Werkstattpraxis - Leistungsermittlung auf dem Leistungsprüfstand - Teil 2

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Durchführung der Leistungsprüfung

Prüfdaten

Bevor es mit der Prüfung losgehen kann, müssen nun noch einige Prüfdaten und Vorgaben in die AHS-Picaro-Dynamic Software eingegeben werden. Im Bildschirmmenü (über F3-Taste) können kunden- und fahrzeugbezogene Daten eingegeben und verwaltet werden. Die Angaben dienen der Vollständigkeit des Messprotokolls, sind jedoch zur Durchführung der direkten Messung nicht unbedingt erforderlich. Sie erscheinen jedoch auf dem späteren Ausdruck und dienen so der Dokumentation.

Vorgaben

Die Vorgaben im Menü F4 beziehen sich auf die aktuelle Prüfung. Einzelheiten wie etwa der Kilometerstand, das Verbrennungsverfahren, ob der Motor aufgeladen ist oder nicht, die Art des Getriebes und des Antriebs finden hier Berücksichtigung. Außerdem werden vom Prüfer hier die Angaben gemacht, bei welchen Drehzahlen die Messungen vorgenommen werden sollen. Die Wetterdaten werden in diesem Menü durch Aktualisieren übernommen. Die voreingestellten Werte zu Haltezeit und Beschleunigungszeit können normalerweise übernommen werden. Besonders wichtig ist die Eingabe der Prüfdrehzahlen für die bei der späteren Messung aufzunehmenden Messpunkte. Ebenfalls werden hier die Vorgaben für die Sonderfunktionen des Leistungsprüfstands eingegeben.

Bevor es mit der Prüfung losgehen kann, werden noch kunden- und fahrzeugbezogene Daten sowie Vorgaben wie die Prüfdrehzahlen für die Messungen in die AHS-Picaro-Dynamic Software eingegeben. Bild kfztech.de

Messung der Radleistung

Während der Leistungsprüfung ist strikt darauf zu achten, dass sich niemand in unmittelbarer Nähe der Laufrollen und um den Prüfstand herum, aufhält. Gegebenenfalls ist ein Hinweisschild „Vorsicht Leistungstest“ mit Warnleuchte anzubringen. Prüfer und „Zuschauer“ sollten auf jeden Fall Gehörschutz verwenden. Wenn schließlich alles bereit ist, kann die Leistungsmessung beginnen. Bei einer Leistungsprüfung wird, wie eingangs bereits erwähnt, im Prinzip nur die Leistung gemessen, welche die Räder übertragen. Von dieser Radleistung wird auf die Motorleistung zurückgerechnet. Um bei dieser Kalkulation mit etlichen Unbekannten den Fehler möglichst klein zu halten und um eine Vergleichbarkeit mit anderen Messungen zu erzielen, muss die Leistungsmessung internationalen Normen genügen. Häufig angewendet wird die DIN 70020 oder die EWG 80/1269. Die DIN Norm 70020 gilt inzwischen als veraltet und sollte keine Verwendung mehr finden. Leistungsangaben nach ihr wirken geschönt, da die Werte häufig bis zu 15 PS höher liegen.

An der Fernbedienung wird zunächst am Schalter (5) die Radleistung aktiviert. Nun hat man die Möglichkeit auf der Fernbedienung (4) zwischen der Betriebsart „konstante Geschwindigkeit“ (C-V) und „konstante Zugkraft“ (C-F) zu wählen. Für diese Messung wird eine Prüfung mit konstanter Geschwindigkeit durchgeführt, bei der die Radleistungsmesspunkte aufgenommen werden. In dieser Betriebsart kann man Leistungsuntersuchungen bei frei vorgewählten Geschwindigkeiten durchführen. Erst bei Erreichen der voreingestellten Geschwindigkeit steuert die Wirbelstrombremse ein und hält die Geschwindigkeit in jedem Lastbereich konstant (von Teillast bis Vollgas). Es ändert sich nur die Leistung, sprich Bremswirkung, der Wirbelstrombremse, nicht Ihre Geschwindigkeit. Der Sollwertregler (7) auf der Fernbedienung wird dazu zunächst auf „max“ gebracht.

Auf der Fernbedienung des Leistungsprüfstands finden sich Schalter für: 1 Kühlgebläse, 2 Hubschwelle, 4 Betriebsart C-V und C-F, 5 Umschaltung Rad- / Verlustleistung sowie einen Taster für: 3 PC-Aufzeichnung und zwei Drehregler für: 6 Drehzahlregelung Aktive Verlustleistungsermittlung, Fremdantrieb 7 Ansteuerung Sollwert Wirbelstrombremse - Bild kfztech.de

In der Betriebsart „Konstante Zugkraft“ hingegen, würde über den Regler der Fernbedienung eine konstante Last voreingestellt, die sofort einsteuert und über den gesamten Geschwindigkeitsbereich anliegt. Die eingestellte Vorlast simuliert so eine konstante Steigung. In allen Gängen und Geschwindigkeiten hält die Bremse die Last konstant. Bei C-F müsste der Sollwertregler auf „0“ gestellt werden.

Nachdem die Absaugung eingeschalten und für die Belüftung des Prüfraums bei eingeschaltetem Kühlgebläse gesorgt wurde, fährt der Prüfer das Fahrzeug mit betriebswarmen Motor im 1.Gang langsam an und lässt es in den Rollen auspendeln. Jetzt beschleunigt der Prüfer das Fahrzeug gleichmäßig bis zum dem Gang, indem das Fahrzeuggetriebe möglichst 1:1 übersetzt und beschleunigt dann bis zur angegebenen Motordrehzahl und hält diese. Nun wird der Sollwertregler langsam in Richtung „0“ zurückgedreht bis die Wirkung der Wirbelstrombremse einsetzt. Dann wird beschleunigt, bis bei voll durchgetretenem Gaspedal die angegebene Motordrehzahl gerade noch gehalten wird.

Die jetzt angezeigte Leistung entspricht der maximalen Radleistung des Fahrzeuges bei der vorgegebenen Drehzahl. Der Prüfer betätigt an der Fernbedienung den PC-Start-Tastknopf (vorheriges Bild Nr. 3), um den Wert abzuspeichern. Die Anzeige erfolgt zum einen über die Anzeigetafel an der Wand mit großen Analog- und Digitalanzeigen und gleichzeitig auch über die Picaro Dynamik Software am Computerbildschirm (folgendes Bild). Der Vorgang der Messpunkteaufnahme läuft für alle vorgewählten Drehzahlen nach diesem Schema ab. Im Automatikmodus des Programms läuft der Vorgang sehr komfortabel ab. Da die Herstellerangaben in ihren Angaben schwanken können, empfiehlt es sich die Leistung im Bereich des Leistungsmaximums in 100er-Schritten zu überprüfen und den höchsten dabei ermittelten Wert als Ergebnis zu werten. Sobald die Maximalleistung erreicht wurde, ist der erste Teil der Prüfung abgeschlossen. Während der Messung sollte man darauf achten, dass Motor und Reifen nicht überhitzen.

Die Anzeige der Radleistung erfolgt zum einen über die Anzeigetafel an der Wand mit großen Analog- und Digitalanzeigen und gleichzeitig auch über die Picaro Dynamik Software am Computerbildschirm (Anm.: Anzeigen von zwei verschiedenen Messungen) - Bild kfztech.de

Fahrzeug mit unbekannter Leistung

Bei Fahrzeugen mit unbekannten Leistungsangaben sucht man in einem ersten Prüflauf mit einer Drehzahlstufung von etwa 500 U/min auf- oder absteigend nach dem höchsten Leistungswert. Danach sollte man erst mal die Reifentemperatur kontrollieren. Den besten Grip hat ein Reifen, wenn er leicht klebt. Bei hohen Temperaturen neigt der Reifen allerdings zur Blasenbildung und könnte im Extremfall platzen. In einem weiteren Prüflauf wird nun der Drehzahlbereich in dem die höchste Leistung im ersten Prüflauf gemessen wurde, im Bereich von 100er-Schritten um diese Drehzahl herum weiter untersucht. Die dabei ermittelte höchste Leistung ist die gesuchte Radleistung dieses Fahrzeuges.

Fahrzeuge mit Automatikgetriebe

Bei Fahrzeugen mit Automatikgetriebe ist während der Messung darauf zu achten, dass der „Kickdown“ nicht ausgelöst wird. Die Kickdown-Drehzahl kann durch eine Messung in der Betriebsart „Konstante Geschwindigkeit“ ermittelt werden. Die Wirbelstrombremse wird über die Fernbedienung bei z.B. 1800 U/min eingesteuert. Dann wird über den Bremssollwertregler die Drehzahl langsam in Stufen von z.B. 100 U/min verringert bis das Fahrzeug zurückschaltet. Das ist dann die kritische Drehzahl, welche bei der Leistungsmessung nicht unterschritten werden sollte.

Leistungsprüfung an einem BMW M1 von Gotthard Mayr (2.v.r.), ganz rechts der Autor Johannes Wiesinger, unten Kollegen - Bild kfztech.de

Verlustleistung

Leider ist die eben gemessene und ausgewiesene Leistung, durch das Messprinzip bedingt, nur die Leistung, die am Messpunkt, der Wirbelstrombremse, ankommt. In den Fahrzeugpapieren wird allerdings immer die Motorleistung angegeben, und die ist logischerweise größer, als die auf der Straße ankommende Vortriebsleistung. Auf dem Weg vom Motor bis zur Straße bzw. beim Prüfstand bis zum Kraftaufnehmer treten Getriebeverluste, Kardanverluste und Differenzialgetriebeverluste auf. Rollverluste zwischen Rad und Fahrbahn bzw. Rad/ und Rollen mindern ebenso die Leistung, wie Verluste in den Rollenlagern und die Zwangskühlung der Wirbelstrombremse. Alles in allem spricht man hier von der Verlust- oder Schleppleistung.

Wie kommt man nun zur Motorleistung?

Zur Motorleistung kommt man, indem man zur Radleistung die Verlustleistung hinzurechnet. Es gibt im Grunde drei praktizierte Arten, die Verlustleistung zu ermitteln. Die einfachste Methode ist es, einen pauschalen Wert von 20% zur gemessenen Radleistung hinzu zu addieren. Leider trifft der Wert aber nur annähernd zu und der Abstand zwischen Motorleistung und Radleistung ist auch nicht bei allen Drehzahlen gleich. Denn wie die Erfahrung zeigt, steigt die Verlustleistung mit höherer Geschwindigkeit an.

Deshalb wird bei den meisten Leistungsprüfständen die Schleppleistung beim Ausrollen, direkt nach dem Messen der Radleistung ermittelt. Hier tritt man beim Erreichen der Maximaldrehzahl die Kupplung. Der Prüfstand ermittelt so während der abnehmenden Raddrehzahl das Schleppmoment. Das entspricht annähernd der Leistung, die auf dem Weg von der Kupplung bis zu den Rädern verloren gegangen ist. Aber auch diese Methode ist nicht absolut genau, weil die Leistung, welche der Prüfstand schluckt, nicht erfasst wird.

Aber erst wenn man die Verlustleistung exakt bestimmen kann, erhält man ein wirklich genaues Ergebnis. AHS-Prüftechnik hat hierfür ein spezielles Verfahren entwickelt und patentieren lassen: die aktive Verlustleistung.

Aktive Bestimmung der Gesamtverlustleistung

Das AHS Verfahren zur Bestimmung der Verlustleistung geht davon aus, dass die Verlustleistung auf dem Prüfstand bei vorgegebener Geschwindigkeit annähernd konstant ist, egal ob der Antriebsstrang durch den Verbrennungsmotor des Fahrzeuges oder durch einen externen Motor angetrieben wird.

In der praktischen Ausführung bedeutet dies nun, dass ein Elektromotor den Rollensatz antreibt. Der Elektromotor ist mechanisch so befestigt, dass sein Drehmoment auf einen DMS-Kraftaufnehmer wirkt und damit über die ebenfalls gemessene Drehzahl direkt in die abgegebene mechanische Leistung umgerechnet werden kann. Die vom Elektromotor abgegebene Leistung bei konstanter Drehzahl wird gebraucht, um die gleichen Verluste zu decken, die im Normalfall durch den Fahrzeugmotor auch zu überwinden wären.

Addiert man jetzt die gemessene Radleistung bei gegebener Geschwindigkeit und die gemessene Verlustleistung bei der gleichen Geschwindigkeit, kommt als Ergebnis die bei dieser Geschwindigkeit vorhandene Motorleistung heraus. Um eine Leistungskurve über einen Drehzahl- bzw. Geschwindigkeitsbereich aufzunehmen, müssten möglichst viele Messpunkte für die Radleistung und Verlustleistung aufgenommen werden. In der Praxis reichen allerdings wenige Messpunkte aus, wobei die Zwischenwerte durch Interpolation gewonnen werden.

Verlustleistungsaufnahme

Der Prüfer schaltet den Prüfstand mit der Fernbedienung in den Verlustleistungsmodus.

Im Verlustleistungsmodus wird die Wirbelstrombremse deaktiviert und ein Umrichter zugeschaltet, mit dem der Elektromotor stufenlos auf beliebige Drehzahlen/ Geschwindigkeiten eingestellt werden kann. Bild kfztech.de

Dadurch wird die Wirbelstrombremse deaktiviert und ein Umrichter zugeschaltet, mit dem der Elektromotor stufenlos auf beliebige Drehzahl/Geschwindigkeit eingestellt werden kann. Nun werden der Reihe nach durch den Umrichter die gleichen Geschwindigkeiten eingestellt, die auch bei der Radleistungsmessung als Messpunkte verwendet wurden. Die Aufnahme des Messpunktes erfolgt wieder über den PC-Start-Taster. Die Messpunkte werden über das Picaro-Dynamik Prüfprogramm aufgenommen. Das Prüfprogramm zeichnet die Messpunkte der Rad- und Verlustleistung auf und berechnet durch Summierung daraus die tatsächliche Motorleistung. Am Ende können die Ergebnisse als Graphen am Bildschirm angezeigt und ein mehrseitiges Protokoll ausgedruckt werden (Bild 13+14). Nach der Messung muss man das Fahrzeug auf jeden Fall abkühlen lassen. Am besten lässt man den Motor in Leerlaufdrehzahl weiterlaufen.

Am Ende der Messung von Rad- und Verlustleistung können die Ergebnisse als Graphik am Bildschirm angezeigt werden. Bild AHS

Aus dem Auszug des Leistungsprüfungsprotokolls kann man u.a. die Leistung an Vorder- und Hinterachse, die Verlustleistung, die Radleistung und das Drehmoment erkennen. Bild AHS

Vorteile der aktiven Verlustleistungsmessung

Die Verlustleistungsmessung mit Hilfe eines über Umrichter gesteuerten Elektromotors hat den großen Vorteil, dass jede gewünschte Geschwindigkeit eingestellt und die Verlustleistung in diesem Punkt bestimmt werden kann. Die Messgenauigkeit ist somit nur abhängig von den DMS-Sensoren und unabhängig von im System Prüfstand/Fahrzeug vorhandenen Schwungmassen, da bei konstanter Geschwindigkeit gemessen wird und Massenträgheitsmomente deshalb keine Auswirkung auf die Messgenauigkeit haben. Auch der Einfluss des Prüfstandes selbst, der während der Prüfung einen Teil der eingebrachten Leistung „schluckt“, wird eliminiert. Das AHS-Verfahren zeichnet sich auch durch seine hohe Wiederholgenauigkeit aus.

Mit dem Prüfstand lassen sich neben der Leistung noch andere Funktionen prüfen und Messungen durchführen. Dazu mehr in Teil 3 zum Leistungsprüfstand

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