Br4VDM
Br4VDM
Zkoušení vozidel a spalovacích motorů na válcových zkušebnách nové generace
Vývoj a výzkum spalovacích motorů si nelze představit bez měření a testování na motorových dynamometrech. Ovšem testování celého hnacího ústrojí vozidla,
ověření zástavy motoru s příslušenstvím do vozidla a pověření komplexní elektronické regulace hnacího ústrojí je možné provádět až při jízdních zkouškách. Tyto jsou
ovšem finančně náročné a přinášejí mnoho problémů s mobilní technikou. Proto je snahou přenést co nejvíce jízdních zkoušek na testy na válcové zkušebny.
Tuto možnost přinášejí válcové zkušebny nové generace, které jsou také produkovány firmou MEZSERVIS s.r.o. Vsetín.
Charakterizace válcových zkušeben nové generace
Válcové zkušebny nové generace jsou charakterizovány těmito znaky:
velkým průměrem válcům – minimální průměr válců
je více než 0,5 m u dvojic a 1 m u monoválců
každému kolu vozidla odpovídá samostatný válec – válce odpovídající jedné nápravě nejsou spojeny na pevno. Je mezi nimi ovládaná spojka.
každému kolu vozidla odpovídá jeden dynamometrický pohon – každému kolu odpovídá nezávislý čtyřkvadrantový dynamometr s digitálním řízením (otáček i momentu) PID regulací.
zkušebna zahrnuje skluzové rolny - každé kolo je vybavené nezávislou rolnou měřící skutečné otáčky kola vozidla a
takto vyhodnocovat skluz při brzdění a akceleraci.
použitím moderních konstrukčních prvků -např. ozubených řemenů
digitální řízení celé zkušebny – celé zkušebny jsou řízeny počítači PC a dalšími procesorovými systémy.
distribuovaný řídící a měřící systém – tj. řízení, měření a zpracování výsledků je rozloženo na více procesorů (počítačů).
Použití nových informačních technologií – uplatnění objektových technologií ActiveX a zejména DCOM a OPC. Spolupráce s databázemi klient/server (SQL).
 |
| Zkušebna před najetím vozidla |
Prováděné zkoušky
Seznam testů, které moderní válcové zkušebny standardně obsahují:
Zkoušky hnacího ústrojí (spalovacích motorů)
v= konstantní – standardní způsob měření rychlostních charakteristik
motorů vozidel
F=konstantní – standardní způsob měření zatěžovacích charakteristik
motorů vozidel
Vnější rychlostní – standardní způsob měření vnější rychlostních
charakteristik motorů vozidel v regulaci v=konstantní
Simulace vozovky – simulace jízdy
Jízdní zkoušky – vychází z předchozí, ale je doplněna funkcemi
pro jízdu podle předem předepsané charakteristiky v čase jako např. u exhalačních
testů EHK.
Akcelerační zkouška – zkouška pro měření vnější rychlostní charakteristiky
dynamickou metodou.
Zkoušky brzdové soustavy
Pomaluběžné zkoušky – zkoušení brzdové soustavy dle metodiky platné
pro STK, doplněná o možnost měření brždění obou náprav současně.
Rychloběžné zkoušky – obdoba předešlé zkoušky s tím rozdílem, že
zkušební rychlost může být výrazně vyšší než u pomaluběžných.
Dynamické zkoušky – zkouška spočívá v brždění vozidla z počáteční
rychlosti až do zastavení.
ABS II – obdoba předešlé zkoušky, ale s vyhodnocením reálného chování
ABS.
Kalibrační testy
Určení pasivních ztrát pro zkoušky brzd – slouží k určení pasivních
ztrát nezávisle pro, každé kola.
Určení pasivních ztrát pro zkoušky výkonu – slouží k určení pasivních
ztrát pouze hnaných náprav.
Doplňkové zkoušky
Zkouška rychloměru a tachometru – ověřuje přesnost měření rychloměru
a tachometru vozidla.
Zkouška otáčkoměru – slouží k ověření přesnosti měření vozidlového
otáčkoměru a zjištění dynamického poloměru pneumatik při akceleraci.
Zkouška náhonu 4×4 – při akceleraci a deceleraci ověřuje chování
viskózních spojek a diferenciálů.
Díky řešení válcových zkušeben, kdy vlastní konfigurace a realizace zkoušek
je realizována softwarem, ale zkušebny doplnit o další testy. Příkladem mohou
být testy diferenciálu při průjezdu zatáčkou, chování vozidla na
Náhrada mechanických řešení digitální řízením
Významnou oblastí je možnost pomocí digitálního řízení jednotlivých prvků
nahrazovat řešení mechanických vazeb. Pomocí digitálních řídících systémů
lze nahradit mechanické prvky zkušebních zařízení a tak dosáhnout zlevnění
celého zařízení a také větší variability zkušebny. Z rozvojem digitálního
řízení bude trend postupného nahrazování mechanických vazeb elektrickými pokračovat,
Kvůli rozsahu příspěvku ukážeme tento přístup pouze na digitální simulaci
vozovky na dvounápravové válcové zkušebně. Dvounápravová monoválcová zkušebna
je tvořena čtyřmi samostatnými válci (každé odpovídá jednomu kolu), každý
válec je poháněn brzděn stejnosměrným pohonem. Úkolem zkušebny je zajisti
splnění těchto podmínek:
vozidlo při jízdě na vozovce musí překonávat následující síly, které jsou
obecně závislé na rychlosti vozidla:
(1)
kde Fok….valivý odpor kol vozidla Fcx….vzdušný
odpor vozidla Fs…..odpor stoupání
mc.dv/dt …. odpor zrychlení
všechny kola vozidla se musí točit stejnými otáčkami (rychlost vozidla)
Klasické mechanické řešení spočívá v tom, že se všechny válce spojí do jednoho
celku, tj. válce jedné spojkami a nápravy mezinápravovým řemenem. Celá mechanická
rotační soustava musí mít hmotnost rovnou mc…..celková
hmotnost vozidla. V případě, že je ekvivalentní rotační hmotnost nižší je
nutno připojit setrvačník naopak pokud je vyšší nelze vozidlo zkoušet. Vzhledem
k tomu, že se na zkušebně střídají vozidla různých hmotností, je třeba řešit
přídavný setrvačník jako proměnný (setrvačníkový blok).
 |
Schéma spojení měničů v regulaci jízdy po vozovce |
Naopak v případě digitálního řízení každého elektromotoru jsou z mechanického
spojení aplikovány pouze meziválcové spojky viz. obr. 2. Digitální měniče
odpovídající přední jsou přepnuty do momentové regulace a regulují na hodnotu
síly z rovnice (1), skutečná rychlost otáčení přední osy je předána jako požadovaná
rychlost měniči levého zadního válce (elektrická hřídel) a proud (ekvivalentní
momentu) je předán měniči pravého zadního motoru. Tímto se uzavírá jedna regulační
smyčka nyní se odměří síla ze všech válců (pomocí tenzometrů) a pomocí PID
regulátoru je korigována žádaná hodnota síly do přední osy. Touto regulací
je ušetřen nákladný mezinápravový řemen a spojky mezi válci mohou být dimenzovány
na menší přenášený moment. Tento algoritmus ještě neřeší otázku rozdílných
setrvačností vozidla a rotačních částí válcové zkušebny tj. čtvrtý člen rovnice
(1). I tento člen lze řešit pomocí PID momentového regulátoru tj. potom člen
mc…..není celková hmotnost vozidla, ale rozdíl mezi ekvivalentní
hmotnosti rotačních částí dynamometru a celkovou hmotností vozidla a zrychlení
je vypočteno z měřené rychlosti. Numerický výpočet derivace jak je známo
je citlivý na přesnost derivované veličiny, proto je třeba měřit derivovanou
veličinu s velkou přesností Otáčky válců lze přesně měřit jen pomocí digitální
techniky tj. použitím inkrementálních snímačů a kvadraturních čítačů. V našem
případě je přesnost měření lepší než 0,05 km/hod tj. 0,025%. I přes tuto vysokou
přesnost měření je nutné pro výpočet derivace použít aproximační formuli.
5 Příklad realizované zkušebny
Zatím nejmodernější a nejkomplexnější válcovou zkušebnou realizovanou firmou
MEZSERVIS je dvojitá zkušebna instalovaná na Mendlově
zemědělské univerzitě v Brně, jejíž půdorys je na obr. 2.
 |
Půdorysný pohled na válcovou zkušebnu |
Zkušebna je tvořena dvěma nezávislými zkušebnami. Levá tzv. monoválcová zkušebna
je určena pro zkoušení osobních vozidel až do rychlosti 200 km/hod a pravá
je naopak určena zejména pro zkoušení traktorů a zemědělských strojů s velkými
tažnými silami do rychlosti 16 km/hod. Vzhledem k provázanosti. Celá zkušebna
je řízena třemi průmyslovými počítači PC. Celkem osm stejnosměrných pohonů
je řízeno osmi procesorovými digitálními měniči. Měniče navzájem a s řídícím
PC komunikují prostřednictvím linky RS 485. Průmyslové počítače PC navzájem
6. Moderní informační technologie
Rozvoj Internetu a sním spojené informační technologie přináší možnost jejich
uplatnění v řídících a měřících systémech válcových zkušeben. Základní možností
je práce (možnost vytvářet a načítat) soubory ve formátu html. Tento
hypertextový formát, který je standardem umožňuje např. přenos měřených dat
do textových editorů. Kombinace tvorby dokumentů spolu s tvz. web serverem
(je využíván IIS firmy Microsoft), lze publikovat měřená data do vnitřní sítě
Internet nebo i do Internetu. Toto umožňuje bez nutnosti speciálního software
(stačí internovský prohlížeč) prohlížet výsledky měření na vzdálených počítačích.
Nevýhodou dokumentů html je, že je obtížné z nich získat data ne pro zobrazení,
ale pro další zpracování a to zejména tehdy pokud měřené data mají rozdílnou
strukturu. Tento nedostatek odstraní formát XML, který obsahuje jak popis
struktury dat tak i vlastní data. Integrace tohoto formátu se teprve připravuje.
Získané výsledky měření je třeba archivovat, k tomuto účelu se jeví jako
nejvhodnější použití databázových systému.
Závěr
Firma MEZSERVIS s.r.o. realizuje množství zkušebních zařízení pro automobilový
průmysl. Při vývoji již dlouhodobě spolupracuje s odborníky s VUT FSI Brno.
Mezi realizované zkušebny patří řada motorových dynamometrů s moderními počítačovými
řídícími systémy, zkušeben převodovek a zde popsaných válcových dynamometrů.