Banc de test Capcanele măsurării performanței AUTO MOTOR UND SPORT
Determinarea performanței corecte a motorului pe un dinamometru cu role în mod real și reproductibil este un joc cu multe variabile. Vă explicăm tehnologia dinamometrelor moderne și vă spunem ce trebuie să aveți în vedere.
Cine măsoară, măsoară balegă - vechea lege de bază a tehnologiei de măsurare cere ca tot ceea ce a fost măsurat să fie mereu pus la îndoială. Pe bună dreptate și, desigur, acest lucru este valabil și pentru noi - pentru sport auto.
Porsche 911 Turbo S ca ocazie
Deoarece măsurătorile noastre sunt publice și producătorii sunt afectați direct, chiar și cele mai mici erori nu rămân niciodată nedetectate sau comentate. Așa s-a întâmplat în primăvara anului 2014: în super-testul Porsche 911 Turbo S (sport auto 2/2014), măsurarea performanței a provocat încruntarea în Weissach. 607 CP în loc de 560 CP - o abatere completă de 8,4%.
Măsurătorile noastre de performanță nu au fost niciodată puse la îndoială înainte, indiferent de valorile pe care le-a scuipat banca de testare. Dar nu ar trebui să fim atât de prezumțios încât să excludem măsurarea. Porsche a insistat asupra clarificărilor și am profitat de aceasta ca o oportunitate de a îngenunchea mai adânc în această chestiune.
Trebuie răspuns la patru întrebări: Cum funcționează dinamometrele cu role? La ce trebuie să fii atent? Unde sunt posibile surse de eroare? Și, în cele din urmă: Dacă Porsche avea prea multă putere, am măsurat prea multă putere sau - mai precis - am calculat-o?
Ca o erupție vulcanică pe marginea craterului
Să începem povestea cu Adam și Eva: Ce face un dinamometru, cum funcționează? Întâlnire la fața locului cu liderul de piață Maha la Haldenwang. Michael Pleinies, expert al bancului de testare al companiei și manager de instruire pentru tehnologia bancului de testare, leagă un Porsche 911 Turbo S pe banca de testare internă. "Des ham wa glei, be scho seha." Ochelari de protecție aprinși, dopuri pentru urechi - și vă rugăm să nu stați prost în spatele mașinii atunci când efectuați măsurarea, deoarece dacă există încă pietre mici în banda de rulare a anvelopei, acestea vor fi catapultate înapoi cu până la 300 km/h.
Sună cam exagerat? Mă glumești? Vorbești serios când spui asta! Oricine a asistat în direct la o măsurare a performanței realizată profesional știe că procesul are o anumită dramă: accelerația completă de la viteza inițială de 50 km/h până la viteza maximă realizabilă în timpul testului este aproximativ ca și cum ai privi o erupție vulcanică de la margine a craterului. Rotirea roților, rotația motorului, rotirea rolelor cresc cu viteza crescândă până la o cacofonie asurzitoare de șuierat, fluierat, țiuit, scâncit și hohotit - până când vă îndepărtați voluntar la câțiva metri de acțiune pentru a vă proteja auzul.
Centurile de tensiune sunt întinse pentru a se rupe, forța elementară a accelerației rotative este chiar mai obsedantă decât atunci când stai la volanul unei mașini super sport. În calitate de spectator, nu doriți să vă imaginați ce se întâmplă dacă o anvelopă suflă în timpul măsurării. După 30 de secunde bune, spectaculosul spook s-a încheiat. Cu toate acestea, măsurarea nu este - pentru că acum puterea de tracțiune este determinată la lansare.
Două tipuri de dinamometre cu role
Două ore mai târziu, Michael Pleinies ține o prelegere despre stadiul actual al artei în cantina Maha. Frânele cu curenți turbionari fără uzură funcționează în banca de testare a rolei, care generează un contra-cuplu la forța roții prin intermediul forței electromagnetice pe rolă - așa se frânează vehiculul și se încarcă motorul. În calitate de mireni de fizică, acum îl acceptăm necontestat.
Mai practic este nota că există două tipuri de dinamometru cu role, dinamometrul cu două role și dinamometrul cu role individuale. Întrebarea asupra conceptului care va prevala a fost deja clarificată: „Bancul de testare cu role individuale este în mod clar calea de urmat pentru viitor”, spune Pleinies.
Care sunt diferențele? În standul de testare cu două role, roțile se rotesc între două role, o rolă de susținere și o rolă de frânare, al căror diametru este mai mic decât cel al rolelor superioare, care poate avea un diametru de până la un metru. Roțile sunt ghidate stabil într-o prismă cu role coborâtă, dar sistemul prezintă dezavantaje.
Comportamentul la rulare al anvelopelor este greu comparabil aici cu condițiile de pe drum. Deoarece mașinile sport moderne devin din ce în ce mai puternice, există riscul unei alunecări prea mari pe dinamometrul cu două role. Și alunecarea cu role este o problemă importantă atunci când vine vorba de măsurători de performanță reproductibile. „Pe rola dublă, trebuie să lucrați cu ajutoare pentru a minimiza alunecarea, de exemplu prin coborârea mașinii, pulverizarea anvelopelor sau lucrarea cu greutăți suplimentare pe puntea motrice”, explică Pleinies. Cu toate acestea, munca de flexie mai mare între anvelopă și rolă nu înseamnă că măsurarea este mai puțin precisă, deoarece aceasta este compensată între puterea roții și măsurarea pierderii de putere.
Lucru mai puțin flexibil pe rola coroanei
Cu toate acestea, viitorul aparține bancului de testare cu o singură rolă, unde roata rulează pe partea superioară (sau superioară) a unei role. „Acest lucru este mult mai realist decât în cazul rolei duble, aveți sarcini mai puțin nedorite pe anvelope și pe trenul de rulare”, explică Pleinies. Lanțul de transmisie a puterii dintre anvelopă și rolă funcționează mult mai bine, ceea ce înseamnă că temperaturile anvelopei cresc cu greu peste 65 de grade.
Standurile de testare cu o singură rolă din familia MSR de la Maha pot face față vitezei maxime de 320 km/h și pot găzdui o sarcină continuă de 260 kW la 1.100 kW sau 1.500 PS pe axă. Cele două seturi de role cu diametrul de 30 inci sunt echipate fiecare cu o frână de curent turbionar și un motor electric. Mașinile electronice cu o putere de 40 kW asigură că axele vehiculului rulează sincron prin cuplajul controlat electronic al seturilor de role.
Destul de teoria gri. Cum trebuie să aibă loc o măsurare corectă în practică? Fiecare măsurare a performanței începe cu o verificare amănunțită a vehiculului testat. „Vehiculul este verificat pentru scurgeri sau scurgeri”, spune Moritz Müller, care folosește banca sa de testare Maha pentru a efectua măsurătorile de performanță pentru super testul sportului auto din Backnang. Accentul este pus pe anvelope, deoarece măsurarea înseamnă un efort suplimentar pentru ei: „Anvelopele trebuie să transmită puterea motorului, astfel încât presiunea aerului trebuie să fie corectă, iar arborele să nu fie prea mare, deoarece asta crește aderența pe rolă și, astfel, măsurarea influențată negativ. "
Unele lucruri sunt de la sine înțeles, dar ar trebui menționate din nou aici: Combustibilul umplut joacă un rol la fel de important în măsurare ca temperatura acestuia. Dacă combustibilul are un conținut scăzut de octan și, de asemenea, este fierbinte, acest lucru poate avea un impact negativ semnificativ asupra măsurării. Mașina ar trebui să se răcească înainte ca banca de testare să funcționeze, deoarece motorul tinde să bată (autoaprindere necontrolată) după traficul orașului sau brațul de încărcare completă pe autostradă, ceea ce face ca software-ul pentru harta de încărcare completă să reducă performanța, și datorită protecției componentelor.
Valorile de referință din drum sunt utile
La sport auto există, de asemenea, o verificare suplimentară pe drum care nu face parte din sfera obișnuită a măsurării performanței: valorile de referință, cum ar fi temperatura aerului de admisie și presiunea de creștere pentru testul pe bancul de testare, sunt determinate folosind interfața OBD (diagnostic la bord).
„Acest lucru ne asigură că lucrăm cu date corecte atunci când luăm măsurători”, explică Moritz Müller. „Dacă temperatura aerului de admisie este de 50 de grade în timp ce conduceți la sarcină medie și 200 km/h, de exemplu, atunci ar trebui să lucrăm cu parametri similari pe banca de testare - altfel veți obține citiri incorecte. În acest scop, valorile pentru poziția clapetei de accelerație, unghiul de aprindere și turația reglată sunt, de asemenea, determinate pentru motoarele cu aspirare naturală. În acest scop, este selectat uneltele corecte de testare, adică nivelul angrenajului cu care se face măsurarea.
„Măsurarea are loc cu o treaptă de viteză mare, dar nivelul de viteză este de așa natură încât poți începe accelerarea cu aproximativ 50 km/h”, explică Moritz Müller. La modelul 911 Turbo S, viteza a cincea este nivelul optim, ceea ce permite acoperirea perfectă a intervalului de viteză de la 50 la 240 km/h la măsurare.
În a doua etapă, vehiculul este fixat pe bancul de testare cu benzi de tensionare pentru a-l regla în mod optim pe rolă. După ce mașina a fost legată, condiționarea are loc pe banca de testare. În plus față de un test, în timpul căruia se verifică dacă nu există tensiune și că mașina este poziționată corect, parametrii de bază trebuie selectați în software - cum ar fi ampatamentul sau performanța de accelerație așteptată.
Poate șoferul de testare să influențeze rezultatul?
Într-un Porsche 911 Turbo S de 560 CP, valoarea rampei este de 2,0 m/s, ceea ce corespunde capacității medii de accelerație a acestui vehicul. Pentru a face acest lucru, valoarea greutății maselor rotative este preselectată, adică 80 de kilograme pentru roțile de 19 inch în cazul de față.
Măsurarea în sine este împărțită în două părți: În primul pas, performanța roții este determinată prin accelerația din treapta de încercare. Dacă limita de viteză este atinsă în treapta de încercare, ambreiajul este decuplat sau, cu transmisii automate, treapta de viteză neutră este cuplată și puterea de tracțiune este determinată la mersul în jos. La măsurarea performanței roților, traseul de testare selectat are o importanță deosebită din două motive.
În primul rând, vehiculul trebuie să poată accelera curat de la o viteză de decolare de aproximativ 50 km/h. Transmisiile automate au, de asemenea, o viteză minimă pentru fiecare treaptă care trebuie respectată, altfel transmisia va coborî automat.
În pofida diferitelor povești, șoferul de testare are cu greu o marjă de manevră pentru a interveni în măsurarea performanței roții.
În al doilea rând, viteza maximă admisibilă a bancului de testare nu trebuie depășită în timpul testului. Majoritatea standurilor de testare cu o singură rolă pot suporta viteze maxime de până la 300 km/h.
În ciuda poveștilor contrare, șoferul de testare are cu greu o marjă de manevră pentru a interveni în măsurarea performanței roților, așa cum explică Michael Pleinies de la Maha: "Este important ca șoferul să accelereze rapid de îndată ce viteza de pornire este atinsă în treapta de testare. accelerația continuă până la sfârșitul turației motorului, restul se face de banca de testare. Când accelerați, nu există nicio modalitate ca testerul să influențeze rezultatul. "
Adăugarea puterii roților și puterea de remorcare are ca rezultat puterea motorului
În timpul procesului de rulare, adică a măsurării puterii de remorcare, șoferul de testare ar putea ajuta teoretic frânând și împingând astfel rezultatul. „Dar acest lucru se observă imediat”, spune Pleinies, „deoarece curba puterii de remorcare are un curs parabolic și nu puteți frâna o forță paralelă pentru a crește curba și, astfel, puterea. "
Adăugarea puterii roților și a puterii de remorcare conferă puterii motorului. Cum așa? „Puterea este masă ori accelerare ori viteză”, explică Pleinies. "Există fracțiuni de masă pe bancul de testare și pe vehicul. Bancul de testare și vehiculul sunt ca un sandviș când se măsoară, motorul trebuie să conducă totul și toate masele sunt o sarcină pentru motor. Sarcinile frânei de pe role formează partea statică care trebuie să fie masa volantului poate fi accelerată și ca componentă dinamică. "
Cel mai mare dușman al măsurătorilor este alunecarea
În limbaj simplu: pe dinamometrul cu role, trenul de rulare al vehiculului și componentele rotative ale bancului de testare creează împreună o serie de pierderi care pun stres pe motor în timpul măsurării puterii roții. Aceste pierderi statice și dinamice sunt determinate prin puterea de tracțiune. Puterea motorului rezultă din adăugarea puterii roților și a puterii de remorcare sau a pierderii de putere.
Termenii roată și pierderea puterii provoacă confuzie de mai multe ori: Mulți văd puterea măsurată a roții și, în consecință, cred că aceasta este puterea pe roată, dar acest lucru este greșit. Vehiculul și banca de testare formează o unitate: dacă scoateți mașina de pe banca de testare, pierderile și masele vor dispărea. Din acest motiv, puterea roții pe bancul de testare este mai mică - prin urmare, puterea de tracțiune trebuie măsurată pentru a o adăuga!
Standurile moderne de testare pot măsura pierderile totale exact și reproductibil în orice moment. Dacă da, dacă sunt îndeplinite condițiile cadru. Și sunt câteva: cele care depind de banca de testare, de mediu și cele care sunt obligatorii prin lege.
Un mare dușman al măsurătorilor este alunecarea: „În mașinile sport există întotdeauna alunecare pe rolă”, spune Pleinies, „și mai ales cu motoarele turbo atunci când presiunea de creștere se acumulează complet. Dar atâta timp cât aceasta rămâne în intervalul șase până la opt la sută, Cadru." În al doilea rând, măsurarea precisă poate fi făcută numai în condiții realiste. Dacă mașina este accelerată la peste 200 km/h pe banca de testare, dar nu este răcită în mod adecvat, măsurarea nu merită hârtia pe care se află.
50.000 de metri cubi pe oră ca limită inferioară
„Răcirea este finalitatea unei măsurători, în special cu motoarele turbo”, spune Pleinies. Aerul de încărcare trebuie răcit în mod realist, iar răcitoarele de ulei și apă trebuie să aibă, de asemenea, un debit bun și curat. Pentru a face acest lucru, aerul trebuie să curgă și prin compartimentul motorului; transmisia are nevoie și de răcire.
„Dacă există o acumulare de căldură, temperatura aerului de admisie crește și electronica ia puterea”, spune Pleinies. Curios: uneori toate valorile pentru motor sunt corecte, dar rezultatul final încă nu se potrivește, deoarece unitatea de control a cutiei de viteze raportează temperaturi prea mari. Ca urmare, unitatea de control își reduce performanța. „Deseori cutiile de viteze sunt complet ambalate, în motoarele V cu convertoare catalitice laterale se află chiar între ele - se încălzește brutal”, spune Pleinies.
Când mașina este coborâtă, nu mai curge aer sub ea - răcirea este zero. Ventilatorul de răcire din fața mașinii este, de asemenea, important: „Obiectivul este de 50.000 de metri cubi pe oră, cu un debit de aer cuprins între 130 și 140 km/h ca limită inferioară pentru mașinile sport”, a spus Pleinies. Nu există o limită superioară: "90.000 sau 150.000 m/h, plus un debit de până la 200 km/h - asta nu mai este neobișnuit astăzi! Contorul de electricitate rulează apoi un pic mai repede!" Profesioniștii folosesc, de asemenea, așa-numitele ventilatoare componente, care pot fi utilizate într-o manieră mobilă și variabilă, de exemplu pentru a oferi un flux țintit către conductele de admisie pentru răcirea aerului de încărcare.
Chiar dacă totul ar trebui să se potrivească, există încă factori externi de mediu, cum ar fi presiunea aerului și temperatura camerei, care trebuie luați în considerare și unde, în unele cazuri, trebuie respectate și cerințele legale.
„Băncile noastre de testare au un modul de mediu care înregistrează datele de mediu plus temperatura aerului de admisie”, spune Pleinies. Presiunea aerului, temperatura camerei și umiditatea sunt înregistrate deoarece standardul CEE 80/1269 calculează presiunea aerului cu aer uscat.
Când standardele vechi îndeplinesc noile tehnologii
Acest standard CEE datează din 1980 și, prin urmare, a fost dezvoltat pentru motoarele care nu aveau o hartă. În acea perioadă, influența factorilor de mediu, cum ar fi presiunea aerului și temperatura aerului de admisie, era foarte amplă, în special cu aspiratorul. Prin urmare, extrapolarea a fost făcută - în funcție de locul în care se află bancul de testare. „Astăzi, însă, avem motoare controlate de hartă care se adaptează parțial la astfel de factori în mod independent”, spune Pleinies.
"Pentru a face acest lucru, software-ul unității de comandă a motorului include și alți parametri, de exemplu protecția componentelor sau emisiile. Factorul de corecție ar trebui, desigur, să fie, în general, cât mai mic posibil."
Ergo, temperatura din camera de măsurare ar trebui să fie de 20 până la 25 de grade. „Dacă poți face asta, ai mai puțină corecție”. Aceasta lasă presiunea aerului, care depinde desigur de altitudinea bancului de testare. Nu puteți compensa artificial acest lucru, altfel veți avea nevoie de pereți groși de oțel, astfel încât să puteți „pompa” camera, ca să spunem așa.
În teorie, puterea utilă ar putea scădea cu până la un procent cu o creștere a altitudinii de 100 de metri. Cu o toleranță a instalației de testare de două procente, acest lucru pare neglijabil - dar între 700 de metri și nivelul mării există încă un procent complet de șapte!
Deviație minimă de 3,6 CP la 911 Turbo S.
Așa că ne întoarcem încet la întrebarea inițială, și anume măsurarea Supertest Porsche 911 Turbo S. A fost măsurată în acel moment în Haldenwang lângă Maha și nu în Stuttgart. Haldenwang se află la o altitudine de 757 metri - de aceea calculul performanței conform CEE a trebuit corectat. Problema: motorul Porsche corectează automat altitudinea și, astfel, presiunea aerului înconjurător într-un interval de până la aproximativ 1.000 de metri. La fel de? „Unitatea de comandă a motorului are un senzor de presiune și detectează altitudinea”, spune Christian Kunde, șeful motorului de bază și al procesului de ardere la Porsche.
"Acest lucru înseamnă că ECU știe exact câtă presiune de creștere este necesară pentru cuplul dorit. Reglarea are loc prin sistemul VTG al turbocompresorului. VTG este elementul de control final pentru reglarea presiunii de reîncărcare. Compresorul are nevoie de mai multă viteză pentru a menține încărcarea la mare. iar această cantitate mai mare de aer trebuie să fie furnizată de turbină - și aceasta este reglementată de controlul presiunii de creștere a valorii de referință. "
Moritz Martiny, șeful motoarelor pentru aplicații pentru vehicule de la Porsche, adaugă: „Curba din acel moment în Supertest a fost creată deoarece motorul nostru turbo era tratat ca un motor aspirat natural. Cu un motor aspirat natural, acest lucru se face pentru a permite o specificație standardizată a puterii, așa cum face motorul. Cu un motor turbo modern, totuși, această corecție conform standardului CEE nu poate fi utilizată. Pentru motoarele turbo mai vechi, corecția poate fi justificată deoarece funcționează fără așa-numitul control al presiunii de creștere a țintei, care reacționează la diferența de altitudine și presiunea aerului.
Scurtă poveste: ceea ce s-a întâmplat atunci a fost o dublă corecție. Unitatea de control a înregistrat altitudinea și a reglat sistemul prin VTG pentru altitudine, în același timp Maha a corectat rezultatul în conformitate cu norma CEE pentru altitudine - în acest caz, împerecherea dublă nu este mai bună!
Re-măsurarea unui 911 Turbo S pe trei teste Maha se află la diferite altitudini în Haldenwang, Stuttgart și Recklinghausen a arătat - de această dată fără corecție - abateri minime de 3,6 CP. Chiar și Porsche a fost surprins că valorile măsurate se aflau într-un coridor atât de îngust de aproximativ un procent. „La Porsche, presiunea de creștere este controlată prin intermediul VTG, astfel încât umplerea rămâne aceeași, deși condițiile de mediu, cum ar fi presiunea aerului, se schimbă”, spune Michael Pleinies. "Aceasta înseamnă că o corecție conform CEE nu mai are sens."
BMW și Audi continuă în mod similar astăzi. Dezvoltarea tehnică a fugit astfel de normele legale. Rezultatul: măsurat corect, dar calculat incorect.