Testarea sistemelor de franare pentru autovehicule cu sistem 4x4

Importanţa pe care sistemele de frânare o au în realizarea nivelului corespunzător de securitate activă a automobilelor a condus la conceperea mai multor modalitaţi de verificare a lor. Unele dintre ele se efectuează pe drum, în condiţii reale de rulare, şi au în vedere fie determinarea deceleraţiei maxime, fie măsurarea spaţiului de frânare minim şi calcularea deceleraţiei medii pe durata probei. Aceste încercări, deşi oferă avantajul solicitării sistemului de frânare în condiţii reale de funcţionare, prezintă o serie de inconveniente: necesită deplasarea de la atelierul de întreţinere până la porţiunea de drum adecvată încercărilor, porţiune ce se află, de regulă, în afara localităţilor, rezultatele măsurătorilor sunt influenţate de starea drumului, declivitatea acestuia, viteza şi direcţia vântului. În anumite perioade încercările nu pot fi efectuate din cauze atmosferice (ploaie, ninsoare, polei, vânt prea puternic), probele implicând frânări bruşte în condiţiile traficului de pe drumul respectiv, fapt ce măreşte pericolul producerii de accidente. [2] Din aceste motive, încercările pe drum sunt în prezent efectuate în special pentru omologări de noi automobile sau pentru verificarea menţinerii performanţelor tehnice de-a lungul unei perioade îndelungate de fabricare a unui anumit tip de automobil. [2] Pentru activitatea de diagnosticare curentă, în prezent, se utilizează standul de diagnosticare cu role datorită dimensiunilor de gabarit mai reduse faţă de cele inerţionale, pericolul de accidentare mai scăzut şi preţul mai accesibil. În plus, acestea oferă posibilitaţi de diagnosticare pe elemente a sistemului de frânare cu o foarte mare eficienţă.

Pentru o bună interpretare a măsurătorilor efectuate pe standul cu role acesta trebuie echipat cu diferite dispozitive auxiliare cu care să poată conlucra în aşa fel încât rezultatul final afişat să fie cât mai precis. În primul rând pentru a putea procesa şi observa datele din timpul testului propriu-zis este necesară existenţa unui bloc de afişaj şi de comandă numit consola de control. Consola de control va fi dotată cu un calculator personal şi o imprimantă, necesare pentru instalarea programului de lucru şi pentru înregistrarea şi tipărirea buletinului de probă.

Pentru a evita alunecarea este important ca forţele de frânare individuale dezvoltate la roţile aceleiaşi punţi să fie egale. La fel de important este şi cuplul minim dezvoltat la frânare pentru fiecare roată individual, în aşa fel încât atunci când se frânează nicio frână a autovehiculului să fie suprasolicitată. În consecinţă, fiecare roata a autovehiculului este testată individual pe standul cu role. Măsurarea forţei de frânare a autovehiculelor cu ajutorul stadului cu role reprezintă o metodă dinamică de obţinere a datelor de testare. Această metodă este mai mult orientată spre încercarea sistemului de frânare deoarece roata autovehiculului este adusă la o turaţie predeterminată de grupul motor electric – reductor ce antrenează setul de role ale standului şi apoi acţionată frâna autovehiculului. O rolă intermediară, rola numărul 3, echipată cu un traductor de turaţie, măsoară numărul de rotații ale roţii autovehiculului. O comparaţie între turaţia rolei motoare şi turaţia rolei intermediare determină cât de mare este alunecarea relativă dintre roata autovehiculului şi rolele standului. Ca măsură de siguranţă, unii producători, cum ar fi MAHA, construiesc standurile cu role în aşa fel încât la o alunecare relativă de aproximativ 30% testarea propriu-zisă să fie întreruptă. Această măsură este luată pentru a nu suprasolicita motorul electric şi pentru a proteja anvelopele de o uzare excesivă. [5] Principiul de funcţionare este următorul: Motorul electric este susţinut în aşa fel încât acesta să aibă un grad de libertate, să se poată roti. Această mişcare de rotaţie este limitată datorită unei tije metalice, încastrată la un capăt în carcasa motorului electric, pe care sunt montate traductoarele cu mărci tensometrice.

Testarea diferitelor tipuri de sisteme cu tracţiune integrală: Sunt existente trei tipuri diferite de astfel de sisteme: a) cu posibilitatea decuplării unei punţi de la sistemul integral; b) cu vâscocuplaj montat pe transmisia cardanică; c) cu transmisie cardanică rigidă (permanent). a) Sistem 4x4 cu posibilitatea decuplării unei punţi de la transmisia integrală La autovehiculele echipate cu un astfel de sistem, sistemul de frânare este testat în modul decuplat al transmisiei integrale, la fel ca la autovehiculele cu o singură punte motoare. b) Sistem 4x4 cu vâscocuplaj Sunt existente două tipuri de vâscocuplaje. Vâscocuplajul moale are o mai mică rezistenţă la torsiune (vâscozitate) decât vâscocuplajul tare, aşadar niciun cuplu nu e transferat la celelalte roţi atunci când viteza unghiulară a arborelui cardanic e mică. Figura 3.10 Vâscocuplaj [5] Aşa cum s-a menţionat mai sus, testarea sistemului de frânare la autovehicule cu tracţiune integrală este realizabilă dacă roţile aceleiaşi punţi se rotesc invers una faţă de cealaltă cu aceeaşi turaţie. În practică, circumferinţa roţilor aceleiaşi punţi diferă una faţă de cealaltă datorită uzării diferite şi a presiunii diferite din anvelope, astfel vor rezulta turaţii diferite la nivelul celor două motoare electrice. Aşadar cele două motoare electrice trebuie să-şi controleze viteza în scopul obţinerii aceleiaşi turaţii pentru ambele roţi ale autovehiculului. Aproximativ aceeaşi viteză a rolelor, antrenate de către 50 motoarele electrice, va fi suficientă pentru un sistem 4x4, cu vâscocuplaj moale, în aşa fel încât nu va fi transferat niciun cuplu de frânare, de către vâscocuplaj, atunci când viteza unghiulară a arborelui cardanic este mică. Aşadar, controlul turaţiei motoarelor electrice este suficient pentru testarea propriu-zisă în acest caz. Contrar celor menţionate mai sus, când este testat sistemul de frânare ce echipează un autovehicul 4x4 cu vâscocuplaj tare, ambele roţi ale aceleiaşi punţi trebuie să se rotească sincronizat una faţă de cealaltă în timpul testului, deoarece vâscozitatea este atât de ridicată încât şi cea mai mică rotire a arborelui cardanic va transfera cuplu celorlalte roţi prin vâscocuplaj. c) Sistem 4x4 permanent Pentru a realiza testarea sistemului de frânare la acest tip de autovehicul echipat cu sistem 4x4 permanent, turaţiile roţilor trebuiesc exact controlate în aşa fel încât nu va fi transferat niciun cuplu prin arborele cardanic. Controlul sincronizat al turaţiei roţilor autovehiculului În scopul controlării sincronizate a turaţiei roţilor, sunt aplicate, pe partea laterală şi exterioară a anvelopelor, mai exact pe flancurile anvelopei, repere reflectorizante ce alcătuiesc, cu ajutorul a două fotodiode montate pe partea lateral periferică a standului cu role, un sistem de traductoare de turaţie. Figura 3.11 Sistemul de monitorizare al turaţiei roţiilor autovehiculului [5] 51 La autovehiculele echipate cu un sistem cu tracţiune integrală rigid sau cu un sistem cu tracţiune integrală ce are în componenţa sa un vâscocuplaj tare, roţile nu pot fi antrenate în mişcarea de rotaţie individual. Dacă o roată a autovehiculului, aflat pe standul cu role, este antrenată în mişcare de rotaţie înspre înainte, cealaltă roată, ce aparţine aceleiaşi punţi, se va roti înspre înapoi în mod sincronizat. Dacă, la o punte a autovehiculului, o roată este antrenată înspre înainte în mişcare de rotaţie, se va observa că cealaltă roată, a punţii respective, îşi va începe mişcarea de rotaţie în sens invers cu o mică întârziere. Această mică întârziere este datorată jocului de la nivelul dinţilor roţilor dinţate din diferenţialul punţii. Figura 3.12 Jocul din angrenaj la nivelul diferenţialului [7] Pentru a efectua o verificare a sistemului de frânare a unui autovehicul cu tracţiune integrală permanentă sau echipată cu vâscocuplaj tare, antrenarea roţilor în mişcarea de rotaţie trebuie controlată în aşa fel încât niciun cuplu nu va fi transferat de către arborele transmisiei cardanice. Acest lucru este îndeplinit menţinând jocul de la nivelul dinţilor roţilor dinţate din diferenţialul punţii constant, la limita superioară a acestuia, în timpul testării. Diferenţialul se va afla într-o stare “de echilibru”. Pentru a putea folosi cât mai eficient acest lucru, jocul de la nivelul dinţilor roţilor dinţate din diferenţialul punţii este evaluat în mod calculat. Iniţial elecromotorul ce antrenează perechea de role de pe partea stângă va fi pornit pentru a antrena roata stângă a autovehiculului la viteză nominală. Cum motorul electric de pe partea dreaptă este oprit şi astfel rulând liber, roata autovehiculului de pe partea stângă antrenează în mişcare şi roata autovehiculului de pe partea dreaptă. Flancurile dinţilor roţilor dinţate se vor atinge pe o parte. Acum prima poziţie limită a jocului din angrenaj este măsurată de către traductoarele de turaţie cu fotodiode şi cu reperele reflectorizante. Procedura aceasta este apoi inversată, motorul electric de pe partea stângă fiind oprit, iar roata de pe partea dreaptă a autovehiculului fiind antrenată înspre înainte la viteza nominală. De această dată roata de pe partea stângă a autovehiculului este condusă, iar în diferenţial flancurile dinţilor se ating pe partea opusă. A doua limită a jocului va fi astfel măsurată. Din cele două valori limită măsurate se va calcula valoarea de mijloc a jocului din angrenaj. Această “valoare de mijloc a jocului din angrenaj” va fi folosită pentru a controla mişcarea de rotaţie a roţilor autovehiculului în timpul testării. În timpul testării sistemului de frânare al autovehiculului, ambele motoare electrice sunt accelerate la o viteză la care “valoarea de mijloc a jocului din angrenaj” 52 este atinsă. O roată a vehiculului va fi antrenată în mişcare de rotaţie înspre înainte, iar cealaltă înspre înapoi. Imediat ce viteza nominală de testare este atinsă de către ambele roţi ale autovehiculului, şi niciun cuplu de frânare nu este transmis către arborii planetari, testarea sistemului de frânare poate începe. La fel ca la autovehiculele cu o singură punte motoare, motoarele electrice vor fi oprite dacă este semnalată o alunecare relativă excesivă. La finalul operaţiunilor de diagnosticare, se poate solicita tipărirea la imprimantă a valorilor măsurate precum şi a celor pe care microcalculatorul standului le calculează. Din această ultimă categorie fac parte: dezechilibrele maxime înregistrate pe parcursul frânării, respectiv cele corespunzătoare regimului la care se dezvoltă forţele de frânare maxime; eficienţa la cele două punţi şi pe ansamblul automobilului; neuniformităţile (ovalităţile) minimă şi maximă pentru fiecare roată; coeficientul de amplificare al mecanismului de frânare, dacă standul este prevăzut cu un pedometru ce poate fi cuplat la sistemul său electronic. Rezultatele sunt tipărite pe o fişă de diagnosticare, denumită convenţional buletin de probă, care are trei domenii ce cuprind: - identificarea atelierului de întreţinere şi a automobilului testat; - valorile măsurate ale parametrilor de diagnosticare; - valorile limită prevăzute de regulamente pentru unii dintre parametrii respectivi, precum şi greutatea măsurată a autovehiculului şi eficacitatea globală a frânei de serviciu şi a celei de staţionare. În privinţa forţei rezistente la rularea liberă a roţilor, în lipsa unor specificaţii ale constructorului, se pot considera următoarele valori limită pentru autoturisme: • la roţile motoare, 200 N; • la celelalte roţi, 100 N. Pentru dezechilibru, normativele în vigoare, în prezent, în ţara noastră, prevăd limite numai pentru valorile obţinute la atingerea forţei maxime de frânare. Valoarea admisă a dezechilibrului la acţionarea frânai de serviciu este, în aceste condiţii, de 20%, indiferent de puntea la care este el determinat. Pentru frâna de staţionare, limita maximă a dezechilibrului este de 30%, indiferent de tipul automobilului şi de puntea asupra căreia acţionează ea. Eficacitatea frânei de serviciu trebuie să fie de minim 50%, iar pentru frâna de staţionare de cel puţin 20%. În cazul în care aceasta din urmă este acţionată manual, cu o pârghie cu clichet, blocatea roţilor trebuie să se producă după parcurgerea a 6 – 7 dinţi. Variaţia maximă a forţei de frânare (ovalitatea) la menţinerea constantă a apăsării pedalei este de 20%. Pentru forţa de apăsare pe pedală se prevede o valoare maximă de 500N, valoare ce, evident, se ia în considerare în cazul sistemelor de frânare fără servomecanism. În cazul efectuării unor operaţiuni de reglare la una dintre roţile automobilului este posibilă testarea individuală a roţii respective. Pentru aceasta, în modul de operare respectiv, de la telecomandă, se accesează funcţia ce va pune în mişcare numai rolele de pe partea unde este situată roata respectivă.