Innowacyjne systemy do testowania

Firma Mercedes-Benz Trucks ma w Wörth nie tylko swoją największą fabrykę samochodów ciężarowych, ale również Ośrodek Doświadczalno-Rozwojowy (EVZ).

Daje on możliwość wielorakiego testowania ciężarówek wysokotonażowych w jednym miejscu. Pod jego dachem znajduje się łącznie sześć nowoczesnych stanowisk testowych, obok zaś pojazdy badane są na doświadczalnym torze pod gołym niebem.

Ośrodek EVZ przeprowadza i ewaluuje tego rodzaju testy na pojazdach z wszystkimi rodzajami napędu. Głównie jednak, w coraz większym stopniu specjalizuje się w ciężarówkach z elektrycznym napędem akumulatorowym oraz wodorowym. Obecnie prace ośrodka skupiają się na akumulatorowo-elektrycznej ciężarówce Mercedes-Benz eActros 600, która wielkimi krokami zbliża się właśnie do produkcji seryjnej.

Hala nr 220 znajdująca się na terenie ośrodka EVZ w Wörth kryje w sobie nowo skonstruowany i prawdopodobnie w tej chwili jedyny na świecie wielopunktowy symulator służący do analizowania podatności samochodów na drgania – w odniesieniu do komfortu kierowcy i bezpieczeństwa jazdy. W tej samej hali działa także jedna z najpotężniejszych Europie komór klimatycznych, w której ciężarówki poddawane są działaniu zarówno skrajnie niskich, jak i skrajnie wysokich temperatur zewnętrznych. Oba te obiekty testowe były już w fazie projektu tworzone z myślą o samochodach ciężarowych z napędami alternatywnymi, do których zalicza się Mercedes Benz eActros 600.

Symulacja zachowania pojazdu w kontakcie z jezdnią na wielopunktowym symulatorze drgań

Opisywany symulator wielopunktowy oddziałuje na pojazd takimi drganiami, jakie powstają wskutek kontaktu z jezdnią o zróżnicowanej powierzchni. Profile drgań opierają się na danych pomiarowych, które zebrano na rzeczywistych jezdniach o różnej charakterystyce i zapisano w systemie. Są to rozmaite klasy nawierzchni: od gładkich autostrad, poprzez szosy i drogi z wybojami, aż po odcinki o zniszczonej nawierzchni. Drgania wzbudzane są w kierunku pionowym i poziomo-wzdłużnym, sygnałami o zdefiniowanej amplitudzie i częstotliwości.

Nadrzędnym celem inżynierów jest to, aby z badania na wielopunktowym symulatorze drgań uzyskiwać zwalidowane wyniki pomiaru i powtarzalne analizy drganiowo-rezonansowe dotyczące całego pojazdu. Niezależnie jednak od rodzaju napędu można tu również badać poszczególne komponenty i podzespoły samochodu pod względem charakterystyki drgań i przyśpieszeń. Mierzy się wtedy i analizuje reakcję np. ramy i nadwozia na różne częstotliwości wzbudzania, szczególnie wpływ tej reakcji na komfort jazdy. Symulatorem drgań można sprawdzać np. solidność montażu amortyzatorów i ich łożysk oraz wpływ ich charakterystyki drganiowej na inne komponenty pojazdu – ale również lokalizować miejsca zbyt ciasnych przejść kabli i przewodów rurowych, w których dochodzi do ich ocierania.

Odpowiednio do zakresu analizy, badanie reakcji drganiowo-rezonansowej całego pojazdu lub poszczególnych jego podzespołów trwa od ośmiu do 14 dni.

Budowa i sposób działania wielopunktowego symulatora drgań w Wörth

Omawiany tu wielopunktowy symulator drgań zasługuje na miano unikatu – ze względu na swoje gabaryty, zakres funkcjonalny i moc działania. Tworzy go zespół siłowników hydraulicznych zamontowanych na innowacyjnej platformie wibracyjnej – po dziesięć w pionie i w kierunku poziomo-wzdłużnym. Ich zadaniem jest wprawiać badany pojazd w zdefiniowane drgania. Na każde koło (a w przypadku podwójnego ogumienia na każdą parę kół) oddziałuje jeden siłownik pionowy i jeden wzdłużny.

Platforma wibracyjna, spoczywająca na betonowym fundamencie, przed rozpoczęciem każdego testu drganiowego zostaje uniesiona na sprężynach pneumatycznych, co mechanicznie odseparowuje ją od otoczenia. Zapobiega to przenoszeniu na konstrukcję hali drgań i wibracji wytwarzanych podczas testu. Wielopunktowy symulator drgań zasilany jest olejem pod ciśnieniem 280 barów z centralnego ośmiopompowego agregatu hydraulicznego. Limit obciążenia jednego siłownika wynosi osiem ton.

Każdym siłownikiem można sterować oddzielnie. W rezultacie na wielopunktowym symulatorze drgań można mierzyć, testować i analizować charakterystykę drganiową całych pojazdów o długości do 20 metrów, z maksymalnie pięcioma osiami. Rozstaw kół ustawia się płynnie w zakresie 1,77–2,06 m. System ten umożliwia testowanie pojazdów razem z naczepami i przyczepami. Limit szerokości wynosi 2,50 m, wysokości 5,30 m, nacisku koła 8 ton, a masy całkowitej 60 ton.

Raz gorąco, raz zimno – testy w komorze klimatycznej

Komorę klimatyczną, która działa w ośrodku EVZ w Wörth, już na etapie projektu przystosowano do samochodów elektrycznych – akumulatorowych i wodorowych. Jej zaleta: w odróżnieniu od testów przeprowadzanych w realnych warunkach drogowych (jakie wykonuje się np. w Finlandii i Hiszpanii), w komorze klimatycznej można uzyskiwać żądane, porównywalne warunki pogodowe niezależnie od pory roku.

Zakres wytwarzanych w niej temperatur sięga od -40°C do +70°C. Oprócz temperatury wielostopniowo regulowana jest tu również wilgotność powietrza – do 100%, w granicach fizycznych możliwości. Szybkość zmian temperatury (przy nastawianiu temperatury i określaniu wilgotności) definiuje się ze skokiem co 1,0 stopnia Kelwina/Celsjusza na minutę, co pozwala bardzo precyzyjnie ustawiać żądane wartości. Testuje się tu wydolność różnych technicznych nowinek i funkcji mechaniczno-elektrycznych odpowiedzialnych za komfort jazdy, takich jak klimatyzacja, w kombinacji zarówno z napędami tradycyjnymi, jak i alternatywnymi, oddziałując szerokim spektrum warunków pogodowych, od arktycznych po subtropikalne.

W komorze klimatycznej mieszczą się dwa ciągniki siodłowe. Rozmaite systemy pojazdu testowane są pod kątem odporności na mocne wahania temperatury i wilgotności powietrza. Zarówno w pojazdach spalinowych, jak i elektrycznych jednym z ważnych zagadnień jest optymalizacja zimnego rozruchu silnika. Jeśli chodzi o ciężarówki elektryczne, testuje się głównie sprawność układu zarządzania akumulatorem oraz stan naładowania akumulatora (SoC).

Pobyt w komorze klimatycznej jest także egzaminem układu klimatyzacyjnego kabiny oraz stanu i efektywności zastosowanej izolacji termicznej, chroniącej przed mrozem, jak i przed upałami. Ponadto testuje się działanie komponentów mechanicznych i elektrycznych, takich jak układ kierowniczy, siłowniki przechylające czy pokrywa przednia, pod wpływem różnorodnych czynników atmosferycznych. Specjalnym, intensywnym testom niezawodności działania w arktycznych mrozach poddawane są elementy wyposażenia ciężarówek przeznaczone do eksploatacji w krajach skandynawskich.

Ochrona i bezpieczeństwo przy operowaniu ekstremalnymi upałami i mrozami

Dla bezpieczeństwa personelu komora klimatyczna jest wyposażona w wentylację odprowadzającą spaliny, a także w instalację ostrzegawczą, która sygnalizuje ulatnianie się gazów: tlenku węgla, wodoru i metanu. Gdy zostaje wykryte takie zagrożenie, system alarmowy podaje wizualne i dźwiękowe wezwanie do natychmiastowego opuszczenia komory, powiadamiając też bezpośrednio zakładową straż pożarną.

Jeden ze środków bezpieczeństwa polega na tym, że gdy personel znajduje się wewnątrz komory, jednocześnie wymagana jest obecność obsługi w dyspozytorni. Wstęp do komory jest surowo kontrolowany, a wewnątrz działa nieustannie wideomonitoring, który pozwala dopilnować, aby żaden pracownik nie przebywał w komorze sam lub bez wymaganej odzieży ochronnej. Obowiązuje zawsze obecność co najmniej dwóch osób, przy czym w temperaturze poniżej -25°C pobyt w komorze wymaga zaświadczenia lekarskiego o braku zdrowotnych przeciwwskazań. Nikt natomiast nie ma prawa tam przebywać, gdy temperatura przekracza +50°C.

Uzupełniające testy w warunkach rzeczywistych

Miarodajność i powtarzalność wyników uzyskanych w Wörth opisanymi metodami laboratoryjnymi jest zawsze weryfikowana przez ich zestawienie z rezultatami często kilkutygodniowych jazd testowych po wyznaczonych trasach na terenie Europy, gdzie zwykle panują ekstremalne warunki drogowe. Oddziałują tam czynniki, których nie da się zasymulować stacjonarnie: oblodzenie nawierzchni lub jej rozmiękczenie pod wpływem upału, nasłonecznienie oraz warunki oświetleniowe i wiatrowe. Zimowe jazdy testowe odbywają się między innymi w rejonie fińskiego Rovaniemi, blisko koła podbiegunowego, letnie zaś, ze względu na panujące tam skrajne upały, na górskim obszarze Sierra Nevada w Andaluzji na południu Hiszpanii. W ten sposób można kompleksowo przetestować, zabezpieczyć i zoptymalizować działanie poszczególnych układów roboczych i akumulatorowych.

Już w trakcie minionego lata firma Mercedes-Benz Trucks z pozytywnym wynikiem sprawdziła odporność na upały akumulatorowo-elektrycznego eActrosa 600, samochodu ciężarowego przeznaczonego do transportu dalekobieżnego. Pojazd ten, o masie całkowitej zestawu drogowego 44 t i ładowności ok. 22 t, pod okiem inżynierów testowych przeszedł na południu Hiszpanii około pięciotygodniowy cykl testów w upałach dochodzących do +44°C. Zakres tych testów był szeroki. Sprawdzano wydolność układu klimatyzacyjnego w konfrontacji z ekstremalnym skwarem, sprawność elektronicznego układu przeniesienia napędu, efektywność termicznego zarządzania akumulatorem, a także parametry elektryczne w trakcie korzystania z terminali szybkiego ładowania. Po zakończeniu cyklu testowego jeden z prototypów pokonał na własnych kołach liczącą ponad 2 tys. km trasę powrotną z Granady do Ośrodka Doświadczalno-Rozwojowego firmy Mercedes-Benz Trucks w Wörth am Rhein.

W Finlandii natomiast firma Mercedes-Benz Trucks w marcu 2024 r. z powodzeniem zakończyła ostatnie testy zimowe swojej dalekobieżnej ciężarówki eActros 600 przed uruchomieniem jej produkcji seryjnej, zaplanowanym na koniec roku 2024. W tym przypadku udoskonalona prototypowa generacja eActrosa 600 musiała zmierzyć się z lodem, śniegiem i mrozem sięgającym 35°C. Pojazd ten, należący do ważnego segmentu ciężarówek akumulatorowo-elektrycznych, ma w przyszłości obsługiwać długie trasy międzynarodowe. Sprawdzano więc, czy w skrajnie niekorzystnych warunkach zimowych zachowuje on odpowiednio daleki zasięg kilometrowy. Na terenie doświadczalnym w Rovaniemi badano w szczególności wpływ ekstremalnego zimna na wygodę prowadzenia, ergonomię i komfort jazdy. Sprawdzano ponadto niezawodność uruchamiania silnika, zabezpieczenie komponentów napędu przed niskimi temperaturami, zarządzanie termiczne, charakterystykę ładowania akumulatora oraz odporność systemu czujników.