Тестова скамейка Капаните на измерването на производителността AUTO MOTOR UND SPORT
Определянето на правилните характеристики на двигателя на ролков динамометър реалистично и възпроизводимо е игра с много променливи. Обясняваме технологията на съвременните динамометри и ви казваме за какво да внимавате.
Кой измерва, измерва тор - старият основен закон на измервателната технология изисква всичко, което е измерено, да бъде поставено под въпрос. Правилно е, и разбира се, това важи и за нас - за спортни автомобили.
Porsche 911 Turbo S като повод
Тъй като нашите измервания са публични и производителите са пряко засегнати, дори и най-малките грешки никога не остават неоткрити или не коментирани. Това се случи през пролетта на 2014 г .: В супер теста на Porsche 911 Turbo S (sport auto 2/2014), измерването на производителността предизвика намръщение в Weissach. 607 к.с. вместо посочените 560 к.с. - пълно отклонение от 8,4 процента.
Нашите измервания на производителността никога преди не са били подлагани на съмнение, без значение какви стойности изплюва тестовият стенд. Но човек не трябва да бъде толкова самонадеян, че да изключва измерването. Порше настоя за разясняване и ние възприехме това като възможност да коленичим по-дълбоко в въпроса.
Трябваше да се отговори на четири въпроса: Как работят ролковите динамометри? На какво трябва да обърнете внимание? Къде са възможните източници на грешки? И накрая: Ако Porsche имаше твърде много мощност, ние измерихме твърде много мощност или - по-точно - я изчислихме?
Като вулканично изригване на ръба на кратера
Нека започнем историята с Адам и Ева: Какво прави динамометърът, как работи? Среща на място с лидера на пазара Маха в Haldenwang. Майкъл Плейнис, експертът на тестовия стенд на компанията и мениджър на обучение за технология на тестови стенд, привързва Porsche 911 Turbo S към вътрешния тестови стенд. "Des ham wa glei, be scho seha." Защитни очила включени, запушалки за уши - и моля, не стойте глупаво зад колата, когато правите измерването, защото ако все още има малки камъчета в протектора на гумата, те ще бъдат катапултирани назад с до 300 км/ч.
Звучи малко пресилено? Шегуваш ли се? Сериозен ли си, когато казваш това! Всеки, който е преживял професионално извършено измерване на производителността на живо, знае, че процесът крие определена драма: Пълното ускорение от първоначалната скорост от добри 50 км/ч до достижимата максимална скорост в тестовия пробег е приблизително като гледане на вулканично изригване от ръба на кратера. Завъртането на колелата, оборотите на двигателя, въртенето на ролките се увеличават с увеличаване на скоростта до оглушителна какофония на съскане, свирене, писъци, хленчене и рикотене - докато доброволно се отдалечите на няколко метра от действието, за да защитите слуха.
Опънатите колани са опънати, за да се скъсат, елементарната сила на въртящото се ускорение е дори по-страшна, отколкото когато седите на волана на супер спортен автомобил. Като наблюдател не искате да си представяте какво се случва, ако по време на измерването духа гума. След добри 30 секунди грандиозният призрак свърши. Измерването обаче не е - защото сега мощността на плъзгане се определя и при разточване.
Два вида ролкови динамометри
Два часа по-късно Майкъл Плейни изнася лекция за текущото състояние на техниката в столовата на Маха. Спирачките с вихрови токове без износване работят в стенда за изпитване на ролките, които генерират обратен въртящ момент на силата на колелото посредством електромагнитна сила върху ролката - така се спира автомобилът и се натоварва двигателят. Като миряни по физика, сега го приемаме безспорно.
По-практична е забележката, че има два вида ролкови динамометри, двойният ролков динамометър и единичният ролков динамометър. Въпросът коя концепция ще надделее вече е изяснен: „Стендовете за тестване с един валяк очевидно са пътят напред към бъдещето“, казва Pleinies.
Какви са разликите? В тестовата стойка с двойна ролка колелата се завъртат между две ролки, поддържаща ролка и спирачна ролка, чийто диаметър е по-малък от този на горните ролки, който може да бъде до метър в диаметър. Колелата се водят стабилно в понижена ролкова призма, но системата има недостатъци.
Поведението при търкаляне на гумите тук едва ли е сравнимо с условията на пътя. Тъй като съвременните спортни автомобили стават все по-силни и по-силни, съществува риск от твърде много подхлъзване на двойния ролков динамометър. И приплъзването на ролките е голям проблем, когато става въпрос за възпроизводими измервания на производителността. „За двойната роля трябва да работите с помощни средства, за да сведете до минимум приплъзването, например чрез спускане на автомобила, пръскане на гумите или работа с допълнителни тежести на задвижващата ос“, обяснява Pleinies. По-голямата работа на огъване между гумата и ролката обаче не означава, че измерването ще бъде по-малко точно, тъй като това се компенсира между измерването на мощността на колелото и загубата на мощност.
По-малко огъваща работа върху короната
Бъдещето обаче принадлежи на стенда за тестване на единични ролки, където колелото върви отгоре (или отгоре) на ролка. „Това е много по-реалистично, отколкото при двойния валяк, имате по-малко нежелани натоварвания върху гумите и задвижващата система“, обяснява Pleinies. Веригата за предаване на мощност между гумата и ролката работи много по-добре, което означава, че температурите на гумите едва ли се повишават над 65 градуса.
Единичните тестови щандове от семейството MSR от Maha могат да се справят с максимални скорости от 320 км/ч и могат да приемат непрекъснат товар от 260 kW до 1100 kW или 1500 PS на ос. Двата ролкови комплекта с диаметър 30 инча са оборудвани с вихрови спирачки и електрически мотор. Електронните машини с мощност от 40 kW гарантират, че осите на автомобила работят синхронно чрез електронно управляемото съединение на ролковите комплекти.
Стига сива теория. Как трябва да се извършва правилно измерване на практика? Всяко измерване на ефективността започва с щателна проверка на изпитваното превозно средство. „Превозното средство се проверява за течове или течове“, казва Мориц Мюлер, който използва своя тестови стенд Maha, за да извърши измерванията на производителността за супер теста на спортни автомобили в Backnang. Фокусът е върху гумите, тъй като измерването означава допълнителен стрес за тях: „Гумите трябва да предават мощността на двигателя, така че налягането на въздуха трябва да е правилно, а извиването не трябва да е прекалено високо, защото това увеличава сцеплението с ролката и по този начин измерването отрицателно повлияно. "
Някои неща се разбират от само себе си, но тук трябва да се споменат отново: Зареденото гориво играе също толкова важна роля при измерването, колкото и неговата температура. Ако горивото е с ниско съдържание на октан и ако е също горещо, това може да има значително отрицателно въздействие върху измерването. Автомобилът трябва да се охлади преди изпитването на стенда, тъй като двигателят има тенденция да чука (неконтролирано самозапалване) след градско движение или стрела с пълно натоварване на магистралата, което кара софтуера за картата с пълно натоварване да намали производителността, също поради защитата на компонентите.
Референтните стойности от пътя са полезни
При sport auto има и допълнителна проверка на пътя, която не е част от редовния обхват на измерване на производителността: референтни стойности като температура на всмукателния въздух и налягане на наддаване за работа на тестовия стенд се определят с помощта на интерфейса OBD (бордова диагностика).
„Това гарантира, че работим с правилни данни, когато правим измервания“, обяснява Мориц Мюлер. „Ако например температурата на входящия въздух е 50 градуса, докато шофирате при средно натоварване и 200 км/ч, тогава трябва да работим с подобни параметри на тестовия стенд - в противен случай ще получите неправилни показания.“ Освен това за атмосферните двигатели също се определят стойностите за положението на дроселната клапа, ъгъла на запалване и регулираната скорост. За тази цел се избира правилната тестова предавка, т.е. нивото на предавката, с която се извършва измерването.
„Измерването се извършва на висока предавка, но нивото на скоростта е такова, че можете да започнете ускорение с около 50 км/ч“, обяснява Мориц Мюлер. В 911 Turbo S петата предавка е оптималното ниво, което позволява да се покрива перфектно скоростта от 50 до 240 км/ч при измерване.
Във втората стъпка превозното средство е фиксирано на тестовия стенд с ленти, за да го настрои оптимално върху ролката. След като колата е вързана, кондиционирането се извършва на тестовия стенд. В допълнение към тестовия пробег, по време на който се проверява дали няма напрежение и дали автомобилът е правилно позициониран, в софтуера трябва да бъдат избрани основни параметри - като междуосието или очакваното представяне на ускорението.
Може ли тест драйверът да повлияе на резултата?
При Porsche 911 Turbo S с мощност 560 к.с., стойността на рампата е 2,0 m/s, което съответства на средния капацитет на ускорение на това превозно средство. За да направите това, стойността на теглото на въртящите се маси е предварително избрана, т.е. 80 килограма за 19-инчови колела в настоящия случай.
Самото измерване е разделено на две части: В първата стъпка ефективността на колелото се определя чрез ускорението в тестовата предавка. Ако ограничението на скоростта е достигнато в тестовата предавка, съединителят е изключен или, в случай на автоматични скоростни кутии, неутралната предавка е включена и мощността на съпротивление се определя при движение. Когато се измерва производителността на колелото, избраният път за изпитване е от особено значение по две причини.
Първо, превозното средство трябва да може да ускорява чисто от излитаща скорост от около 50 км/ч. Автоматичните скоростни кутии също имат минимална скорост за всяка предавка, която трябва да се спазва, в противен случай трансмисията автоматично ще премине надолу.
Въпреки различните истории, тестовият пилот едва ли има свобода да се намеси в измерването на ефективността на колелата.
Второ, максимално допустимата скорост на изпитвателния стенд не трябва да бъде превишавана при пробното пускане. Повечето щандове за тестове с единични ролки днес могат да се справят с максимална скорост до 300 км/ч.
Въпреки историите за противното, тестовият пилот едва ли има свобода да се намеси в измерването на ефективността на колелата, както обяснява Майкъл Плейнис от Maha: "Важно е водачът да ускорява бързо, веднага щом се достигне стартовата скорост в тестовата предавка. Пълната газ не означава задействане на изстрела, в противен случай скоростната кутия понижава предавките. Ускорението продължава до края на оборотите на двигателя, останалото се извършва от тестовия стенд. При ускорението няма как тестерът да повлияе на резултата. "
Добавянето на мощност на колелата и теглене води до мощност на двигателя
По време на процеса на накланяне, т.е.измерването на теглещата сила, тестовият водач теоретично може да помогне, като спира и по този начин изтласква резултата. „Но това се забелязва веднага“, казва Плейнис, „защото кривата на теглещата мощност има параболичен ход и не можете да спирате паралелна сила, за да увеличите кривата и по този начин мощността. Резултатът винаги ще бъде доста нетипичен ход на кривата! "
Добавянето на мощност на колелата и теглене дава мощност на двигателя. Как така? „Мощността е маса, умножена по ускорение по скорост“, обяснява Pleinies. "На изпитвателния стенд и на превозното средство има масови фракции. Изпитвателният стенд и превозното средство са като сандвич при извършване на измервания, двигателят трябва да задвижва всичко и всички маси са товар за двигателя. Натоварването на спирачката върху ролките формира статичния компонент, който трябва да бъде центробежната маса може да бъде ускорена и като динамичен компонент. "
Най-големият враг на измерването е приплъзването
На обикновен език: На ролковия динамометър задвижващият механизъм на превозното средство и въртящите се компоненти на изпитвателния стенд заедно създават редица загуби, които натоварват двигателя по време на измерването на мощността на колелото. Тези статични и динамични загуби се определят чрез мощността на плъзгане. Мощността на двигателя е резултат от добавянето на мощност на колелата и теглене или загуба на мощност.
Термините колело и загуба на мощност причиняват объркване отново и отново: Мнозина виждат измерената мощност на колелото и следователно вярват, че това е мощността на колелото, но това е грешно. Превозното средство и тестовият стенд образуват единица: ако извадите автомобила от тестовия стенд, загубите и масите също ще изчезнат от тестовия стенд. Поради тази причина мощността на колелото на тестовия стенд е по-малка - следователно мощността на съпротивлението трябва да бъде измерена, за да се събере!
Съвременните тестови щандове всъщност могат да измерват общите загуби точно и възпроизводимо по всяко време. Ако е така, ако са изпълнени рамковите условия. И има някои: такива, които зависят от тестовия стенд, от околната среда и такива, които са задължителни от закона.
Голям враг на измерването е хлъзгането: „В спортните автомобили винаги има хлъзгане върху ролката, казва Pleinies, и особено при турбодвигателите, когато налягането на нагнетяване се натрупа напълно. Но докато това остава в диапазона от шест до осем процента, това е в Кадър." Второ, точно измерване може да се направи само при реалистични условия. Ако автомобилът е ускорен до над 200 км/ч на тестовия стенд, но не е достатъчно охладен, измерването не си струва хартията, на която е.
50 000 кубически метра на час като долна граница
"Охлаждането е измерването за всички и в крайна сметка, особено при турбо двигателите", казва Pleinies. Въздухът за зареждане трябва да се охлажда реалистично, а охладителите за масло и вода също трябва да имат добър и чист поток. За целта въздухът също трябва да тече през отделението на двигателя; трансмисията също се нуждае от охлаждане.
"Ако има натрупване на топлина, температурата на входящия въздух се повишава и електрониката отнема захранването", казва Pleinies. Любопитно: Понякога всички стойности за двигателя са верни, но крайният резултат все още не съвпада, тъй като блокът за управление на скоростната кутия отчита твърде високи температури. В резултат на това управляващият блок намалява своята производителност. "Често скоростните кутии са напълно опаковани, при V-двигатели със странични каталитични преобразуватели той седи директно между тях - става жестоко горещо", казва Pleinies.
Когато автомобилът е спуснат, под него вече не тече въздух - охлаждането е нула. Охлаждащият вентилатор пред автомобила също е важен: „Целта е 50 000 кубически метра на час с въздушен поток от 130 до 140 км/ч като долна граница за спортни автомобили“, заяви Pleinies. Няма горна граница: "90 000 или 150 000 м/ч, плюс поток до 200 км/ч - това вече не е необичайно! Тогава електромерът работи малко по-бързо!" Професионалистите използват също така наречените компонентни вентилатори, които се използват подвижно и променливо, например за осигуряване на целенасочен поток към всмукателните канали за охлаждане на нагнетателния въздух.
Дори ако всичко трябва да се побере, все още има външни фактори на околната среда, като въздушно налягане и стайна температура, които трябва да бъдат взети под внимание и където в някои случаи също трябва да се спазват законовите изисквания.
„Нашите тестови стендове имат екологичен модул, който записва данните за околната среда плюс температурата на входящия въздух“, казва Pleinies. Въздушното налягане, стайната температура и влажността се записват, тъй като ЕИО стандарт 80/1269 изчислява въздушното налягане със сух въздух.
Когато старите стандарти отговарят на новите технологии
Този стандарт на ЕИО датира от 1980 г. и следователно е разработен за двигатели, които нямат карта. По това време влиянието на факторите на околната среда като налягането на въздуха и температурата на входящия въздух беше много голямо, особено при прахосмукачката. Следователно беше направена екстраполацията - в зависимост от това къде е изпитвателният стенд. „Днес обаче имаме двигатели, контролирани от картата, които се адаптират частично към такива фактори независимо“, казва Pleinies.
"За целта софтуерът на блока за управление на двигателя включва и други променливи, например защита на компонентите или емисии. Корекционният коефициент, разбира се, трябва да бъде възможно най-малък."
Ерго, температурата в измервателната стая трябва да бъде от 20 до 25 градуса. „Ако можете да направите това, имате по-малко корекции.“ Това оставя въздушното налягане, което разбира се зависи от надморската височина на тестовия стенд. Не можете изкуствено да компенсирате това, в противен случай ще ви трябват дебели стоманени стени, за да можете да "изпомпате" стаята, така да се каже.
На теория полезната мощност може да намалее с до един процент с увеличаване на надморската височина от 100 метра. При толерантност на тестовите съоръжения от два процента това изглежда пренебрежимо - но между 700 метра и морското равнище все още има цели седем процента!
Минимално отклонение от 3,6 к.с. при 911 Turbo S.
Така че бавно се връщаме към първоначалния въпрос, а именно измерването на Supertest Porsche 911 Turbo S. То беше измерено по това време в Haldenwang близо до Maha, а не в Щутгарт. Haldenwang е на надморска височина от 757 метра - следователно изчислението на производителността съгласно ЕИО трябваше да бъде коригирано. Проблемът: двигателят на Porsche автоматично коригира надморската височина и по този начин налягането на околния въздух в диапазон до около 1000 метра. Като? "Блокът за управление на двигателя има сензор за налягане и отчита височината", казва Кристиан Кунде, ръководител на основния двигател и горивен процес в Porsche.
"Това означава, че ECU знае точно колко налягане на подсилване е необходимо за желания въртящ момент. Настройката се извършва чрез системата VTG на турбокомпресора. VTG е управляващият елемент за регулиране на налягането на нагнетяване. Компресорът се нуждае от повече скорост, за да поддържа заряда на високо ниво за да се постигне, и това по-голямо количество въздух трябва да се подава от турбината - и това се регулира от целевия контрол на налягането на подсилване.
Мориц Мартини, ръководител на боксовите двигатели за автомобилни приложения в Porsche, добавя: "Кривата по това време в Supertest беше създадена, защото нашият турбодвигател беше третиран като двигател с атмосферно пълнене. С двигател с атмосферен въздух това се прави, за да се даде възможност за стандартизирана спецификация на мощността, както двигателят При съвременен турбо двигател обаче тази корекция според стандарта на ЕИО може да не се използва. За по-старите турбо двигатели корекцията може да бъде оправдана, тъй като те работят без т. Нар. Контрол на принудителното налягане, който реагира на разликата във височината и въздушното налягане.
Дълга история накратко: случилото се тогава беше двойна корекция. Контролният блок регистрира надморската височина и коригира системата чрез VTG за надморската височина, като в същото време Маха коригира резултата според нормата на ЕИО за надморската височина - двойното косене в този случай не е по-добро!
Преизмерването на 911 Turbo S на три тестови щанда на Maha на различни височини в Haldenwang, Щутгарт и Recklinghausen показа - този път без корекция - минимални отклонения от 3,6 к.с. Дори Porsche беше изненадан, че измерените стойности са в толкова тесен коридор от около един процент. "При Porsche налягането на налягането се контролира с помощта на VTG, така че пълненето остава същото, въпреки че условията на околната среда като въздушното налягане се променят", казва Майкъл Плейнис. "Това означава, че корекцията според ЕИО вече няма смисъл."
BMW и Audi продължават по подобен начин и днес. По този начин техническото развитие е избягало от правните норми. Резултатът: правилно измерен, но неправилно изчислен.