Výuková skripta k předmětu Diagnostika motorových vozidel

Transkript

1 ČESKÁ ZEMĚDĚLSKÁ UNIVERZITA V PRAZE TECHNICKÁ FAKULTA Výuková skripta k předmětu Diagnostika motorových vozidel Ing. Martin Kotek, Ph.D. Praha 2020 ISBN

2 Obsah 1 MĚŘENÍ VÝKONU SPALOVACÍCH MOTORŮ METODY MĚŘENÍ VÝKONU MOTORU MĚŘENÍ VÝKONU NA BRZDOVÉM STANOVIŠTI Druhy dynamometrů Vířivé dynamometry Hydraulické dynamometry Třecí dynamometry Vzduchové dynamometry Elektrické dynamometry Brzdová motorová stanoviště KVPD Stanoviště s motorem 1.2 HTP Snímané veličiny na brzdovém stanovišti Vypočítané veličiny Ovládání brzdového stanoviště MĚŘENÍ VÝKONU NA VÝVODOVÉ HŘÍDELI Ovládání dynamometru MĚŘENÍ NA VÁLCOVÉ ZKUŠEBNĚ Přístrojové vybavení zkušebny Ovládání válcové zkušebny Postup měření výkonu na válcové zkušebně Měření pasivních ztrát Měření převodového poměru Stanovení výsledného výkonu motoru MĚŘENÍ GEOMETRIE NÁPRAV GEOMETRIE KOL VOZIDLA Základní parametry geometrie podvozků Dodatkové parametry ZPŮSOBY MĚŘENÍ GEOMETRIE Mechanické měření geometrie Optické měření geometrie Elektronické měření geometrie POSTUP MĚŘENÍ GEOMETRIE NA GEOTEST Příprava vozidla Průběh měření Kompenzace házivosti tahem Měření geometrie vozidla...53

3 3 PŘEZOUVÁNÍ PNEUMATIK ZÁKLADNÍ OVLÁDÁNÍ STROJE POSTUP ZOUVÁNÍ PNEUMATIKY Přípravné úkony Demontáž pláště pneumatiky Montáž pláště pneumatiky Nahuštění pneumatiky VYVAŽOVÁNÍ PNEUMATIK DISPLEJ PŘÍSTROJE POSTUP MĚŘENÍ POUŽITÁ LITERATURA...72

4 1 Měření výkonu spalovacích motorů Výkon motoru je jedním ze základních provozních parametrů a taktéž souhrnným diagnostickým signálem, který je možno použít pro hodnocení technického stavu motoru. Výkon je skalární veličinou a terminologicky správně jej nelze přímo měřit, ale měří se jiné veličiny, ze kterých je možno výkon následně vypočítat. Dle základní definice je výkon definován jako množství vykonané práce za jednotku času. Pro účely výpočtu výkonu spalovacích motorů je využíváno následujícího vzorce: P e = M t ω (1.1) kde: Pe efektivní výkon motoru (kw) Mt točivý moment motoru (Nm) ω úhlová rychlost (rad s -1 ) Úhlová rychlost je definována následujícím vzorcem: ω = 2 π n (1.2) kde: n otáčky motoru (s -1 ) Výkon motoru se tak vypočítá dle následujícího vzorce P e = M t 2 π n (1.3) Točivý moment motoru je definován: M t = F r (1.4) kde: F síla změřená tenzometrem (N) r délka ramene působící síly (m) Další možností pro výpočet točivého momentu motoru je: M t = I ε (1.5) kde: I moment setrvačnosti rotujících hmot (kg m 2 ) ε úhlové zrychlení (rad s -2 ) 1

5 Maximální hodnota výkonu či točivého momentu udávaná výrobcem je jedním ze základních parametrů pro výběr vhodné pohonné jednotky vozidla a stává se tak i velmi dobrým marketingovým nástrojem. Nicméně je třeba zdůraznit, že kromě jeho maximální hodnoty je důležité znát i jeho průběh v závislosti na otáčkách klikové hřídele (v praxi a pro snazší porozumění dále označováno jako otáčky motoru). Charakteristika vyjadřující průběh provozního parametru v závislosti na otáčkách motoru je nazývána otáčková charakteristika. Pokud budou zkoumány maximální hodnoty, jedná se o tzv. vnější otáčkovou charakteristiku. Nejběžnější veličiny zobrazované v otáčkových charakteristikách jsou průběh výkonu, točivého momentu, případně měrné spotřeby paliva (obr. 1). Obr. 1 Vnější otáčková charakteristika motoru Škoda 2.0 TDI (103 kw) (skoda-auto.cz) 2

6 1.1 Metody měření výkonu motoru Použitá metoda pro měření výkonu motoru je přímo závislá na způsobu zatěžování motoru a též místem odběru výkonu. Místem odběru výkonu může být: kliková hřídel motoru Měření je prováděno na demontovaném motoru na brzdovém stanovišti. Patří mezi nejpřesnější metody měření výkonu. Výkonu je odebírán přímo z klikové hřídele motoru, tedy jedná se o přímé spojení dynamometru (zařízení pro zatěžování motoru) a testovaného motoru. V tomto případě je měřen skutečný výkon motoru bez ztrát jeho přenosem. Nevýhodou takového měření je poměrně složitá montáž spalovacího motoru na brzdové stanoviště se vším nezbytným příslušenstvím pro jeho provoz. obvod hnacích kol Toto měření je prováděno na válcových zkušebnách. Výkon je odebírán na obvodu hnacích kol. Výhodou takového měření je nepoměrně snazší ustavení vozidla na válcovou zkušebnu, nevýhodou pak měření výkonu včetně ztrát přenosem výkonu z klikové hřídele motoru až na obvod hnacích kol a jeho převod na válce zkušebny. vývodový hřídel Tato možnost je využívána u strojů, které mají vývodový hřídel pro pohon příslušenství. Jedná se tak zejména o traktory, kdy je výstupní výkon přenášen přes jednoduchou převodovku na vývodový hřídel s minimálními ztrátami. Spalovací motory lze zatěžovat buď staticky, či dynamicky. Statická metoda zatěžování spočívá ve vytváření brzdného momentu, který působí proti točivému momentu motoru. Dynamická metoda využívá k zatěžování spalovacího motoru setrvačnosti všech rotujících hmot, které musí spalovací motor roztáčet. Obě tyto metody lze použít jak při měření samotného motoru, tak při měření na válcové zkušebně. 3

7 1.2 Měření výkonu na brzdovém stanovišti Je to základní způsob zjišťování výkonových parametrů na klikovém hřídeli. Je považován za plně průkazný, příslušnou normou je limitována přesnost měření jednotlivých signálů, včetně korekcí na standardní podmínky měření. Praktické zkušenosti však ukazují, že i u tohoto způsobu se vyskytují chyby měření způsobené například vlastními ztrátami a hysterezí použitého dynamometru, chybou použitého snímače reakční síly, případně chybami jednotlivých snímačů teplot, atmosférického tlaku atd., které se promítnou do korekčních výpočtů na referenční atmosférické podmínky. S ohledem na vysoké pořizovací investice, časovou náročnost a pracnost samotného měření, je zkušební stanoviště vhodné zejména pro vývoj nových motorů nebo zkoušení při jejich výrobě, případně pro homologační měření, nikoliv pro běžnou servisní a opravárenskou praxi. Motor je spojen přes klikovou hřídel pevně s rotorem dynamometru, který vyvozuje brzdný moment. Dle principu lze dynamometry rozdělit: Absorpční dynamometry: Elektromagnetické vířivé brzdy Hydraulické brzdy Mechanické frikční brzdy Vzduchové brzdy (vrtulové aj.) Tandemové brzdy (kombinace) Univerzální dynamometry: Elektrodynamické motor-generátory na stejnosměrný nebo střídavý proud Torzní dynamometry (nebrzdí) 4

8 1.2.1 Druhy dynamometrů Pojmem dynamometr se obecně označují zařízení, které slouží k vyvíjení regulovatelného brzdného momentu. Dle principu vytváření brzdného momentu lze dynamometry rozdělit do několika typů Vířivé dynamometry Vířivé dynamometry patří do skupiny pasivních dynamometrů, což znamená, že dynamometr umí pouze brzdit. Ve vířivých brzdách se mechanická energie přeměňuje elektromagnetickou cestou na tepelnou energii. Brzdicí účinek spočívá v otáčení ozubeného rotoru ve stacionárním magnetickém poli, které se vytváří stejnosměrným proudem, který protéká budicí cívkou. Magnetické siločáry stojí svisle ke směru otáček rotoru a uzavírají se chladicí skříní pracovní brzdy a rotorovým talířem. Dle typu konstrukce je teplená energie odváděna vzduchem (rotor principiálně připomíná chlazený brzdový kotouč), či je využíváno přímého vodního chlazení (viz obr. 2 a obr. 3). Snímání okamžité brzdné síly je řešeno pomocí měření reakční síly působící na rameni uvolněného statoru stroje, zatímco rotor je napevno propojen s klikovou hřídelí motoru. Obr. 2 Vzduchem chlazený dynamometr 5

9 Obr. 3 Řez vodou chlazeným vířivým dynamometrem Hydraulické dynamometry V těchto dynamometrech, známých též jako hydraulické brzdy, se mění mechanická energie na teplo pomocí vnitřního tření částic vody, která se využívá jako pracovní médium a zároveň plní funkci chladicí. Její množství se reguluje dle požadovaného brzdného výkonu. Dovolené oteplení vody je omezeno teplotou asi 70 C, při vyšší teplotě hrozí nebezpečí kavitace a tvorby kotelního kamene. Množství vody potřebné pro chlazení je relativně velké, například na maření výkonu 100 kw je třeba chlazení až o průtoku 100 litrů za minutu. Dynamometr je tvořen válcovým rotorem, který se otáčí ve vodotěsném statoru. V obou částech jsou vytvořeny toroidní vybrání, které společně tvoří jakési kapsy, ve kterých při rotaci hřídele působícím odstředivou silou na vodu začne kapalina cirkulovat. Tím převádí moment z rotoru na uvolněný stator, který je jištěn proti pohybu pomocí ramene, pod kterým je umístěn tenzometr snímající okamžitý brzdný moment. 6

10 Třecí dynamometry Tyto dynamometry jsou nejstarší a také již nejméně používané. Brzdný moment je vytvářen mechanicky pomocí provozní brzdy (čelisťové, pásové), kdy tření probíhá zpravidla v olejové lázni a nezbytné je též poměrně vysoké množství vody pro chlazení dynamometru Vzduchové dynamometry U vzduchových dynamometrů je brzdný moment vytvářen aerodynamickým odporem vrtule. Dnes se již nepoužívají, dříve nacházely uplatnění u jednoduchých válcových zkušeben pro zkoušení motocyklů, nebo také v oblasti zkoušení pohonů vrtulníků, kde nevadila ani malá přesnost, ani produkovaný aerodynamický hluk Elektrické dynamometry Elektrické dynamometry lze definovat jako elektrické točivé stroje, označované též jako motorgenerátory. Z názvu vyplývá jejich hlavní výhoda a to že dokáží fungovat jak v režimu brzdy (generátoru), tak v režimu motoru (pohonu). Brzdný moment je zde vytvářen přeměnou mechanické energie na energii elektrickou, kterou je ale třeba dále odvádět (mařit v odporech, či dodávat do sítě). Ztráty převodem energie ve formě tepla jsou odváděny chladicím médiem (zpravidla vzduchovým chlazením, či vodou). Dělí se na stroje stejnosměrné či asynchronní dle konstrukce. Jistou nevýhodou jsou poměrně vysoké nároky na elektrickou soustavu, kde je třeba zajistit dostatečný elektrický výkon a patřičně dimenzované elektrické rozvody. Okamžitý brzdný moment je možno stanovit stejně jako u předchozích dynamometrů pomocí uvolněného statoru a snímání síly pomocí tenzometru, druhou možností je stanovit výkon pomocí okamžitého elektrického výkonu dynamometru, který stanovuje zpravidla regulační člen dynamometru (frekvenční měnič, pulsní měnič). 7

11 1.2.2 Brzdová motorová stanoviště KVPD Brzdová stanoviště katedry Vozidel a pozemní dopravy disponují 3 stanovišti pro měření provozních parametrů spalovacích motorů. Stanoviště jsou vybaveny vířivými dynamometry s vnitřním chlazením průtočným systémem chladící kapaliny. Dvě stanoviště jsou vybavena vířivým dynamometrem V125 (výrobce VUES Brno) s max. brzdným výkonem 125 kw, jedno stanoviště disponuje vířivým dynamometrem V250 (výrobce MEZ Vsetín) s maximálním brzdným výkonem 250 kw. Technické parametry shrnuje tabulka 1. Výkonová charakteristika dynamometru V125 je zobrazena na obr. 4. Tab. 1 Parametry vířivých dynamometrů Dynamometr Typ V125 V250 Provedení IP23/ICW37 - Otáčky (1 min -1 ) Točivý moment (Nm) , Výkon (kw) 4, , Průtok vody (l s -1 ) 0,9 1,8 Budící napětí (V) Budící proud (A) 1,7 6 Tlak vody (kpa) Hmotnost (kg) ČSN Výrobce VUES Brno MEZ Vsetín Rok výroby Tenzometr Jmenovité zatížení (kn) 2 Sloučená chyba (% j.z.) 0,5 Reprodukovatelnost (%) 0,05 8

12 Obr. 4 Momentová a výkonová charakteristika dynamometru V Stanoviště s motorem 1.2 HTP Na motorovém stanovišti je namontován motor z vozu Škoda Fabia 1.2 HTP (obr. 5) o výkonu 40 kw. Bližší technické údaje shrnuje tab. 2. Tab. 2 Parametry testovaného motoru kód motoru AWY konstrukce 3-válcový řadový motor, 2 ventily na válec zdvihový objem 1198 (cm 3 ) vrtání 76,5 (mm) zdvih 86,9 (mm) kompresní poměr 10,3 : 1 max. výkon 40 (kw) při 4750 (1 min -1 ) max. točivý moment 106 (Nm) při 3000 (1 min -1 ) řídící jednotka motoru Simos 3PD (vícebodové vstřikování) palivo bezolovnatý benzín s okt. č. 95 emisní norma EU4 emise CO2 142 (g/km) 9

13 Obr. 5 Motor Fábia 1.2 HTP umístěný na brzdovém stanovišti Pro zajištění dostatečného chlazení motoru je do standardního chladicího okruhu motoru sériově zařazen další chladič, který je ponořen do nádrže s externím přívodem chladicí kapaliny. Původní výměník typu voda vzduch by nebyl schopen zajistit dostatečný chladicí výkon viz obr. 6. Obr. 6 Úprava chlazení motoru 10

14 Snímané veličiny na brzdovém stanovišti Brzdové stanoviště je vybaveno základní sadou snímačů (viz obr. 7) a umožňuje měřit různé provozní parametry testovaných motorů díky následujícímu vybavení měřicího stanoviště: Obr. 7 Osazení dynamometru snímači Brzdná síla F [N] Snímá se pomocí tenzometrického snímače, umístěného na konci páky, která brání statoru dynamometru v otáčení (uvolněný stator stroje = uložení statoru v ložiscích, kdy k zajištění proti pohybu je na statoru připevněné rameno, podložené snímačem síly tenzometrem). Otáčky n [min -1 ] Jako otáčkové čidlo je zde použit impulsní otáčkový senzor (alternativně hallovo čidlo) jež reaguje na vyfrézované zuby na impulsním kole, umístěným na rotoru dynamometru. 11

15 Hmotnostní úbytek paliva m [g] Snímá se hmotnostní úbytek paliva z nádrže, umístěné na plošinové váze viz obr. 8, technické parametry vážicího zařízení shrnuje tab. 3. Obr. 8 Umístění nádrže na plošinové váze, displej váhy Tab. 3 Technické parametry vážicího zařízení Krytí proti prachu a vodě IP 65 Rozsah vážení (kg) 0-60 Nastavení jednoho dílku (g) 2 Rozměry platformy (mm) 520x400x Vypočítané veličiny Na základě výše uvedených snímaných veličin lze následně provést výpočet následujících provozních parametrů. Brzdný moment M t = F r (1.4) kde: F síla změřená tenzometrem (N) r délka ramene působící síly (m) 12

16 Výkon motoru P = M t 2 π n (1.3) kde: P efektivní výkon motoru (kw) Mt točivý moment motoru (Nm) n otáčky motoru (s -1 ) Měrná spotřeba paliva (g kwh -1 ) Měří se vážením úbytku paliva (g) při ustáleném výkonu (kw) po stanovenou dobu (h) dle následujícího vzorce. m pe = (m 1 m 2 ) P t (1.5) kde m1 hmotnost paliva na začátku měření (g) m2 hmotnost paliva na konci měření (g) P okamžitá hodnota ustáleného výkonu (kw) t čas měření (h) Ovládání brzdového stanoviště Brzdové stanoviště je ovládáno pomocí vstupně-výstupního elektronického systému Datalab od firmy Moravské přístroje a.s., kde byl v grafickém programovacím prostředí Control Web vytvořen ovládací program, který obstarává jednak snímání a průběžné ukládání sledovaných hodnot ze snímačů a dále je zde pomocí výstupů řízen dynamometr a elektronický plynový pedál akcelerace spalovacího motoru. Vlastní realizace řídícího systému je zobrazen na obr

17 Obr. 9 Elektronický systém regulace dynamometru Hlavní částí řídícího systému je komunikační modul Datalab, který je osazen čtyřmi moduly: AIO1 modul čtyř analogových vstupů a čtyř výstupů AI3 modul osmi analogových vstupů, RTD1 modul čtyř teplotních snímačů CNT1 modul pro vyhodnocování čítačů. Detailní osazení včetně připojených snímačů shrnuje obr

18 Obr. 10 Osazení Datalabu jednotlivými moduly a jejich zapojení 15

19 V programovacím prostředí Control Web (obr. 11) byla vytvořena aplikace obsluhující jednotlivé moduly Datalabu, pomocí kterého je celé stanoviště řízeno. Obr. 11 Program pro řízení brzdového stanoviště V aplikaci je možno provádět buď ruční ovládání plynového pedálu a buzení dynamometru (např. pro účely měření v ustálených režimech), či použít různých naprogramovaných funkcí v podobě uživatelsky definovaného jízdního cyklu (předpis nastavení plynového pedálu a buzení dynamometru v čase) či definování různých přechodových stavů (otáčky od-do při definované zátěži dynamometru) pro účely testování v dynamických režimech. 16

20 1.3 Měření výkonu na vývodové hřídeli Jak již bylo uvedeno výše, zjišťování výkonu přes vývodovou hřídel je jedna z velmi přesných metod stanovení výkonu motoru. Její uplatnění lze nalézt u strojů disponujících vývodovou hřídelí pro pohon příslušenství. Nejčastějším měřeným strojem tak bývá traktor. Výhodou měření výkonu traktorových motorů spočívá v tom, že není třeba žádného dodatečného systému chlazení, neboť traktorové motory jsou z principu své činnosti již od výroby vybaveny dostatečně robustní chladicí soustavou, umožňující provoz motoru při maximálním výkonu i během stání stroje. Měření výkonu je v zásadě velmi jednoduché. K měřenému stroji přistavíme mobilní dynamometr (obr. 12) a připojíme jej pomocí příslušné propojovací hřídele (obr. 13). Přestože je hřídel vybaven homokinetickými klouby, je žádoucí, aby se zajistila pokud možno co nejlepší souosost vývodové hřídele a hřídele dynamometru. Při testování traktorových motorů se velmi často neměří jen průběh maximálního výkonu či točivého momentu motoru, ale často je cílem měření vytvoření tzv. zátěžových charakteristik. K tomu jsou mobilní dynamometry zpravidla vybaveny řídícím systémem, umožňujícím měření motoru v otáčkové či momentové regulaci (tzn. přednastavené konstantní otáčky, či konstantní točivý moment). Princip zatěžování spalovacích motorů resp. vytváření brzdného momentu dynamometru je identické jako již zmíněné principy činnosti dynamometrů pro měření motorů na brzdovém stanovišti. V dnešní době se výrazně rozmáhá využití dynamometrů využívající k vytváření brzdného momentu vířivých proudů se vzduchovým chlazením. Je to z důvodu velmi jednoduché konstrukce s minimálními energetickými nároky, které umožňují vytvářet operativní mobilní výkonové zkušebny, kdy za použití běžné elektrocentrály je možno provádět měření prakticky kdekoli bez nároků na infrastrukturu. 17

21 Obr. 12 Měření traktoru v terénu Obr. 13 Detail připojení na vývodovou hřídel traktoru 18

22 Na katedře Jakosti a spolehlivosti strojů je k dispozici mobilní zkušebna pro měření výkonu traktorových motorů MAHA ZW500 (viz obr. 14), umožňující měřit výkon přes vývodovu hřídel až do hodnoty 500 kw, max. otáček 2500 min -1 a maximálního točivého momentu 6600 Nm. K vytváření brzdného momentu využívá dvou vířivých dynamometrů chlazených náporovým vzduchem od elektrických ventilátorů. Pro svoji funkci vyžaduje pouze připojení k el. síti 400 V, 16 A. Obr. 14 Mobilní výkonová zkušebna MAHA ZW-500 (MAHA) Ovládání dynamometru Dynamometr se ovládá pomocí notebooku s ovládacím programem, komunikující přes bezdrátové rozhraní. V první fázi je třeba zkontrolovat stav komunikace notebooku a dynamometru (obr. 15). Obr. 15 Ověření komunikace programu s dynamometrem 19

23 Následně je vybrán typ měření Měření výkonových parametrů, či zatěžování. Zátěžová simulace lze nastavit v režimu konstantní točivý moment či konstantní otáčky hřídele (obr. 16) Obr. 16 Volba režimu zátěžové simulace Pozornost bude dále věnována měření výkonových parametrů. Vybereme tedy možnost Měřit výkon motoru a v dalším menu jedinou možnost Diskrétní měření (znamená měření výkonu v několika definovaných bodech otáček vývodové hřídele, resp. otáček motoru). Obr. 17 Volba měření výkonových parametrů 20

24 V dalším bodě je nutné specifikovat jednotlivé body měření nastavit parametry diskrétního měření výkonu (obr. 18). Obr. 18 Nastavení parametrů diskrétního měření výkonu Dále je třeba nastavit parametry měřeného stroje (obr. 19). Obr. 19 Data o měřeném motoru 21

25 Dále nás ovládací software vyzve k provedení otáčkové zkoušky, jejíž cílem je stanovit převodový poměr mezi otáčkami měřeného motoru a otáčkami vývodového hřídele (obr. 20). Obr. 20 Otáčková zkouška Nyní již stačí zapnout pohon vývodové hřídele a nastavit maximální požadované otáčky. Ovládací program pak již automaticky provede celé měření dle přednastavených parametrů (obr. 21). Obr. 21 Začátek měření výkonu 22

26 Měření se automaticky ukončí po dosažení posledního bodu měření a program vykreslí výkonovou charakteristiku motoru se stanovením maximálních hodnot točivého momentu a výkonu motoru včetně otáček, ve kterých těchto hodnot bylo dosaženo. Výsledky lze přepínat mezi hodnotami na vývodové hřídeli a na měřeném motoru (obr. 22). Obr. 22 Zobrazení výsledných hodnot měření 23

27 1.4 Měření na válcové zkušebně Katedra Vozidel a pozemní dopravy vlastní homologační válcovou zkušebnu Schenck 3604/GS56 (obr. 23), která sloužila primárně k provádění homologačních měření vozidel do 3,5t. Kromě jízdních zkoušek je zde možné též měřit výkonové parametry testovaných vozidel. Obr. 23 Válcová zkušebna KVPD Přístrojové vybavení zkušebny Zkušebna se skládá ze 2 válců propojených řetězem, jeden válec je opatřen protiskluzovým povrchem pro zlepšení adhezních vlastností. K válcům je připojena sada připojitelných setrvačníků, jež mají za úkol simulovat setrvačnou hmotnost vozidla. Z druhé strany jsou k válcům připojeny brzdové systémy. Na hlavní hřídel je připojen stejnosměrný elektrický motor o výkonu 56 kw, který vytváří simulaci odporu vzduchu. K druhému válci byla dodatečně připojena vířivá brzda o výkonu 125 kw, jež slouží pro účely statického 24

28 měření výkonu. Konstrukční uspořádání je zobrazeno na obr. 24, technické parametry shrnuje tab. 4. Tab. 4 Technické parametry válcové zkušebny Parametry válcové zkušebny DC motorgenerátor Vířivý dynamometr Válce zkušebny Setrvačníky zkušebny Maximální brzdný výkon 56 kw Maximální brzdný moment 305 Nm Maximální otáčky 3000 min -1 Maximální brzdný výkon 125 kw Maximální brzdný moment 478 Nm Maximální otáčky 8000 min -1 Dva válce umístěny v páru, které slouží k přenosu energie mezi koly vozidla a zkušebnou Obvod válců 1145 mm Základní simulovaná hmotnost 680 kg Přídavné hmotnosti: 900 kg, 450 kg, 225 kg, 120 kg, 112,5 kg. Obr. 24 Konstrukční uspořádání válcové zkušebny Válcová zkušebna je ovládána opět pomocí vstupně-výstupního elektronického systému Datalab od firmy Moravské přístroje a.s., kde byl v grafickém programovacím prostředí Control Web vytvořen ovládací program. Systém regulace je složen z vlastního Datalabu, který pomocí vstupně-výstupních modulů ovládá: 25

29 buzení vířivého dynamometru pro měření výkonových parametrů, frekvenční měnič (STARVERT S100) pro regulaci otáček ventilátoru pro náporové chlazení vozidel, pulsní měnič (ABB DCS 800) pro regulaci elektromotoru, kterým lze válce zkušebny brzdit či pohánět (simulace jízdních odporů či protáčení válci pro zjištění pasivních odporů) a dále systém obsahuje pomocné zdroje, regulaci ovládání dynamometru a ovládání jednotlivých setrvačníků a zvedacího zařízení pro snadné vyjíždění/vyjíždění vozidel z válcové zkušebny (viz obr. 25). Z boku rozvaděče je hlavní vypínač řídícího systému. Obr. 25 Hlavní řídící systém zkušebny Na hlavním rozvaděči (případně na dálkovém ovládání) se nacházejí hlavní spínače elektromotoru viz obr. 26. Tlačítka ON/OFF zapínají/vypínají regulaci elektromotoru, kdy po zapnutí se zároveň uvede do chodu ochlazovací ventilátor na elektromotoru. Tlačítky START/STOP se do činnosti uvádí vlastní regulace elektromotoru. 26

30 Obr. 26 Spouštění ovládání elektromotoru Pro chlazení vozidel na válcové zkušebně je využíváno ventilátoru Filcar AL-1500/C (max. výkon m 3 h-1, el. motor o výkonu 11 kw), který je ovládán pomocí frekvenčního měniče STARVERT S100, případně se sytém doplní o ventilátor ALM (max. výkon m 3 h-1, el. motor o výkonu 4 kw) který již není dále regulován. Dále je zkušebna vybavena systémem odsávání výfukových plynů, který se spíná manuálně vypínačem Ovládání válcové zkušebny Válcová zkušebna je ovládána pomocí aplikace, vytvořené v programovacím prostředí ControlWeb viz obr. 27. V aplikaci je možno ovládat brzdný moment dynamometru, nastavovat otáčky ofukovacího ventilátoru či ovládat elektromotor, který lze využít pro potřeby brzdění či protáčení válci zkušebny. Je zde několik režimů, ve kterých se provádějí dílčí měření. Pro účely měření výkonu je v činnosti regulace dynamometru a ofukovacího ventilátoru (zpravidla nastaven na maximální otáčky). Regulace elektromotoru je vypnutá. Pro účely měření pasivních ztrát je naopak vypnuta regulace dynamometru a spíná se jen regulace elektromotoru (přepínač Motor do polohy 1), vše ostatní vypnuto. Systém 27

31 automaticky zaznamenává všechny vstupní i výstupní signály, včetně přepočtených hodnot sledovaných veličin. Obr. 27 Ovládací software válcové zkušebny 28

32 1.4.3 Postup měření výkonu na válcové zkušebně Měření na válcové zkušebně vyžaduje řadu přípravných operací, které jsou nezbytné pro správné provedení měření. Nyní je uveden postup pro měření výkonu na válcové zkušebně u vozidla s předním náhonem: Nejprve je třeba zapnout hlavní spínač v hlavním rozvaděči (obr. 28) a zkontrolovat všechny jističe v rozvodné skříni, zda jsou v pozici 1. Obr. 28 Hlavní rozvaděč válcové zkušebny Dále zapneme hlavní řídící rozvaděč zkušebny. Zapneme přívod vzduchu k válcové zkušebně (obr. 29) 29

33 Obr. 29 Ovládání přívodu vzduchu do válcové zkušebny Na řídícím rozvaděči (obr. 25) sepneme první spínač ovládající zvedací zařízení a zkontrolujeme vypnutí všech setrvačníků. Nyní můžeme s vozidlem najet na válce zkušebny. Na rozvaděči vypneme zvedací zařízení a necháme vozidlo volně sklouznout mezi válce. Následně se s vozidlem pomalu rozjedeme a necháme jej srovnat se do stabilní pozice. V tuto chvíli se vozidlo zpravidla mírně posunuje ze strany na stranu. Je třeba odhadnout cca prostřední hodnotu tohoto pohybu v tu chvíli zatáhnout ruční brzdu (pokud je vozidlo vybaveno mechanickou ruční brzdou, v případě elektronické toto většinou nelze provést), kdy by se vozidlo mělo ustálit. Vozidlo zastavíme a upneme jej za tažné oko v přední části, pokud vozidlo nelze zajistit ruční brzdou, tak i v jeho zadní části Zkontrolujeme tlak nahuštění pneumatik. Pro účely měření výkonu je výhodné pneumatiky mírně přehustit (cca 3-3,5 bar) pro zmírnění valivého odporu k vozidlu přistavíme ofukovací ventilátor a zajistíme jej proti pohybu k výfuku přivedeme odsávací zařízení a zapneme ho (obr. 30) 30

34 Obr. 30 Ovládání odsávacího zařízení pustíme ventil přivádějící chladící kapalinu do dynamometru (obr. 31) Obr. 31 Ovládání přívodu chladicí vody do dynamometru spustíme ovládací program v ControlWebu (klávesa F5) Zapneme ofukovací ventilátor a nastavíme jej na maximální hodnotu Vozidlo rozjedeme na příslušný převodový poměr, odpovídající výkonovým možnostem dynamometru (v případě že dynamometr nedokáže vozidlo ubrzdit, 31

35 je třeba vždy přeřadit na vyšší převodový stupeň). Zrychlujeme tak dlouho, dokud nedosáhneme požadovaných maximálních otáček motoru, nebo max. konstrukční rychlosti válcové zkušebny 200 km h -1. Nyní v aplikaci zapneme ovládání dynamometru a pomalu začneme zvyšovat budící proud dynamometru, čímž postupně vytváříme brzdný moment a zároveň je třeba příslušně přidávat plyn pro zachování maximálních otáček. Přidávání buzení končí při stavu, kdy je plynový pedál na maximální úrovni a vozidlo udržuje maximální otáčky. Nyní začíná vlastní měření vnější výkonové charakteristiky Postupně pomalu přidáváme budící proud dynamometru při maximální dodávce paliva a necháváme motor dynamometrem brzdit (rychlost poklesu otáček cca 100 min -1 za sekundu). Buzení přestaneme zvyšovat až do hodnoty požadovaných minimálních otáček motoru (zpravidla min -1 ) Po dosažení minimálních otáček vypneme regulaci dynamometru (tím budící proud dynamometru nastavíme na nulu) a motor i dynamometr necháme alespoň 2-3 minuty dochladit Následně motor vozidla vypneme, vypneme ofukovací zařízení, odsávací zařízení a přívod chladící vody do dynamometru Měření pasivních ztrát Nyní je třeba k změřenému výkonu přičíst pasivní ztráty, které jsou způsobeny přenosem výkonu ze spalovacího motoru až na vnější obvod hnacích kol. K tomuto účelu je využíván elektromotor ve funkci pohonu válců zkušebny, kdy budeme po jednotlivých krocích pomocí aplikace postupně přidávat rychlost vozidla a při tom budeme odečítat okamžitý točivý moment elektromotoru, který je úměrný okamžitým ztrátám přenosu energie. To provedeme následujícím způsobem: U vozidla necháme zařazen neutrál Na hlavním rozvaděči stiskneme tlačítko ON V ovládací aplikaci CotrolWeb přepneme přepínače pro ovládání elektromotoru Motor do pozice 1 a další přepínače do pozice Otáčky 0 a Pasivní ztráty 1 32

36 Nastavíme požadovanou rychlost na 20 km h -1 a požadovaný moment na měniči na cca 150 Nm a pro spuštění elektromotoru stiskneme na dálkovém ovladači (případně na hlavním rozvaděči) tlačítko START Vozidlo se následně rozjede na požadovanou rychlost, je třeba nechat přednastavenou rychlost ustálit po dobu min. 30 sekund a pak odečteme okamžitý točivý moment elektromotoru Následně přidáváme s krokem cca 20 km h -1 až do hodnoty maximální rychlosti, dosažené při měření výkonu Pak nastavíme požadovanou rychlost na 0 km h -1, přepneme poslední přepínač z polohy Pasivní ztráty na Otáčky a necháme vozidlo zastavit, při rychlosti kolem 5 km h -1 stiskneme tlačítko STOP na dálkovém ovládání a vozidlo necháme volně zastavit Po cca 2-3 minutách pro dochlazení elektromotoru můžeme stisknout tlačítko OFF a vypnout ofuk elektromotoru Následně je třeba zpracovat naměřené hodnoty a zjistit rovnici závislosti rychlosti a pasivních ztrát. K tomu je možné využít např. MS-Excel (viz obr. 32). Cílem je dosažení co nejtěsnější korelace (koeficient determinace co nejblíže 1). Obr. 32 Příklad závislosti ztrátového momentu na rychlosti vozidla 33

37 Měření převodového poměru Nyní je třeba zjistit skutečnou hodnotu převodového poměru mezi otáčkami válců zkušebny a otáčkami měřeného motoru vozidla. To provedeme rozjezdem vozidla na konkrétní požadovanou rychlost se zařazením převodového stupně, na který bylo prováděno měření výkonu. Měření lze provést např. při rychlosti 20, 40, 60 a 80 km h -1. Po dosažení konkrétní rychlosti se odečtou okamžité otáčky válců z ovládacího software ControlWeb a následně z otáčkoměru vozidla, případně z rozhraní OBD, pokud je jím vozidlo vybaveno. Následně dojde k výpočtu průměrné hodnoty převodového poměru dle následujícího vzorce 1.6 (konkrétní provedení viz tab. 5): i c = m ni válců i=0n i motoru m (1.6) kde ni válců (min -1 ) otáčky válců zkušebny ni motoru (min -1 ) otáčky motoru m počet měření převodového poměru při různé rychlosti Tab. 5 Ukázka výpočtu převodového poměru převodový poměr motor / válce otáčky motoru otáčky převod válců průměrný převod Stanovení výsledného výkonu motoru Opět použijeme programu MS-Excel, kde vyneseme základní naměřený výkon z aplikace ControlWeb. Export do MS-Excel může vypadat dle tab. 6 Tab. 6 Export dat do MS-Excel ukázka dat MOTOR_RPM RYCHLOST MOM_DYNO Mmot Mztrátmot N_mot M_motor P_motor

38 kde MOTOR_RPM otáčky válců zkušebny (min -1 ) MOM_DYNO točivý moment změřený dynamometrem (Nm) Mmot = MOM_DYNO i C (1.7) moment motoru (Nm) vypočtený jako moment dynamometru vydělený celkovým převodovým poměrem ic Mztrátmot = 0,167 RYCHLOST+44,065 i c (1.8) Ztrátový moment (Nm), vypočtený z průběhu ztrátového momentu (obr. XX) a vydělený celkovým převodovým poměrem ic N mot = MOTOR_RPM i C vypočítané otáčky motoru (min -1 ) (1.9) M motor = Mmot + Mztrátmot výsledný točivý moment motoru (Nm) (1.10) P motor = 2 π N_mot výsledný výkon motoru (kw) (1.11) 35

39 2 Měření geometrie náprav Geometrie podvozku, resp. správné nastavení polohy jednotlivých kol patří mezi základní konstrukční parametry vozidla, které jsou nastaveny výrobcem automobilu. Kontrolovat by se měla alespoň jednou ročně. Během provozu totiž dochází k nežádoucím změnám geometrie zejména vlivem nadměrného namáhání nápravy např. při jízdě po nekvalitní silnici (výmoly), či nárazem kola na pevnou překážku (nejčastěji obrubník při parkování vozidla). Dále by se geometrie měla seřizovat pokaždé kdy dojde k opravě nápravy (výměna ramen, tlumičů, čepů) či systému řízení (spojovací tyče, kulové čepy). Geometrie podvozku má přímý vliv na bezpečnost jízdy, stabilitu jízdy či opotřebení pneumatik a uživateli vozidel je často dosti podceňovaná. Hlavní důvody seřizování geometrie: snížení opotřebení pneumatik (nesouměrné opotřebení viz obr. 33) a ostatních součástí podvozku vozidla správná styková plocha mezi pneumatikou a vozovkou, která má vliv na bezpečnost a komfort jízdy řízení bez rušivých vlivů (táhnutí vozu ke straně, nerovný volant, snadná ovladatelnost) Obr. 33 Špatně nastavená geometrie a nadměrné opotřebení pneumatiky (bellecar.cz) 36

40 2.1 Geometrie kol vozidla V následující kapitole budou definovány základní technické termíny a parametry kontrolované při měření geometrie podvozku Základní parametry geometrie podvozků STŘEDNÍ ROVINA KOLA je rovina rovnoběžná s vnitřní hranou ráfku kola (obr. 34) (pneumatika přiléhá k vnitřní hraně ráfku kola). STŘED KOLA je bod průniku střední roviny kola a jeho osy rotace (obr. 34). OSA SYMETRIE VOZIDLA je linie vedoucí skrze středy přední a zadní nápravy. Nesprávná sbíhavost zadního kola nebo vyosení nápravy může způsobit táhnutí vozidla na jednu stranu během jízdy. GEOMETRICKÁ OSA JÍZDY je linie, která rozděluje celkový zadní úhel sbíhavosti kola do dvou rovnoběžných úhlů a kterou následuje vozidlo během rovné jízdy směrem dopředu. Obr. 34 Úhel odklonu kola Obr. 35 Úhel sklonu rejdového čepu V vertikála, WCP střední rovina kola, CP střed kola, KPA osa rejdového čepu ÚHEL ODKLONU KOLA je úhel mezi vertikálou a střední rovinou kola. Jde o pohled z předu. Když se vrchní část kola vyklání, odklon je pozitivní (obr.34), pokud se naklání dovnitř je negativní. Během tohoto měření by přední kola vozidla měla být v rovné pozici (směr dopředu). ÚHEL SKLONU REJDOVÉHO ČEPU je úhel mezi vertikálou a osou rejdového čepu, při pohledu od přední nebo zadní strany vozidla. Úhel je pozitivní, když je vrchní část 37

41 osy rejdového čepu nakloněna směrem k ose symetrie vozidla (obr. 35) a negativní, když je nakloněna opačným směrem. Obr. 36 Středový úhel Obr. 37 Záklon rejdového čepu WCP střední rovina kola, KPA osa rejdového čepu, V vertikála STŘEDOVÝ ÚHEL je součet předního úhlu odklonu kola a odpovídajícího úhlu odklonu rejdového čepu (obr. 36). ZÁKLON REJDOVÉHO ČEPU je úhel mezi vertikálou a osou rejdového čepu při pohledu ze strany. Úhel je pozitivní, když je horní část osy rejdového čepu nakloněna směrem k zadní části auta (obr. 37) a negativní, když je nakloněna opačným směrem. CELKOVÁ SBÍHAVOST (PŘEDNÍ NEBO ZADNÍ KOLA) je hodnota popisující pozici předních a zadních kol s ohledem na sebe navzájem, která je měřená horizontálně (obr. 38 a 39). Tento parametr se většinou měří v úhlech. Někdy se může objevit sbíhavost udávaná v milimetrech pak to je vzdálenost mezi ráfky kola stejné osy (přední nebo zadní), která je měřena horizontálně na přední a zadní straně okrajů ráfku. Celková hodnota sbíhavosti je pozitivní, pokud míří kola dovnitř a negativní, když míří kola směrem ven. ČÁSTEČNÁ SBÍHAVOST ZADNÍHO KOLA je úhel mezi střední rovinou kola a symetrickou osou vozidla. Zadní částečná sbíhavost je pozitivní, pokud přední část kola míří směrem dopředu k ose symetrie (souměrnosti) (obr. 39) a negativní, pokud přední část kola směruje směrem pryč od symetrické osy auta. 38

42 Obr. 38 Celková zadní sbíhavost Obr. 39 Částečná zadní sbíhavost SA osa symetrie Obr. 40 Celková přední sbíhavost Obr. 41 Částečná přední sbíhavost GDA geometrická osa jízdy ČÁSTEČNÁ SBÍHAVOST PŘEDNÍHO KOLA je úhel mezi střední rovinou tohoto kola a geometrickou osou jízdy. Přední poloviční sbíhavost je pozitivní, pokud je přední část kola zamířena směrem ke geometrické ose pohonu (obr. 40). Negativní hodnota znamená, že přední část kola je namířena směrem ven od geometrické osy jízdy. Obr. 42 Přesazení předních kol Obr. 43 Úhel tahu GDA Geometrická osa pohonu, SA- osa symetrie PŘESAZENÍ PŘEDNÍCH KOL je úhel mezi linií procházející středy předních kol a kolmicí ke geometrické ose jízdy (obr. 42). Tento parametr je pozitivní, pokud je pravé kolo směřováno dopředu s ohledem na levé kolo a negativní, pokud pravé kolo je směřováno dozadu s ohledem na levé kolo. Pokud je známa standartní hodnota sbíhavosti kola, může být přesazení předních kol udáno v délkové míře. 39

43 ÚHEL TAHU je úhel mezi geometrickou osou jízdy a osou symetrie vozidla (obr. 43). Tento úhel je pozitivní, když je geometrická osa pohonu vychýlena vpravo od symetrické osy vozidla. Obr. 44 Rozdílný úhel sbíhavosti při natočení kol o 20 ROZDÍLNÝ ÚHEL SBÍHAVOSTI PŘI 20 je rozdíl úhlů natočení vnitřního a vnějšího kola při natočení vnějšího kola o 20 (obr. 44). Rozdílný úhel sbíhavosti doleva a doprava by měl být shodný, zahrnující toleranci danou výrobcem vozidla. Měření těchto parametrů není možné, pokud se provádí měření s otočením 10. Obr. 45 Max. úhly rejdu vnitřního levého kola, vnějšího pravého kola Obr. 46 Max. úhly rejdu vnějšího levého kola, vnitřního pravého kola MAX. ÚHLY REJDU jsou maximální možná natočení vnitřního a vnějšího kola (obr. 45 a obr. 13). Měření těchto parametrů je možné pouze s použitím elektronických točnic. 40

44 Obr. 47 Zadní odstavení kola Obr. 48 Rozdíl rozvorů GDA geometická osa pohonu PŘESAZENÍ ZADNÍCH KOL je úhel mezi rovnou linií, která jde skrze středy zadních kol a linií kolmou ke geometrické ose jízdy (obr. 47). Tento parametr je pozitivní, pokud je pravé kolo posunuto směrem dopředu s ohledem na levé kolo (při pohledu směrem dopředu ve směru řízení vozidla) a negativní, pokud je pravé kolo posunuto směrem dozadu s ohledem na levé kolo. Pokud je známa standartní hodnota sbíhavosti kola, může být přesazení zadních kol udáno v délkové míře Dodatkové parametry ROZDÍL ROZVORŮ KOL je veličina definující pozici přední a zadní řízené nápravy vůči sobě (obr. 48). Tato hodnota je dána rozdílem naměřených hodnot rozvoru na levé a pravé straně vozidla (rozdíl hodnot A B v obrázku). Tato hodnota je kladná, jestliže vzdálenost na levé straně vozidla je větší než na pravé a záporná, je-li tomu naopak. Rozdíl by neměl přesáhnout 0,8% základní hodnoty. Tato hodnota může být také udána v úhlových jednotkách podle stejného pravidla jako na obrázku PRAVÉ STRANOVÉ PŘESAZENÍ je úhel mezi geometrickou osou jízdy a spojnicí mezi středovými body kol na pravé straně vozidla (obr. 49). Jsou-li známy rozměry podvozkové základny, lze pravé stranové přesazení měřit v lineárním měřítku. Pravé stranové přesazení je kladné, jestliže je vzdálenost pravého zadního kola od geometrické osy jízdy větší než vzdálenost pravého předního kola od této osy. 41

45 Obr. 49 Pravé stranové přesazení Obr. 50 Levé stranové přesazení GDA geometrická osa jízdy LEVÉ STRANOVÉ PŘESAZENÍ je úhel mezi geometrickou osou jízdy a spojnicí mezi středovými body kol na levé straně vozidla (obr. 50). Jsou-li známy rozměry podvozkové základny, lze levé stranové přesazení měřit v lineárním měřítku. Levé stranové přesazení je kladné, jestliže je vzdálenost levého zadního kola od geometrické osy jízdy větší než vzdálenost levého předního kola od této osy. Obr. 51 Rozdílný rozchod Obr. 52 Přesazení nápravy GDA geometrická osa jízdy ROZDÍLNÝ ROZCHOD je úhel mezi spojnicemi středových bodů levých a pravých kol (obr. 51). Jsou-li známy rozměry podvozkové základny, lze tento rozdíl měřit v lineárním měřítku (rozdíl mezi hodnotami D-C na obrázku.). Rozdílný rozchod je kladný, je-li rozchod zadních kol větší než rozchod kol předních. PŘESAZENÍ NÁPRAV je vzdálenost mezi osou přední nápravy a geometrickou osou jízdy (obr. 52). Je-li známa hodnota rozchodu, lze přesazení náprav měřit přímo. Přesazení náprav je kladné, je-li osa přední nápravy vlevo od geometrické osy jízdy. KOMPENZACE KOLA je operace vykonávaná před řádným měřením k odstranění vlivu následujících faktorů ovlivňujících měření: házivost disku kola (způsobená 42

46 poškozením ráfku) nebo upevnění svorky měřící hlavice mimo geometrii, otočením kol kolem své osy. 2.2 Způsoby měření geometrie Pro kontrolu geometrie náprav slouží celá řada speciálních měřidel. Liší se dle použitého principu měření Mechanické měření geometrie Jedná se o klasická délková měřidla (tyčová a obkročná měřidla), hodnota zjišťovaného parametru se odečítá na délkové stupnici, případně na číselníkovém úchylkoměru (obr. 53). V praxi se lze setkat nejčastěji s přípravky na kontrolu sbíhavosti, kdy se měřidlo přikládá na vnější stranu disků kol. Výhodou je robustní konstrukce, rychlost měření, nevýhodou je nižší přesnost měření. Obr. 53 Mechanické měření sbíhavosti kol Optické měření geometrie Pro měření geometrie se používají speciální nástavce na měřená kola s projekčními lampami, terčové nástavce na kola a další projekční plochy, kdy hodnota měřeného parametru je odečítána opticky světelným paprskem vytvářeným buď žárovkou, nebo laserem svítícím na stupnici projekční plochy (obr. 54). Úhly odklonů jsou odečítány pomocí libel. 43

47 Obr. 54 optická geometrie Motex (autoserva.cz) Elektronické měření geometrie Elektronické systémy pro měření geometrie podvozků vycházejí z předchozích modelů, pouze odečítání hodnot již neprovádí obsluha na měřicím zařízení, ale hodnoty vypočítává počítač a zobrazuje je obsluze v obslužném programu. Výhodou těchto systémů je zpravidla obsáhlá databáze nastavení geometrie pro testovaná vozidla a také programový průvodce, který vede obsluhu krok po kroku jednotlivými fázemi měření. Výrobci těchto systémů doporučují měření provádět na příslušném zvedacím zařízení (ideálně 4-sloupový zvedák) s možností přízdvihu náprav a instalací otočných plošin a s kluznými plošinami pro zadní nápravu. Měření probíhá tak, že na jednotlivá kola se nainstalují snímací hlavy, jejíchž součástí jsou zpravidla optoelektronické snímače. Oproti optickým přístrojům je světelný paprsek nahrazen infračerveným paprskem a projekční plocha CCD kamerou. Každá snímací hlava obsahuje 2 senzory a 2 projektory, tudíž se poloha kola měří vůči kolu na stejné nápravě a zároveň vůči kolu na stejné straně vozidla. Tím je dosaženo komplexního a přesného změření geometrie vztaženého ke geometrické ose vozidla. Elektronické systémy měření geometrie lze rozdělit do dvou skupin v závislosti na použité technologii snímání: Opto-elektronické systémy Na každém kole je nasazena snímací hlava a geometrie je vyhodnocována pomocí vzájemné polohy všech snímacích hlav. 44

48 Kamerové systémy (3D geometrie) Na jednotlivá kola se nasazují pouze odrazové terče a hlavní snímací hlavy jsou umístěny před vozidlem na stojanu měřicího zařízení (obr.55). Obr. 55 3D geometrie s odrazovými terči (sien.cz) Bezdotyková geometrie Používá technologii CCD snímačů, kdy na každé kolo míří duální CCD kamera s LED osvětlením a systém vyhodnocuje polohu disku pomocí obrazové analýzy (obr. 56). Obr. 56 Bezdotyková geometrie Beissbarth (beissbarth.com) 45

49 2.3 Postup měření geometrie na GeoTest 60 Měřicí zařízení Precyzia GeoTest 60 (obr. 57) patří do skupiny opto-elektronických systémů pro kontrolu geometrive vozů do 3,5t. Obr. 57 Precyzia GeoTest Příprava vozidla Umístění vozidla na testovací stanoviště - přední kola by měla spočívat na středu otočných plošin, zadní kola na středu kluzných desek (důležité pro měření se čtyřmi měřícími jednotkami). Je důležité zablokovat disky točnic pomocí čepů před najetím vozidla. Uvolníme ruční brzdu a vyřadíme rychlostní stupeň - řadící páka v neutrální pozici Zkontrolujte velikost pneumatik - všechna kola by měla být vybavena stejným typem pneumatik, které jsou doporučeny výrobcem vozidla. Zkontrolujeme tlak vzduchu ve studených pneumatikách - pokud jsou pneumatiky horké, musí se počkat, dokud nezchladnou. Když se tlak liší od nominálního, měl by být opraven s následující přesností: 46

50 ± 0,01 MPa u požadovaného tlaku do 0,3 MPa ± 0,02 MPa u požadovaného tlaku přes 0,3 MPa Zkontrolujeme pružení podvozku - po opakovaném stlačení přední a zadní části auta by měl být opět v horizontální pozici. Kontrola mechanismu řízení - je důležité zkontrolovat, zda není mechanismus řízení uvolněn, tj. zda není v systému řízení nadměrná vůle. Kontrola pneumatik - je důležité zkontrolovat případné poškození pneumatik, zejména jejich házivost či poškození. Poškozené či zdeformované ráfky je nutné vyměnit. Kontrola zatížení vozu - před měřením by mělo být auto zatíženo dle doporučení výrobce. Propružení náprav - je nutné nastavit zavěšení vozidla stlačením přední a zadní části vozidla při povolené ruční brzdě. Nastavení volantu do přímé pozice Nyní je vozidlo připraveno pro instalaci snímacích zařízení. Dále je postupováno dle programového průvodce ovládacího software přístroje. 47

51 2.3.2 Průběh měření Přístroj spustíme hlavním vypínačem, umístěným na zadní straně přístroje. Po spuštění ovládacího software zapneme všechny 4 měřící hlavice, aby je systém mohl detekovat. Po spuštění software vybereme měřené vozidlo z databáze software (obr. 58) Obr. 58 Výběr vozidla V databázi se zobrazí všechny parametry, které se vztahují ke konkrétnímu modelu vozidla. V některých případech se může také zobrazit ikona, která znamená, že musíte definovat dodatečné parametry. Jakmile kliknete na tuto ikonu, zobrazí se okno s diagramem vozidla a tabulka úhlů, které jsou závislé na daném parametru. Dále jsou některé modely vozidel vybaveny popisy seřiditelných hodnot a obrázky. K zobrazení těchto informacíje třeba kliknout na ikonu. Software následně navádí obsluhu pro provedení přípravy vozu před měřením (obr. 59 až 62). 48

52 Obr. 59 Srovnání a zablokování točnic Obr. 60 Zajištění kluzných desek zvedáku 49

53 Obr. 61 Umístění vozidla na měřicí stanoviště Obr. 62 Montáž jednotlivých držáků a měřících jednotek Nyní je zapotřebí provést tzv. kompenzaci házivosti jednotlivých kol. Tento krok se provádí pro odstranění vlivu poškozeného (defektního tvaru) ráfku kola a pro minimalizaci nepřesností vzniklých montáží svěrky na ráfek. K dispozici jsou tyto tři volby: režim zvednutého vozidla vyberte pomocí, zvedněte vozidlo a otočte jednotlivá kola o 180 stupňů režim posunutí (kompenzace tahem) vyberte pomocí, posuňte vozidlo na měřícím stanovišti, aby se kola otočila o 90 50

54 přeskočení kompenzace (vynechání) vyberte pomocí, zcela se přeskočí kompenzace, tato volba je doporučená pouze pro určitý typ svěrek, které nepotřebují kompenzaci Kompenzace házivosti tahem Umístíme vozidlo na testovací stanoviště s předními koly nastavenými rovně směrem dopředu a uzamkneme volant pomocí zámku řízení (systém řízení nebude změněn během celého procesu) a dála postupujeme dle instrukcí (obr. 63 až 67): Obr. 63 Na měřicí jednotce stiskneme tlačítko OK Fixem, případně lepicí páskou si označíme pozici kola pro snazší odhad požadovaného úhlu otočení kola o 90 a zejména následného vrácení kola do výchozí pozice (obr. 64) Obr. 64 Označení pozice kola 51

55 Posuneme vozidlo dozadu (obr.65), aby se kola otočila o 90 (vozidlo je nutné tlačit za karoserii, nikoliv otáčením kola, došlo by ke zkreslení výsledku) a stiskneme tlačítko OK. Pokud není jakákoliv z měřících jednotek vyrovnána, program na to upozorní. Obr. 65 Posunutí vozidla krok 1 Následně vozidlo vrátíme do výchozí pozice a na jednotce opět stiskneme tlačítko OK (obr. 66). Obr. 66 Vrácení vozidla do výchozí pozice Odemkneme otočné plošiny, nastavíme kola rovně směrem dopředu, zatáhneme ruční brzdu a umístíme aretaci brzdového pedálu. Dále vyrovnáme všechny měřící jednotky a uzamkneme je na hřídeli za použití šroubů (obr. 67). Pokud vypočítaná hodnota kompenzace překročí maximální dovolenou kompenzační chybu (0 30 standartně) bez ohledu na zvolený druh kompenzace - upozorní na to program zvukovým signálem. Pokud toto nastane, sejmeme příslušnou svěrku a 52

56 namontujeme ji zpět v jiné pozici (v případě kompenzace tahem všechny svěrky). Pokud toto nepomůže a kompenzace je stále příliš velká, je třeba nahradit problematický ráfek po dobu měření. Nadměrná kompenzace ovlivní výsledky měření. V případě nutnosti, může být kompenzace zastavena stlačením klávesnice ESC. Nyní je vše připraveno k vlastnímu měření geometrie. Obr. 67 Vyrovnání a uzamčení měřících jednotek Měření geometrie vozidla Nyní je program připraven k provedení měření geometrie. K tomu je nejprve nutno nastavit kola do přímého směru (obr. 68). Pokud je toto provedeno, program automaticky vypočítá hodnoty geometrie zadní nápravy. Obr. 68 Nastavení kol do přímého směru 53

57 Měření úhlu rejdového čepu Nyní program vyzve k natočení kol o 10 resp. o 20 (dle zvolené hodnoty) na jednu stranu a pak identické měření na stranu druhou. Zvolením hodnoty 10 je docíleno měření pouze úhlů rejdového čepu, zatímco 20 otočení změří také rozbíhavost při natočení kol. Po provedení natočené kol do zvolených rejdů na obě strany je obsluha vyrvána opět k nastavení kol do přímého směru (obr. 69). Obr. 69 Natočení kol do krajních rejdů Tím je proces měření ukončen a ovládací program zobrazí naměřené výsledky geometrie s barevným rozlišením hodnot, které jsou v toleranci a které hodnoty je třeba opravit (obr. 70). Hodnoty zobrazené červeně jsou mimo toleranci, zelené jsou v pořádku a černá barva znamená, že pro daný parametr není doporučená hodnota k dispozici. Obr. 70 Výsledky měření geometrie 54

58 Seřízení geometrie Po zobrazení výsledků měření stačí kliknout na ikonku a vybrat jednu z možností dalšího seřízení geometrie (seřízení zadní nápravy, seřízení vertikálních úhlů přední nápravy, seřízení přední sbíhavosti či doplňková měření). 55

59 3 Přezouvání pneumatik Přezouvání pneumatik, neboli nazutí pláště pneumatiky na disk byla odjakživa práce vyžadující přinejmenším speciální ruční nářadí. V současnosti lze takové práce provádět zpravidla pouze na speciálních strojích. Zejména s příchodem tzv. bezdušových pneumatik a pneumatik s nízkým profilem vyžaduje tato práce použití strojů, protože síly potřebné pro sundání / nandání pláště pneumatiky přesahují silové možnosti člověka. I s použitím stroje je třeba velmi pečlivě dodržovat technologické předpisy k provádění této činnosti, jinak hrozí poškození kola (pláště, disku) i zdravotní rizika vyplývající z možného zranění obsluhy během pracovního procesu. Pro účely přezouvání pneumatik je katedra Vozidel a pozemní dopravy vybavena přezouvacím strojem FALCO EVO 624 S (obr. 71). Technické parametry stroje shrnuje tab. 7. Obr. 71 Zouvačka FALCO EVO 624 S Tab. 7 Technické parametry zouvačky FALCO EVO 624 S vnitřní upnutí 12" 28" vnější upnutí 10" 24" napájení 400 V / 3 f / 50 Hz rychlost otáčení 7 / 15 ot/min hlučnost 70 db(a) síla odražeče N (1 150 kg) pracovní tlak 8 10 bar 56

60 šířka přezouvaného kola 317 mm (12,5") max. průměr přez. kola mm vnější rozměry (d x š x v) x x mm hmotnost 257 kg 3.1 Základní ovládání stroje Schéma s popisem jednotlivých částí stroje je zobrazeno na obr. 72. Obr. 72 Schéma přístroje FALCO EVO 624 S Významy jednotlivých pozic na Obr. 72 jsou následující: 1. Ovládací pedál upínacího talíře. Má tři polohy: vypnuto, pomalý pohyb, rychlý pohyb 2. Ovládací pedál odtlačovacího ramena 3. Ovládací pedál upínacích čelistí. Má dvě pozice pozice 1 pro roztahování čelistí, pozice 2 pro stáhnutí čelistí 4. Ovládací pedál sklopného montážního sloupku 5. Pedál ovládající přívod vzduchu do plnicí hadice pro nafukování pneumatik 57

61 6. Odtlačovací rameno 7. Páka odtlačovacího ramena 8. Odtlačovací lopatka 9. Podložky bránící oděru 10. Sklopný montážní sloupek 11. Vodorovné posuvné rameno 12. Výsuvná vertikální tyč 13. Zajišťovací tlačítko aretace vertikální tyče 14. Zouvací patka 15. Kluzná kladka 16. Upínací talíř 17. Vodicí kolejnice 18. Upínací čelisti 19. Montpáka pro manipulaci s patkou pneumatiky 20. Manometr pro naplnění pneumatiky 21. Tlačítko pro vypuštění pneumatik 22. Plnicí hadice/pistole pro plnění pneumatik 23. Nádoba na mazivo 24. Jednotka filtru 3.2 Postup zouvání pneumatiky Před vlastním zouváním pneumatiky je třeba provést několik přípravných úkonů Přípravné úkony Doporučuje se přezouvat kolo zbavené všech nečistot s odstraněnými ozdobnými kryty disků. Z disku odstraníme všechna vyvažovací závaží Z pneumatiky vypustíme všechen vzduch demontováním vnitřní části (jehly) ventilku Odtlačíme pneumatiku z patky disku 58

62 Pneumatiku postavíme na odtlačovací stanoviště viz obr. 73. Přitahování odtlačovací lopatky se provádí stisknutím druhého pedálu z pravé strany přístroje. Obr. 73 Odtlačení patky z disku Odtlačení musí být provedeno zpravidla na 3-4 bodech pneumatiky. Správné umístění odtlačovací lopatky je ve vzdálenosti cca 1 cm od okraje ráfku (obr. 74), místo odtlačení je třeba volit mimo ventilek (zejména je třeba dát pozor na elektronické systémy snímání tlaku v pneumatikách - TPMS). Obr. 74 Umístění odtlačovací lopatky na disk Odtlačení pneumatiky provedeme z obou stran disku. 59

63 3.2.2 Demontáž pláště pneumatiky Nyní bude následovat umístění kola do zouvacího zařízení a vlastní proces demontáže pláště z disku dle následujícího postupu: Odjistíme vertikální tyč zouvacího ramene (obr. 75) Obr. 75 Odjištění vertikální tyče Odklopíme celý montážní rameno stisknutím levého pedálu Upnutí disku na upínací talíř Ráfek je třeba vtlačit pevně rukou směrem dolů, disk zajistíme stlačením pedálu upínacích čelistí. Ráfek je možno upnout z vnějšku či zevnitř. Je doporučeno zpravidla ocelové disky upínat za vnitřní část, disky z lehkých slitin za část vnější (obr. 76). Obr. 76 Vnější (Al disky) a vnitřní upnutí disku (ocelové disky) Bok pneumatiky namažeme až po okraj ráfku mazadlem Sklopíme montážní sloupek (levý krajní pedál) a zajistíme vertikální tyč (spínač na rukojeti) 60

64 Stisknutím pravého krajního pedálu otočíme kolo tak, aby se ventil pneumatiky nacházel proti montážní hlavě - viz obr. 77 Obr. 77 Správná výchozí pozice disku 1 pozice montážního sloupku, 2 ventil pneumatiky Vložíme montážní páku pod okraj pneumatiky a přetáhneme patku pneumatiky přes okraj zouvací patky (obr. 78). Obr. 78 Přetažení patky pneumatiky na zouvací patku 61

65 Sešlápnutím pravého pedálu otáčíme diskem pro sejmutí patky pneumatiky po celém obvodu disku (obr. 79). Obr. 79 Uvolnění horní patky pneumatiky Dále stejným postupem uvolníme i spodní patku pneumatiky (obr. 80) Obr. 80 Uvolnění spodní patky pneumatiky Sklopíme montážní sloupek a pneumatiku můžeme odstranit Montáž pláště pneumatiky Vlastní montáž pneumatiky na disk je zpravidla jednodušší než v případě její demontáže. Montáž pláště pneumatiky probíhá dle následujícího postupu: Dosedací plochu na obou okrajích disku namažeme mazivem. Namažeme obě patky pneumatiky. Pneumatiku položíme šikmo na disk viz obr

66 Obr. 81 Umístění pneumatiky na disk V případě pneumatiky s vyšším profilovým číslem (měkčí boky pneumatiky) lze zatlačením na vnější okraj přetáhnout spodní patku pneumatiky na disk Sklopíme montážní sloupek (levý krajní pedál) a zajistíme vertikální tyč (spínač na rukojeti) Sešlápnutím pravého pedálu otáčíme diskem tak, aby zouvací patka postupně natlačila spodní patku pneumatiky přes horní okraj disku Stejným postupem natlačíme i horní patku pneumatiky přes horní okraj disku (obr. 82) Obr. 82 Nasazení horní patky pneumatiky Levým krajním pedálem odklopíme montážní sloupek Druhým pedálem zleva uvolníme disk z čelistí upínacího kotouče 63

67 3.2.4 Nahuštění pneumatiky Připravíme si plnicí pistoli, mechanismus ventilku a speciální šroubovák pro jeho montáž. U bezdušových pneumatik a zejména pro nízkoprofilové pneumatiky je doporučeno provádět nahuštění pneumatiky bez vnitřního mechanismu ventilku pro rychlejší plnění pneumatiky a snazší dosednutí patek pneumatiky na disk. Při huštění je třeba dávat pozor na dosedávání patek pneumatiky na disk, jedná se o velmi rychlý pohyb při vyvíjení značné síly tlakovým vzduchem, kdy hrozí nebezpečí poranění! Postupné dosedávání patek pneumatiky je doprovázen i značným hlukem. Po nahuštění pneumatiky na předepsaný tlak namontujeme vnitřní mechanismus ventilku a provedeme kontrolu a případné doplnění tlaku pneumatiky na předepsanou hodnotu. 64

68 4 Vyvažování pneumatik Vyvažování pneumatik je nedílnou součástí péče o kola vozidel. V dřívějších dobách, kdy vozidla nepřekračovala rychlost 80 km h -1, tato operace nebyla zcela nezbytná. V dnešní době je však tato operace naprostou nutností nejen při montáži nových pneumatik, ale též preventivně alespoň jednou ročně. Během provozu totiž dochází často k nadměrnému namáhání jak pneumatik, tak i disků kol, které mohou způsobit jejich nežádoucí deformaci. Výsledkem jsou pak nežádoucí vibrace kola zejména při vyšších rychlostech, které jsou přenášena na nápravy vozidla a způsobují jejich nadměrné namáhání a zvyšují tak jejich opotřebení. Také jízdní komfort a bezpečnost vozidla výrazně klesá. Vibrující pneumatika nezajišťuje ideální stykovou plochu s vozovkou a zhoršuje tím jízdní vlastnosti celého vozidla. Pro účely vyvažování pneumatik je na katedře Vozidel a pozemní dopravy k dispozici vyvažovací zařízení SICAM SBM 135A (viz obr. 83). Jedná se o motorovou mikroprocesorovou vyvažovačku s dvojitým zobrazovacím displejem a LED signalizací. Technické parametry stroje shrnuje tab. 8. Obr. 83 Vyvažovačka SICAM SBM 135A 65

69 Tab. 8 Technické parametry vyvažovačky SICAM SBM 135A vnější rozměry (d x š x v) x x mm hmotnost 127 kg motor 230 V / 1 f / 700 W rychlost otáčení kola 250 ot/min hlučnost 75 db(a) šířka vyvažovaného disku 1" 21" (1 24 ) průměr vyvaž. disku 10" 26" (6 40 ) max. šířka vyvaž. kola 500 mm max. průměr vyvaž. kola mm max. hmotnost vyvaž. kola 70 kg délka vyvažovacího cyklu 8 sec. 4.1 Displej přístroje Displej přístroje (obr. 84) zobrazuje aktuální stav stroje a informuje obsluhu o průběhu měření. Dále obsahuje sadu ovládacích a indikačních prvků. Obr. 84 Displej přístroje SICAM SBM 135A Význam jednotlivých pozic displeje je následující: 1. Zobrazuje vybraný (aktivní) vyvažovací program a polohu závaží 2. Ukazuje místo aplikace vnějšího závaží, při dosažení pozice se rozsvítí zeleně 3. Zobrazuje Split a Match program, svítí, pokud je program aktivní 4. Zobrazuje jednotky při měření průměru a šířky ráfku (svítí=mm, nesvítí=palce) 5. Zobrazuje vyvažovací program, svítí, pokud je aktivní program pro kola Pax 66

70 6. Zobrazuje Match program, svítí, pokud je program aktivní 7. Zobrazuje směr otáčení pro dosažení pozice pro aplikaci závaží (šipky nahoru otáčet ve směru hodinových ručiček, šipky dolů otáčet proti směru) 8. Ukazuje místo aplikace vnitřního závaží, při dosažení pozice se rozsvítí zeleně 9. Displej vnitřní nevyváženosti 10. Displej vnější nevyváženosti 11. Zobrazení aktivní nebo vybrané obsluhy (levá dioda obsluha 1, pravá - obsluha 2, obě diody - obsluha 3) 12. Dioda svítí hodnota odstupu ráfku je zobrazena nebo může být zadána 13. Dioda svítí hodnota šířky ráfku je zobrazena nebo může být zadána 14. Dioda svítí hodnota průměru ráfku je zobrazena nebo může být zadána Přístroj umožňuje provádět měření v několika vyvažovacích programech. Pro kola osobních automobilů to jsou: Standard - standardní program pro ocelové disky s naklepávacími závažími ALU 1 - Standartní program pro lepená závaží pro ráfky z lehkých slitin ALU 2 - Nestandartní program pro skrytá lepená závaží pro ráfky z lehkých slitin ALU 3 - Nestandartní program. Zevnitř naklepávací závaží, vně skrytá lepená závaží. Pro ráfky z lehkých slitin ALU 4 - Standartní program. Zevnitř naklepávací zavaží, vně lepená závaží. Pro ráfky z lehkých litin ALU 5 - Standartní program. Zevnitř lepená závaží, vně naklepávací závaží. Pro ráfky z lehkých slitin Statické vyvážení pro naklepávací závaží. Standartní program. Pro ocelové disky Statické vyvážení pro lepící závaží. Standartní program. Pro ráfky z lehkých slitin Statické vyvážení pro skrytá lepící závaží. Standartní program. Pro ráfky z lehkých slitin Program Pax 1. Standartní program pro lepená závaží. Pro ráfky Pax Program Pax 2. Standartní program pro skrytá lepená závaží. Pro ráfky Pax 67

71 Význam ovládacích kláves je následující: Obsluha - změna výběru obsluhy - vyvolání základního nastavení (v součinnosti s klávesou Menu - vyvolání kalibrace (v součinnosti s klávesou Menu) + / - - změna hodnoty - změna nastavení (+ = On, - = Off) - výběr vyvažovacího programu mm / inch - pokud dioda svítí, jsou jednotky v mm, pokud ne, jsou v palcích ALU vyvolání vyvažovacího programu, výběr pomocí + a Průměr ráfku zobrazí průměr ráfku Šířka ráfku zobrazí šířku ráfku - výběr jednotek mm / inch Odstup ráfku zobrazí odstup ráfku od stroje (potvrzení zadaných hodnot ráfku, potvrzení zadaných kalibračních hodnot ) SPLIT vyvolá program SPLIT (ukončení programu SPLIT, uložení kalibračních dat ) OPT spustí program minimalizace nevyváženosti. Pokud dioda svítí, program je aktivní MENU vyvolá uživatelské nastavení (základní nastavení, kalibrační menu) OK deaktivace programu aplikace nalepovacích závaží START spuštění měření STOP ukončení měření (na displeji nevyváženosti zobrazí přesnou hodnotu nevyváženosti, opuštění menu ) 68

72 4.2 Postup měření Postup měření je velmi jednoduchý a sestává se z následujících kroků: zapnutí přístroje Vypínač je umístěný zezadu přístroje viz obr. 85. Obr. 85 Umístění hlavního vypínače upnutí vyvažovaného kola Kolo se upíná přes středový otvor disku kola. Je třeba věnovat pozornost pečlivému očištění středového otvoru pro dokonalé dosednutí disku na upínací hřídel stroje. K vystředění kola se používají výměnné kužely v několika rozměrech, které se nasazují na hřídel stroje. Pro ocelové disky platí, že nejprve se nasadí disk, pak středící kužel a vše se utáhne rychloupínací maticí. U kol z lehkých slitin se jako první vkládá vystřeďovací kužel, pak disk a následně se vše dotáhne rychloupínací maticí s nástavcem pro kola z lehkých slitin (obr. 86). Matici je třeba dostatečně utáhnout, pro snazší utažení je vhodné zabrzdit otáčení hřídele stroje pomocí nožní brzdy. Obr. 86 Rozdíl upnutí ocelového disku a disku z lehkých slitin 69

73 výběr vyvažovacího programu Pomocí tlačítka ocelové disky, ALU1 pro disky z lehkých slitin) zvolíme vhodný vyvažovací program (zpravidla standard pro zadání (změření) parametrů disku (průměr, šířka, odstup) Elektronickou vnitřní měrku přiložíme na vnitřní stranu ráfku měřeného disku (obr. 87) a necháme ji přiloženou po dobu cca 2 sekund dokud nezazní potvrzovací tón. Na displeji se nastaví průměr disku, boční odstup a nyní je třeba ještě doplnit šířku měřeného disku. Obr. 87 Přiložení elektronické vnitřní měrky Šířku měřeného disku změříme přiložením měřidla šířky disku, případně jej odečteme přímo z disku, kde bývá rozměr vyražen (obr 88). Obr. 88 Měření šířky disku 70

74 změření nevyváženosti Pro zahájení měření stačí sklopit kryt kola a přístroj automaticky roztočí kolo a začne vyhodnocovat jeho vyvážení. Měření trvá cca 8 sekund, kdy se hřídel automaticky zastaví. aplikace závaží Na displeji přístroje se objeví hodnota nevývažku pro obě strany disku, světelné diody pod displejem ukazují přesnou polohu pro umístění závaží. U ocelových kol se závaží umisťuje na vnější kraj disku. U disků z lehkých slitin se závaží umístí do měrky pro měření bočního odstupu disku a závaží se umístí do správné vzdálenosti, která je zobrazena na displeji přístroje (rozsvícením diody v místě, kam se závaží má nalepit doplněno i akustickou signalizací) viz obr. 89. Obr. 89 Umístění závaží na ocelový disk a disk z lehkých slitin kontrolní měření Následně se provede kontrolní měření sklopením krytu kola. Po dokončení měření by se na displeji přístroje měly objevit nulové hodnoty nevývažku. Přístroj nezobrazí nevývažek menší než 5 g, pro zjištění přesného stavu je třeba stisknout klávesu 0 (Esc) a přístroj zobrazí skutečnou hodnotu nevývažku. 71