Desenvolvimento de bancadas para testes de motores e veículos

Abstract

O teste de desempenho de automóveis é normalmente feito com bancos de ensaio comerciais, cujo custo de aquisição é avultado e cuja flexibilidade de operação é, frequentemente, muito limitada, pelo menos no que toca aos modelos mais básicos e acessíveis economicamente. No entanto, parece viável desenvolver uma bancada com boa flexibilidade de operação a um custo comportável. Neste trabalho foram concebidas, desenhadas e projetadas três instalações para avaliar as prestações de veículos, vulgarmente denominados por bancos de ensaios. São descritas as formas de testar e avaliar motores e veículos, assim como a tecnologia associada aos bancos de ensaios, no sentido de compreender o seu funcionamento. É descrita também a construção dos bancos, sendo possível perceber todos os cálculos realizados e os critérios de seleção elegidos. O primeiro banco de ensaios permite avaliar as prestações de um pequeno e leve veículo (EconomicUM) que participa em competições de consumo (Eco Marathon Shell). Paralelamente, Foram modelados testes no EconomicUM através do banco de ensaios, e criada uma modelo matemático que simula a aceleração do veículo em prova, sendo consideradas todas as perdas existentes no veículo. O segundo banco de ensaios construído permite a simulação de ciclos de condução para veículos elétricos. Foi desenhado de modo a conseguir-se avaliar o desempenho do motor elétrico, o consumo de energia nas baterias e a quantidade de energia regenerada numa travagem ou em ciclos de condução. No sentido da otimização do banco, foram medidas as perdas de atrito de forma a serem incluídas nas simulações. Por último, foi desenvolvido um banco de ensaios do formato chassis que pode testar veículos até 2500 kg com uma potência de até 600 cv por eixo motriz, podendo ser utilizado por veículos de entre-eixo muito reduzido (como é o caso do Smart Fortwo) e de entre eixo considerável (Mercedes classe S). Este banco possibilita medições sem a necessidade de travagem pelo freio devido à sua massa equivalente de 1700 kg.

Vehicle testing is normally made through commercial test benches, which display a high purchasing price. Additionally, their flexibility of operation is often limited, at least when referring to affordable baseline models. However, it seems viable to develop test benches which may display good flexibility of operation at a reasonable cost. In this work three test benches were conceived, designed and engineered to evaluate the performance of vehicles. Firstly, the ways to test and evaluate the engines and vehicles are described, as well as the technology associated with the test benches and their working principle. A description of the construction of the bench is made and it’s possible to see all the calculations made and the elected selection criteria. The first test bench allows to evaluate the performance of a small and lightweight vehicle (EconomicUM) that is involved in consumption competitions (Eco Marathon Shell). In parallel, simulations of the EconomicUM in the test bench were performed, and a mathematical modelling that simulates the acceleration of the vehicle in test was created, considering all existing energy losses in the vehicle. The second test bench allows the simulation of driving cycles for electric vehicles. It was designed to be able to evaluate the performance of the electric motor, the energy consumption in the batteries and the amount of regenerated energy when braking during driving cycles. In order to characterize the bench, the frictional losses were measured and included in the simulations. Finally, a bench test in a chassis format was developed. It is able to test vehicles up to 2500 kg with powers up to 600 HP per drive shaft, and it can also be used by vehicles with very small wheelbases (the case of the Smart Fortwo) and of considerable wheelbases (Mercedes class S). This bench allows measurements without the need of the braking due to its equivalent inertial mass of 1700 kg.