Principi generali

Teoria

Tecnica e concetti di base

A COSA SERVONO I BANCHI PROVA

I banchi prova , siano essi a rulli (per testare veicoli) o banchi prova motore, sono strumenti utili alla misurazione delle performance e caratteristiche dei propulsori.

Ne esistono di vari tipi, che si differenziano tra loro principalmente tra:

banchi prova motore (dove il motore viene collegato direttamente al banco prova)
banchi prova a rulli (dove i veicoli vengono testati, posizionando gli pneumatici sui rulli)

Ulteriore importante distinzione viene dalla presenza o meno di un freno (utile a generare una forza resistente) per i quali si parla di banchi prova inerziali o frenati.

IL BANCO PROVA MOTORE

Il banco prova motore è lo strumento utilizzato per la misurazione di tutti i parametri del funzionamento di un motore, tra cui le curve di potenza e coppia, con la massima precisione e ripetibilità possibili (diversamente da quanto accade su un banco prova a rulli, dove intervengono in gioco le inerzie appartenenti agli organi di trasmissione, cerchioni, pneumatici etc..).

Su questo tipo di banco prova, Il motore viene installato e collegato direttamente all’asse del freno a correnti parassite e comandato da apposita sala di controllo, in modalità manuale o automatica, grazie all’integrazione di appositi attuatori.

Viene principalmente utilizzato negli ambiti:

Pre-omologativo
Omologativo
Calibrazione unità di controllo motore (ECU)

Tali dati, raccolti dal sistema di controllo ed acquisizione per mezzo di apposite sonde, possono essere successivamente analizzati ed elaborati da appositi software di elaborazione.

Il banco prova motore, può essere inoltre equipaggiato con appositi torsiometri professionali, utili ad approfondite analisi delle dinamiche di comportamento, non possibili con le tradizionali celle di carico.

Il freno del banco prova, può inoltre essere accoppiato un motore elettrico di tipo asincrono, tale da permettere la corretta simulazione di cicli di guida stradale. Si parla in questo caso di un banco prova motore ‘TANDEM’ :

Il motore elettrico asincrono, lavorando in parallelo al freno, è oggi requisito indispensabile per la corretta riproduzione delle condizioni di esercizio in strada, tra cui cicli di guida (Es. normativa WLTP), non solo nei cicli omologativi, ma anche in quelli pre-omologativi.

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IL BANCO PROVA A RULLI

Il banco prova a rulli (spesso chiamato ‘banco prova potenza’) per auto o motocicli, permette principalmente di rilevare (senza rimuovere il motore dal veicolo) le curve di coppia e potenza.

Può essere a sua volta dotato di sensori esterni e sistemi di acquisizione, principalmente differenziati dal tipo di applicazione (sviluppo performance, diagnostica o ambiti omologativi).

Laddove il banco prova motore è necessario per processi quali pre-omologazione ed omologazione, il banco a rulli si rivela un ottimo strumento per applicazioni quali:

Diagnostica.
Sviluppo delle performance (ECU calibration).
Omologativa (cicli di guida o emissioni).

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BANCHI PROVA INERZIALI E FRENATI

I banchi prova, quando non equipaggiati con un freno, sono comunemente definiti banchi prova INERZIALI.

Questa tipologia di banchi, oggi considerati oramai obsoleti, utilizza rulli pesanti o masse volaniche, come forza resistente, al fine di misurare le prestazioni dei motori o veicoli.

I banchi prova FRENATI (equipaggiati con un freno) offrono maggiore precisione, ripetibilità delle misure ed evolute funzionalità, utili al lavoro dello sviluppatore.

Tra queste funzionalità citiamo ad es:

Steady state: il banco permette di fermare il motore ad un dato regime/velocità.
Controllo della rampa di accelerazione: si può di adeguare la rampa di accelerazione, in funzione dei diversi propulsori e potenze.
Simulazione di strada (salita, pendenza, presenza di trailer).

Quelli sopra sono solo esempi, tra le tante funzionalità che un banco prova frenato, può offrire. Oggi, il tipo di freno più diffuso sui banchi prova, è il freno a correnti parassite (o di Focault) (Link to Wikypedia)

SVILUPPO E RICERCA SU BANCHI PROVA

Al fine di ottenere risparmi di tempo durante lo sviluppo del veicolo, le aziende cercano sempre più di eseguire gli stessi test eseguiti sul banco prova motore, sul banco a rulli dinamometrico.

L’obiettivo è quello di correlare i risultati al fine di evidenziare le differenze (ed i loro fattori di influenza), nonché di verificare i risultati ottenuti a banco prova motore, con il vantaggio di riutilizzare e confrontare i test esistenti, in un ambiente di testing del tutto simile al tipo di applicazione in esercizio.

In ciascuno di questi ambienti di test vengono eseguite varie attività, tra cui:

Durante la fase di sviluppo veicolo viene utilizzato un banco prova motore per verificare la durata e la termodinamica. Inoltre, viene anche utilizzato per la calibrazione di base dell’ECU, prevedendone inoltre il comportamento in termini di emissioni (utilizzando funzioni quali la simulazione di strada)
Le prove emissioni vengono eseguite su un banco prova motori e ripetute sul banco a rulli per l’omologazione veicolo;
Valutazione della guidabilità ed ottimizzazione della calibrazione del gruppo propulsore, vengono eseguite sui banchi prova motore;
Trasmissione e veicolo sono verificati su strada o su banchi a rulli;
Test ‘climatici’ avvengono prima sul banco prova motore, successivamente sul banco prova a rulli;
Prove di durata e cicli di guida si svolgono sul banco di prova motore, successivamente sul banco di prova a rulli (o su strada).

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