Випробувальний стенд Підводні камені вимірювання продуктивності AUTO MOTOR UND SPORT
Визначення правильної роботи двигуна на роликовому динамометрі реально і відтворюється - це гра з багатьма змінними. Ми пояснюємо технологію сучасних динамометрів і розповідаємо, на що слід звертати увагу.
Хто вимірює, вимірює гній - старий основний закон вимірювальної технології вимагає поставити під сумнів усе, що виміряно. Це правильно, і, звичайно, це стосується і нас - для спортивного авто.
Porsche 911 Turbo S як привід
Оскільки наші вимірювання є загальнодоступними, а виробники зазнають безпосереднього впливу, навіть найменші помилки ніколи не залишаються без виявлення або без коментарів. Так сталося навесні 2014 року: під час супертесту Porsche 911 Turbo S (sport auto 2/2014) вимірювання потужності викликало похмурість у Вайссах. 607 к.с. замість зазначених 560 к.с. - повне відхилення 8,4 відсотка.
Наші вимірювання продуктивності ніколи раніше не ставилися під сумнів, незалежно від того, які значення випробуваний стенд виплюнув. Але не слід бути настільки самовпевненим, щоб виключити вимірювання. Порше наполягав на поясненні, і ми взяли це як можливість глибше стати на коліна в цьому питанні.
Потрібно було відповісти на чотири запитання: Як працюють роликові динамометри? На що вам слід звернути увагу? Де можливі джерела помилок? І нарешті: якщо у Porsche було занадто багато потужності, ми виміряли занадто багато потужності або - точніше - обчислили?
Як виверження вулкана на краю кратера
Почнемо історію з Адама та Єви: Що робить динамометр, як він працює? Зустріч на місці з лідером ринку Маха в Халденвангу. Майкл Плейніс, експерт випробувального стенду компанії та менеджер з підготовки технологій стендових стендів, прив'язує Porsche 911 Turbo S до власного випробувального стенду. "Des ham wa glei, be scho seha". Захисні захисні окуляри, вушні пробки - і, будь ласка, не стояти тупо навколо автомобіля під час вимірювання, тому що якщо в протекторі шин все ще є дрібні камінці, вони катапультируються назад зі швидкістю до 300 км/год.
Звучить трохи перебільшено? Ви жартуєте? Ви серйозно говорите, коли це говорите! Той, хто був свідком професійно проведеного вимірювання продуктивності в прямому ефірі, знає, що процес несе в собі певну драму: повне прискорення від початкової швидкості, яка становить близько 50 км/год, до досяжної максимальної швидкості в тестовому пробігу, приблизно схоже на погляд на виверження вулкана з краю кратера. Поворот коліс, обертання двигуна, кружляння роликів зростають із збільшенням швидкості до оглушливої какофонії шипіння, свисту, скрипу, скуголення та рикання - поки ви добровільно не відійдете на кілька метрів від дії, щоб захистити свій слух.
Ремені натягуються на розрив, стихійна сила обертального прискорення ще більше переслідує, ніж коли ви сидите за кермом супер спортивного автомобіля. Як спостерігач, ви не хочете уявляти, що станеться, якщо під час вимірювання дме шина. Через добрі 30 секунд вражаючий моторошний кінець закінчений. Однак вимірювання не відбувається, оскільки тепер потужність опору також визначається при розкочуванні.
Два типи роликових динамометрів
Через дві години Майкл Плейніс читає лекцію про сучасний стан мистецтва у їдальні Маха. У випробувальному стенді роликів працюють без зносу вихрострумові гальма, які генерують противільний момент до сили колеса за допомогою електромагнітної сили на ролик - так гальмується транспортний засіб і завантажується двигун. Як фізичні миряни, ми зараз сприймаємо це безперечно.
Більш практичним є зауваження, що існує два типи роликових динамометрів, двоколісний динамометр та одноколісний динамометр. Питання про те, яка концепція буде переважати, вже з'ясовано: "Стенд для випробування з одним роликом - це явно шлях у майбутнє", - каже Плейні.
Які відмінності? У випробувальному стенді з подвійним роликом колеса обертаються між двома роликами, опорним роликом та гальмівним роликом, діаметр яких менший, ніж у верхнього ролика, діаметр якого може становити до метра. Колеса керуються стабільно в опущеній роликовій призмі, але система має недоліки.
Поведінка кочення шин навряд чи можна порівняти з умовами на дорозі. Оскільки сучасні спортивні машини стають все сильнішими та міцнішими, існує ризик занадто сильного ковзання на подвійному роликовому динамометрі. І ковзання ролика є великою проблемою, коли йдеться про відтворювані вимірювання продуктивності. "Що стосується подвійної ролі, вам доведеться працювати з допоміжними засобами, щоб мінімізувати ковзання, наприклад, опустивши автомобіль, обприскуючи шини або працюючи з додатковою вагою на ведучій осі", - пояснює Плейні. Більш висока робота згинання між шиною та роликом не означає, однак, що вимірювання є менш точним, оскільки це компенсується між вимірюванням потужності колеса та втрати потужності.
Менш гнучка робота на коронковому валу
Однак майбутнє належить випробувальному стенду з одним роликом, де колесо працює на вершині (або вершині) ролика. "Це набагато реалістичніше, ніж із подвійним роликом, у вас менше небажаних навантажень на шини та привод", - пояснює Плейні. Ланцюг передачі потужності між шиною та роликом працює набагато краще, а це означає, що температура в шинах майже не піднімається вище 65 градусів.
Випробувальні стенди з одним роликом із сімейства MSR від Maha можуть справлятися з максимальною швидкістю 320 км/год і можуть витримувати постійне навантаження від 260 кВт до 1100 кВт або 1500 к.с. на вісь. Два роликові набори діаметром 30 дюймів оснащені вихрострумовим гальмом та електродвигуном. Електромашини потужністю 40 кВт забезпечують синхронну роботу осей автомобіля через електронно керовану муфту роликових комплектів.
Досить сірої теорії. Як має відбуватися правильне вимірювання на практиці? Кожне вимірювання продуктивності починається з ретельної перевірки випробуваного автомобіля. "Транспортний засіб перевіряється на наявність витоків або витоків", - каже Моріц Мюллер, який використовує свій стенд для випробувань Maha для проведення вимірювань продуктивності для супертесту спортивного авто в Backnang. Основна увага приділяється шинам, оскільки вимірювання для них означає додаткове напруження: "Шини повинні передавати потужність двигуна, тому тиск повітря повинен бути правильним, а розвал не повинен бути занадто високим, оскільки це збільшує зчеплення з роликом і, отже, вимірювання негативно вплинули ".
Деякі речі очевидні, але тут слід згадати ще раз: заправлене паливо відіграє таку ж важливу роль у вимірі, як і його температура. Якщо паливо має низький вміст октану і воно також гаряче, це може мати значний негативний вплив на вимірювання. Автомобіль повинен охолонути до запуску випробувального стенду, оскільки двигун має тенденцію до стуку (неконтрольоване самозаймання) після міського руху або стріли з повним навантаженням на автомагістралі, що призводить до зниження продуктивності програмного забезпечення для карти повного навантаження, також через захист компонентів.
Довідкові значення з дороги корисні
У спортивному авто також є додаткова перевірка на дорозі, яка не є частиною звичайного обсягу вимірювання продуктивності: еталонні значення, такі як температура повітря на вході та тиск наддуву для запуску випробувального стенду, визначаються за допомогою інтерфейсу OBD (вбудована діагностика).
"Це гарантує, що ми працюємо з правильними даними під час проведення вимірювань", - пояснює Моріц Мюллер. "Якщо, наприклад, температура всмоктуваного повітря становить 50 градусів під час їзди із середнім навантаженням і 200 км/год, тоді нам слід працювати з подібними параметрами на випробувальному стенді - інакше ви отримаєте неправильні показники". Для цього також визначаються значення положення дросельної заслінки, кута запалювання та регульованої швидкості для атмосферних двигунів. Для цього вибирається правильна випробувальна передача, тобто рівень передачі, за допомогою якого проводиться вимірювання.
"Вимірювання відбувається на високій передачі, але рівень швидкості такий, що ви можете почати прискорення приблизно на 50 км/год", - пояснює Моріц Мюллер. У 911 Turbo S п'ята передача є оптимальним рівнем, який дозволяє ідеально покрити діапазон швидкостей від 50 до 240 км/год при вимірюванні.
На другому етапі транспортний засіб закріплюється на випробувальному стенді за допомогою натяжних ремінців, щоб оптимально відрегулювати його на ролику. Після того, як автомобіль був пов'язаний, на випробувальному стенді відбувається кондиціонування. На додаток до тестового пробігу, під час якого перевіряється відсутність натягу та правильність розташування автомобіля, в програмному забезпеченні повинні бути обрані основні параметри - наприклад, колісна база або очікувана ефективність прискорення.
Чи може тест-драйвер вплинути на результат?
У Porsche 911 Turbo S потужністю 560 к.с. значення набору становить 2,0 м/с, що відповідає середній потужності прискорення цього автомобіля. Для цього попередньо вибрано значення ваги обертових мас, тобто 80 кілограмів для 19-дюймових коліс у даному випадку.
Саме вимірювання поділяється на дві частини: На першому кроці ефективність колеса визначається за допомогою прискорення в тестовій передачі. Якщо в тестовій передачі досягнуто обмеження швидкості, зчеплення вимикається, або, в разі автоматичних коробки передач, нейтральна передача включається, а потужність опору визначається під час руху. При вимірюванні продуктивності колеса обраний шлях тестування має особливе значення з двох причин.
По-перше, транспортний засіб повинен мати можливість розганятись із злітною швидкістю близько 50 км/год. Автоматичні коробки передач також мають мінімальну швидкість для кожної передачі, якої потрібно дотримуватися, інакше коробка передач автоматично зменшить передачу.
Незважаючи на різні історії, у водія-випробувача навряд чи є свобода втручатися у вимірювання ефективності колеса.
По-друге, максимально допустима швидкість випробувального стенду не повинна бути перевищена під час пробного запуску. Більшість випробувальних стендів з одним роликом сьогодні здатні витримувати максимальну швидкість до 300 км/год.
Незважаючи на розповіді про протилежне, у водія-випробувача навряд чи є свобода втручатися у вимірювання продуктивності колеса, як пояснює Майкл Плейніс з Маха: "Важливо, щоб водій швидко розганявся, як тільки початкова швидкість досягається в тестовій передачі. Повний газ не означає спрацьовування збивання, інакше коробка передач зменшує передачі. Прискорення доходить до кінця обертів двигуна, решта виконується випробувальним стендом. При прискоренні тестер не може вплинути на результат ".
Додавання потужності колеса та потужності буксиру призводить до потужності двигуна
Під час процесу руху, тобто вимірювання потужності буксирування, тест-драйвер теоретично міг допомогти, гальмуючи і, таким чином, штовхаючи результат. "Але це відразу помітно, - говорить Плейні, - оскільки крива потужності буксирування має параболічний хід, і ви не можете гальмувати паралельну силу, щоб збільшити криву, а отже, і потужність. Результатом завжди був би досить нетиповий хід кривої! "
Додавання потужності колеса та потужності буксирування дає потужність двигуна. Як так? "Потужність - це маса, примножена на прискорення і швидкість", - пояснює Плейні. "На випробувальному стенді та на транспортному засобі є масові частки. Випробувальний стенд і транспортний засіб схожі на сендвіч при проведенні вимірювань, двигун повинен рухати все, і всі маси є вантажем для двигуна. Навантаження гальма на ролики утворює статичний компонент, який повинен бути відцентрова маса може також прискорюватися як динамічний компонент ".
Найбільшим ворогом вимірювання є пробуксовка
Простими мовами: на роликовому динамометрі приводний механізм автомобіля та обертові компоненти випробувального стенду разом створюють ряд втрат, які напружують двигун під час вимірювання потужності колеса. Ці статичні та динамічні втрати визначаються за допомогою сили опору. Потужність двигуна є результатом додавання потужності колеса та опору або втрати потужності.
Терміни "колесо" та "втрата потужності" знову і знову викликають плутанину: багато хто бачить виміряну потужність колеса і, отже, вважають, що це сила на колесі, але це неправильно. Транспортний засіб і випробувальний стенд складають одиницю: якщо ви вилучите машину з випробувального стенду, втрати та маси також зникнуть. З цієї причини потужність колеса на випробувальному стенді менша - тому потужність опору повинна бути виміряна, щоб скласти її!
Сучасні випробувальні стенди можуть насправді точно і відтворювати загальні втрати в будь-який час. Якщо так, то якщо виконуються рамкові умови. І є такі: ті, які залежать від випробувального стенду, від навколишнього середовища, та ті, які передбачені законом.
Великим ворогом вимірювань є ковзання: "У спортивних автомобілях завжди є ковзання на ролику, - каже Плейні, - і особливо у турбомоторів, коли тиск наддуву наростає повністю. Але поки це залишається в межах від шести до восьми відсотків, це Кадр. " По-друге, точне вимірювання може бути здійснено лише за реальних умов. Якщо автомобіль на випробувальному стенді розганяється до понад 200 км/год, але не охолоджується належним чином, вимірювання не варто того паперу, на якому воно написане.
50 000 кубічних метрів на годину як нижня межа
"Охолодження - це загальне та кінцеве вимірювання, особливо з турбодвигунами", - каже Плейні. Зарядне повітря повинно охолоджуватися реально, а масляні та водяні охолоджувачі також повинні мати хороший і чистий потік. Для цього повітря також повинно протікати через моторний відсік; трансмісія також потребує охолодження.
"Якщо відбувається накопичення тепла, температура всмоктуваного повітря підвищується, а електроніка відбирає живлення", - говорить Плейні. Цікаво: Іноді всі значення для двигуна правильні, але кінцевий результат все одно не збігається, оскільки блок управління коробкою передач повідомляє про занадто високі температури. Як результат, блок управління знижує свою продуктивність. "Часто коробки передач повністю упаковані, у V-двигунах з бічними каталітичними нейтралізаторами він сидить безпосередньо між ними - стає жорстоко жарко", - каже Плейні.
Коли автомобіль опущений, під ним більше не тече повітря - охолодження дорівнює нулю. Вентилятор охолодження перед автомобілем також важливий: "Мета - 50 000 кубічних метрів на годину з потоком повітря від 130 до 140 км/год як нижня межа для спортивних автомобілів", - сказав Плейні. Немає верхньої межі: "90 000 або 150 000 м/год, плюс потік до 200 км/год - це сьогодні вже не рідкість! Тоді лічильник електроенергії працює трохи швидше!" Професіонали також використовують так звані повітродувки для компонентів, які використовуються мобільно та варіативно, наприклад, для націлювання на вхідні канали для охолодження нагнітаного повітря.
Навіть якщо все повинно відповідати, все одно існують зовнішні фактори навколишнього середовища, такі як тиск повітря та температура в приміщенні, які необхідно враховувати, і де в деяких випадках також слід дотримуватися законодавчих вимог.
"Наші стенди мають екологічний модуль, який реєструє екологічні дані плюс температуру всмоктуваного повітря", - говорить Плейні. Тиск повітря, кімнатна температура та вологість повітря реєструються, оскільки стандарт ЄЕС 80/1269 обчислює тиск повітря за сухим повітрям.
Коли старі стандарти відповідають новим технологіям
Цей стандарт ЄЕС датується 1980 р. І тому був розроблений для двигунів, які не мали карти. На той час вплив факторів навколишнього середовища, таких як тиск повітря та температура вхідного повітря, був дуже далекосяжним, особливо при пилососі. Тому було проведено екстраполяцію - залежно від того, де знаходиться випробувальний стенд. "Однак сьогодні у нас є двигуни, керовані картою, які частково пристосовуються до таких факторів незалежно", - говорить Плейні.
"Для цього програмне забезпечення блоку управління двигуном також включає інші змінні, наприклад захист компонентів або викиди. Коефіцієнт коригування, звичайно, повинен бути якомога меншим".
Ерго, температура в вимірювальній кімнаті повинна бути від 20 до 25 градусів. "Якщо ви можете це зробити, у вас менше виправлень." Це залишає тиск повітря, який, звичайно, залежить від висоти випробувального стенду. Ви не можете штучно це компенсувати, інакше вам знадобляться товсті сталеві стіни, щоб ви могли "накачати" кімнату, так би мовити.
Теоретично корисна потужність може зменшитися до одного відсотка із збільшенням висоти на 100 метрів. При допуску на випробувальну установку в два відсотки це здається незначним - але між 700 метрами та рівнем моря все ще залишається цілих сім відсотків!
Мінімальне відхилення 3,6 к.с. у 911 Turbo S.
Тож ми повільно повертаємось до початкового питання, а саме вимірювання Supertest Porsche 911 Turbo S. Його вимірювали на той час у Халденвангу поблизу Маха, а не в Штутгарті. Халденванг знаходиться на висоті 757 метрів - тому розрахунок характеристик згідно ЄЕС мав бути виправлений. Проблема: двигун Porsche автоматично коригує висоту і, отже, тиск навколишнього повітря в діапазоні приблизно до 1000 метрів. Як? "Блок управління двигуном має датчик тиску і визначає висоту", - говорить Крістіан Кунде, керівник базового двигуна та процесу згоряння в Porsche.
"Це означає, що ЕБУ точно знає, скільки тиску наддуву потрібно для бажаного крутного моменту. Регулювання здійснюється за допомогою системи VTG турбокомпресора. VTG є елементом управління для регулювання тиску наддуву. Компресору потрібна більша швидкість, щоб наповнити бак на високому рівні і ця більша кількість повітря повинна подаватися турбіною - і це регулюється регулюванням заданого тиску наддуву ".
Моріц Мартіні, керівник боксерських двигунів із застосування автомобілів у Porsche, додає: "Крива на той час у Supertest була створена тому, що наш турбодвигун оброблявся як двигун із атмосферним повітрям. З атмосферним двигуном це робиться для того, щоб забезпечити стандартизовану специфікацію потужності, як це робить двигун Однак у сучасних турбодвигунів ця корекція згідно зі стандартом ЄЕС може не застосовуватися. Для старих турбодвигунів корекція може бути виправданою, оскільки вони працюють без так званого цільового регулювання тиску наддуву, який реагує на різницю висот і тиск повітря "
Коротко кажучи: те, що сталося тоді, було подвійною корекцією. Блок управління зареєстрував висоту і відрегулював систему за допомогою VTG на висоту, в той же час Маха скорегував результат відповідно до норми ЄЕС для висоти - в цьому випадку подвійне спарювання не краще!
Повторне вимірювання 911 Turbo S на трьох випробувальних стендах Маха на різних висотах в Хальденвангу, Штутгарті та Реклінгхаузені показало - цього разу без корекції - мінімальні відхилення 3,6 к.с. Навіть Porsche був здивований тим, що виміряні величини знаходились у такому вузькому коридорі близько одного відсотка. "У Porsche тиск наддуву контролюється за допомогою VTG, тому наповнення залишається незмінним, хоча умови навколишнього середовища, такі як тиск повітря, змінюються", - говорить Майкл Плейніс. "Це означає, що виправлення відповідно до ЄЕС більше не має сенсу".
BMW і Audi рухаються аналогічно сьогодні. Таким чином, технічний розвиток втік від правових норм. Результат: правильно виміряно, але неправильно розраховано.