Стенд для динамических испытаний силовых установок транспортных средств

Стенд для динамических испытаний силовых установок транспортных средств

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к универсальной испытательной технике, в частности для диагностики силовых установок автомобилей и других транспортных средств.

Известны нагружные стенды (например, Taylor SR-1100 [1 - статья Сергея Меденцева «Типовые методы и оборудование для измерения «колесной» мощности легковых автомобилей», www.3000gt.ru, 2003]), состоящие из двух или четырех беговых барабанов на ось автомобиля, соединенных валом с гидравлическим, электрическим или механическим тормозом, и системы сбора и обработки данных. Водитель, включая нужную передачу (обычно 3-ю), разгоняет автомобиль до необходимой скорости. Мотор неподвижного автомобиля раскручивается до максимальных оборотов, после чего барабаны тормозят (электродинамическим, гидродинамическим, механическим или другим способом) до снижения оборотов (плавно или ступенчато), регистрируя при этом момент тормозного усилия на барабане. Можно делать и наоборот - ступенчато отпускать тормоз барабана, позволяя двигателю медленно раскручиваться и фиксировать при этом момент на барабанах и частоту вращения коленвала двигателя.

Момент тормозной силы можно определить, например: 1) по напряжению на нагрузочном сопротивлении, если используется электродинамический тормоз; или 2) натяжению тормозной ленты в случае механического тормоза.

К общим недостаткам нагружных стендов можно отнести:

- сравнительно большой размер и вес стенда;

- более сложная и трудоемкая в изготовлении и обслуживании конструкция;

- сложность калибровки;

- высокая стоимость;

- необходимость надежной фиксации транспортного средства в направлении его движения;

- ограничение моделируемой максимальной скорости.

Известны инерциальные стенды (например, DynoJet 248 [1]), состоящие из двух или четырех массивных барабанов с большим моментом инерции на ось автомобиля и системы сбора и обработки данных. Измерять и/или фиксировать момент или нагрузку на барабанах нет необходимости, что существенно упрощает конструкцию стенда, его калибровку, сбор и анализ данных. Водитель включает нужную передачу (обычно 3-ю), разгоняет автомобиль до необходимой скорости. Мотор неподвижного автомобиля начинает постепенно раскручивать барабаны стенда, который фиксирует угловое ускорение барабанов и на основании момента инерции барабанов и величины углового ускорения вычисляет мощность на колесах (барабанах).

Инерциальные стенды имеют ряд преимуществ по сравнению с нагружными:

- простота конструкции, легкость изготовления и монтажа;

- отсутствие системы охлаждения стенда, поскольку метод измерений пассивный;

- легкость измерений и расчетов;

- высокая скорость проведения замеров;

- легкость калибровки стенда;

- легкость модифицирования для замера автомобилей любой мощности;

- возможность прямого определения частичных потерь в трансмиссии и величины свободного выбега автомобиля.

Недостатком инерциальных стендов является то, что принцип и методика измерения мощности слишком отличаются от нагружного динамометрического стенда, принятого в качестве стандарта при измерениях мощности по стандартам SAE, поэтому данные измерений не слишком хорошо сопоставимы с паспортными данными автомобилей и измерениями, где используются методики SAE. При испытаниях не учитывается сопротивление воздуха.

Наиболее близким по совокупности признаков к заявляемому стенду является универсальный стенд для испытания транспортных средств (авторское свидетельство RU 2211443, кл. G01M 17/00, 2001), состоящий из неподвижного основания и установленных в нем на подшипниках имитаторов груза и дороги в виде катков, имеющих кинетическую энергию, равную кинетической энергии поступательного движения транспортного средства. Данный стенд позволяет имитировать сопротивление дороги и частично сопротивление воздуха. Но сопротивление дороги пропорционально скорости, а сопротивление воздуха - квадрату скорости, поэтому оно после скорости 40-60 км/ч начинает резко возрастать и в разы превышает сопротивление дороги. Следовательно, оценка динамики автомобиля на высоких скоростях будет крайне неточной.

В основу предлагаемого изобретения положена задача - наиболее точно смоделировать реальные условия нагружения двигателя.

Для решения поставленной задачи в стенде для динамических испытаний силовых установок транспортных средств, содержащем установленные на станине и симметрично расположенные испытательные блоки, соединенные с блоком управления, каждый из которых содержит нагружающее устройство и ведомый вал, согласно изобретению испытательный блок стенда содержит опоры для установки испытываемого транспортного средства, двойной карданный шарнир с двумя полумуфтами, одна из которых соединена со ступицей колеса испытываемого транспортного средства, а вторая - с ведомым валом, на котором установлено нагружающее устройство, включающее дисковый тормоз, скоба которого закреплена на станине посредством упругого элемента, и маховик и соединенное посредством передачи с промежуточным валом, закрепленным на основании и соединяющим оба испытательных блока, при этом на ведомом валу установлен датчик измерения частоты вращения, а на упругом элементе дискового тормоза расположен тензодатчик для измерения величины тормозного момента.

Особенностью данного стенда является то, что возможна имитация скорости 100 км/ч и выше, при этом автомобиль надежно обездвижен. Наличие маховиков с моментом инерции, эквивалентным моменту инерции автомобиля, позволяет переключать передачи во время снятия характеристик без прекращения вращения системы, а следовательно, без опасности ударов и остановки двигателя. Это позволяет диагностировать электронные системы управления двигателем в момент переключения передачи, нарушение работы которых в этот момент - частое явление для впрысковых (инжекторных) двигателей. Имеется возможность снятия характеристик ДВС во всем диапазоне оборотов, что позволяет избежать дорожных испытаний. Также с помощью тормоза, изменяя тормозное усилие, можно имитировать изменение сопротивления воздуха.

Стенд содержит основание 1, соединенные блоком управления 2 испытательные блоки I и II, каждый из которых включает нагружающее устройство 3, ведомый вал 4, опоры 5 для установки транспортного средства 6, двойной карданный шарнир 7, состоящий из двух полумуфт 8, 9. Нагружающее устройство состоит из дискового тормоза 10, упругого элемента 11 и маховика 12. Передачей 13 каждый блок связан с промежуточным валом 14. На ведомом валу закреплен датчик измерения частоты вращения 15, на упругом элементе тормоза - тензодатчик 16.

Испытания проводятся следующим образом.

Автомобиль 6 устанавливается рычагами подвески ведущей оси на специальные опоры 5. Этим достигается рабочее положение подвески и исключается провисание ее элементов. Затем снимаются оба ведущих колеса. Таким образом, автомобиль остается в горизонтальном положении, но лишен возможности какого-либо перемещения. К ступицам колес штатными болтами крепятся свободные концы полумуфт 8. Выбором соответствующей передачи КПП устанавливается требуемая скорость движения автомобиля. Затем начинается торможение колес (ступиц) дисковым тормозом 10 (усилие регулируется блоком управления 2 - чем больше скорость, тем оно больше), и с помощью датчиков частоты вращения и крутящего момента снимается характеристика двигателя. Крутящий момент замеряется тензодатчиками 16, расположенными на упругом элементе 11 дискового тормоза, а частота вращения - датчиком измерения частоты вращения 15, установленным на одном из ведомых валов.

Далее мощность на колесах легко находится по формуле:

N=(M₁+M₂)·ω,

где M₁ и М₂ - крутящие моменты, замеряемые тензодатчиком каждого дискового тормоза,

ω - частота вращения ведомого вала (а значит и колес).

Данная мощность равна сумме мощностей, затрачиваемых на разгон, преодоление сопротивления качению и сопротивления воздуха. Для имитации разгона используется маховик с моментом инерции J, который находится из соотношения:

где m·V²/2 - кинетическая энергия транспортного средства.

Сопротивление воздуха и сопротивление качению имитируются дисковым тормозом, тормозное усилие которого зависит от скорости и контролируется блоком управления.

Таким образом, значение снимаемой мощности практически равно реальному. Замерив мощность до и после проведения, например, сервисных или тюнинговых работ, можно судить об их эффективности.

Мощность двигателя можно получить, если умножить замеряемую мощность на КПД трансмиссии.

Предлагаемый стенд при всей простоте его конструкции является универсальным и высокоэффективным средством диагностики двигателя, работы электронных систем управления двигателем и эффективности их настройки. Стенд идеален для использования на СТО и в автосервисах.

Стенд для динамических испытаний силовых установок транспортных средств, содержащий установленные на станине и симметрично расположенные испытательные блоки, соединенные с блоком управления, каждый из которых содержит нагружающее устройство и ведомый вал, отличающийся тем, что каждый испытательный блок стенда содержит опоры для установки испытуемого транспортного средства, двойной карданный шарнир с двумя полумуфтами, одна из которых соединена со ступицей колеса испытываемого транспортного средства, а вторая - с ведомым валом, на котором установлено нагружающее устройство, включающее дисковый тормоз, скоба которого закреплена на станине посредством упругого элемента, и маховик, и соединенное посредством передачи с промежуточным валом, закрепленным на основании и соединяющим оба испытательных блока, при этом на ведомом валу установлен датчик измерения частоты вращения, а на упругом элементе дискового тормоза расположен тензодатчик для измерения величины тормозного момента.