/s 24 Technical Sales (866) 531-6285 orders@ni.com | | Print E-mail this Page Open Document as PDF Last Revised: 2010-06-04 15:30:49.0 32 Ch, ±200 mV to ±10 V, 16-Bit, 250 kS/s C Series Analog Input Module NI 9205 32 single-ended or 16 differential analog inputs 16-bit resolution; 250 kS/s aggregate sampling rate ±200 mV, ±1 V, ±5 V, and ±10 V programmable input ranges Hot-swappable operation; overvoltage protection; isolation; NIST-traceable calibration -40 to 70 °C operating range Spring terminal or D-Sub connectivity Overview | | Requirements and Compatibility Ordering Information Detailed Specifications For user manuals and dimensional drawings, visit the product page resources tab on ni.com. 2/9 www.ni.com Back to Top Module Signal Type Channels Sample Rate Resolution (bits) 9221 Voltage 8 800 kS/s 12 9227 Current 4 50 kS/s per channel 24 9233 IEPE 4 50 kS/s per channel 24 9235/9236 Quarter-Bridge 8 10 kS/s per channel 24 9237 Bridge 4 50 kS/s per channel 24
Application and Technology High-accuracy NI C Series analog input modules for NI CompactDAQ and CompactRIO provide high-performance measurements for a wide variety of industrial, in-vehicle, and laboratory sensors
and signal types. Each module includes built-in signal conditioning and an integrated connector with screw terminal or cable options for flexible and low-cost signal wiring. All modules feature
CompactRIO Extreme Industrial Certifications and Ratings. C Series Compatibility The C Series hardware family features more than 50 measurement modules and several chassis and carriers for deployment. With this variety of modules, you can mix and match measurements
such as temperature, acceleration, flow, pressure, strain, acoustic, voltage, current, digital, and more to create a custom system. Install the modules in one of several carriers to create a single
module USB, Ethernet, or Wi-Fi system, or combine them in chassis such as NI CompactDAQ and CompactRIO to create a mixed-measurement system with synchronized measurements. You can
install up to eight modules in a simple, complete NI CompactDAQ USB data acquisition system to synchronize all of the analog output, analog input, and digital I/O from the modules. For a system
without a PC, CompactRIO holds up to eight modules and features a built-in processor, RAM, and storage for an embedded data logger or control unit. For higher-speed control, CompactRIO
chassis incorporate a field-programmable gate array (FPGA) that you can program with NI LabVIEW software to achieve silicon-speed processing on I/O data from C Series modules. Advanced Features When used with CompactRIO, C Series analog input modules connect directly to reconfigurable I/O (RIO) FPGA hardware to create high-performance embedded systems. The reconfigurable FPGA
hardware within CompactRIO provides a variety of options for custom timing, triggering, synchronization, filtering, signal processing, and high-speed decision making for all C Series analog modules.
For instance, with CompactRIO, you can implement custom triggering for any analog sensor type on a per-channel basis using the flexibility and performance of the FPGA and the numerous
arithmetic and comparison function blocks built into the LabVIEW FPGA Module. Key Features High-accuracy, high-performance analog measurements for any CompactRIO embedded system, R Series expansion chassis, or NI CompactDAQ chassis
Screw terminals, BNC, D-Sub, spring terminals, strain relief, high voltage, cable, solder cup backshell, and other connectivity options
Available channel-to-earth ground double-isolation barrier for safety, noise immunity, and high common-mode voltage range
CompactRIO Extreme Industrial Certifications and Ratings
Built-in signal conditioning for direct connection to sensors and industrial devices Visit or for up-to-date information on module availability, example programs, application notes, and other developer tools. ni.com/compactrio ni.com/compactdaq Connectivity Accessories There are two connector options for the NI 9205: a 36-position spring terminal connector for direct connectivity or a 37-position D-Sub connector. To add strain relief and high-voltage protection to the
36-position terminal of the NI 9205, NI recommends the NI 9940 strain-relief connector accessory. The NI 9205 with D-Sub option has an industry-standard 37-position D-Sub connector that provides a low-cost cabling option to a wide variety of accessories from NI or other vendors. A number of
vendors who offer custom D-Sub cable fabrication services can provide cables with a pinout that matches your exact application needs. The NI 9933 (or other 37-pin D-Sub connector) is required for
use with the NI 9205 with D-Sub. The NI 9933 includes a screw-terminal connector with strain relief as well as a D-Sub solder cup backshell for creating custom cable assemblies. The NI 9933 includes a screw-terminal connector with strain relief as well as a D-Sub solder cup backshell for creating custom cable assemblies for any module with a 37-pin D-Sub connector. The NI 9940 connector kit provides strain relief and operator protection from high-voltage signals for any 36-position spring terminal module. 3/9 www.ni.com Back to Top Back to Top Back to Top NI 9940 Connector Kit
Ordering Information For a complete list of accessories, visit the product page on ni.com. Products Part Number Recommended Accessories Part Number NI 9205 Voltage NI 9205 with Spring Terminals Requires: 1 Connectivity Accessories ; 779519-01 Connectivity Accessories: screwTerminal - NI 9940 Strain relief, operator protection (qty 1) 779567-01
Software Recommendations LabVIEW Professional
Development System for
Windows
Advanced software tools for large project development
Automatic code generation using DAQ Assistant and
Instrument I/O Assistant
Tight integration with a wide range of hardware
Advanced measurement analysis and digital signal
processing
Open connectivity with DLLs, ActiveX, and .NET objects
Capability to build DLLs, executables, and MSI installers NI LabVIEW SignalExpress for
Windows
Quickly configure projects without programming
Control over 400 PC-based and stand-alone instruments
Log data from more than 250 data acquisition devices
Perform basic signal processing, analysis, and file I/O
Scale your application with automatic LabVIEW code
generation
Create custom reports or easily export data to LabVIEW,
DIAdem or Microsoft Excel NI LabWindows'/CVI for
Windows
Real-time advanced 2D graphs and charts
Complete hardware compatibility with IVI, VISA, DAQ,
GPIB, and serial
Analysis tools for array manipulation, signal processing
statistics, and curve fitting
Simplified cross-platform communication with network
variables
Measurement Studio .NET tools (included in
LabWindows/CVI Full only)
The mark LabWindows is used under a license from
Microsoft Corporation. NI Measurement Studio
Professional Edition
Customizable graphs and charts for WPF, Windows
Forms, and ASP.NET Web Forms UI design
Analysis libraries for array operations, signal generation,
windowing, filters, signal processing
Hardware integration support with native .NET data
acquisition and instrument control libraries
Automatic code generation for all NI-DAQmx data
acquisition hardware
Intelligent and efficient data-logging libraries for
streaming measurement data to disk
Support for Microsoft Visual Studio .NET 2012/2010/2008
Support and Services System Assurance Programs NI system assurance programs are designed to make it even easier for you to own an NI system. These programs include configuration and deployment services for your NI PXI, CompactRIO, or
Compact FieldPoint system. The NI Basic System Assurance Program provides a simple integration test and ensures that your system is delivered completely assembled in one box. When you
configure your system with the NI Standard System Assurance Program, you can select from available NI system driver sets and application development environments to create customized,
reorderable software configurations. Your system arrives fully assembled and tested in one box with your software preinstalled. When you order your system with the standard program, you also
receive system-specific documentation including a bill of materials, an integration test report, a recommended maintenance plan, and frequently asked question documents. Finally, the standard
program reduces the total cost of owning an NI system by providing three years of warranty coverage and calibration service. Use the online product advisors at ni.com/advisor to find a system
assurance program to meet your needs. 4/9 www.ni.com Back to Top Calibration NI measurement hardware is calibrated to ensure measurement accuracy and verify that the device meets its published specifications. To ensure the ongoing accuracy of your measurement
hardware, NI offers basic or detailed recalibration service that provides ongoing ISO 9001 audit compliance and confidence in your measurements. To learn more about NI calibration services or to
locate a qualified service center near you, contact your local sales office or visit ni.com/calibration. Technical Support Get answers to your technical questions using the following National Instruments resources. Support - Visit ni.com/support to access the NI KnowledgeBase, example programs, and tutorials or to contact our applications engineers who are located in NI sales offices around the world and speak the local language.
Discussion Forums - Visit forums.ni.com for a diverse set of discussion boards on topics you care about. Online Community - Visit community.ni.com to find, contribute, or collaborate on customer-contributed technical content with users like you. Repair While you may never need your hardware repaired, NI understands that unexpected events may lead to necessary repairs. NI offers repair services performed by highly trained technicians who
quickly return your device with the guarantee that it will perform to factory specifications. For more information, visit ni.com/repair. Training and Certifications The NI training and certification program delivers the fastest, most certain route to increased proficiency and productivity using NI software and hardware. Training builds the skills to more efficiently
develop robust, maintainable applications, while certification validates your knowledge and ability. Classroom training in cities worldwide - the most comprehensive hands-on training taught by engineers. On-site training at your facility - an excellent option to train multiple employees at the same time. Online instructor-led training - lower-cost, remote training if classroom or on-site courses are not possible. Course kits - lowest-cost, self-paced training that you can use as reference guides. Training memberships and training credits - to buy now and schedule training later. Visit ni.com/training for more information. Extended Warranty NI offers options for extending the standard product warranty to meet the life-cycle requirements of your project. In addition, because NI understands that your requirements may change, the
extended warranty is flexible in length and easily renewed. For more information, visit ni.com/warranty. OEM NI offers design-in consulting and product integration assistance if you need NI products for OEM applications. For information about special pricing and services for OEM customers, visit
ni.com/oem. Alliance Our Professional Services Team is comprised of NI applications engineers, NI Consulting Services, and a worldwide National Instruments Alliance Partner program of more than 700 independent
consultants and integrators. Services range from start-up assistance to turnkey system integration. Visit ni.com/alliance.
Detailed Specifications The following specifications are typical for the range ''40 to 70 °C unless otherwise noted. All voltages are relative to COM unless otherwise noted. Analog Input Characteristics Number of channels 32 single-ended or 16 differential analog input channels, 1 digital input channel,
and 1 digital output channel ADC resolution 16 bits DNL No missing codes guaranteed INL Refer to the AI Absolute Accuracy Tables and Formulas MTBF 775,832 hours at 25 °C; Bellcore Issue 6, Method 1, Case 3, Limited Part
Stress Method Note Contact NI for Bellcore MTBF specifications at other temperatures or for MIL-HDBK-217F specifications. Conversion time R Series Expansion chassis 4.50 μs (222 kS/s) All other chassis 4.00 μs (250 kS/s) Input coupling DC Nominal input ranges ±10 V, ±5 V, ±1 V, ±0.2 V Minimum overrange (for 10 V range) 4% Maximum working voltage for analog inputs (signal + common mode) Each channel must remain within ±10.4 V of common 5/9 www.ni.com Input impedance (AI-to-COM) Powered on >10 GΩ in parallel with 100 pF Powered off/overload 4.7 kΩ min Input bias current ±100 pA Crosstalk (at 100 kHz) Adjacent channels ''65 dB Non-adjacent channels ''70 dB Analog bandwidth 370 kHz Overvoltage protection AI channel (0 to 31) ±30 V (one channel only) AISENSE ±30 V CMRR (DC to 60 Hz) 100 dB Typical AI+ to AI'' CMRR graph Settling time for multichannel measurements, accuracy, all ranges ±120 ppm of full-scale step (±8 LSB) 4 μs convert interval ±30 ppm of full-scale step (±2 LSB) 8 μs convert interval Analog triggers Number of triggers 1 Resolution 10 bits, 1 in 1,024 Bandwidth (''3 dB) 370 kHz Accuracy ±1% of full scale Scaling coefficients Nominal Range (V) Typical Scaling Coefficient (μV/LSB) ±10 328 ±5 164.2 ±1 32.8 ±0.2 6.57 AI Absolute Accuracy Tables and Formulas The values in the following tables are based on calibrated scaling coefficients, which are stored in the onboard EEPROM. 6/9 www.ni.com Accuracy summary Nominal Range (V) Absolute Accuracy at Full Scale ( V) 1 μ Random Noise, ' (μV ) rms Sensitivity (μV) 2 ±10 6,230 240 96.0 ±5 3,230 116 46.4 ±1 690 26 10.4 ±0.2 174 10 4.0 Accuracy details Nominal Range (V) Residual Gain Error (ppm of Reading) Gain Tempco (ppm/°C) Reference Tempco Residual Offset Error (ppm of Range) Offset Tempco (ppm of Range/°C) INL Error (ppm of Range) ±10 115 11 5 20 44 76 ±5 135 11 5 20 47 76 ±1 155 11 5 25 66 76 ±0.2 215 11 5 40 162 76 Absolute accuracy formulas AbsoluteAccuracy = · + · + Reading GainError Range OffsetError NoiseUncertainty = + · + · GainError ResidualGainError GainTempco TempChangeFromLastInternalCal ReferenceTempco TempChangeFromLastExternalCal = + · + OffsetError ResidualOffsetError OffsetTempco TempChangeFromLastInternalCal INL_Error = ( · 3) /''100 for a coverage factor of 3 ' and averaging 100 points. NoiseUncertainty RandomNoise Absolute accuracy at full scale on the analog input channels is determined using the following assumptions: TempChangeFromLastExternalCal = 70 °C = 1 °C TempChangeFromLastInternalCal = 100 NumberOfReadings = 3 ' CoverageFactor For example, on the 10 V range, the absolute accuracy at full scale is as follows: GainError = 115 ppm + 11 ppm · 1 + 5 ppm · 70 = 476 ppm GainError = 20 ppm + 44 ppm · 1 + 76 ppm OffsetError = 140 ppm OffsetError = (240 μV · 3) /''100 NoiseUncertainty = 72 μV Noise Uncertainty = 10 V · 476 ppm + 10 V · 140 ppm + 72 μV AbsoluteAccuracy = 6,232 μV (rounds to 6,230 μV) AbsoluteAccuracy Digital Characteristics Digital input logic levels Level Min Max Input high voltage (V ) IH 2.0 V 3.3 V Input low voltage (V ) IL 0 V 0.34 V Digital output logic levels Level Min Max Output high voltage (V ), sourcing 75 μA OH 2.1 V 3.3 V Output low voltage (V ), sinking 250 μA OL 0 V 0.4 V Overvoltage protection ±30 V External digital triggers Source PFI0 Delay 100 ns max Note The digital output channel is supported only in CompactRIO systems. 7/9 www.ni.com Power Requirements Power consumption from chassis Active mode 625 mW max Sleep mode 15 mW Thermal dissipation (at 70 °C) Active mode 625 mW max Sleep mode 15 mW Physical Characteristics Spring-terminal wiring 18 to 28 AWG copper conductor wire with 7 mm (0.28 in.) of insulation stripped
from the end Weight NI 9205 with spring terminal 158 g (5.8 oz) NI 9205 with DSUB 148 g (5.3 oz) Safety If you need to clean the module, wipe it with a dry towel. Maximum Voltage 3 Connect only voltages that are within the following limits. AI, PFI0, and DO-to-COM ±30 VDC NI 9205 with Spring Terminal Isolation Voltages Channel-to-channel None Channel-to-earth ground Continuous 250 V , Measurement Category II rms Withstand 2,300 V , verified by a 5 s dielectric withstand test rms Measurement Category II is for measurements performed on circuits directly connected to the electrical distribution system. This category refers to local-level electrical distribution,
such as that provided by a standard wall outlet (e.g., 115 V for U.S. or 230 V for Europe). Examples of Measurement Category II are measurements performed on household
appliances, portable tools, and similar products. Caution Do connect the NI 9205 with spring terminal to signals or use for measurements within Measurement Categories III or IV. not NI 9205 with DSUB Isolation Voltages Channel-to-channel None Channel-to-earth ground Continuous 60 VDC, Measurement Category I Withstand 1,000 V , verified by a 5 s dielectric withstand test rms Measurement Category I is for measurements performed on circuits not directly connected to the electrical distribution system referred to as MAINS voltage. This category is for 4 measurements of voltages from specially protected secondary circuits. Such voltage measurements include signal levels, special equipment, limited-energy parts of equipment,
circuits powered by regulated low-voltage sources, and electronics. Caution Do connect the NI 9205 with DSUB to signals or use for measurements within Measurement Categories II, III, or IV. not Safety Standards This product is designed to meet the requirements of the following standards of safety for electrical equipment for measurement, control, and laboratory use:
IEC 61010-1, EN 61010-1
UL 61010-1, CSA 61010-1 Note For UL and other safety certifications, refer to the product label or the section. Online Product Certification Hazardous Locations U.S. (UL) Class I, Division 2, Groups A, B, C, D, T4; Class I, Zone 2, AEx nC IIC T4 Canada (C-UL) Class I, Division 2, Groups A, B, C, D, T4; Class I, Zone 2, Ex nC IIC T4 Europe (DEMKO) EEx nC IIC T4 Environmental National Instruments C Series modules are intended for indoor use only but may be used outdoors if installed in a suitable enclosure. Refer to the manual for the chassis you are
using for more information about meeting these specifications. Operating temperature (IEC 60068-2-1, IEC 60068-2-2) ''40 to 70 °C Storage temperature (IEC 60068-2-1, IEC 60068-2-2) ''40 to 85 °C 8/9 www.ni.com Back to Top Ingress protection IP 40 Operating humidity (IEC 60068-2-56) 10 to 90% RH, noncondensing Storage humidity (IEC 60068-2-56) 5 to 95% RH, noncondensing Maximum altitude 2,000 m Pollution Degree (IEC 60664) 2 Shock and Vibration To meet these specifications, you must panel mount the system and use a backshell kit or shielded cable to protect the connections. Use the NI 9940 backshell for the NI 9205
with spring terminal and a 37-pin shielded cable or the NI 9933 backshell for the NI 9205 with DSUB. Operating vibration Random (IEC 60068-2-64) 5 g , 10 to 500 Hz rms Sinusoidal (IEC 60068-2-6) 5 g, 10 to 500 Hz Operating shock (IEC 60068-2-27) 30 g, 11 ms half sine, 50 g, 3 ms half sine, 18 shocks at 6 orientations Electromagnetic Compatibility This product is designed to meet the requirements of the following standards of EMC for electrical equipment for measurement, control, and laboratory use:
EN 61326 EMC requirements; Industrial Immunity
EN 55011 Emissions; Group 1, Class A
CE, C-Tick, ICES, and FCC Part 15 Emissions; Class A Note For EMC compliance, operate this device with shielded cables. CE Compliance This product meets the essential requirements of applicable European Directives, as amended for CE marking, as follows:
2006/95/EC; Low-Voltage Directive (safety)
2004/108/EC; Electromagnetic Compatibility Directive (EMC) Note For the standards applied to assess the EMC of this product, refer to the section. Online Product Certification Online Product Certification Refer to the product Declaration of Conformity (DoC) for additional regulatory compliance information. To obtain product certifications and the DoC for this product, visit , search by module number or product line, and click the appropriate link in the Certification column. ni.com/certification Environmental Management National Instruments is committed to designing and manufacturing products in an environmentally responsible manner. NI recognizes that eliminating certain hazardous
substances from our products is beneficial not only to the environment but also to NI customers. For additional environmental information, refer to the Web page at . This page contains the environmental regulations and directives NI and the Environment ni.com/environment with which NI complies, as well as other environmental information not included in this document. Waste Electrical and Electronic Equipment (WEEE) EU Customers At the end of their life cycle, all products be sent to a WEEE recycling center. For more information about WEEE recycling centers and National must Instruments WEEE initiatives, visit . ni.com/environment/weee.htm Calibration (Analog Input) You can obtain the calibration certificate and information about calibration services for this device at ni.com/calibration. Calibration interval 2 years 1 Absolute accuracy values at full scale on the analog input channels assume the device is operating within 70 °C of the last external calibration and are valid for averaging 100 samples immediately
following internal calibration. Refer to the for more information. Absolute accuracy formulas 2 Sensitivity is the smallest voltage change that can be detected. It is a function of noise.
3 The maximum voltage that can be applied or output between AI and COM without creating a safety hazard.
4 MAINS is defined as the (hazardous live) electrical supply system to which equipment is designed to be connected for the purpose of powering the equipment. Suitably rated measuring circuits may
be connected to the MAINS for measuring purposes. 9/9 www.ni.com ©2010 National Instruments. All rights reserved. CompactRIO, CVI, FieldPoint, LabVIEW, Measurement Studio, National Instruments, National Instruments Alliance Partner, NI, ni.com, NI CompactDAQ, and SignalExpress are trademarks of National Instruments. The mark LabWindows is used under a license from Microsoft Corporation. Windows is a registered trademark of Microsoft Corporation in the United States and other countries. Other product and company names listed are trademarks or trade names of their respective companies. A National Instruments Alliance Partner is a business entity independent from National Instruments and has no agency, partnership, or joint-venture relationship with National Instruments. | | | | My Profile RSS Privacy Legal Contact NI © 2012 National Instruments Corporation. All rights reserved. 1/10 www.ni.com Back to Top Back to Top The National Instruments 9233 and 9234 are four-channel dynamic signal acquisition modules for making high-accuracy measurements from IEPE sensors. The NI 9233 and 9234 C Series analog
input modules deliver 102 dB of dynamic range and incorporate IEPE (2 mA constant current) signal conditioning for accelerometers and microphones. The four input channels simultaneously
acquire at rates from 2 to 50 kHz or, with the NI 9234, up to 51.2 kS/s. In addition, the modules include built-in antialiasing filters that automatically adjust to your sampling rate. Compatible with a
single-module USB carrier and NI CompactDAQ and CompactRIO hardware, the NI 9233 and 9234 are ideal for a wide variety of mobile/portable applications such as industrial machine condition
monitoring and in-vehicle noise, vibration, and harshness testing.
Comparison Tables Model Max Sampling Rate IEPE Coupling NI 9233 50 kS/s Always enabled (2 mA) AC coupling NI 9234 51.2 kS/s Software selectable (0 or 2 mA) Software selectable AC/DC coupling
Application and Technology Hardware Each simultaneous signal is buffered, analog prefiltered, and sampled by a 24-bit deltasigma analog-to-digital converter (ADC) that performs digital filtering with a cutoff frequency that automatically
adjusts to your data rate. The NI 9233 and 9234 feature a voltage range of ±5 V and a dynamic range of more than 100 dB. In addition, the modules include the capability to read and write to
transducer electronic data sheet (TEDS) Class 1 smart sensors. The NI 9233 and 9234 provide ±30 V of overvoltage protection (with respect to chassis ground) for IEPE sensor connections. The NI
9234 has three software-selectable modes of measurement operation: IEPE-on with AC coupling, IEPE-off with AC coupling, and IEPE-off with DC coupling. IEPE excitation and AC coupling are not
software-selectable and are always enabled for the NI 9233. The NI 9233 and 9234 use a method of A/D conversion known as delta-sigma modulation. If, for example, the data rate is 25 kS/s, then each ADC actually samples its input signal at 3.2 MS/s (128
times the data rate) and produces samples that are applied to a digital filter. This filter then expands the data to 24 bits, rejects signal components greater than 12.5 kHz (the Nyquist frequency), and
digitally resamples the data at the chosen data rate of 25 kS/s. This combination of analog and digital filtering provides an accurate representation of desirable signals while rejecting out-of-band
signals. The built-in antialiasing filters automatically adjust themselves to discriminate between signals based on the frequency range, or bandwidth, of the signal. Technical Sales (866) 531-6285 orders@ni.com | | Print E-mail this Page Open Document as PDF Last Revised: 2010-11-03 14:38:19.0 4-Channel, ±5 V, 50 kS/s per Channel, 24-Bit IEPE NI 9233 24-bit resolution 102 dB dynamic range 4 simultaneous analog inputs ±5 V input range Antialiasing filters TEDS read/write Supported in NI CompactDAQ, CompactRIO, and Hi-Speed USB carrier Overview | | Ordering Information Detailed Specifications Pinouts/Front Panel Connections For user manuals and dimensional drawings, visit the product page resources tab on ni.com. 2/10 www.ni.com USB Platform The NI Hi-Speed USB carrier makes portable data acquisition easy. Simply plug the NI 9233 or 9234 into the USB carrier and begin acquiring data. Communication to the USB carrier is over
Hi-Speed USB, guaranteeing data throughput. NI CompactDAQ Platform NI CompactDAQ delivers the simplicity of USB to sensor and electrical measurements on the benchtop, in the field, and on the production line. By combining the ease of use and low cost of a data
logger with the performance and flexibility of modular instrumentation, NI CompactDAQ offers fast, accurate measurements in a small, simple, and affordable system. Flexible software options make
it easy to use NI CompactDAQ to log data for simple experiments or to develop a fully automated test or control system. The modular design can measure up to 256 channels of electrical, physical,
mechanical, or acoustical signals in a single system. In addition, per-channel ADCs and individually isolated modules ensure fast, accurate, and safe measurements. NI CompactRIO Platform When used with the small, rugged CompactRIO embedded control and data acquisition system, NI C Series analog input modules connect directly to reconfigurable I/O (RIO) field-programmable
gate array (FPGA) hardware to create high-performance embedded systems. The reconfigurable FPGA hardware within CompactRIO provides a variety of options for custom timing, triggering,
synchronization, filtering, signal processing, and high-speed decision making for all C Series analog input modules. For instance, with CompactRIO, you can implement custom triggering for any
analog sensor type on a per-channel basis using the flexibility and performance of the FPGA and the numerous arithmetic and comparison function blocks built into NI LabVIEW FPGA. Analysis Software The NI 9233 and 9234 are well-suited for noise and vibration analysis applications. The NI Sound and Vibration Measurement Suite, which specifically addresses these applications, has two
components: the NI Sound and Vibration Assistant and LabVIEW analysis VIs (functions) for power spectra, frequency response (FRF), fractional octave analysis, sound-level measurements, order
spectra, order maps, order extraction, sensor calibration, human vibration filters, and torsional vibration. NI Sound and Vibration Assistant The Sound and Vibration Assistant is interactive software designed to simplify the process of acquiring and analyzing noise and vibration signals by offering: A drag-and-drop, interactive analysis and acquisition environment
Rapid measurement configuration
Extended functionality through LabVIEW Interactive Analysis Environment The Sound and Vibration Assistant introduces an innovative approach to configuring your measurements using intuitive drag-and-drop steps. Combining the functionality of traditional noise and
vibration analysis software with the flexibility to customize and automate routines, the Sound and Vibration Assistant can help you streamline your application. Rapid Measurement Configuration There are many built-in steps available for immediate use in the Sound and Vibration Assistant. You can instantly configure a measurement and analysis application with: Hardware I/O '' generation and acquisition of signals from a variety of devices, including data acquisition devices and modular instruments
Signal processing '' filtering, windowing, and averaging
Time-domain analysis '' sound- and vibration-level measurements
ANSI and IEC fractional-octave analysis 3/10 www.ni.com Back to Top Frequency-domain analysis '' power spectrum, frequency response, power-in-band, peak search, and distortion
Order analysis '' tachometer processing, order power spectrum, order tracking, and order extraction
Report generation '' ability to drag and drop signals to Microsoft Excel or export data to Microsoft Word or UFF58 files Figure 1. NI Sound and Vibration Assistant Performing Engine Run-up Test Extended Functionality through LabVIEW Reuse your measurement applications developed with the Sound and Vibration Assistant in LabVIEW by converting projects into LabVIEW block diagrams. With the LabVIEW full-featured graphical
programming environment, you can further automate your application or customize your analysis. Sound and Vibration Analysis VIs for LabVIEW With the sound and vibration analysis VIs in LabVIEW, you can develop a variety of custom audio, acoustic, and vibration applications. Functionality includes: Full, 1/3, 1/6, 1/12, and 1/24 octave analysis with linear A, B, or C weighting
Baseband, zoom, and subset power spectrum
Peak search and Power in band
Frequency response (FRF)
Filtering
Swept sine
Distortion analysis (THD, THD+N, IMD)
Noise measurements (SNR)
Human vibration weighting filters
Torsional vibration
Tachometer signal processing
Order tracking, spectrum, and Order extraction
Waterfall display for power, octave, and order spectra
Shaft centerline, orbit, Bode, and order spectra
Shaft centerline, orbit, Bode, and polar plot format
File input and output to UFF58 Recommended Hardware The Sound and Vibration Measurement Suite includes more than 50 examples that work with both dynamic signal acquisition (DSA) and multifunction data acquisition devices. For sound and
vibration data acquisition, National Instruments recommends DSA devices. With 24-bit ADCs and digital-to-analog converters (DACs) and integrated antialiasing filters, DSA devices are ideal for
acoustic, noise, and vibration measurements. There are numerous system requirements to consider when selecting data acquisition hardware for measuring or generating sound and vibration signals. From IEPE signal conditioning for
accelerometers and microphones to high dynamic range (up to 118 dB) and multichannel synchronization (up to 13,000 channels), National Instruments offers a wide range of hardware products for
your applications. Table 2. Additional NI Dynamic Signal Acquisition Devices
Ordering Information 4/10 www.ni.com Back to Top Back to Top For a complete list of accessories, visit the product page on ni.com. Products Part Number Recommended Accessories Part Number
Software Recommendations LabVIEW Professional
Development System for
Windows
Advanced software tools for large project development
Automatic code generation using DAQ Assistant and
Instrument I/O Assistant
Tight integration with a wide range of hardware
Advanced measurement analysis and digital signal
processing
Open connectivity with DLLs, ActiveX, and .NET objects
Capability to build DLLs, executables, and MSI installers NI Sound and Vibration
Toolkit
Stand-alone configuration-based analysis and data
logging with the Sound and Vibration Assistant
AES17-compliant audio filter signal processing
Easy-to-use power spectrum, swept sine, and octave
analysis steps
Sound level with A-, B-, or C-weighting and vibration level
with integration
Audio measurements including THD, SNR, SINAD, and
swept-sine analysis
Universal File Format (UFF58) file I/O support NI Sound and Vibration
Measurement Suite
Minimize development time with ready-to-run application
examples
Get started quickly with the Sound and Vibration
Assistant (LabVIEW not required)
Build custom data acquisition systems faster than ever
with DAQ configuration XControl
Avoid the expense of verification with NI ANSI- and
IEC-compliant octave and sound-quality analysis
Decrease test time with parallel processing
Support and Services System Assurance Programs NI system assurance programs are designed to make it even easier for you to own an NI system. These programs include configuration and deployment services for your NI PXI, CompactRIO, or
Compact FieldPoint system. The NI Basic System Assurance Program provides a simple integration test and ensures that your system is delivered completely assembled in one box. When you
configure your system with the NI Standard System Assurance Program, you can select from available NI system driver sets and application development environments to create customized,
reorderable software configurations. Your system arrives fully assembled and tested in one box with your software preinstalled. When you order your system with the standard program, you also
receive system-specific documentation including a bill of materials, an integration test report, a recommended maintenance plan, and frequently asked question documents. Finally, the standard
program reduces the total cost of owning an NI system by providing three years of warranty coverage and calibration service. Use the online product advisors at ni.com/advisor to find a system
assurance program to meet your needs. Calibration NI measurement hardware is calibrated to ensure measurement accuracy and verify that the device meets its published specifications. To ensure the ongoing accuracy of your measurement
hardware, NI offers basic or detailed recalibration service that provides ongoing ISO 9001 audit compliance and confidence in your measurements. To learn more about NI calibration services or to
locate a qualified service center near you, contact your local sales office or visit ni.com/calibration. Technical Support Get answers to your technical questions using the following National Instruments resources. Support - Visit ni.com/support to access the NI KnowledgeBase, example programs, and tutorials or to contact our applications engineers who are located in NI sales offices around the world and speak the local language.
Discussion Forums - Visit forums.ni.com for a diverse set of discussion boards on topics you care about. Online Community - Visit community.ni.com to find, contribute, or collaborate on customer-contributed technical content with users like you. Repair While you may never need your hardware repaired, NI understands that unexpected events may lead to necessary repairs. NI offers repair services performed by highly trained technicians who
quickly return your device with the guarantee that it will perform to factory specifications. For more information, visit ni.com/repair. Training and Certifications The NI training and certification program delivers the fastest, most certain route to increased proficiency and productivity using NI software and hardware. Training builds the skills to more efficiently
develop robust, maintainable applications, while certification validates your knowledge and ability. Classroom training in cities worldwide - the most comprehensive hands-on training taught by engineers. On-site training at your facility - an excellent option to train multiple employees at the same time. Online instructor-led training - lower-cost, remote training if classroom or on-site courses are not possible. Course kits - lowest-cost, self-paced training that you can use as reference guides. Training memberships and training credits - to buy now and schedule training later. 5/10 www.ni.com Back to Top Visit ni.com/training for more information. Extended Warranty NI offers options for extending the standard product warranty to meet the life-cycle requirements of your project. In addition, because NI understands that your requirements may change, the
extended warranty is flexible in length and easily renewed. For more information, visit ni.com/warranty. OEM NI offers design-in consulting and product integration assistance if you need NI products for OEM applications. For information about special pricing and services for OEM customers, visit
ni.com/oem. Alliance Our Professional Services Team is comprised of NI applications engineers, NI Consulting Services, and a worldwide National Instruments Alliance Partner program of more than 700 independent
consultants and integrators. Services range from start-up assistance to turnkey system integration. Visit ni.com/alliance.
Detailed Specifications The following specifications are typical for the range ''40 to 70 °C unless otherwise noted. Input Characteristics Number of channels 4 analog input channels ADC resolution 24 bits Type of ADC Delta-Sigma (with analog prefiltering) Sampling mode Simultaneous Internal master timebase (' ) M Frequency 12.8 MHz Accuracy ±100 ppm max Data rate range (' ) using internal master timebase s Minimum 2.0 kS/s Maximum 50 kS/s Data rate range (' ) using external master timebase s Minimum 2.0 kS/s Maximum 51.3 kS/s Data rates 1 ' ' 25.65 kS/s s , n = 2, 3, ..., 25 ' > 25.65 kS/s s , n = 2, 3 Input coupling AC AC cutoff frequency response ''3 dB 0.5 Hz typ ''0.1 dB 4.2 Hz max AC cutoff frequency response 6/10 www.ni.com Input range ±5 V AC voltage full-scale range Minimum ±5 V pk Typical ±5.4 V pk Maximum ±5.8 V pk Common-mode voltage range (AI'' to earth ground) ±2 V max IEPE excitation current Minimum 2.0 mA Typical 2.2 mA IEPE compliance voltage 19 V max Use the following equation to make sure that your configuration meets the IEPE compliance voltage range. V + V ±V must be 0 to 19, where is any common-mode voltage applied to the NI 9233, is the bias voltage of the accelerometer, and common-mode bias full-scale V common-mode V bias V is the full-scale voltage of the accelerometer. full-scale Overvoltage protection (with respect to chassis ground) For an IEPE sensor connected to AI+ and AI'' ±30 V For a low-impedance source connected to AI+ and AI'' ''6 to 30 V Input delay '25.65 kS/s 12.8/' + 3 μs s > 25.65 kS/s 9.8/' + 3 μs s Accuracy (''40 to 70 °C) Calibrated typ ±0.1 dB Calibrated max ±0.3 dB Uncalibrated max ±0.6 dB Accuracy drift Typical 0.001 dB/°C Maximum 0.0045 dB/°C Channel-to-channel matching Gain Typical 0.07 dB Maximum 0.27 dB Phase ( in kHz) ' in ' in · 0.077° + 0.067° Passband Flatness (pk-to-pk max) ' ' 25.65 kS/s s 0.05 dB (10 Hz to 0.45 · ' ) s ' > 25.65 kS/s s 0.05 dB (10 Hz to 0.42 · ' ) s Phase nonlinearity ' ' 25.65 kS/s s ±3.4° (10 Hz to 0.45 · ' ) s ' > 25.65 kS/s s ±1.3° (20 Hz to 0.41 · ' ) s ' s Stopband Oversample Rate Alias-Free Bandwidth Freq Attenuation '25.65 kS/s 0.58 · ' s 95 dB 128 · ' s 0.42 · ' s > 25.65 kS/s 0.68 · ' s 92 dB 64 · ' s 0.32 · ' s Crosstalk ( = 1 kHz) ' in Paired channels (0 and 1, 2 and 3) ''100 dB 7/10 www.ni.com Nonpaired channels ''110 dB CMRR ( ' 1 kHz) ' in Minimum 44 dB Typical 56 dB SFDR ( = 1 kHz, ''60 dBFS) ' in 120 dB Idle channel noise and noise density Idle Channel 50 kS/s 25 kS/s 2 kS/s Noise 95 dBFS 98 dBFS 102 dBFS Noise density 400 nV/''Hz 400 nV/''Hz 900 nV/''Hz Input impedance Differential (AC) >300 kΩ AI'' (shield) to chassis ground 50 Ω Total harmonic distortion (THD) Input Amplitude 1 kHz, ''40 to 70 °C 10 kHz, 25 to 70 °C 10 kHz, ''40 to 25 °C ''1 dBFS ''90 dB ''80 dB ''80 dB ''20 dBFS ''95 dB ''90 dB ''80 dB Intermodulation distortion (''1 dBFS) DIN 250 Hz/8 kHz 4:1 amplitude ratio ''80 dB CCIF 11 kHz/12 kHz 1:1 amplitude ratio ''93 dB MTBF 397,465 hours at 25 °C; Bellcore Issue 2, Method 1, Case 3, Limited Part Stress Method Note Contact NI for Bellcore MTBF specifications at other temperatures or for MIL-HDBK-217F specifications. Power Requirements Power consumption from chassis Active mode 620 mW max Sleep mode 0.5 mW max Thermal dissipation (at 70 °C) Active mode 640 mW max Sleep mode 0.5 mW max Physical Characteristics Weight 173 g (6.1 oz) Safety If you need to clean the module, wipe it with a dry towel. Safety Voltages Connect only voltages that are within the following limits. Channel-to-earth ground ±30 V max Isolation Channel-to-channel None Channel-to-earth ground None Hazardous Locations U.S. (UL) Class I, Division 2, Groups A, B, C, D, T4; Class I, Zone 2, AEx nC IIC T4 Canada (C-UL) Class I, Division 2, Groups A, B, C, D, T4; Class I, Zone 2, Ex nC IIC T4 Europe (DEMKO) EEx nC IIC T4 8/10 www.ni.com Safety Standards This product is designed to meet the requirements of the following standards of safety for electrical equipment for measurement, control, and laboratory use:
IEC 61010-1, EN 61010-1
UL 61010-1, CSA 61010-1 Note For UL and other safety certifications, refer to the product label or the section. Online Product Certification Electromagnetic Compatibility This product meets the requirements of the following EMC standards for electrical equipment for measurement, control, and laboratory use:
EN 61326 (IEC 61326): Class A emissions; Industrial Immunity
EN 55011 (CISPR 11): Group 1, Class A emissions
AS/NZS CISPR 11: Group 1, Class A emissions
FCC 47 CFR Part 15B: Class A emissions
ICES-001: Class A emissions Note For the standards applied to assess the EMC of this product, refer to the section. Online Product Certification Note For EMC compliance, operate this device with shielded cables. CE Compliance This product meets the essential requirements of applicable European Directives, as amended for CE marking, as follows:
2006/95/EC; Low-Voltage Directive (safety)
2004/108/EC; Electromagnetic Compatibility Directive (EMC) Note For the standards applied to assess the EMC of this product, refer to the section. Online Product Certification Online Product Certification Refer to the product Declaration of Conformity (DoC) for additional regulatory compliance information. To obtain product certifications and the DoC for this product, visit , search by module number or product line, and click the appropriate link in the Certification column. ni.com/certification Shock and Vibration To meet these specifications, you must panel mount the system. Operating vibration Random (IEC 60068-2-64) 5 g , 10 to 500 Hz rms Sinusoidal (IEC 60068-2-6) 5 g, 10 to 500 Hz Operating shock (IEC 60068-2-27) 30 g, 11 ms half sine, 50 g, 3 ms half sine, 18 shocks at 6 orientations Environmental National Instruments C Series modules are intended for indoor use only but may be used outdoors if installed in a suitable enclosure. Refer to the manual for the chassis you are
using for more information about meeting these specifications. Operating temperature (IEC 60068-2-1, IEC 60068-2-2) ''40 to 70 °C Storage temperature (IEC 60068-2-1, IEC 60068-2-2) ''40 to 85 °C Ingress protection IP 40 Operating humidity (IEC 60068-2-56) 10 to 90% RH, noncondensing Storage humidity (IEC 60068-2-56) 5 to 95% RH, noncondensing Maximum altitude 2,000 m Pollution Degree (IEC 60664) 2 Environmental Management National Instruments is committed to designing and manufacturing products in an environmentally responsible manner. NI recognizes that eliminating certain hazardous
substances from our products is beneficial not only to the environment but also to NI customers. For additional environmental information, refer to the Web page at . This page contains the environmental regulations and directives NI and the Environment ni.com/environment with which NI complies, as well as other environmental information not included in this document. Waste Electrical and Electronic Equipment (WEEE) EU Customers At the end of their life cycle, all products be sent to a WEEE recycling center. For more information about WEEE recycling centers and National must Instruments WEEE initiatives, visit . ni.com/environment/weee.htm Calibration You can obtain the calibration certificate for this device at . ni.com/calibration Calibration interval 1 year 9/10 www.ni.com Back to Top 1 The data rate must remain within the appropriate data rate range. Refer to the section of the for more Understanding NI 9233 Data Rates NI 9233 Operating Instructions and Specifications information. 10/10 www.ni.com Back to Top Pinouts/Front Panel Connections NI 9233 Connector Assignments ©2010 National Instruments. All rights reserved. CVI, CompactRIO, FieldPoint, LabVIEW, Measurement Studio, National Instruments, National Instruments Alliance Partner, NI, ni.com, NI CompactDAQ, NI-DAQ, and SignalExpress are trademarks of National Instruments. The mark LabWindows is used under a license from Microsoft Corporation. Windows is a registered trademark of Microsoft Corporation in the United States and other countries. Other product and company names listed are trademarks or trade names of their respective companies. A National Instruments Alliance Partner is a business entity independent from National Instruments and has no agency, partnership, or joint-venture relationship with National Instruments. | | | | My Profile RSS Privacy Legal Contact NI © 2012 National Instruments Corporation. All rights reserved.


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