Il banco prova a rulli è uno strumento di fondamentale importanza nella preparazione e nella messa a punto di un’auto, consentendo di svolgere test in totale sicurezza e di verificare i miglioramenti ottenuti sul motore con singoli interventi. Tuttavia, la sua efficacia, specialmente per i veicoli a trazione integrale come i 4x4, dipende fortemente dalla tipologia di banco e dalla comprensione del funzionamento dei sistemi di trazione.
Tipi di Banchi Prova Potenza: Inerziali e Frenati
Esistono principalmente due tipi di banchi prova a rulli: inerziali e frenati. La scelta tra l'uno e l'altro dipende dalle esigenze specifiche.
Banco Inerziale:Il banco inerziale è composto da rulli di massa elevata. Il principio di funzionamento si basa sulla misurazione del tempo impiegato dal motore per accelerare questa massa inerziale. Per una semplice verifica della potenza massima o per un’officina che effettua tuning di base, un banco inerziale può essere sufficiente. Tuttavia, presenta limiti in termini di precisione e comparabilità nel tempo, persino sullo stesso strumento, poiché non fornisce una misurazione diretta della potenza del motore, ma una misurazione indiretta.
Banco Frenato:Il banco frenato, a differenza di quello inerziale, è dotato di freni elettronici (solitamente elettromagnetici o idraulici) che permettono di applicare un carico controllato ai rulli. Questi freni elettronici “trattengono” le ruote, permettendo al motore di mantenere un determinato regime di giri sotto carico. Il freno a correnti parassite è il tipo di freno più diffuso nei banchi prova frenati. Funziona generando un campo magnetico che induce correnti parassite in un rotore metallico, creando una forza frenante che si oppone al movimento. I banchi prova dinamici dotati di freno dinamometrico a correnti parassite prevedono il test direttamente dallo pneumatico posteriore e sono composti da un rullo di notevoli dimensioni e peso, che viene posto in rotazione dalla ruota motrice, e un modulo elettronico di elaborazione e raccolta delle grandezze espresse dalla cella di carico e/o dal rilevatore del numero di giri del rullo stesso.
La Misurazione della Potenza e i Fattori di Correzione
La misurazione della potenza sul banco a rulli avviene posizionando la vettura in modo da collocare le ruote motrici sul rullo e bloccando l'asse delle ruote motrici. Quindi si accelera cambiando marcia sino a innestare il rapporto più vicino alla presa diretta (ad esempio la quarta marcia su una Saxo/106). A questo punto si rallenta sino al minimo e poi si spalanca l'acceleratore, facendo salire il regime motore sino al suo punto massimo (limitatore).
Il banco misura la coppia motrice applicata dall'auto sui rulli. Grazie alla moltiplicazione della coppia per i giri si arriva alla misura della potenza alla ruota. A seguito del rilascio dell'acceleratore, viene effettuata una misurazione della potenza dissipata dalla trasmissione, ovvero le perdite dovute agli attriti interni della trasmissione (cambio, differenziale, pneumatici). Viene calcolata la potenza motore come somma della potenza alla ruota più la potenza dissipata.
I risultati dei banchi prova vengono spesso corretti in base a standard internazionali (es. D.I.N., S.A.E., E.E.C.). Viene applicata una correzione algoritmica per fornire il dato di potenza massima in condizioni standard, come la DIN 70020 (20° centigradi e 760mmHg di pressione atmosferica). Queste tabelle normate e approvate internazionalmente riducono le variabili generate dalle condizioni ambientali della prova (temperatura ambiente, umidità e pressione assoluta).
Limiti e Precisione dei Banchi a Rulli
Se il banco a rulli ha il grosso pregio di contenere moltissimo tempi e costi, occorre però tener presente il fatto che questo tipo di misurazione presenta dei limiti notevolissimi in termini di precisione e comparabilità nel tempo, persino sullo stesso strumento. La misurazione della potenza alla ruota, in particolare, presenta dei limiti. Il banco ottiene la potenza alla ruota moltiplicando la coppia motrice alla ruota (momento torcente) per il numero di giri motore. La misurazione di quest'ultimo parametro, però, è molto imprecisa e ogni errore si ripercuote in maniera lineare e diretta sul dato di potenza. Normalmente, su vetture non provviste di cavi candela, l'impostazione dei giri viene fatta sulla base della rilevazione visiva dei giri dal contagiri di serie della vettura. Poiché si tratta di misurazioni indirette, diversi fattori influenzano il risultato finale. Ciascuno di questi fattori è soggetto ad errore e l'errore finale è dato dal prodotto dei singoli errori (non dalla somma), rendendo l'errore statisticamente importante. È un'indicazione importante confrontare sempre le potenze alla ruota, non le potenze al motore, in questo modo si riduce moltissimo il fattore di errore (amplificato moltissimo dalla dissipata).
Banchi Prova per Veicoli 4x4 e il Ruolo dei Rulli Collegati
Per i veicoli 4x4, la situazione si complica. I banchi prova a rulli moderni dovrebbero offrire di serie la sincronizzazione completa dell’asse anteriore e posteriore. In molti casi, con banchi privi di assi collegati, si rende necessaria l’attivazione delle funzioni nascoste nel software veicolo, comunemente denominate ‘dyno mode’. Spesso, le istruzioni per attivare tale modalità ‘a banco’, in particolare con veicoli di ultima generazione, non sono di facile reperibilità, comportando quindi perdite di tempo nella ricerca della giusta soluzione da utilizzare.
Prova di potenza al banco auto 4x4 sincronizzato Soft-Engine / 4WD synchronised dynamometer HP test
Un esempio di banco prova 4x4 di alta qualità è il modello Autronic DF4FSHLS, frenato con collegamento degli assi, dotato di freni a correnti parassite ed equipaggiato con sistema idraulico di collegamento degli assi HLS®. La versatilità di utilizzo del software di gestione delle prove e della simulazione stradale, abbinate alla precisione nella misurazione, permettono di soddisfare al meglio le più diverse configurazioni di utilizzo, dalla diagnostica di officina allo sviluppo di sofisticate soluzioni motoristiche in centri di preparazione. La riproducibilità dei difetti/problemi che si possono verificare su strada e la ripetibilità dei test effettuati (che deve rispecchiarsi nella stabilità dei risultati ottenuti) sono da sempre perseguiti come obiettivi primari per il banco.
Il Funzionamento dello xDrive sulle e46 e la Distribuzione della Coppia
La perplessità riscontrata durante la rullatura di un veicolo 4x4 come la BMW e46 330xd, dove le ruote anteriori rimanevano ferme o quasi nonostante il DSC fosse disattivato, evidenzia una complessa interazione tra il sistema di trazione integrale e il banco prova. Questo problema non si è verificato con una X5 (la vecchia), suggerendo una differenza nel funzionamento dello xDrive tra i modelli.
Da un documento si evince che la coppia sullo xDrive e46 ha una distribuzione fissa 32/68 e gli assi abbiano la stessa velocità. Tuttavia, la mancata rotazione delle ruote anteriori sul banco con rulli indipendenti suggerisce un funzionamento più sfumato. Il concetto "sbagliato" da cui si potrebbe partire è pensare che ogni 68 giri delle posteriori, le anteriori ne debbano fare 32. È più probabile che l'asse con la coppia maggiore giri, e l'altro stia fermo, finché non c'è uno slittamento di quello posteriore. In questo caso, le ruote posteriori vengono frenate dall'elettronica e l'anteriore comincia a fare presa. Quindi, il concetto di ripartizione fissa della coppia indica semplicemente che l'anteriore "quando" la riceve, riceve il 32% della coppia, altrimenti niente.
La ripartizione di coppia è 68-32 quando le ruote hanno la stessa velocità, ovvero il planetario (che costituisce il datore di coppia) ruota con la stessa velocità angolare (W) del solare (ruota dentata interna) e della corona (ruota dentata esterna). Se i rulli sono indipendenti tra loro e non collegati, il sistema xDrive può interpretare l'assenza di rotazione sui rulli anteriori come una situazione in cui non è necessaria la trazione anteriore, poiché il posteriore non sta slittando o non sta raggiungendo una soglia di slittamento predefinita.
Per misurare l'effettiva potenza di un 4x4 è sufficiente avere dei rulli solidali fra loro per misurare l'effettiva potenza. Se, in condizioni di non slittamento, al posteriore arriva circa il 70% della coppia, con rulli collegati è possibile misurare l'intera potenza. Su strada, ad esempio in curva, si percepisce l'anteriore in presa anche se il posteriore non sta ancora slittando, dimostrando che il sistema agisce preventivamente o in modo più dinamico di quanto un banco a rulli non sincronizzato possa rilevare.
Il Banco Prova Motore: La Massima Precisione
Il banco prova motore è l'unica rilevazione presa in considerazione dalle case costruttrici e dai preparatori ufficiali. In parole povere, quando si acquista una vettura in concessionario, i cavalli dichiarati dalla casa sono stati misurati con banco prova motore. Il banco prova motore consente una precisione di rilevazione molto superiore al banco a rulli e consente una comparabilità più elevata anche tra banchi differenti. Le distorsioni causate dagli organi di trasmissione sono eliminate: il motore è collegato direttamente tramite il volano al banco prova e gira con un rapporto 1:1.
A titolo di esempio, si sono riscontrati scarti tra tre banchi motore di alto livello (Oreca, Giulia Motor, Tecnogio) non superiori agli 1,5 cv per un motore Saxo da circa 185 cv. Naturalmente, queste considerazioni valgono solo per banchi prova motore di qualità, correttamente manutenuti e revisionati e alloggiati in sale prova correttamente dimensionate e areate. Quest'ultimo aspetto è fondamentale, poiché capita di incontrare banchi motore collocati nei posti più impensati, con condizioni di areazione assolutamente insufficienti e una mancata eliminazione dei gas di scarico.
L'utilità maggiore del banco prova motore risiede nella mappatura delle centraline. Il banco prova motore consente di regolare gli anticipi in maniera molto precisa, consentendo di lavorare su ottimizzazioni anche di 1-2 cv, garantendo la costanza delle temperature di esercizio, soprattutto in estate.
