автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.03, диссертация на тему:Разработка методов бортового диагностирования технического состояния тормозных систем автомобилей с гидравлическим приводом

РГ6 од

белорусская государственная политехническая

академия

На правах рукописи КАРПИЕВИЧ Юрий Дмитриевич

УДК 629.113-592.004.58

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ БОРТОВОГО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ТОРМОЗНЫХ СИСТЕМ АВТОМОБИЛЕЙ С ГИДРАВЛИЧЕСКИМ ПРИВОДОМ

05.05.03 — Автомобили и тракторы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Минск 1993

Работа выполнена на кафедре "Автомобили" в в Проблемной НИИ автомобилей Белорусской государственной политехнической академия

Научный руководитель - заслуженный деятель науки а техники ЕССР, доктор технических наук, профессор Гриашавич А«И.

Официальные оппоненты:

Ведущее предприятие

доктор технических наук, ' профессор Богдан Н.В.1

кандидат технических наук Горбацавич М.И.

- Белорусский автомобильный завод (БелАЗ), г. Еодино

Заящта состоится " 3," дг^сг^ол 1993 г. в ^ часов на заседании специализированного совета Д 056.02.02 при Белорусской государственной политехнической академии по адресу: 220027, . г. Минск, проспект Ф.Скорины, 65.

С диссертацией иояно ознакомиться в библиотеке академии.

Ваав отзшы ва автореферат в 2-х вкзешлярах, заваренные начаты), просш высыгать по указанному адресу.

Автореферат разослан 1993 г.

Учаиый секретарь спецаализированного совета Еавдэдат технических наук стараий научный сотрудник ,

-О

.Ф.Бутусов

© Белорусская государственная политехническая академия. 1993

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В условиях рыночных отношений одной из основных задач, стоящей перед промышленностью Республики Беларусь, является повышение технического уровня, надежности и конкурентоспособности автомобильной техники.

Бортовое диагностирование улучшает качество автомобилей, повышает надежность их агрегатов и узлов.

Получивший в настоящее время наибольшее распространение регламентный характер контрольно-диагностических работ не может обеспечить требуемого уровня технического состояния агрегатов и, в частности, тормозных систем, так как не учитывает индивидуальные особенности каждого автомобиля, условия его эксплуатации, технического обслуживания и проведенные ранее ремонтные воздействия.

Одним из путей решения проблемы является разработка методов бортового диагностирования технического состояния тормозных систем автомобилей, позволяющих перейти к техническому обслуяиваяюо по фактической потребности и за счет этого исключить, с одной стороны, возможность оксплуатащш неисправного автомобиля, а с другой,- необоснованные материальные и трудовые затраты при преждевременном обслуживании.

Бортовое диагностирование тормозных систем должно обеспечить высокую безопасность двинения и повышение средних эксплуатационных скоростей.

Целью исследования является разработка методов Аортового диагностирования технического состояния тормозных систем автомобилей с гидравлически,! приводом.

Объект исследования - двухконтурная тормозная система с гидравлическим приводом легковых и грузовых автомобилей.

Методика исследований включала: анализ отказов тормозных систем с гидравлическим приводом; выборку информативного'комплекса диагностических параметров; разработку и изготовление оборудования для проведения экспериментальных исследований; проведение экспериментальной проверю! возмон.чости определения типовых неисправностей тормозной систсмы, применяя выбранный информативный комплекс диагностических параметров;

разработку принципов построения и функционирования системы бортового диагностирования тормозов; разработку методов бортового диагностирования тормозной системы с гидравлическим приводом.

Научная новизна:

выбран информативный комплекс диагностических параметров;

разработаны принципы построения и функционирования систему бортового диагностирования тормозов;

, разработаны методы бортового диагностирования технического состояния тормозных систем с гидравлическим приводом.

Два полонительных решения подтверждают новизну исследований.

Практическая ценность. В результате проведенных исследований доказана принципиальная возможность в целесообразность использования бортовых микроэвм для диагностирования тормозных систем автомобиля, выбран информативный комплекс диагностических параметров и обоснованы принципы построения системы бортового диагностирования тормозов.

Реализация работы. Результаты исследований используются на кафедре ."Автомобили" и в Проблемной НИИ автомобилей Белорусской государственной политехнической академии пра выполнении научно-исследозательских работ по теме: "Разработка теоретически/ основ создания комплексных, управляющих, диагностических и информационных систем мобильных машин, повышавших их экологическую чистоту".

Апробация рабогы. Основные пояснения диссертационной работы докладывались на всесоюзных и республиканских научно-технических конференциях "Проблемы применения шшрэ-процессоркых контроллеров в системах управления автотракторной техникой" (Минск,-1991), "Совершенствование эксплуатации, технического обслуживался и ремонта техники на основе стандартизации в области технической диагностики и прогрессивных форм эксплуатации, технического обслуяиваная и ремонта""(Нижний Новгород, 1991), "Современные проблемы автомобильного транспорта" (Красно-ярок, 1991), на Ш-1У семинарах "Вопросы электронизации автомоби-лой.. Испытания изделий автоэлектраки и автоэлектроники" (Суздаль, 1992-1993), на ХШУП-ХХШХ научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава БП1А (Минск, 19901993).

Публикации . Основное содержание работы освещено в 13 публикациях.

Объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованной литературы, включающего ВЭ наименований. Диссертация содержит 95 страниц машинописного текста, 45 рисукноэ, 6 хаблиц.

СОДЕРЖАНИЙ РАБОТЫ

В первой главе проведен анализ развития бортовых систем диагностирования тормозов и сформулированы задачи исследования.

Предпосылки для разработки методов бортового диагностирования технического состояния тормозных систем автомобилей заложены фундаментальными исследованиями в областях технической диагностики и тормозной динамики.

Вопросами технической диагностики автомобилей занимались А.П.Болдин, Н.Я.Говорущенко, Г.З.Крамаренко, Б.В.Левинсон, С .У .Мороз, В.А.Рудеико, Л.Я.Цикерман и др.

Большой вклад в_теорию торможения м в изучение рабочих процессов тормозных систем внесли В.П.Автушко, Н.Я.Бухарин, П.Р.Бйр-тош, Н.В.Богдан, Б.Б.Гербом, А.Б.Гредескул, А.И.Гриикевяч, А.Г.Денисов, И.В.Крагельский, И.И.Лепешко, Н.Ф.Мзтлвк, Н.А.Петров, В.Г.Розанов, Я.Е.Фаробин, Б.С.Фалькевич, Е.А.Чудаков и др. отечественные и зарубежные ученые.

В настоящее время диагностирование тормозных систем автомобилей проводится в основном в стационарных условиях на специальных стендах. Хорошо изучены методы проверки общей эффективности дей-. ствия тормозов. Эти методы позволяют судить об эффективности торможения, не давая, как правило, сведений о конкретных неисправностях, имеющихся в контролируемой тормозной системе. Бортовое диагностирование тормозов практически отсутствует.

Развитие бортовых средств диагностирования тормозных систем является важнейшей составляющей исследований по автоматизация процессов управления автомобилем.

В соответствии с выполнении анализом литературных источников и поставленной целью сформулированы следующие задачи:

провести анализ отказов тормозных систем с гидравлическим приводом

выбрать информативный комплекс диагностических параметров, характеризующих техническое состояние тормозной системы;

разработать и изготовить оборудование для проведения экспериментальных исследований;

провести экспериментальную проверку возможности определения типовых неисправностей тормозной системы, используя выбранный информативный комплекс диагностических параметров;

разработать цринципы построения и функционирования системы бортового диагностирования тормозов;

разработать методы бортового диагностирования технического состояния тормозных систем автомобилей с гидравлическим приводом.

Во второй главе рассматриваются конструкция исследуемой тормозной системы, анализ ее отказов, а также обосновывается информативный комплекс диагностических параметров.

Предварительное изучение данных о распределении отказов тормозной системы с гидравлическим цриводои для наиболее распространенных марок отечественных автомобилей показывает, что чаще всего в эксплуатации встречаются отказы, классификация которых приведена на рис. I. В таблице I приведены сведения о распределении отказов подсистем тормозной системы.

Проведенные исследования показали, что анализ сочетаний углового перемещения педали тормоза и давления в контурах, тормозного привода позволяют оценить состояние гидравлического тормозного привода, а совместно с такими диагностическими параметрами, как тормозной момент на колесе и их угловая скорость эти параметры могут быть использованы для определения технического состояния тормозных механизмов.

Третья глава посвящена экспериментальным исследованиям возможности определения технического состояния тормозной системы, используя выбранный информативный комплекс диагностических параметров. В ней такхе приводится описание экспериментальной установки и комплекса измерительной системы.

Исследования проводились в Проблемной НИ1 автомобилей ЕГПА. Для выполнения данного исследования на базе стенда для испытаний тормозных систем УЖ!-1 была собрана экспериментальная установка, а также разработана и изготовлена система измерения.

Схема стенда с собранной на нем экспериментальной установкой показана на рис. 2.

Отказы тормозной системы с гидравлическим приводом

отказы гидравлической тормозной системы

отказы торлозных механизмов

I

ОЙ гой га <и ста

нд

АН

§§'

о п<

о

н

Рис. I

Таблица I

Распределение отказов подсистем тормозных . систем легкового автомобиля

Подсистема Удельный вес, %

Число отказов Трудоемкости устранения

Тормозной привод 10,0 30,0

Тормозные механизмы 90,0 70,0

Итого 100,0 ' 100,0

Стенд состоит из электродвигателя I, редукторов 2, беговых барабанов 3, соединенные мевду собой карданными валами 4 и маховых масс 5. Экспериментальная установка предназначена для моделирования работы тормозной системы, представляет собой задний ведущий мост 6 автомобиля УАЗ-469Б с собранной гидравлической двух-контурной тормозной системой серийных автомобилей семейства УАЗ и системой измерения тормозных моментов. Каждый контур привода управляет тормозным механизмом одного колеса. Установка оборудована датчиками давления 7 в контурах тормозного привода, датчиками угловых скоростей колес 8, датчиками тормозных моментов 9 и также датчиком положения педали тормоза.

Тормозной момент измерялся путем регистрации реактивного момента, воздействующего на суппорт тормозного механизма I (рис. 3). Для обеспечения возможности измерения этого момента крепление суппорта позволяло ему поворачиваться относительно балки моста на некоторый угол, за счет свальных отверстий 2 в суппорте и болтов крепления, поставленных с зазором. Реактивный момент, возникающий па суппорте, воспринимался двумя гидравлическими цилиндрами 3, закрепленными неподвижно относительно балки моста, гидравлически связанны-,л мевду собой и с датчиком давления 4. В замкнутой гидравлической системе возникало избыточное давление' пропорциональное тормозному моменту. При помощи датчика давления (датчика тормозного момента) 4 измерялся тормозной момент. Обратный клапан 5 слугил для заполнения замкнутой гидравлической системы тормозной екдкостьв. Новизна система измерения тормозного момента подтверждена положительны?! решением на изобретение. ■ Для регистрации параметров при испытаниях была разработана измерительная система, состоящая из комплекта вшеперечисленяых' датчиков, осциллографа, блока согласования информации и блока питания.

Управление стендом и экспериментальной установкой осуществлялось с пульта.

Образец осциллограммы поведения информационных параметров при имитации неисправности типа "Попадание воздуха в гидравлический привод тормозов заднего контура" показан на рис. 4. На рисунке буквами обозначены: 8пр(В)- угловое перемещение педали тормоза; ио - информационный сигнал положения педали тормоза при полностью выклоченных тормозах (крайнее верхнее положе-

Сиотема измерения тормозного момента

Рис.3

Образец осцаддограммы поведения диагностических параметров при неисправности типа "Попадание воздуха в гидравлический привод тормозов заднего контура"

Рис.4

нке педали тормоза); рпр1 , рПр2 - информационные сигналы давления соответственно в переднем и заднем контурах тормозного привода; ра - информационные сигналы от датчиков давленая в контурах тормозного цривода, соответствующие избыточному давлению в них при полностью выключенных торлозах.

Проведенные экспериментальные исследования подтвердили возможность определения типовых неисправностей тормозной системы, используя выбранный информативный комплекс диагностических параметров. <

Четвертая глава посвящена разработке принципов построения и функционирования системы бортового диагностирования тормозов.

Различают системы тестового и функционального диагностирования. В системах тестового диагностирования на объект подастся специально организуемые тестовые воздействия. В системах функционального диагностирования на объект поступают только рабочие воздействия. В системах обоих видов средства диагностирования воспринимают и анализируют ответы объекта на входные (тестовые или рабочие) воздействия и выдают результат диагностирования, т.е. ставят диагноз.

Проведенные исследования показали, что для определения технического состояния тормозной системы с гидравлическим приводом целесообразно разрабатывать.методы функционального диагностирования, так как они достаточны для определения ее типовых неисправностей.

< Укрупненная блок-схема алгоритма функционального диагностирования тормозной системы показана на рис. б.

Система диагностирования тормозов начинает свою работу при включении бортовой сети автомобиля с опроса датчиков информационных параметров. Затем сравнивает полученные значения информационных сигналов с константами технически исправной тормозной системы, занесенными в память микроэвм. В память микроЭШ такасе занесены правила последовательности выполнения и анализа этих проверок. Если в результате обработки информации К -ый элемент оказывается неисправным, то признаку неисправности ПН(т) присваивается необходимое обозначение и формируется соответствующее диагностическое сообщение.

Укрупненная блок-схема алгоритма функционального диагностирования тормозной системы

Рис. 5

Структурная схема системы бортового диагностирования тормозов

устройство отображения информации

71

источник

микроЭВМ

питания

устройство сопряжения

датчики диагностирования тормозной системы

Рис. 6

Структурная схема системы бортового диагностирования тормозов автомобиля показана ва рис. 6.

Ядром системы является микроэвм, в ШУ которой хранится программа диагностирования. Для связи микроЭШ с объектом диагностирования используется устройство сопряжения. Устройство отображения информации служит дня индицировагош наличия типовых неисправностей тормозной системы.

В зависимости от комплектации системы датчиками можно получить несколько ее модификаций, имехэдх различные функциональные возможности.

При комплектации системы бортового диагностирования тормозов датчиками перемещения педали тормоза и давления в контурах тормозного привода определяются неисправности типа: "Поломка оттяжной пругинн педали тормоза", "Отсутствует свободный ход педали тормоза", "Увеличенный свободный ход педали тормоза", "Попадание воздуха в гидравлический привод тормозов".

Если система укомплектована дополнительно датчиками тормозного момента, то помимо перечисленных, диагностируются неисправности типа: "Поломка стяжных прукин тормозных колодок или загнивание поршней в колесных тормозных цилиндрах", "Болыниэ зазоры в тормозных механизмах", "Неравномерность действия тормозных механизмов по осям", "ЗаыаслиЕазио тормозных накладок I -го тормозного механизма".

Если автомобиль оборудован АБС тормозов, которая имеет в своем составе датчики угловой скорости колес, то дополнительно еозмозно определять ресурс тормозных иакладок.

Метод определения степени износа накладок отличается от традиционных, основанных на непосредственном измерении их толднны.

Предполагавтая, что износ зависит линейно от работы буксования.

Работу буксования тормозных механизмов предлагается определять путем интегрирования произведения значений тормозного момента на соответствующие значения угловой скорости по времени. Полученное значение работы буксования тормозных механизмов после каждого торможения прибавляется к суше ■'Г'здвдущах тормокений.

Таким образом, вычисляя текущее, суммарное значение работы буксования и зная иредельное для данных накладок, мохно однозначно говорить о степени износа тормозных накладок.

Использование работы буксования тормозных механизмов, как интегрального показателя при определении степени износа тормозных накладок, позволит оперативно, в любой период эксплуатации автомобиля определить остаточный ресурс накладок, а также прогнозировать время их замены.

Новизна метода диагностирования степени износа тормозных накладок подтверждена положительным решением на изобретение.

ВЫВОДИ

1. Применение ми:фопроцессорной техники в системах управления автомобилем позволяет не только улучшить качество управления узлами, но и осуществлять диагностирование его систем. Выполненные исследования применительно к тормозным системам с гидравлическим приводом показали, что в процессе движения автомобиля • возможно контролировать техническое состояние привода и механизмов.

2. Наиболее часто встречающиеся неисправности тормозных систем с гидравлическим приводом могут быть выявлены с помощью функционального диагностирования, при котором их определение осуществляется путем анализа параметров системы в процессе служебных торможений.

3. Разработанные принципы построения и функционирования системы бортового диагностирования технического состояния тормозов автомобиля показали, что в зависимости от комплектации системы первичными преобразователями (датчиками) возможно получить несколько вариантов систем с различной глубиной диагностирования.

При установке датчика положения педали тормоза и датчиков давления в контурах тормозного привода обеспечивается диагностирование неисправностей типа: "Поломка оттяжной пружины педали тормоза", "Отсутствует свободный ход педали тормоза", "Увеличенный свободный ход педали тормоза", "Попадание воздуха в гидравлический привод тормозов".

При комплектации системы бортового диагностирования дополнительно датчиками тормозного момента данная система позволяет диагностировать помимо перечисленных неисправности типа: "Поломка стяжных пружин тормозных колодок или заклинивание поршней в колесных тормозных цилиндрах", "Большие зазоры в тормозных меха-

йизмах", "Неравномерность действия тормозных механизмов", "Замасливание тормозных накладок с -го тормозного механизма".

При установке дополнительно в систему бортовбго диагностирования датчиков угловой скорости колес данная система позволяет диагностировать помимо всех вышеперечисленных неисправность типа: "Степень износа тормозных накладок I -го тормозного механизма".

4. Характерными точками, а которых целесообразно проводить сравнение'информационных сигналов при анализе параметров технического состояния тормозной системы, являются: педаль тормоза занимает исходное положение; начало возрастания давления в контурах тормозного привода; начало появления тормозного момента.

5. Константы, а которыми проводится сопоставление текущих значений информационных параметров, определяются при заведомо исправной тормозной системе.

6. Экспериментальная проверка в стендовых условиях показала принципиальную возможность создания системы бортового диагностирования технического состояния тормозов, а также подтвердила правильность заложенных в ней теоретических и технических решений.

7. Разработанная система измерения тормозного момента показала хорошую работоспособность и может быть рекомендована в качестве одного из вариантов устройства для измерения тормозного момента.

Основное содераание диссертации изложено в следующих опубликованных работах:

1. Карпаевич Ю.Д. Разработка методика диагностирования технического состояния тормозов автомобиля при помощи бортового микропроцессора //Проблемы применения микропроцессорных контроллеров в системах управления автотракторной техникой: Тез. докл. на ВНТК. - Мн.; 1991. - С. 39.

2. Карпиевич Ю.Д. (в соавторстве). Диагностирование технического состояния тормозов автомобиля встроенными средствами //Совершенствование эксплуатации, технического обслукивания и ремонта техники на основе стандартизации в области технической диаг- • ностики и прогрессивных форм эксплуатации, технического обслукивания и ремонта; Тез. докл. на ВНТС. - Н.Новгород, 1991. - С. 21.

3. Карпиевич Ю.Д. (в соавторстве). Разработка методики прогнозирования технического состояния тормозных накладок автомобиля при помощи бортового микропроцессора //Современные проблемы автомобильного транспорта: Тез. докл. на РНПК. - Красноярск, 1991.

- 3. 157.

4. Карпиевич Ю.Д. (в соавторстве). П.Р. по заявка № 4941843/ II (026459) от 23.01.92. Способ встроенного диагностирования технического состояния тормозов транспортных или тяговых машин и устройство для его осуществления.

5. Карпиевич Ю.Д. (в соавторстве). Стевд для диагностики тормозпой системы автомобиля с гидроприводом. - Мн.} 1992. -17 с. Дэп. в БелШИНТИ 17.02.92, й Ю13Б 92.

6. Карпиевич Ю.Д. (в соавторстве). Методчка встроенного диагностирования технического состояния тормозной системы автомобиля. - Мн.: 1992. - 6 с. Двп. в БелНИЩТй 17.02.92, й 1014Б 92.

7. Карпиевич Ю.Д. Бортовая микропроцессорная система контроля износа тормозных накладок автомобиля. Мн.; 1992. - 6 с. Деп. в БелНИШТИ 17.02.92, * Ю15Б 92.

8. Карпиевич Ю.Д. (в соавторстве). К вопросу разработки средств встроенного диагностирования технического состояния тормозов автомобилей /Материалы Ш семинара "Вопросы электронизации автомобилей. Испытания изделий автозлектрики и автоэлектроники".

- М., 1992. - С. 60.

9. Карпиевич Ю.Д. (в соавторстве). Установка для исследования процессов тормохепия автомобиля с целью создания встроенных средств диагностирования /Материалы Ш семинара "Вопросы электронизации автомобилей. Испытания изделий автозлектрики и автозлек-троники". - М.* 1992. - С. 61.

10. Карпиевич Ю.Д. Выбор параметров диагностирования технического состояния тормозных систем автомобилэй встроенными средствами /Матъриалы Ш семинара "Вопросы электронизации автомобилей. Испытания изделий автоэлектрики и автоэлектроники". - М.; 1992. - С. 62.

11. Карпиевич Ю.Д. (в соавторстве). Принципы диагностирования технического состояния гидравлического тормозного привода /Материалы четвертого симпозиума "Развитие автомобильной электроники и электрооборудования". - М.; 1993. - С. 96.