Динамичность и топливная экономичность автомобилей являются основными факторами их эффективности, а показатели токсичности отработавших газов имеют с ними тесную связь. Расчеты показывают, что в городских условиях в результате своевременного выявления автомобилей, эксплуатирующихся с перерасходом топлива, и устранения по результатам диагностирования неисправностей расход топлива в среднем по парку автомобилей можно снизить на 3…5 %.
Оценка технического состояния автомобиля может быть осуществлена в ходе ходовых испытаний процессе работы его агрегатов и систем на заданных нагрузочных, скоростных и тепловых режимах (функциональное диагностирование), либо при использовании внешних приводных устройств (роликовых стендов, подкатных и переносных приспособлений), с помощью которых на автомобиль подаются тестовые воздействия (тестовое диагностирование). В эксплуатационных условиях ходовые испытания применяются в настоящее время в ограниченных масштабах, главным образом для оценки маршрутных норм расхода топлива. Этот вид испытаний с использованием устанавливаемых на автомобиль средств технического диагностирования, запоминающих накопленную за смену диагностическую информацию с последующей обработкой ее на персональной ЭВМ, перспективен для небольших АТО. В крупных АТО может применяться стендовое диагностирование.
Определение работоспособности и правильности функционирования в части обеспечения тягово-экономических показателей автомобиля может производится с помощью стенда тяговых качеств и расходомера топлива. С помощью стенда имитируют различные тестовые режимы работы автомобиля и измеряют при этом его тягово-экономические показатели. Выбор тестовых режимов для различных типов и моделей автомобилей осуществляется исходя из обеспечения требуемой точности и достоверности диагноза. На рис. 9.1. показан выбор тестовых режимов определения максимальной силы тяги на ведущих колесах и расхода топлива для легкового автомобиля.
Если для диагностирования тягово-экономических показателей автомобиля выбрать скорость, удобную для оператора, например, 70,80 или 90 км/ч, то вследствие имеющегося всегда при проведении испытаний возможного отклонения от расчетной скорости (коридор выдержки режима), будет присутствовать систематическая ошибка Δ. С целью исключения этой ошибки, принято по возможности совмещать тестовые режимы с экстремальными точками кривых внешних характеристик двигателя по мощности и крутящему моменту, так как в них даже при отклонениях скоростного режима изменения проверяемого параметра минимальны.
В качестве диагностических параметров при диагностировании на стенде для тяговых качеств определяют мощность на ведущих колесах автомобиля, которая главным образом зависит от мощности, развиваемой двигателем и расход топлива. Мощность как комплексный параметр характеризует функциональную способность агрегатов и узлов автомобиля, обеспечивающих его тяговые качества. При этом нужно принимать во внимание, что максимальная мощность двигателя всегда меньше мощности (примерно на 3…5 %), указываемой заводом-изготовителем. В процессе нормальной эксплуатации фактическая мощность двигателя может снижаться (на 10…20 %, иногда и более) в зависимости от технического состояния двигателя. Часть мощности теряется в агрегатах трансмиссии. Эти потери мощности принято оценивать механическим КПД трансмиссии ηтр, который не является постоянной величиной. На его изменение влияют частота вращения колес (с ее увеличением ηтр снижается на 1…2 %), передаточное число (с его увеличением ηтр уменьшается на 3…5 %), температура масла и др. Чтобы упростить решение поставленной задачи, ηтр можно считать постоянной величиной и принимать равной 0,85…0,90 для грузовых автомобилей и автобусов, 0,90…0,95 — для легковых. Потеря мощности в трансмиссии грузового автомобиля достигает 7…15 кВт.
Таким образом, при диагностировании двигателей нужно считать мощность, подведенную к колесам автомобиля, примерно равной 0,65…0,70 максимальной мощности, указываемой заводами-изготовителями.
Предельные значения мощности на ведущих колесах различны, для каждого марок автомобиля. Значения только одной мощности дает мало информации о техническом состоянии отдельных деталей, поэтому следует дополнительно определять потери мощности в трансмиссии, мощность, затрачиваемую на компрессирование двигателя, расход топлива, вибрации и шум, сопровождающие работу агрегатов, а также состав отработавших газов.
Мощность двигателя 
Nд при помощи стендов тяговых качеств определяют из выражения:
где NK — колесная мощность автомобиля; ηcт — КПД стенда.
Чтобы повысить разрешающую способность диагноза, необходимо замерить мощность, затрачиваемую на компрессирование двигателя, т. е. прокручивание коленчатого вала при выключенном зажигании и скорости 30 км/ч.
Сопоставление мощности на колесах и компрессирования позволяет определить вид технического воздействия. Сочетание высокой компрессии и низких тяговых показателей свидетельствует о необходимости регулировок систем двигателя. При низких компрессии и тяговых показателях двигатель подлежит ремонту.
Для оценки эффективной мощности могут использоваться стенды тяговых качеств (СТК). Они предназначены для имитации работы автомобиля в различных скоростных и нагрузочных режимах и измерения тяговых показателей. Конструкция стендов включает опорно-приводные, нагрузочные и измерительные устройства. На стендах измеряются колесная мощность, параметры разгона и выбега, а при наличии топливного расходомера – часовой и удельный расход топлива на различных скоростных и нагрузочных режимах. Имитация дорожных условий осуществляется на опорно-приводных устройствах (ОПУ) ленточного или роликового типа. Наибольшее распределение получили роликовые устройства: одно-, двух-, трех- или четырехроликовые, т.к. при достаточной простоте их устройства они обеспечивают сопоставимые условия качения колеса на стенде и на дороге и удовлетворяют условию невыезда автомобиля со стенда при проведении испытаний.
Для автомобилей с колесной формулой 4х2 используются двухроликовые опорно-приводные устройства (одно под каждое одинарное или сдвоенное ведущее колесо). Принципиальная схема двухроликового стенда представлена на рис. 9.2. Для автомобилей с колесной формулой 6х4 применяются трех- или четырехроликовые ОПУ.
Один ролик (ведущий) связан с нагрузочным устройством, а другой является поддерживающим. Ведущие ролики жестко связаны между собой с помощью валов и фланцевой муфты, чтобы обеспечить синхронное вращение ведущих колес. Отсутствие такой связи приведет к тому, что в работу будет включаться межколесный дифференциал, и второе ведущее колесо может просто остановиться и, поскольку в ведущих мостах автомобилей используются, как правило симметричные дифференциалы, крутящий момент на первом ведущем колесе тоже снизится до нуля. Замер колесной мощности в этом случае станет в принципе невозможным.
Связанное с ведущими роликами нагрузочное устройство служит для создания нагрузочного и скоростного режима диагностирования путем торможения роликов.
Все нагрузочные устройства состоят из ротора, соединенного с ведущим роликом и балансирно-подвижного статора, имеющего одну степень свободы, т.е. он может вращаться вокруг ротора (рис.1.3).
Создание тормозящего момента осуществляется: в гидравлическом тормозе за счет затрат энергии на перемещение воды между статором и ротором; в электрическом – за счет электромагнитных сил взаимодействия между статором и ротором; в электродинамическом – за счет взаимодействия электромагнитного поля статора и ротора. Электрические вихревые токи ротора возникают при его вращении в магнитном поле катушек статора.
Увеличение нагрузочного режима достигается большим заполнением гидротормоза водой – для гидротормозов; или увеличением силы тока статора для электрических нагрузочных устройств.
Измерение тормозящего момента на СТК осуществляется с помощью измерительных устройств. Поглощаемая или колесная мощность Nk равна
Nk = Мр . wp / hс ,
где Мр – тормозящий момент на ролике, Н.</sup>м;
Частоту вращения определяют, используя один из датчиков частоты вращения. Для определения крутящего момента исходят из следующих предположений. Под действием электромагнитных сил или под действием рабочей жидкости в гидротормозе, статор 1 стремиться повернуться в направлении вращения ротора 2 (рис. 9.3). Сила действия Рр и плечо r, на котором она приложена, не известны. Для остановки статора к нему на плече l прикладывают уравновешивающую силу R. Статор будет поворачиваться до положения, пока уравновешивающий момент от измерительного устройства стенда (R×l) не станет равен моменту от сил взаимодействия статора и ротора (Ррr).
Плечо l задается конструкцией стенда, а силу R измеряют с помощью датчика давления, пьезоэлектрических датчиков, маятниковых или квадратных динамометров.
Все диностенды имеют схожую конструкцию. Один из роликов стенда является ведущим, соединён с нагрузочным устройством. Ролики под другими колёсами соединены с ведущим роликом посредством муфты, механической или электромагнитной. Связь всех роликов необходима, чтобы исключить работу симметричного дифференциала, иначе крутящий момент на ведущих колёсах, а значит и мощность, упадут до нуля при подаче нагрузки на ведущий ролик.
Для моноприводных автомобилей используются ролики только под ведущей осью, в этом случае связь роликов обеспечивается механической муфтой. Для полноприводных автомобилей ролики располагаются под всеми колёсами, связь обепечивается электронно.
Как правило, на одно колесо приходится два ролика: один ролик обеспечивает нагрузку, другой выполняет поддерживающую функцию. Такая схема проста в реализации, но дает некоторые погрешности, поскольку реальная область контакта колеса и земной поверхности имеет иную форму и размеры.
Для высокоточных испытаний применяются монороликовые стенды (рис. 9.4). Здесь вместо двух роликов под колесом применяется один ролик большого (около 20 дюймов) диаметра. Монороликовые стенды обеспечивают контакт колеса с роликом, практически идентичный реальному. Кроме того, верхнее расположение колеса обеспечивает резерв по тяговому усилию, что важно для высокомощных автомобилей. При использовании одного ролика отсутствуют нежелательные дополнительные нагрузки на колесо.
В монороликовых стендах применяется электрическое нагружающее устройство. Связь между роликами одной оси – механическая. Для полноприводных стендов синхронизация между осями электронная. Межосевое расстояние регулируется за счет раздвижных гидравлических штоков (рис. 9.5).
Благодаря минимальным погрешностям и функциональному программному обеспечению монороликовые стенды также позволяют испытывать гибридные автомобили и электромобили на рекуперацию энергии, при этом стенд способен возмещать потери энергии путем подзарядки батарей от генераторов.
Дополнительно см. учебные фильмы
Мощностной стенд: