PREFAZIONE
La sperimentazione in ambito automotive è costituita dalla serie di attività atte a verificare i target prestazionali, di durata e affidabilità previsti in fase progettuale.
In ambito motoristico la sperimentazione si effettua sia sui banchi di prova motore sia mediante test veicolari: con le prime si tende a simulare, verosimilmente, il comportamento del motore su veicolo; le seconde sono utilizzate al fine di testare il motore nel suo reale utilizzo.
Il trend attuale delle industrie automobilistiche è di ridurre sempre di più i tempi ed i costi dei processi più importanti, incluso quindi quello di delibera sperimentale che ha un forte impatto sul “Time to Market” del prodotto. E’ quindi necessario ricorrere in misura sempre maggiore alle prove motore al banco in parziale o totale sostituzione di quelle veicolari, dato che le prime comportano un minor dispendio sia dal punto di vista economico che dei tempi e sono più facilmente monitorabili. Per tale scopo risulta di primaria importanza ricavare parametri di correlazione tra prove motore al banco e test veicolari.
Premettendo la difficoltà nel reperire informazioni attendibili riguardo le tipologie di prove svolte durante la sperimentazione, in quanto facenti parte del know-how di ciascuna azienda, si cercherà in questa sede di tracciare la linea evolutiva delle prove motoristiche.
La storia della sperimentazione coincide con la storia del motore; in principio le prove motore al banco riuscivano a simulare in maniera molto approssimativa l’effettivo utilizzo veicolare; ciò rendeva necessario affiancare a queste molte prove su strada. Con l’evolversi delle conoscenze e delle tecnologie si è riusciti a simulare al banco, in maniera quasi completa, il reale utilizzo del motore.
I fattori che hanno comportato questo cambiamento nelle modalità di sperimentazione sono diversi:
1. Evoluzione tecnologica dei mezzi di sperimentazione
2. Evoluzione tecnologica delle caratteristiche del prodotto su cui effettuare le prove
3. Evoluzione in relazione alle normative vigenti sui motori (emissioni, rumorosità, etc.)
4. Evoluzione del ruolo della sperimentazione nell’ambito l’organizzazione del Processo di Sviluppo Prodotto
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5. Sviluppo di nuove metodologie di sperimentazione
L’evoluzione tecnologica dei mezzi di sperimentazione ha portato al monitoraggio di fenomeni non totalmente chiari in precedenza, quali, ad esempio, i parametri della combustione e dell’iniezione. Ciò, insieme ad una maggiore confidenza ed attendibilità delle misure, ha prodotto notevoli vantaggi nella fase di sviluppo motore.
Il miglioramento dei mezzi tecnologici della sperimentazione ha portato altresì alla riduzione degli errori sistematici causati dall’errata taratura degli strumenti di misura:
questo risulta importante nell’ottica della globalizzazione aziendale che rende necessario il confronto tra prove effettuate in diversi laboratori (attualmente esiste una normativa di riferimento metrologico ISO/IEC17025).
L’evoluzione tecnologica del prodotto, strettamente legata all’evoluzione dei mezzi di sperimentazione, ha portato alla necessità di monitorare parametri e prestazioni motoristiche che in passato non erano presi in considerazione, come le emissioni, la rumorosità o tutto quel che concerne la gestione elettronica dei parametri di funzionamento motore.
L’evoluzione delle normative di omologazione vigenti sui motori, legata all’evoluzione del prodotto, ha portato allo sviluppo di nuove metodologie di prova in grado di verificare le caratteristiche necessarie all’omologazione del motore. A tal proposito risultano indispensabili le prove al banco che sono facilmente ripetibili e per le quali risulta facile definire dei cicli standard necessari per l’omologazione.
L’evoluzione della sperimentazione nell’organizzazione del Processo di Sviluppo Prodotto consiste nell’integrazione della sperimentazione nel Processo di Sviluppo Prodotto stesso, secondo la logica del concurrent engineering, le cui linee guida sono:
1. Avere, allo stesso momento, le disponibilità di competenze interfunzionali nelle varie discipline nel Processo di Sviluppo Prodotto.
2. Ridurre i tempi di sviluppo prodotto parallelizzando le attività.
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La sperimentazione va, quindi, di pari passo con la progettazione e beneficia delle conoscenze di ciascuna area tecnica, contribuendo a ridurre i tempi e i costi di sviluppo ed a mantenere un’elevata qualità del prodotto.
Lo sviluppo di nuove metodologie di sperimentazione consiste nell’effettuare la sperimentazione del prodotto con tecniche DOE (Design of Experiment), la cui applicazione consente di valutare l’entità dell’interazione tra i vari parametri che governano la prova; questo permette di progettare l’esperimento in maniera ottimizzata ed in linea con la continua ricerca di riduzione di costi/tempi di sperimentazione.
Le prove del motore su banco sono effettuate in opportune “celle di prova”, allestite con le attrezzature necessarie al funzionamento del motore, nonché al controllo ed al monitoraggio della prova stessa. Di seguito si riportano alcune delle principali:
• Freno del motore (può essere di vario tipo)
• Comando sfrena – frena (regolazione freno)
• Comando regolazione del carico motore
• Encoder (sensore per rilevare il regime di rotazione motore)
• Trasduttori di pressione, temperatura (a seconda dei parametri da monitorare)
• Buretta graduata per il consumo combustibile
• Sistema di controllo cella
• Sistema computerizzato di acquisizione dati prova
III
Figura 1: Banco di prova motore
Attualmente esistono due tipi di celle prova motore:
1. Celle Stazionarie 2. Celle Dinamiche
Le “Celle Stazionarie” sono quelle di tipo classico, cioè utilizzate tradizionalmente per le prove motore la banco: esse possono riprodurre solo punti di funzionamento stazionari del motore e sono utilizzate per le seguenti tipologie di prova:
• Verifiche prestazionali
• Consumi/Emissioni
• Prove di durata motore
Le “Celle Dinamiche” sono completamente gestite da software di controllo e sono di più recente concezione rispetto le stazionarie, in quanto sono state implementate solo con l’avvento dell’elettronica; in tali celle è possibile simulare il funzionamento motore nella quasi totalità delle condizioni di impiego veicolari, compresi i transitori.
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Tali celle permettono di effettuare le seguenti tipologie di prove:
• Messa a punto di sistemi di controllo motore
• Simulazione cicli guida
• Verifica interazionale motore – veicolo
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