Seit den frühesten Tagen des Autorennens sind Versuche unternommen worden, Autos zu fahren, die schneller gehen und besser handeln. Der Unterschied zwischen gewinnen und verlieren kann oft in Bruchteilen einer Sekunde gemessen werden. Überschüssiges Gewicht kann zu langsamen Zeiten führen, aber der Winkel der Nase des Autos und die Fähigkeit des Autos, auf Kurven zu "halten", sind auch entscheidend für die Leistung. Load-Zellen können helfen, die Leistung zu optimieren, und sie werden derzeit in der Auto-Renn-Industrie von NASCAR bis zum IHRA verwendet.
In einfacher Weise ist eine Wägezelle ein Sensor, der die Dehnungsmessstreifentechnologie verwendet. Wenn Kraft angewendet wird, verursacht es Verformung oder Bewegung, die gemessen werden kann. Die Freigabe der Kraft führt auch zu einer messbaren Veränderung. Allerdings sind die Wägezellen selbst passiv, mechanische Geräte und müssen mit einem zweiten Gerät wie einem Computer oder einer Digitalanzeige verknüpft werden, um aussagekräftige Daten zu erzeugen.
Um zu verstehen, wie sich Lastzellen für Rennwagen als vorteilhaft erweisen können, betrachten wir einige Grundgesetze der Physik. Newtons drittes Gesetz der Bewegung besagt, dass, wenn Kraft angewendet wird, ein gleicher Betrag der Kraft in die entgegengesetzte Richtung erzeugt wird. Vielleicht ist das offensichtlichste Real-World-Beispiel, mit dem die meisten Menschen vertraut sind, was passiert mit den Insassen eines Autos während der Notbremsung, die gemeinhin als Panikstopp bezeichnet wird. Wenn die Dynamik des Autos verhaftet wird, bewegen sich die Körper der Insassen bei der vorherigen Geschwindigkeit weiter. Dies steht im Einklang mit dem zweiten Gesetz von Newton - die in Bewegung befindlichen Gegenstände neigen dazu, in Bewegung zu bleiben, wenn nicht eine äußere Kraft angetroffen wird. Sobald jedoch die Vorwärtsdynamik der Insassen gestoppt worden ist, werden ihre Körper mit der gleichen Kraft nach hinten gezwungen, wie sie vorwärts bewegt werden.
Das zweite Gesetz der Physik, das mit Lastzellen für das Rennen verbunden ist, ist das Konzept der Zentripetal- oder Inward-Kraft. Betrachten Sie die Passagiere in einem Auto, das eine Rechtskurve mit einer hohen Geschwindigkeit macht. Während des Zuges werden sie fühlen, dass sie nach links bewegt werden. In Wirklichkeit versuchen ihre Körper, sich weiter in eine gerade Linie zu bewegen (Newtons zweites Gesetz), was nicht mehr möglich ist, da das Auto selbst eine neue Richtung genommen hat.
Obwohl andere Eigenschaften der Physik gelten ebenso wie die Mathematik hinter Faktoren wie der Winkel einer Banken wiederum in Bezug auf Geschwindigkeit, wenig ist zu gewinnen, indem sie an dieser Stelle zu diskutieren. Die beiden Beispiele sind ausreichend, um zu verstehen, was mit einem Rennwagen bei hohen Geschwindigkeiten passiert und warum Wägezellen den Ingenieuren helfen können, die Leistung zu verbessern. Allerdings sollte man vielleicht bemerken, dass der Schwerpunkt des Autos und das Hinterachsdrehmoment eine wichtige Rolle spielen, um die Nase des Autos zu halten, was wiederum etwas höhere Geschwindigkeiten ermöglicht.
Die Gesetze der Physik diskutiert liefern die Hinweise benötigt, um zu verstehen, warum Rennwagen manchmal spinnen oder gleiten seitwärts auf Kurven. Die Räder drehen sich, aber das Chassis will in einer geraden Linie weiterfahren. Auch wenn der Fahrer die Kontrolle über das Fahrzeug behält, können kostbare Millisekunden verloren gehen. Wenn der Fahrer vor dem Einschalten langsam fahren muss, kann noch mehr Zeit verloren gehen.
Ein anderes (aber verwandtes) Problem besteht, wenn das Auto auf einen Stoß im Pflaster trifft. Schocks und Federn komprimieren, um das Jarring zu mildern, aber sie hüpfen dann zurück. Wenn der Schock schwer war, kann die resultierende Rebound die Nase des Autos sogar noch höher als vor dem Stoß erzwingen. Halten Sie die Nase des Autos auf die Strecke geklebt (figurativ gesprochen) war ein Ziel seit den frühesten Tagen des Rennsports, da es die Geschwindigkeit erhöht.
Wägezellen erlauben es den Ingenieuren, das von jedem Reifen getragene Gewicht und die Bewegung jedes Rades während des tatsächlichen Betriebs zu messen. Die Daten können zeigen, wie das Chassis auf verschiedene Geschwindigkeiten, Stöße, harte Bremsungen und Wendungen reagiert. Dies ermöglicht es den Ingenieuren, Änderungen vorzunehmen - manchmal extrem kleine Änderungen - um die Leistung zu verbessern.
Eine Fallstudie kann einen zusätzlichen Einblick geben. Das Cornell Racing FSAE Team nutzt Wägezellen, um die Leistung zu optimieren. Der Formel-SAE-Wettbewerb findet jährlich statt, mit 140 Schulen und 12 Ländern vertreten. Die Cornell-Mannschaft platziert fast viertel in die Top 10, und Cornell hat sieben Mal die Weltmeisterschaft gewonnen.
Das Team wählte die MLP-1k-Wägezellen der Transducer Techniques, um die Kräfte zu messen, die auf jede der Ecken des Fahrzeugs ausgeübt wurden, und die CSP-3k-Wägezelle, um die Kräfte zu messen, denen das Antriebsstrang-Subsystem unterworfen wurde. Die gesammelten Daten erlaubten es dem Team, das Aufhängungssystem, die ungefederten Teile und die zahlreichen Zonen im zusammengesetzten Monopod zu verfeinern. Es erlaubte auch eine genaue Bestimmung der Lebensdauer der Antriebsstrangkomponenten. So konnte das Designteam in allen vier Bereichen Gewicht rasieren. (Ein Video-Interview mit drei der Cornell-Teammitglieder ist verfügbar, indem man auf diesen Link klickt.)
Obwohl Rennwagen in erster Linie Wägezellen für Fahrwerkssysteme verwenden, verwenden Ingenieure derzeit Wägezellen für andere Bereiche. Viele Dragster sind mit Wheelie-Bar-Wägezellen ausgestattet, um die Startkräfte zu messen, die auf den Wheelie-Balken ausgeübt werden. Wägezellen können die Kraft messen, die auf einen Gangwechsel durch den Fahrer ausgeübt wird, um zu ermitteln, wie sich dies auf Getriebeverschleiß bezieht. Die Bremsen sind ein weiterer Bereich, der Wägezellen einsetzen kann, da Bremsen in einem Rennwagen auf den vom Fahrer ausgeübten Druck und nicht auf den Pedalweg reagieren. Kein Zweifel, Renningenieure werden weiterhin neue Anwendungen für Wägezellen entdecken, um die Leistung zu optimieren.