Laborator 5 - Determinarea momentului de franare

1. Standul cu role pentru verificarea sistemului de frânare

1.1. Rolul, compunerea, principiul de funcţionare şi modelul matematic al standului cu

role pentru verificarea sistemului de frânare

1.1.1. Rol - Standul cu role pentru verificarea sistemului de frânare măsoară forţa de frânare

care apare între pneurile autovehiculelor şi calea de rulare, simulată prin rolele de rulare. De asemenea,

acest stand oferă informaţii despre asupra rezistenţei la rulare a autovehiculului, neuniformităţii forţei

de frânare, eficienţei frânării, diferenţei dintre forţele de frânare pe cele două roţi şi valoarea masei

autovehiculului.

1.1.2. Compunere

Acesta se compune din unitatea centrală de procesare, dispozitiv pentru determinarea încărcării

pe ax şi unitatea de rulare.

1.1.2.1. Unitatea de rulare se compune din:

- sisteme de role pentru antrenarea roţilor;

- traductoare dinamometrice electro-rezistive;

- traductoare de proximitate pentru determinarea vitezei periferice a pneurilor;

- dispozitiv de oprire la atingerea patinării programate.

1.1.2.2. Unitatea centrală de procesare se compune din:

- unitate centrală de calcul (PC) prevăzut cu tastatură , mouse, monitor şi imprimantă;

- dispozitive de amplificare şi prelucrare a semnalului electric de măsură furnizat de către

traductoare;

- dispozitiv electronic de afişare a valorilor măsurate;

- telecomandă;

- echipamente de acţionare automată a circuitelor de alimentare cu energie electrică a

echipamentelor de forţă ale standului (stabilirea sensurilor de rotaţie a rolelor în funcţie de tipul

autovehiculului, decuplare automată la atingerea valorii patinării programate, sesizarea prezenţei pe

stand a autovehiculului).

1.1.3. Principiul de funcţionare a standului cu role pentru verificarea sistemului de frânare

Standul cu role pentru testarea frânelor este o metodă care permite evaluarea dinamică a

sistemului de frânare a unu autovehicul, în timp ce acesta se află în starea de repaus.

Simularea drumului se face prin intermediul căii de rulare compusă din două seturi

independente de perechi de role. Rolele sunt conectate între ele printr-o transmisie cu lanţ, fiind

acţionate indirect de către două motoare electrice trifazate, prin intermediul unor reductoare.

Reductoarele sunt fixate la cadrul standului cu role prin intermediul unui transductor de forţă. În acest

fel, rolele de antrenare operează la o viteză mică (în cazul nostru 5 km/h). Pentru a minimiza orice

inexactitate şi variaţie în măsurare, diametrul rolelor este suficient de mare pentru a reduce efectele

relaxării mecanice, îndoirii sau chiar ale însăşi anvelopei. O acoperire specială a rolelor este concepută

astfel încât să fie rezistentă la uzare şi să prezinte valori bune de frecare atât în condiţii de suprafaţă

uscată cât şi umedă. O a treia rolă mai mică, situată între rolele de antrenare, are două funcţiuni. Prima

este să detecteze dacă vehiculul este prezent pe stand (un dispozitiv de siguranţă pentru a evita

pornirea motorului dacă vehiculul nu este pe stand) iar cea de-a doua este să măsoare viteza periferică a

pneului roţii vehiculului care este frânată pentru a detecta producerea patinajului şi a face măsurătoarea

înaintea unui maxim predefinit. Acest lucru asigură că alimentarea cu energie electrică a motoarelor

este întreruptă automat atunci când apare patinarea. Măsurarea vitezei se face cu ajutorul unui senzor

inductiv de proximitate care transmite către un puls în momentul detecţiei unei degajări geometrice în

ax.

Ansamblul format din role, motor, reductor şi transductor de forţă este de fapt un senzor de

reacţie - dinamometru cu role (roller-dyno) - care are rolul de a măsura cuplul de reacţie. Determinarea

cuplului cu un senzor de reacţie (roller-dyno) se bazează pe legea a treia a mecanicii newtoniene :

”pentru fiecare acţiune există o reacţie egală şi opusă ca sens”. Pentru a măsura cuplul produs de către

un motor trebuie doar să măsurăm ce cuplu este necesar pentru a împiedica motorul să se rotească.

Acesta este numit în mod obişnuit cuplu de reacţie. În cazul nostru, procedura aplicată pe timpul

testelor de frânare fac parte din categoria testelor tranzitorii, practic măsurarea având loc pe timpul

tranziţiei din starea de regim constant (viteză constantă) până într-un regim caracterizat de scăderea

vitezei cu un anumit procent faţă de valoarea iniţială (în cazul nostru acesta fiind de 24%) şi nu până la

oprirea completă a motorului. Această valoare este impusă de normele legale în vigoare, proiectantul

trebuind să se asigure că standul este astfel proiectat încât în acest domeniu de funcţionare

caracteristica de transfer a sistemului să fie liniară şi să nu existe posibilitatea producerii de avarii la

stand sau la vehiculul supus testării.

Dezavantajul măsurării prin această metodă constă în faptul că un astfel de senzor este adesea

solicitat să suporte sarcini suplimentare semnificative cum ar fi greutatea motorului sau cel puţin

anumite elemente din linia de transmisie. Aceste încărcări pot conduce la erori de tip crosstalk (un

senzor răspunde la alte încărcări decât cele prevăzute a fi măsurate) şi, uneori la o sensibilitate redusă

deoarece senzorul trebuie să fie supradimensionat pentru a suporta sarcinile suplimentare.

Un element cheie în acest ansamblu îl constituie reductorul. Acesta pare să fie montat pe nişte

rulmenţi de tip ”trunnion”. Pentru a putea măsura forţa de reacţie trebuie ca nu doar axul să se rotească

ci şi ansamblul care este conectat la ax, în cazul nostru acesta fiind carcasa reductorului. Aceşti rulmenţi

permit carcasei să oscileze liber şi să transmită forţa de reacţie la mecanismul de măsurare.

Transmiterea mişcării de rotaţie se face în unghi drept, cu un raport de demultiplicare de 20:1. Aceasta

înseamnă o scădere a vitezei de 20 ori şi o creştere a cuplului la axul reductorului de aproximativ 20 ori

(trebuie luate în calcul şi randamentul transmisiei)

Acţionarea frânelor vehiculului atunci când standul este în funcţiune determină apariţia unei

forţe de reacţie (rezultantă) determinată chiar de motorul electric care este transmisă de la role la

transductorul electric cu senzori tensometrici. Acesta măsoară forţele individuale induse care acţionează

pe parcursul fazei de decelerare cu scopul calculării forţelor de frânare pe care fiecare roată. Ieşirile de

la transductoare sunt monitorizate de către circuitele interne şi trimise pentru procesare la unitatea

centrală de calcul care reţine pentru prelucrare ulterioară doar valoarea cea mai mare.

Un al doilea senzor de proximitate este utilizat pentru determinarea vitezei reale la axul

motorului pe timpul testului. Rolul acestuia este de a transmite către un comparator valoarea vitezei

motorului pentru a fi comparată cu valoarea vitezei rolei intermediare în scopul generării unei comenzi

de întrerupere a alimentării cu energie a motoarelor electrice în momentul în care apare patinarea sau

viteza rolei intermediare este cu 24% mai mică decât valoarea vitezei motorului.

Pentru determinarea forţei de frânare este necesară determinarea greutăţii vehiculului pe

fiecare axă. Pentru aceasta se foloseşte un sistem automat de determinare a greutăţii format din 4

celule de sarcină (load-cell) plasate în cele 4 puncte de susţinere al întregului stand.

Măsurătorile pe roată furnizează valorile rezistenţei de rulare (N), a forţei de frânare (kN) şi

ovalitatea discului de frână. Se va afişa valoarea cea mai mare referitoare la greutatea axului (kg),

eficienţa axului (%), dezechilibrul frânelor pe axă (%) şi performanţa totală a frânei (eficienţa %)

vehiculului.

In figurile de mai sus este prezentat un stand de franare cu role . Se evidentiaza transmisia cu lant care actioneaza rola ce nu primeste moment motor direct de la motorul electric.

Parametrii de diagnosticare utilizati :

- Dezechilibrul ( D) - Eficacitatea sistemului de franare (E)- Deceleratia (a)- Ovalizarea (O)

Dintre toti acesti parametrii , doar deceleratia a trebuit sa fie calculata separat , restul fiind deja oferiti de catre softul standului de franare .

Nr. Crt. P [bar] G [ daN] D [ %] E [ %] O [ %] a [ m/s2]

1 P1= 1,5

G1=1560fata : 4

81fata stanga : 52

3,9dreapta: 51

spate: 2 spate stanga : 9dreapta: 9

G2=1746fata : 10

74fata stanga : 58

3,86dreapta: 19

spate : 8 spate stanga : 9dreapta: 11

G3=1957fata : 7

74fata stanga : 62

3,82dreapta: 38

spate : 1 spate stanga : 9dreapta: 9

2 P2=2

G1=1560fata : 5

76fata stanga : -

3,94dreapta: -

spate: 3 spate stanga : 10dreapta: 9

G2=1747fata : 9

71fata stanga : 56

3,53dreapta: 44

spate: 2 spate stanga : 8dreapta: 12

G3=1884fata : 15

78fata stanga : 53

4,36dreapta: 23

spate: 3 spate stanga : 9dreapta: 11

3 P3=2.5

G1=1560fata : 8

73fata stanga : 56

3,7dreapta: 35

spate:2 spate stanga : 11dreapta: 9

G2=1746 fata : 7 74 fata stanga : 53 3,74dreapta: 36

spate:1 spate stanga : 10dreapta: 11

G3=1914fata : 3

77fata

stanga : 53

3,87dreapta: 24

spate:2 spatestanga : 11dreapta: 9

0 5 10 15 20 25 303.5

3.6

3.7

3.8

3.9

4

4.1

4.2

4.3

4.4

4.5a [ m/s2]

P ]bar]

1500 1550 1600 1650 1700 1750 1800 1850 1900 1950 20000

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

Series2Series4Series6Series8Series10Series12Series14Series16Series18

a [m/s2]

G [ daN]