Инерционный диностенд своими руками

Лаборатория Скорости › Блог › Диностенд: великий обманщик или точный инструмент?

43adc8as 100

2da274ds 960

Мы не пожалели времени и сделали выжимку всех заблуждений, связанных с замерами мощности на стендах. Этот текст ставит своей целью окончательно расставить точки над i, j, ё и другими буквами. И если вы найдётся в себе духовные силы осилить этот коротенький опус, вы будете точно знать, почему вас никто не обманывает с мощностью вашего автомобиля. Ну, или почему обманывают все. Мы сами толком не поняли.

Итак, истина первая: шассийный диностенд никогда не показывает абсолютно точных цифр.
Да-да, это так, и с этим надо привыкнуть жить дальше. Когда вы заезжаете на стенд на своём автомобиле, вам проводят замер и говорят, что в его моторе ровно 172 л.с., вам безбожно врут. Но не намеренно, а потому, что действительно не знают, сколько там точно лошадей. Есть довольно длинный список факторов, влияющих на результат замера на диностенде. Выглядит он так:
— Пробег мотора и его износ;
— Состояние трансмиссии и ходовой части;
— Качество ГСМ;
— Температура воздуха и влажность;
— Обдув на стенде;
— Теплоотвод на стенде;
— Механические потери стенда;
— Методика расчета и измерения потерь в трансмиссии;
— Методика коррекции приведённой мощности.

Насчёт пробега и износа мотора всё ясно: если его уездили, мощность в нём до паспортной величины не дотянет никогда. То же самое верно и с трансмиссией и ходовой, потери в которых будут тем больше, чем более боевое прошлое у почехондера на стенде (замеры-то делаются с колёс, так что подклинивающий тормозной суппорт, сожранные зубья редуктора или раздатки и болтающаяся крестовина кардана сожрут лошадей больше, чем французы при отступлении от Москвы холодной зимой 1812 года).

Также очевидно, что и с плохим бензином мотор не покажет всё, на что он потенциально способен. Есть даже конкретный пример в виде Honda Civic Type R, которая приезжала к нам повыпендриваться мощностью. По паспорту у неё должно быть 201 л.с., но на стенде машина показала 187 л.с. Выжгли её бензин, залили другой – вот они, все 201. Так что 10% — вполне реальная потеря.

Насчёт обдува и теплоотвода тоже всё ясно: машина не должна греться, а недостаточное охлаждение элементов системы выпуска меняет температуру выпуска (EGT), что тоже может скинуть 10-20 л.с.
О механических потерях стенда мы рассказывали не слишком много, но они есть. Понятно, что стенд – это тоже механизм, в нём есть сила трения, инерция и прочие физические прелести, так хорошо описанные механикой сэра Исаака Ньютона.

35a274ds 960

Впрочем, даже потери в трансмиссии многие считают по-разному. Так как мы сегодня хотели быть краткими, как команда «Пли», то ограничимся следующей умной сентенцией: для получения данных о мощности или моменте на маховике нужно сначала рассчитать потери в трансмиссии и высчитать так называемую приведенную мощность. А потом еще и скорректировать её, используя стандарт коррекции приведенной мощности. Наш инерционный стенд позволяет замерить и рассчитать потери в трансмиссии, но большинство стендов этого сделать не может. Там просто вбивают коэффициент (обычно – 10-15% для моноприводных автомобилей и 20-25% — для полноприводных), отчего цифры на окончательном графике не абсолютны от слова совсем. А ведь есть ещё следующий шаг – её коррекция по одному из стандартов коррекции приведенной мощности. «По одному из» — потому что их много. Это может быть методика SAE (к которой тяготеют наши заокеанские друзья из Соединённых Штатов Пиндосстана), кто-то — ISO или DIN (эти стандарты любит либеральная Европа). Разумеется, выбор стандарта тоже влияет на результат замера.
Как Колумб уверенно пёр от Индии в сторону Америки, будучи уверенным, что движется в нужном направлении, так и замеряющие мощность люди с каждым новым фактором уходят всё дальше от абсолютности полученных цифр, пребывая в уверенности их точности. Глубина заблуждения приблизительно равная.

Прежде чем перейти к тому, как правильно мерить мощность, сделаем пару выводов.

Истина вторая …
Бесполезно приезжать к нам (и к не нам тоже) на своём Chevrolet Tahoe 1998 года, проводить замер, выяснять, что из 255 лошадей 60 сдохли ещё в эпоху Ельцина и требовать подтверждающую бумажку для налоговой. Никто вам пересчитывать налог не будет. Для этого нужен замер на омологированном и откалиброванном моторном стенде. Есть желание – снимайте мотор, тащите его не стенд и бейтесь. Скорее всего, в этом случае тоже ничего не выгорит, но тут хотя бы какой-то шанс будет. Хотя это не точно.

… и третья
И, наконец: не надо ругаться на автопроизводителей, которые не доложили в мотор Вашего прекрасного Соляриса с мотором 1,4 л несколько лошадей. Вы, конечно, можете принести им бумажку А4 с распечаткой графика замера, но вас попросят засунуть её куда-нибудь в выпускной коллектор, и будут при этом правы. Хотите правды? Ещё раз велкам на моторный стенд. Тот самый, который найти практически невозможно.

Так, а зачем тогда нужен стенд и как мерить мощность? Внимание, сейчас будет срыв покровов тайн.

Как правильно мерить мощность на стенде?
Думаем, вы уже поняли, что один замер сам по себе бесполезен. Более того, по описанным выше причинам два одинаковых автомобиля на одном и том же стенде с высокой долей вероятности покажут разные результаты. Поэтому поливать кого-то грязью из-за расхождений цифр – вещь бесполезная, как попытка Бузовой научиться петь.
Вот наши правила замера на стенде:
— Всегда делать замер ДО и ПОСЛЕ модификации;
— Не сравнивать результаты замера на шассийном стенде с паспортными данными автомобиля;
— Не ждать одинаковых результатов от одинаковых моторов – всегда могут быть отличия;
— Стараться делать сравнительные замеры при одинаковых погодных условиях;
— Оценивать разницу между стоком и тюнингом, а не абсолютные цифры.

Читайте также:  Деревянный забор плетенка своими руками

В общем-то, повторяться не будем, все эти выводы мы объяснили выше. Но на всякий случай поясним примером последний пункт.

Предположим, что вы с другом из-за большой любви к определённой модели, марки или друг к другу купили одинаковые машины. Но ваш друг съездил на чип-тюнинг. И там выяснилось, что мощность мотора его почехондера – 105 л.с. После тюнинга она стала, допустим, 120 л.с. Вам захотелось так же, вы поехали туда же и выяснили, что у вашей машине в стоке всего 93 л.с., а после модификации — 108. А ведь у друга — целых 120… Обидно? Развели на бабки? Жёстко кинули? Нагрели руки злодеи? Нет, вряд ли. Просто:
а) нет двух абсолютно одинаковых машина;
б) нет двух абсолютно одинаковых условий замеров.

А если ещё и стенды разные, то общего вообще ничего нет. Хотя, кое-что есть: та самая разница между ДО и ПОСЛЕ, равная в обоих случаях 15 л.с. То есть, никто вас не обманывал.

Так что не верьте абсолютным цифрам на роликовом стенде. Они обманчивы, как макияж гулящей женщины. Верьте только разнице, которую вы видите до и после тюнинга. При одной и той же погоде, на одном и том же бензине, на одном и том же стенде. И будет вам счастье.

Источник

Simonx › Блог › Физика работы колесного диностенда. Часть 1 (заблуждения о колесном графике)

b6903ecs 100

У каждого владельца машины в документах указаны данные о максимальной мощности/моменте их двигателя. Если поискать, иногда производители делятся и графиками, показывающими изменение этих величин с оборотами. Графики эти получают в результате испытаний двигателя на моторном стенде по строго определенной процедуре. Стандартов таких процедур существует несколько, сейчас наиболее распространена версия от международной инженерной ассоциации www.sae.org SAE J1349. С вариацией от 2004 года можно ознакомиться здесь.
Если коротко, то вот основные условия, которым должно удовлетворять испытание мотора, чтобы результат имел право считаться правильным по SAE:

— температура и давление воздуха на впуске должны находиться в определенных пределах. Также задаются рабочие температуры воды/масла. И в каких конкретно местах все температуры должны замеряться. Требования к топливу.
— двигатель при испытании должен быть полностью комплектен, со всем навесным оборудованием и впускной/выпускной и прочими обеспечивающими его функционирование в серийном автомобиле системами (или их полными эквивалентами).
— режим программы управления должен соответствовать «дорожному» в каждой тестовой точке замера. При этом для современных легковых автомобилей рекомендуется в реальных дорожных условиях зарегистрировать все рабочие параметры (включая, например температуру и давление выхлопа), и в точности воспроизвести их во время замера (давление в выхлопе предлагается регулировать автоматической заслонкой).
— мощность регистрируется на маховике двигателя при полностью открытой дроссельной заслонке по следующей процедуре:
Точки замера оборотов должны идти с шагом 500об/мин и 100об/мин в районе пиковых величин мощности/момента. В каждой точке двигатель должен удерживаться тормозами диностенда в течение минуты, при этом во время замера допускается отклонение оборотов от заданных не более 1%, а температур не более 2˚! Также результат считается верным, если отклонение трех последовательных замеров от среднего не более 1%!

Очевидно, что подобная процедура крайне дорогостоящая и доступна только очень крупным организациям, никак не обычному автовладельцу. Для них и придумали более «народный» метод замера – «колесный» диностенд.

Конструкция и принцип замера колесного диностенда

Основа колесного диностенда – один или два барабана на одной оси, на которые ставятся ведущие колеса испытываемой машины. В целом выглядит примерно так:

db77b26s 960

Здесь и далее для простоты будем говорить о моноприводном стенде.

Первые диностенды работали в так называемом «инерционном» режиме: автомобиль при замере просто раскручивал барабаны(довольно тяжелые) на одной передаче в нужном диапазоне оборотов. Результат замера определялся при помощи единственного датчика – датчика угловой скорости барабанов, который стоял на оси.

a1b7b26s 960

В дальнейшем, по причинам, которые рассмотрим ниже, к инерционным стендам стали добавлять тормоз, позволяющий увеличить нагрузку при замере. Чтобы разобраться, как это все работает и рисует необходимые нам графики, нужно сначала понять конструкцию самых простых первых стендов – инерционных.

Как измеряет мощность инерционный диностенд?

Как известно, мощность – это работа, произведенная за единицу времени. Загоняя машину колесами на барабаны, и производя замер на инерционном стенде, мы заставляем ее делать работу по раскручиванию барабанов. Как оценить эту работу? Она равна приращению энергии вращения барабанов. Сама энергия вращения определяется формулой:

9d77b26s 960

Момент инерции стенда зависит исключительно от конструкции конкретного барабана, и определяется при его изготовлении экспериментальным методом в лабораторных условиях(это делается с более чем достаточной точностью). После чего в качестве константы вносится в программу, работающую с конкретным стендом.

76f7b26s 960

Работа тогда (как приращение энергии):

8adf726s 960

Получается, что все нужное для определения мощности есть – момент инерции известен, угловую скорость измеряет датчик вращения на оси, время может отсекать управляющий компьютер.
Если в эту формулу подставить значения в моменты начала и конца замера, в результате получим среднюю мощность двигателя по замеренному диапазону оборотов.
Величина интересная, но нам-то нужен график ВСХ (внешней скоростной характеристики). Или график «мгновенной» максимальной мощности по всем оборотам. Чтобы его узнать, разобьем весь замер на маленькие временные промежутки, и на каждом из них замеряем скорость с датчика скорости на стенде. Запишем полученные данные в таблицу. Примерно она будет выглядеть вот так:

Читайте также:  Идеи костюм на хэллоуин своими руками

a5e7726s 960

Здесь шаг временного квантования выбран очень грубый – 0.5с. Реально стенд снимает данные быстрее ста раз в секунду. Нанесем точки из таблицы на график и в результате получим некую траекторию из конечного числа точек:

effb726s 960

Теперь, по выведенной выше формуле, на каждом промежутке (строке в таблице) посчитаем среднюю мощность этого промежутка:

2de7726s 960

Получим новую траекторию на графике, точки в которой отображают расчетную мощность в каждый момент времени замера:

72fb726s 960

Отлично, у нас есть график мощности от времени, но нам хочется знать мощность на конкретных оборотах двигателя (по оси Х хотим обороты). Для этого нужно стенду сообщить дополнительные данные – коэффициент пересчета оборотов барабана стенда в обороты коленвала двигателя. В большинстве случаев на стендах этот коэффициент вычисляется процедурой синхронизации – на выбранной для замера передаче двигатель плавно(для выбора всех люфтов трансмиссии) «прокручивается» через заданные обороты, и в момент их прохода по тахометру машины запоминается нужное соотношение(отношение заданных оборотов двигателя к оборотам барабана

367f726s 960

Взяв данные из двух последних столбцов таблицы, построим искомый график:

e797726s 960

Цифры, получившиеся в результате такого расчета, принято называть «колесными», т.к. барабан стенда раскручивали колеса автомобиля, и именно они совершали работу.
Отлично, замер произвели, график получили. Как же теперь сравнить эти цифры с паспортными, полученными по процедуре, описанной в начале? Строго говоря, делать этого нельзя:

— Во-первых, в условиях обычного динорума невозможно (или экономически нецелесообразно) добиться такой же стабильности температурных режимов работы и контроля рабочих параметров.
— Во-вторых, замер мы проводили в динамическом режиме – барабаны стенда и колеса автомобиля непрерывно ускорялись, тогда как в SAE методике двигатель при замере удерживается на фиксированных оборотах. В чем разница между такими методами, и как их можно сравнить, разберемся позже.
— И наконец, измеряли мы на колесах, а по пути между маховиком и барабаном стенда, мощность успевает несколько «расплескаться» в процессах механического трения и ускорения различных масс. А значит, цифры, полученные с колес, будут заметно меньше.

(Насколько именно они могут быть меньше, вопрос, который обычно всем крайне интересен, обязательно рассмотрим позже.)
В общем, сплошное нарушение условий эксперимента получается.

Так что, колесные стенды бесполезны? Конечно нет! По двум причинам. Во-первых, это простой и дешевый способ наглядно увидеть реальные изменения в работе двигателя после каких-либо доработок или ремонтов. Благодаря простоте способа замера и неизменности входных параметров (масса стенда не меняется), у колесного стенда очень хорошая повторяемость от замера к замеру, и любые изменения в работе двигателя будет хорошо видно (в том числе и вследствие вариации погодных условий, об этом тоже позже). Ну а во-вторых, колесный стенд отлично характеризует динамические способности всего автомобиля в целом, учитывая почти все потери, а не просто его двигателя. Мы же не на двигателе верхом перемещаемся! Цифры колесной мощности показывают, сколько реальной полезной мощности у вас осталось для разгона автомобиля и чем вы обладаете при реальной езде, а не тестах на моторном стенде. Также, эти цифры позволяют более «честно» сравнивать между собой разные автомобили с разными типами трансмиссий/колес/резины.

Более того, описанный способ замера на колесном стенде по своей динамике наиболее приближен к реальным дорожным условиям, а иногда полностью совпадает с ними. Чтобы подробней рассмотреть этот момент, введем для барабанов стенда понятие эквивалентной массы:

Эквивалентная масса стенда равна массе автомобиля, динамика разгона которого на дороге, за вычетом всех дополнительных возможных потерь, полностью соответствует динамике разгона на стенде.

Рассмотрим, как эту массу вычислить.
Для сил в пятне контакта, толкающих автомобиль на реальной дороге, применима формула(википедия):

d42f726s 960

Поскольку из определения эквивалентной массы, динамика разгона на стенде и на дороге должны совпадать, в любой момент времени, работающие мощности у нас должны быть равны. Тогда из формул (1) и (2):

c3c4f26s 960

Получили, что эквивалентная масса для барабана стенда будет прямо пропорциональна его моменту инерции и обратно пропорциональна квадрату его радиуса. Момент и диаметр барабана моего стенда есть на фото выше. Посчитаем его эквивалентную массу:

c71f726s 960

Что означает, что машина весом 780кг на барабане моего стенда в инерциальном режиме замера будет ускоряться практически так же, как и на дороге. Машина же, весом в полторы тонны, будет ускоряться на стенде в два раза быстрее. У моего стенда относительно маленькая эквивалентная масса, так как он рассчитан на замеры с использованием дополнительного тормоза. Чисто инерционные стенды имеют эквивалентную массу около 1500кг, позволяя с хорошей точностью эмулировать реальный разгон для любой средней машины.

Итак, в чисто инерциальном способе замера разобрались.
А сейчас разберем первое интересное заблуждение при трактовке замера, на которое, почему-то, почти никто не обращает внимания. А именно, отображение момента на «колесном» графике со стенда.
Многие считают хорошим тоном оперировать цифрами замера «с колес», с удовольствием рассматривая такие графики:

cee0f26s 960

Все их видели сотнями, и никого почему-то не смущает, что мощность-то действительно «колесная» (как она считается, мы уже поняли), а вот цифры момента выглядят, на самом деле, крайне странно.
Про мощность/момент автомобильного двигателя, кто из них кого и каким образом, в интернете исписано немало простыней праведно-гневного текста. Кто захочет – почитает или уже прочел. Я же просто отмечу, что мощность, как производная энергии – фундаментальная величина, обладающая замечательным свойством, например, не зависеть от выбранной для замера передачи, главной пары и диаметра колес(не считая потери). Даже от криворукости оператора при синхронизации оборотов она не зависит (обороты мы в расчетах выше узнали уже после мощности). Да, если неправильно синхронизировать обороты, весь график мощности по оборотам «съедет» в ту или другую сторону, но его форма и абсолютные цифры на нем все равно останутся правильными!
Так что, даже если на графике, который вам выдали, обороты на момент окончания замера, на ваш взгляд, заметно отличаются от оборотов «отсечки» (если вы до нее замеряли), ничего страшного, цифры мощности, как основной характеристики вашего мотора, все равно верные.
А как же момент? Вот с ним все плохо. Момент – штука очень переменчивая, и проходя путь от маховика до колес и барабанов стенда, успевает измениться в несколько раз. Давайте посмотрим, как именно. Поможет нам вот эта формула:

Читайте также:  Деревянный забор жалюзи своими руками чертежи

Mвых и Mвход – моменты на выходе и на входе в редуктор с передаточным соотношением k

То есть, если у нас изначально было, допустим, 100Нм на маховике на определенных оборотах, то на первой передаче с передаточным числом 4, на выходе из коробки(на кардане) будет уже 400Нм! Сколько тяги нахаляву, да? 🙂
Вернемся к замеру. Пусть наш мотор выдает на 6000об/мин примерно 350Нм на маховике. Мы замеряли заднее-приводной автомобиль на «прямой» передаче, а значит, передаточное соотношение в коробке было равно 1. Момент на выходе из коробки тогда не изменился и остался 350Нм. Дальше идет редуктор. Положим, главная пара в нем равна 4.3. Отсюда момент на осях колес будет 350*4.3=1500Нм! 1500! А не чуть меньше 350, как нарисовано на этом графике и ему подобных!
Может быть, это мы где-то ошиблись, не правильно применили формулу? Давайте зайдем с другой стороны. Как справедливо пишут в тех самых многочисленных простынях в интернете, мощность и момент связаны между собой известным образом:

6e50f26s 960

Мы знаем, что на нашем «колесном» графике в районе 6000об/мин на колесах примерно 200 кВт. Чтобы узнать скорость вращения колес, при которой мы получили эту мощность, спросим у стенда график скорости от оборотов:

cde8f26s 960

Видим цифру 140км/ч. Что равно примерно 40м/с. Удобно, что длина окружности низко профильного колеса R17 почти ровно 2 метра. Скорость вращения тогда будет: 40/2 = 20 об/с или, т.к. в одном полном обороте 2*pi радиан, 20*2*pi — около 130 рад/c. Считаем момент:

a3f0f26s 960

Опять 1500! А не 350!

Итак, момент «на колесах», на самом деле, минимум раза в 4 больше, чем привычные всем цифры на маховике. Причем, зависит от передачи(скорости), и на первой передаче будет больше примерно в 16(!) раз. Так, а что же тогда за ньютон-метры рисуют стенды на «колесных» графиках? Если попытаться придать какой-то физический смысл этим цифрам, то это момент с некоего «виртуального» маховика, мощность на котором совпадает с колесной мощностью на графике, а обороты соответствуют оборотам маховика измеряемого автомобиля. Рассчитывается он следующим образом:

6108f26s 960

9549 – коэффициент, возникший в результате пересчета размерностей величин, никакого важного смысла за ним нет, формула все та же, что и выше.
По сути, такое вычисление момента физического смысла не несет. Это было бы верно для маховика (но опять же, не для колес) «идеального» автомобиля, в трансмиссии без трения и без инерции. Или для автомобиля, который движется, толкаясь маховиком. 🙂
Так что, нас бессовестно дурят производители и владельцы стендов? Похоже на то. На самом деле, если внимательно посмотреть «колесные» графики с разных стендов, на них никто и не утверждает, что цифры момента колесные. Просто написано «Крутящий момент». Какой-то. Какой именно, нигде на графике не уточняется. Кроме, конечно, особо клинических случаев:
раз
два

Причем, если поискать, можно найти примеры отображения реального колесного усилия(момента, деленного на радиус колеса):
Но такие графики распространения не получили. Вместо этого в тихую рисуют «виртуальный момент». Причина-то понятна: каждому клиенту не объяснишь, что это за цифры, в несколько раз большие, чем у него в документах на машину. Даже если попытаться, клиент покивает, и в следующий раз поедет на другой стенд, где таких заморочек нет, и цифры похожи на правду, по его мнению.
Кстати, очень жаль, так-то величина довольно интересная и информативная для реальной жизни (как и колесная мощность). Например, 10000Н колесного усилия на определенных оборотах, определенной передаче (скорости) эквивалентны 1000кг тяги. А это означает, что машина весом 1000кг на этих оборотах/передаче будет разгоняться с ускорением 1G. Можно сразу прикинуть, будет ли на этой скорости держать резина, или возникнет пробуксовка, отольет ли масло от маслозаборника в картере, какая будет нагрузка на привода, как именно потекут слезы счастья по щекам водителя, и еще много полезного.

Итак, самый простой вариант колесного стенда мы рассмотрели. В следующей части узнаем, как работает современный стенд с дополнительным тормозом на вихревых токах, а так же узнаем, наконец, кто именно крадет нашу разницу между моторной мощностью и колесной и в каких количествах.

PS: написав вот этот разбор: www.drive2.ru/b/2930860/ я обнаружил интересный, «нереальный» эффект на графике, следующий из обмана производителей стенда о колесном моменте. Что как бы в очередной раз намекает — обманывать не хорошо, особенно в точных науках. Вот график замера:

27345a6s 960

Красным — мощность, синим — момент, посчитанный на моторе, оранжевым — колесный момент. Обороты мотора в данном случае стенд узнавал непосредственно с мотора — индуктивным датчиком с катушки зажигания.
В месте, где момент на маховике «просел» началась пробуксовка(либо сцепления, либо колес). Как видим, реальный — колесный момент не просел. Откуда же взялась просадка моторного? Хорошая задачка на понимание материала выше.

Источник

Делаю сам
Adblock
detector