Please use this identifier to cite or link to this item:
https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6524| Title: | Засоби комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів |
| Authors: | Уткіна, Тетяна Юріївна Олійников, Сергій Олександрович |
| Issue Date: | Jun-2022 |
| Abstract: | Метою кваліфікаційної роботи бакалавра є аналіз сучасних засобів комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів, застосування яких дозволить забезпечити технічну та екологічну надійність автомобіля завдяки своєчасному уточненню виявлених у процесі експлуатації відмов і несправностей транспортного засобу для підвищення безпеки руху й охорони навколишнього середовища. У результаті роботи були виконані наступні завдання: − проаналізовано предметну область та визначені сучасні тенденції розвитку ринку електронних блоків управління автомобілів; − розглянуто основні принципи роботи електронних систем управління автомобілів; − проаналізувано сучасні методи діагностики автомобілів та визначено їх основні переваги та недоліки; − проведено аналіз існуючих засобів комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів та визначено їх переваги та недоліки; − на основі проведеного аналізу надані рекомендації по використанню засобів комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів залежно від конкретної ситуації. Сучасні автомобілі не можна уявити без наявності в них множини електронних систем управління, що по суті є цифровими мікропроцесорами з функцією самодіагностики. При роботі двигуна вони постійно здійснюють опитування всіх датчиків, виконавчих пристроїв та за появи несправності заносять до своєї пам’яті код помилки (від двозначного до п’ятизначного), що відповідає несправності даного виду. В сучасних авто таких систем може бути до десятка (системи управління двигуном, трансмісією, підвіскою, комфортом тощо). Кількість таких систем залежить від марки автомобіля. Кожна електронна система містить унікальну інформацію про контрольований вузол. Комп’ютерна діагностика дає змогу адекватно оцінити функціональний стан та роботу окремих вузлів та деталей, ефективно виміряти ключові параметри транспортного засобу. Надійне програмне забезпечення та комп’ютерне обладнання допомагає зчитувати та виявляти зміни і помилки в роботі трансмісії, виявляти найменші похибки у функціонуванні системи керування двигуном, проблеми в системі гальмування та панелі приладів, а також фіксувати всі помилки в роботі інших автомобільних модулів і блоків. Завдяки сучасним засобам комп’ютерної діагностики, які підключають до автомобіля безпосередньо, можна провести детальну розшифровку кодів та протягом найкоротших строків ефективно і якісно визначити всі основні несправності транспортного засобу і, відтак, виконати їх подальший ремонт. До таких засобів відносять дилерські сканери, портативні універсальні сканери або адаптери смартфону (пристрої для підключення до електронних систем з інтерфейсом OBD-II). За результатами проведеного аналізу визначено, що найбільш зручними засобами комп’ютерної діагностики автомобіля для використання у повсякденному житті є адаптери смартфону, або “адаптивні автосканери”, що мають змогу виявляти будь-які несправності на будь-якому сучасному автомобілі незалежно від марки за допомогою роз’єму OBD-II. Сучасні засоби комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів за рахунок точного визначення конкретних відмов та несправностей дозволяють своєчасно усувати виявленні негаразди, заощаджуючи час на їх пошук, чим забезпечуєть високу технічну та екологічну надійність транспортних засобів, підвищують безпеку руху й охорону навколишнього середовища. |
| URI: | https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6524 |
| Appears in Collections: | 174 Автоматизація, комп'ютерно-інтегровані технології та робототехніка (Автоматизація та комп'ютерно-інтегровані системи та компоненти) |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| Б_151_2022_Олійников+.pdf Restricted Access | 2.89 MB | Adobe PDF | View/Open Request a copy |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
Extracted text
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ФАКУЛЬТЕТ ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ І СИСТЕМ КАФЕДРА РОБОТОТЕХНІКИ ТА СПЕЦІАЛІЗОВАНИХ КОМП’ЮТЕРНИХ СИСТЕМ Пояснювальна записка до кваліфікаційної роботи освітнього ступеня «бакалавр» на тему: ЗАСОБИ КОМП’ЮТЕРНОЇ ДІАГНОСТИКИ ЕЛЕКТРОННИХ СИСТЕМ АВТОМОБІЛІВ Виконав: студент 4 курсу, групи АКІТС-2099 спеціальності 151 – Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології Олійников С.О. (прізвище та ініціали) Керівник Уткіна Т.Ю. (прізвище та ініціали) Рецензент (прізвище та ініціали) Черкаси 2022 року ЗМІСТ СПИСОК СКОРОЧЕНЬ ТА УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ ................................. 4 ВСТУП ..................................................................................................................... 6 1 АНАЛІЗ ПРЕДМЕТНОЇ ОБЛАСТІ ................................................................. 9 1.1 Сучасні тенденції розвитку ринку електронних блоків управління автомобілів ............................................................................................................. 10 1.2 Загальні відомості про електронні блоки управління ................................ 18 1.3 Конструкція електронних блоків управління ............................................. 20 1.4 Функціонування та обробка сигналів .......................................................... 25 1.4.1 Вхідні сигнали ........................................................................................ 25 1.4.2 Вихідні сигнали ...................................................................................... 27 1.4.3 Передача даних ....................................................................................... 27 2 ОПИС ТА ПРИНЦИПИ РОБОТИ ЕЛЕКТРОННИХ СИСТЕМ АВТОМОБІЛІВ .................................................................................................... 29 2.1 Система електропостачання ........................................................................ 30 2.2 Система запуску ........................................................................................... 32 2.3 Система запалювання ................................................................................... 36 2.4 Система освітлення ...................................................................................... 40 2.5 Інформаційно-діагностична система ........................................................... 42 2.6 Системи автоматичного управління агрегатами автомобіля ..................... 44 2.7 Система допоміжного електроустаткування .............................................. 45 2.8 Класифікація електронних систем автомобілів за функціональним призначенням ......................................................................................................... 51 3 ОГЛЯД СУЧАСНИХ МЕТОДІВ ДІАГНОСТИКИ АВТОМОБІЛІВ ....... 57 3.1 Класифікація сучасних методів діагностики автомобілів .......................... 57 3.1.1 Візуальна діагностика ............................................................................ 62 3.1.2 Технічна діагностика .............................................................................. 63 3.1.3 Комп’ютерна діагностика ...................................................................... 67 3.1.4 Діагностування гальмівних систем ....................................................... 68 3.2 Класифікаційні ознаки ................................................................................. 71 3.3 Функціональність засобів діагностики автомобілів ................................... 75 ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Лист № докум. Підпис Дата Розроб. Олійников Літ. Лист Листів Засоби комп’ютерної діагностики Перевір. Утк іна н 2 91 електронних систем автомобілів Н. Контр. Пояснювальна записка ЧДТУ АКІТС-2099 Затверд. Лукашенко 4 АНАЛІЗ ІСНУЮЧИХ ЗАСОБІВ КОМП’ЮТЕРНОЇ ДІАГНОСТИКИ ЕЛЕКТРОННИХ СИСТЕМ АВТОМОБІЛІВ .................................................. 78 4.1 Дилерські сканери ........................................................................................ 79 4.2 Портативні універсальні сканери ................................................................ 80 4.3 Адаптери смартфону .................................................................................... 81 4.4 Обґрунтування вибору засобів комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів ................................................................................................. 85 ВИСНОВКИ .......................................................................................................... 88 СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ........................................................... 90 Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 3 СПИСОК СКОРОЧЕНЬ ТА УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ ACC – (Adaptive Cruise Control) – адаптивний круїз- контроль. ADAS – Advanced Driver-Assistance Systems – удосконалена система допомоги водію. AFS – Система активного кермового управління. Airbag – Системи керування подушками безпеки. AKC – Active Kinematics Control – безпека водіння. CAN – Controller area network – єдина мережа управління контролерами. CBC – Система стабілізації гальмування при повороті (ESBS). Climatronic – Системи клімат-контролю. DAA – (Dynamische Anfahrassistent) – асистент рушання з місця. DSR – Асистент корекції керма. EBV – Електронний регулятор розподілу гальмівних сил. ECU – Engine Control Unit – електронний блок управління. EPB – Електромеханічне гальмо. EVO – Електронне регулювання гідропідсилювача. FBS – Компенсація падіння ефективності гальм при нагріванні (Overboost). FSA – Сканування простору перед автомобілем (FA). GMB – Система впливу на розгортаючий момент (GMA). HBA – Гідравлічний гальмівний асистент. HBV – Гідравлічний підсилювач гальм. HDC – Помічник руху на спуску. Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 4 HHC – (Hill Hold Control) – асистент торкання на підйомі (HSA). HSA – (Hill Start Assistent) – асистент торкання на підйомі (ННС). HVV – Система уповільнення задніх коліс. M-ABS – Motoreingriff-Antiblockiersystem – антиблокувальна функція, що реалізується через керування двигуном (розширення ABS). MSR – Асистент гальмування двигуном. OBD-II – On-Board Diagnostics – стандарт бортової діагностики автомобіля. ROP – Система запобігання перекиданню. RАМ – Оперативна пам’ять з довільною вибіркою. RОМ – Постійна пам’ять. TSA – Функція стабілізації автоїзди. АSR – Системи керування тяговим зусиллям. АВS – Антиблокувальні гальмівні системи. АТЗ – Автотранспортний засіб. ДВЗ – Двигун внутрішнього згоряння. ЕSР – Системи стабілізації руху автомобіля. ЕРRОМ – Постійна пам’ять з можливістю стирання. ККД – Коефіцієнт корисної дії. МК – Мікроконтролер. ОЗП – Оперативно-запам’ятовуючий пристрій. ПЗП – Постійно-запам’ятовуючий пристрій. ТSC – Протибуксувальна система. ТО – Технічне обслуговування. ШІМ – Широтно-імпульсна модуляція. Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 5 ВСТУП Комп’ютерна діагностика автомобіля – це тестування різних електронних систем та виконавчих механізмів автомобіля, що впливають на роботу бортових систем, а також виявлення несправностей, пов’язаних з роботою електронних систем автомобіля та складання діагностичної карти несправностей для подальшого ремонту та усунення несправностей. В сучасних автомобілях можуть використовуватись десятки різноманітних комп’ютерних систем: системи керування бензиновими, дизельними та тазовими двигунами; системи електронного керування коробками перемикання передач; антиблокувальні гальмівні системи (АВS); системи керування тяговим зусиллям (АSR); протибуксувальні системи (ТSC), системи стабілізації руху автомобіля (ЕSР); системи керування подушками безпеки (Airbag), системи клімат-контролю (Climatronic) тощо. При виявленні підсистемами діагностики дефектів і збоїв у функціонуванні автомобільних електронних систем відповідна інформація зберігається у спеціальних ділянках пам’яті блоків управління. При діагностиці автомобіля інформація, збережена в пам’яті блоків управління, зчитується за допомогою спеціального інтерфейсу, що забезпечує швидкий і надійний пошук та усунення несправностей. Інтегровані в блоках управління автомобільних електронних систем підсистеми діагностики є насьогодні стандартним компонентом електронних автомобільних систем. Алгоритми контролю підсистем діагностики перевіряють вхідні і вихідні сигнали електронних компонентів при експлуатації автомобіля. Крім того, вся система перевіряється па наявність збоїв в роботі та похибок. Завданням діагностики на автотранспортному підприємстві є: − уточнення виявлених у процесі експлуатації відмов і несправностей; − виявлення автомобілів, технічний стан яких не відповідає вимозі безпеки руху і охорони навколишнього середовища; − виявлення перед технічною експлуатацією несправностей, для усунення яких необхідні трудоємні ремонтні чи регулювальні роботи у зоні Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 6 поточного ремонту; − уточнення виявлених в процесі проведення технічної експлуатації та поточного ремонту характеру й причин відмов і несправностей; − прогнозування безвідмовної роботи агрегатів, систем і автомобіля у цілому в межах міжосмотрового пробігу; − видача інформації про технічний стан автотранспортного засобу для планування, підготовки й управління технічною експлуатацією та поточним ремонтом. Метою кваліфікаціної роботи бакалавра є аналіз сучасних засобів комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів, застосування яких дозволить забезпечити технічну та екологічну надійність автомобіля завдяки своєчасному уточнення виявлених у процесі експлуатації відмов і несправностей транспортного засобу для підвищення безпеки руху й охорони навколишнього середовища. Актуальність. Надійність автомобіля – це один із найважливіших показників якості транспортного засобу. Застосування ж новітніх комп’ютерних технологій у діагностиці автомобіля те тільки дозволить підвищити надійність транспортного засобу за рахунок точного визначення конкретних відмов та несправностей, але й заощадить час на їх пошук. Тому аналіз сучасних засобів комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів, які відрізняються своєю функціональністю й враховують множину відмов і несправностей, що можуть бути виявлені у процесі експлуатації транспортного засобу, для їх своєчасного усунення і підвищення безпеки руху й охорони навколишнього середовища є завданням актуальним. Комп’ютерна діагностика дає змогу адекватно оцінити функціональний стан та роботу окремих вузлів та деталей, ефективно виміряти ключові параметри транспортного засобу. Основним методом комп’ютерної діагностики автомобіля є підключення портативних або стаціонарних електронних пристроїв, які з’єднуються зі Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 7 штатною електронною системою та зчитують дані в електронному вигляді. Отримані дані про статуси датчиків, коди несправностей і помилок дозволяють судити про характер поломки, що виникла, і загальний стан автомобіля. Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі завдання: − проаналізувати предметну область та визначити сучасні тенденції розвитку ринку електронних блоків управління автомобілів; − розглянути основні принципи роботи електронних систем управління автомобілів; − проаналізувати сучасні методи діагностики автомобілів; − на основі проведеного аналізу визначити переваги та недоліки сучасних методів діагностики автомобілів; − провести аналіз існуючих засобів комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів; − визначити переваги та недоліки існуючих засобів комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів; − на основі проведеного аналізу надати рекомендації по використанню тих чи інших засобів комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів в конкретній ситуації. Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 8 1 АНАЛІЗ ПРЕДМЕТНОЇ ОБЛАСТІ В автомобілі для надання йому високих експлуатаційних властивостей широко застосовується обладнання різних областей техніки. Обладнання, в якому використовуються електротехнічні, електромеханічні, електронні та світлотехнічні пристрої, прийнято об’єднувати в єдиний комплекс під назвою електронні системи автомобіля. Пристрої, що входять до складу електронних систем, виходячи з завдань можна віднести до наступних основних груп: джерел та споживачів електричної енергії. Завдання джерел – забезпечення споживачів необхідною кількістю електричної енергії за умов експлуатації. Споживачі електричної енергії виконують найрізноманітніші функції. Вже традиційним стало застосування електричної енергії для запалення робочої суміші в циліндрах карбюраторного двигуна та його пуску, освітлення шляху проходження автомобіля та передачі необхідної інформації (світловий та звуковий) іншим учасникам дорожнього руху, контролю роботи вузлів, агрегатів та автомобіля в цілому. І це далеко не всі функції, які виконує або у виконанні яких задіяно електрообладнання. Розмаїття функцій електронних систем привело до розуміння необхідності зміни підходу щодо нього як із конструюванні, і під час експлуатації. Комп’ютерна діагностика автомобіля є процесом визначення стану його електронних систем, за допомогою спеціальних засобів контролю, які підключають до нього безпосередньо. Засоби контролю оснащені спеціальною програмою, що дозволяє виконувати перевірку наявності помилок та відображати деякі характеристики роботи автомобіля в режимі реального часу. Електронне управління необхідне для задоволення високих вимог щодо екологічності, паливної економічності, експлуатаційних характеристик, зручності обслуговування та діагностики, що висуваються до сучасних автомобілів та їх двигунів технічними регламентами та споживачами. Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 9 1.1 Сучасні тенденції розвитку ринку електронних блоків управління автомобілів Сучасний автомобіль неможливо уявити без наявності різноманітних електронних систем, які здійснюють контроль та управлінняза різними вузлами та агрегатами транспортного засобу. В даний час значного поширення набули бортові системи контролю на базі електронних блоків управління (ЕБУ). Всі такі електронні блоки за функціональним призначенням можуть бути розділені на три основні групи систем управління: двигуном; трансмісією та ходовою частиною; обладнанням салону та безпекою автомобіля. У світі розроблено та серійно випускається множина різноманітних систем управління двигунами, що хоч за принципом дії і мають багато спільного, проте істотно відрізняються. Система управління бензиновим двигуном забезпечує оптимальну його роботу завдяки управлінню впорскуванням палива, кутом випередження запалення, частотою обертання колінчастого валу двигуна на холостому ходу та проведенням діагностики. Система електронного управління дизельним двигуном контролює кількість палива, що впорскується, момент початку впорскування, струм факельної свічки тощо. В електронній системі управління трансмісією об’єктом регулювання є переважно автоматична трансмісія. На підставі сигналів датчиків кута відкриття дросельної заслінки та швидкості автомобіля ЕБУ вибирає оптимальні передавальне число трансмісії та час включення зчеплення. Електронна система управління трансмісією в порівнянні з гідромеханічною системою, що застосовувалась раніше, підвищує точність регулювання передавального числа, спрощує механізм управління, підвищує економічність та керованість. Управління ходовою частиною включає управління процесами руху, зміни траєкторії і гальмування автомобіля. Вони впливають на підвіску, кермо і гальмівну систему, забезпечують підтримку заданої швидкості руху. Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 10 Управління обладнанням салону покликане підвищити комфортабельність та споживчу цінність автомобіля. З цією метою використовуються кондиціонер повітря, електронна панель приладів, мультифункціональна інформаційна система, компас, фари, склоочисник з переривчастим режимом роботи, індикатор ламп, що перегоріли, пристрій виявлення перешкод при русі заднім ходом склопідйомники, сидіння зі змінним положенням. Електронні системи безпеки включають: протиугінні пристрої, апаратуру зв’язку, центральне блокування замків дверей, режими безпеки тощо. Автомобільний ЕБУ – це сімейство комп’ютерних систем, які контролюють і обслуговують усі електронні, електричні та механічні системи транспортного засобу. Автомобільні функції, починаючи від переміщення вікон і закінчуючи кількістю повітряно-паливної суміші, необхідної для кожного циліндра двигуна, мають вбудовану систему ЕБУ, яка записується, аналізується та зберігається в мікроконтролері [4]. За типом двигуна ринок поділяється на двигуни внутрішнього згоряння, гібридні та акумуляторні електромобілі. За типом застосування ринок поділяється на ADAS (Advanced Driver- Assistance Systems – удосконалена система допомоги водію – електронна система, що допомагає водію керувати автомобілем і парковкою) та системи безпеки, системи управління кузовом та забезпечення комфорту, інформаційно- розважальні системи та системи зв’язку, а також системи трансмісії. За типом ринок ЕБУ поділяється на 16-, 32- та 64-розрядні ЕБУ. За автономним типом ринок поділяється на звичайні, напівавтономні та автономні транспортні засоби. За типом транспортного засобу ринок поділяється на легкові та комерційні транспортні засоби. За географією ринок сегментований на Північну Америку, Європу, Азіатсько-Тихоокеанський регіон та решту світу [4]. Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 11 Відповідно до стастистичних оцінок та прогнозу (рис. 1.1) дослідної і консультаційної компанії “Mordor Intelligence” (Індія), ринок автомобільних ЕБУ в 2021 році оцінювався в 132,72 млрд. доларів США і, як очікується, досягне 185,43 млрд. доларів США в 2027 році при середньорічному темпі зростання в 5,73 % протягом прогнозованого періоду 2022-2027 років. Негативний вплив пандемії COVID-19 на ринок автомобільних ЕБУ був неминучим через закриття автомобільних виробництв та карантину. Тим не менш, очікується, що ринок набере обертів через рівень впровадження електромобілів у всьому світі, який стрімко зростає з року в рік [4]. Ринок насамперед обумовлений технологічними досягненнями та інноваціями у системах. У розвинених країнах зростаючі потреби споживачів щодо зручності та безпеки водіння стимулюють зростання ринку. Впровадження навігаційних та інформаційно-розважальних систем зростає, оскільки вони стали стандартними функціями більшості автомобілів по всьому світу. Для з’єднання цих систем одина з одною необхідні автомобільні роз’єми центрального ЕБУ. Рисунок 1.1 – Стастистичні оцінки та прогноз розвитку ринку автомобільних ЕБУ Іншими основними факторами, що призводять до високого зростання ринку ЕБУ в автомобільному секторі, є державні норми щодо зменшення споживання палива та збільшення попиту на автомобілі зі збільшеним пробігом. Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 12 Неухильне зростання вибору альтернативних транспортних засобів, таких як гібридні та повністю електричні автомобілі, у розвинених країнах зробило значний внесок у ринок ЕБУ через високу складність цих транспортних засобів у порівнянні зі звичайними транспортними засобами. Безпека водія, міркування безпеки, простота водіння та низькі експлуатаційні витрати, які вимагають клієнти, також є одними з факторів, що сприяють зростанню ринку ЕБУ. Підключення смартфонів до транспортного засобу та надання водієві інформації про стан автомобіля в режимі реального часу є основною тенденцією останнім часом. Ці передові системи ЕБУ з можливістю легкого підключення до смартфонів можуть призвести до ще більшого зростання попиту на ринку ЕБУ. Очікується, що в Азіатсько-Тихоокеанському регіоні, за яким йдуть Північна Америка і Європа, спостерігатиметься значне економічне зростання протягом прогнозованого періоду 2022-2027 років через збільшення попиту на електромобілі. Крім того, очікується, що збільшення попиту на технологічно просунуті транспортні засоби, такі як гібридні автомобілі, у розвинених країнах і країнах, що розвиваються, стимулюватиме зростання ринку ЕБУ [4]. Попит на електромобілі швидко зростає в усьому світі, і очікується, що це збільшить попит на ЕБУ в цих транспортних засобах. Крім того, сприятливі державні субсидії та ініціативи діють як каталізатори для прискорення зростання ринка ЕБУ. За даними дослідної і консультаційної компанії “Mordor Intelligence” (Індія) до 2040 року майже 54 % продажів нових автомобілів і 33 % світового автопарку будуть електричними (рис. 1.2). Європейський уряд вже розпочав різні проекти зі створення інфраструктури зарядки в регіонах, щоб досягти цілі продажів електромобілів. Очікується, що ця трансформація в автомобільному секторі вплине на виробників автомобілів, виробників електронних компонентів, вторинного ринку та ланцюг поставок у цьому секторі [4]. Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 13 Рисунок 1.2 – Прогноз зростання продажів електромобілів Виробники частин і компонентів, що стосуються лише автомобілів із двигунами IC, зараз розширюють свій бізнес у сфері електромобілів, оскільки зростає попит на електромобілі та їх продаж. На ринку автомобільної діагностики компоненти, такі як ЕБУ для управління двигуном і трансмісією, будуть замінені на ЕБУ для електричної архітектури та систем керування акумулятором. Крім того, очікується, що звичайні діагностичні системи будуть повністю замінені бортовими діагностичними системами, які будуть постійно контролювати стан всіх електричних і механічних компонентів автомобіля [4]. Компанія “Mordor Intelligence” запевняє, що Азіатсько-Тихоокеанський регіон буде домінувати на ринку ЕБУ протягом прогнозованого періоду 2022- 2027 років (рис. 1.3). Рисунок 1.3 – Прогноз зростання продажів електромобілів Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 14 Азіатсько-Тихоокеанський регіон домінує на ринку автомобільних ЕБУ через зростання попиту на автомобільні інформаційно-розважальні та комунікаційні програми в легкових транспортних засобах, збільшення наявного доходу та зростання виробництва автомобілів у цьому регіоні. Електрифікація в Азіатсько-Тихоокеанському регіоні має високий рівень проникнення через присутність Китаю та Японії, оскільки Китай є провідним ринком для електромобілів, а більшість автовиробників, які просуваються в технологіях електромобілів, є з Японії. Такий розвиток електромобілів можна співвіднести зі збільшенням попиту на ринку ЕБУ в регіоні, який наразі займає найвищу частку ринку як за доходом, так і за обсягом. Очікується, що Північна Америка також стане свідком зростання ринку автомобільних ЕБУ через збільшення попиту на розкішні автомобілі, зростання попиту на енергоефективні транспортні засоби та строгі урядові правила щодо зменшення викидів вуглецю в цьому регіоні. Європейський ринок автомобільних ЕБУ зростає, оскільки інформаційно- розважальні та комунікаційні програми користуються великим попитом для їх впровадження в розкішні та пасажирські транспортні засоби. Зростаюча зосередженість провідних виробників автомобілів у європейських країнах, включаючи Німеччину, Італію та ін., на забезпечення розкішних та комфортних функцій, створює можливості для зростання ринку [4]. На ринку автомобільних ЕБУ домінують такі гравці (рис. 1.4), як Lear Corporation, Robert Bosch GmbH, Nidec Corporation, Continental AG та Delphi Technologies та інші. Компанії в усьому світі впроваджують різноманітні інноваційні технології та інвестують у R&D проекти. Крім того, виробники розширюють свої мережі, розвиваючи дилерські та дистриб’юторські мережі по всьому світу, щоб отримати прибутки та посилити свою присутність у галузі. Наприклад, у жовтні 2021 року Motherson розширила співпрацю з Marelli Automotive Lighting (Marelli) для нового інструментального приміщення в Індії. Це перша у своєму роді кімната інструментів в Індії, присвячена специфічним Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 15 освітлювальним приладам. Інструментальне приміщення є продовженням існуючого спільного підприємства Marelli Motherson Automotive Lighting India Private Limited. СП 50/50 було створено в 2008 році для індійського ринку зовнішнього освітлення, і зараз воно має 4 заводи в Індії. Рисунок 1.4 – Домінуючі компанії на ринку автомобільних ЕБУ У березні 2020 року Robert Bosch GmBH і Nikola Motor Company уклали партнерство для розробки вантажівки на паливних елементах вантажопідйомністю 40 т. Ключовим елементом удосконаленої системи вантажівок є ЕБУ транспортним засобом Bosch, який забезпечує більшу обчислювальну потужність для розширених функцій, зменшуючи кількість незалежних блоків. ЕБУ підтримує майбутні інновації, надаючи масштабовану платформу для комплексної архітектури електронних систем, яка є важливою для підтримки передових функцій вантажівок Nikola. У жовтні 2021 року ZF оголосила, що з моменту запуску в 2013 році було випущено мільйон одиниць її активної системи керування задньою віссю AKC (Active Kinematics Control). AKC забезпечує маневреність, безпеку та комфорт у багатьох ситуаціях водіння. Враховуючи вищезгадані випадки та розвиток подій, очікується, що гравці на ринку автомобільних електронних блоків управління зосередять свою увагу Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 16 на захопленні більшої частки ринку та, ймовірно, розширять свою географічну присутність протягом прогнозованого періоду [4]. Також зростання ринку ЕБУ до 129 млрд. доларів США у 2025 році (рис. 1.5) прогнозує компанія “Wards Intelligence”, що є лідером автомобільних досліджень та розвідки з 1924 року [5]. Рисунок 1.5 – Прогноз розвитку ринку автомобільних ЕБУ у млрд. доларів США “Wards Intelligence”, будучи частиною Informa Tech Automotive Group: TU- Automotive, WardsAuto та Wards Intelligence, проводить дослідження та консультації світового рівня. Вона надає інформацію про бізнес світової автомобільної промисловості завдяки безперервній аналітичній інформації, тенденціям та кількісним прогнозним даним, картуванню екосистеми, планам продуктів, OEM-стратегії та ін. за основними автомобільними тенденціями. Відтак, ЕБУ є і буде невід’ємною частиною транспортних засобів, оскільки він є складовою електронних систем автомобілів, що дозволяють покращити характеристики та знизити вартість експлуатації двигуна та трансмісії, а також систем підвищення безпеки. Його використання буде і надалі зростати з появою все нових технологій в автомобільній промисловості. Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 17 1.2 Загальні відомості про електронні блоки управління Розвиток цифрових технологій привів до появи та значного поширення різноманітних можливостей щодо управління та регулювання електронних систем автомобілів. Одночасно моживо застосовувати множину параметрів для забезпечення оптимальної роботи різних систем. ЕБУ приймає електричні сигнали від датчиків, обробляє їх і генерує керуючі сигнали, які поступають на виконавчі механізми. Ці дані обробляються за особливим алгоритмом, після чого створюються команди для складових виконавчого характеру. Наявність у конструкції автомобіля ЕБУ дає можливість оптимізувати основні показники функціонування силового агрегату [2]: − обертаючий момент; − потужність; − склад відпрацьованих газів; − витрати і т.д. А ще електроніка здійснює діагностику всіх систем машини. Зовнішній вигляд ЕБУ представлено на рис. 1.6. Рисунок 1.6 – Зовнішній вигляд ЕБУ від фірми “Bosch” Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 18 Програми для замкнутого контуру управління закладені в пам’ять ЕБУ. Реалізація програм здійснюється мікроконтролером. Компоненти ЕБУ називаються апаратними засобами. ЕБУ містить всі алгоритми замкнутого і розімкненого контурів управління, необхідні для реалізації процесів управіння (наприклад, для двигуна це – управліня запаленням, сумішоутворенням, впуском і т.д.). До ЕБУ висуваються доволі жорсткі вимоги. Він піддасться великому навантаженню під дією: − екстремальних температур навколишнього середовища (при нормальному режимі роботи від -40 до +60 .... + 125 °С); − сильних перепадів температури; − агресивних експлуатаційних матеріалів (масло, паливо і т.д.); − вологості; − механічних навантажень, наприклад, вібрації двигуна. ЕБУ при пуску двигуна повинен надійно працювати навіть при недостатньо зарядженій акумуляторній батареї (наприклад, при пуску холодного двигуна) й при високій зарядній напрузі (коливання напруги в бортовій мережі). Інші вимоги базуються на необхідності дотримання електромагнітної сумісності. Дуже високі вимоги відносно чутливості до електромагнітних перешкод та обмеженню вироблення високочастотних сигналів [1]. Поява ЕБУ двигуном була обумовлена необхідністю подачі в циліндри двигуна паливної суміші в потрібній кількості та необхідної консистенції. До створення ЕБУ ці функції виконував карбюратор, на вдосконалення якого було спрямовано основні сили конструкторів. Проте, поява доступних і дешевих мікрочіпів ознаменувала в 70-х роках захід карбюраторної епохи. Проте перші ЕБУ були створені італійцями Alfa Romeo для їх моделі 6C2500 в середині 50-х років. Називався цей блок – Capproni-Fuscaldo. Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 19 Поступово ЕБУ вдосконалювалися, охоплюючи показання дедалі більшої кількості датчиків. Сучасний ЕБУ є складовою ланкою бортової мережі автомобіля. Він веде постійний обмін даними за допомогою шини CAN (Controller area network, єдина мережа управління контролерами) з іншими компонентами системи: антиблокувальною системою, автоматичною коробкою передач, системами стабілізації та безпеки автомобіля, круїз-контролем, клімат- контролем. Основними функціями ЕБУ є: − управління та контроль за впорскуванням палива в інжекторних двигунах; − контроль за запалюванням; − керування фазами газорозподілу; − регулювання та підтримання температури в охолодній системі двигуна; − контроль за положенням дросельної заслінки; − аналіз складу вихлопних газів; − контроль над роботою системи рециркуляції відпрацьованих газів. Крім того, на контролер надходить інформація про положення та частоту обертання колінчастого валу, поточну швидкість руху транспортного засобу, про напругу в бортовій мережі автомобіля. Також ЕБУ оснащений системою діагностики та у разі виявлення будь-яких неполадок чи збоїв інформує про них власника за допомогою кнопки “Check-Engine”. 1.3 Конструкція електронних блоків управління Незалежно від того, який тип пристрою встановлений на автомобілі і де саме знаходиться модуль ЕБУ, всі його складові елементи умовно поділяються на дві частини: програмну та апаратну складові [3]. Програмна складова пристрою включає кілька модулів: Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 20 − контрольний модуль призначений для перевірки та регулювання параметрів сигналів, що відправляються. Програмна складова може за необхідності зупинити роботу двигуна. − функціональний модуль призначений для отримання імпульсних даних, що подаються на електронний модуль від різних контролерів та датчиків. Після прийому функціональна складова ЕБУ виконує обробку інформації та формування команд, що подаються на виконавчі компоненти. Апаратна складова блоку включає множину електронних елементів, йдеться про мікропроцесори та інші модулі. Візуально електронний модуль є друкарською платою, встановленою в пластиковий або металевий корпус для забезпечення ефективного захисту блоку (рис. 1.7). Сам пристрій монтується в підкапотному просторі або салоні машини, в районі панелі приладів або навпроти пасажирського крісла. Місце монтажу ЕБУ зазвичай вказується у сервісній документації до транспортного засобу [1]. Датчики, виконавчі механізми і електроживлення підключені до блоку керування за допомогою багатополюсного штекерного роз’єму 1. Задаючи каскади 3 великої потужності, які забезпечують безпосередню дію на виконавчі механізми, вмонтовані в корпус блоку керування таким чином, що забезпечується дуже добре тепловідведення на корпус і в навколишнє середовище. Більшість електронних компонентів виконано за технологією поверхневого монтажу. Це дозволило отримати особливо компактні і легкі конструкції. Тільки деякі потужні компоненти виконані на платі по роз’ємній схемі. Для установки блоків керування безпосередньо під капотом автомобіля біля двигуна існують також гібридні варіанти, що поєднують в собі компактність і високу термостійкість [3]. Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 21 Рисунок 1.7 – Блок керування системи МЕ-Motronic: 1 – багатополюсний штекерний роз’єм; 2 – друкарська плата; 3 – задаючі каскади; 4 – мікроконтролер (функціональний процесор) з пам’яттю RОМ; 5 – пам’ять Flash-EPROM; 6 – пам’ять EEPROM; 7 – мікроконтролер (процесор з розширеними можливостями) з пам’яттю RОМ; 8 – пам’ять Flash-EPROM для процесора з розширеними можливостями; 9 – датчик атмосферного тиску; 10 – периферійний модуль (інтегрована подача напруги 5 В). Мікроконтролер. Мікроконтролер будучи центральним компонентом блоку керування керує послідовністю процесів. Окрім центрального процесора, мікроконтролер містить канали входу і виходу, таймери, модулі пам’яті RОМ і RАМ, серійні інтерфейси і інші периферійні пристрої, розташовані на мікрочіпі. Тактові імпульси для мікроконтролера створює кварц. Мікроконтролер для розрахункових операцій потребує програмного забезпечення. Програма завантажується в програмний пристрій у вигляді двійкових числових значень, які розділені на набори даних. Центральний процесор зчитує ці дані, інтерпретує їх як команди і послідовно виконує. Програма закладена в постійну пам’ять (RОМ, ЕРRОМ або Flash-ЕРRОМ), яка також містить особливі дані (окремі значення, характеристичні криві і діаграми) При цьому мова йде про постійні дані, які не Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 22 можуть змінюватися в процесі експлуатації автомобіля. Ці дані впливають на процес програмованого керування (замкнуті і розімкнені контури керування). Програмний запам’ятовуючий пристрій може інтегруватися в мікроконтролер і, залежно від застосування, ще додатково розширюватися її окремим компонент, наприклад, за рахунок зовнішнього модуля пам’яті ЕРRОМ або модуля пам’яті Flash-ЕРRОМ [3]. Постійна пам’ять (RОМ). Програмовані пристрої, що запам’ятовують, можуть бути виконані постійними (RОМ). Зміст цього ПЗП визначається при виготовленні і потім вже не може змінюватися. Ємність пам’яті RОМ, інтегрованої в мікроконтролер, обмежена. Для комплексного використання потрібний додатковий запам’ятовуючий пристрій. Постійна пам’ять з можливістю стирання (ЕРRОМ). Пам’ять ЕРRОМ може стиратися шляхом опромінювання ультрафіолетовими променями і наново записуватися програмуючим пристроєм. Найчастіше пам’ять ЕРRОМ виконується як окремий компонент. Центральний процесор запрошує пам’ять ЕРКОМ через адресну шину і шину даних. Програмована пам’ять з груповим електричним стиранням (Flash- ЕРRОМ або FЕРRОМ). Пам’ять Flash-ЕРRОМ стирається електричним шляхом. Завдяки цьому блок керування з цією пам’яттю може бути перепрограмований в центрі обслуговування без його розбирання. При цьому блок керування з’єднується з центром перепрограмування через інтерфейс. Якщо мікроконтролер додатково забезпечений постійною пам’яттю (RОМ), то в нього закладається комплект програм для флеш-програмування. Пам’ять Flash-ЕРRОМ може бути інтегрована разом з мікроконтролером на мікрочіпі. Пам’ять Flash- ЕРRОМ за рахунок своїх переваг значною мірою витіснила традиційну пам’ять ЕРRОМ [3]. Оперативна пам’ять. Така пам’ять з оперативним записом і зчитуванням необхідна для зберігання таких змінних, як, наприклад, дані розрахунків і значення сигналів. Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 23 Оперативна пам’ять з довільною вибіркою (RАМ). Всі поточні значення зберігаються в пам’яті RAМ (пристрої оперативною запису і зчитування). Обсягу нам’яті, інтегрованої в мікроконтролер, недостатньо для комплексного застосування, тому необхідне використання додаткового модуля RАМ. Він підключається до мікроконтролера за допомогою адресної шини і шини даних. При відключенні блоку керування від електроживлення, пам’ять RAМ втрачає весь масив даних. Проте після пуску двигуна блок керування знову повинен мати доступ до даних, що коректують (відповідним технічному стану двигуна і умовам його роботи). Вони не повинні стиратися з пам’яті при виключенні запалення. Щоб цього не допустити, пам’ять RАМ постійно підключається до джерела струму (постійна подача електроживлення). Але при відключенні акумуляторної батареї втрачаються і ці дані [3]. Постійна пам’ять, що електрично перепрограмовується (ЕЕРRОМ або Е2РRОМ). Дані, які не повинні втрачатися навіть при відключеній акумуляторній батареї (наприклад, важливі корегуючі параметри, коди блокування руху автомобіля), повинні постійно зберігатися в незалежному довготривалому запам’ятовуючому пристрої. Пам’ять ЕЕРRОМ с постійною пам’яттю з електричним стиранням, в якій, на відміну від пам’яті Flash-ЕРRОМ, інформація в кожному елементі пам’яті може стиратися окремо. Завдяки цьому пам’ять ЕЕРRОМ може застосовуватися як незалежний запам’ятовуючий пристрій з оперативним записом і зчитуванням. У деяких варіантах блоків керування в якості енергонезалежної пам’яті використовуються також роздільно перепрограмовані області пам’яті Flash-ЕРRОМ [1-3]. Адаптивна інтегральна схема (модуль АSІС). Через постійне зростання функціональної складності блоку керування вже недостатньо стандартних мікроконтролерів, що є на ринку. В цьому випадку допомагають модулі АSІС. Ці інтегральні схеми, що розробляються і виготовляються згідно вимогам розробників блоків керування, містять додаткову пам’ять RАМ, а також вхідні і Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 24 вихідні канали, завдяки чому здатні генерувати і передавати сигнали ШІМ (широтно-імпульсної модуляції) [2]. Модуль контролю. Мікроконтролер і модуль контролю в ЕБУ контролюють один одного в режимі «запит-відповідь». Якщо розпізнається збій в роботі, то один з цих елементів (незалежно від іншого) запускає відповідну компенсуючу функцію. 1.4 Функціонування та обробка сигналів Обробка інформації від датчиків здійснюється протягом одного обороту колінчастого валу. Блок управління вибирає проміжне значення з двох найближчих точок кожної програми і подає сигнали, що управляють подачею палива та кутом випередження запалення. У пам'яті блоку управління закладено оптимальні характеристики як для тих, хто встановився, так і для режимів роботи двигуна, що не встановилися 1.4.1 Вхідні сигнали Датчики разом з виконавчими механізмами, утворюють периферію ЕБУ, що сполучає автомобіль і центральний процесор. Електричні сигнали з датчиків надходять до ЕБУ по кабельній розводці та штекерному роз’єму. Ці сигнали можуть мати різні форми: аналогову, цифрову або імпульсну (рис. 1.8). Аналогові вхідні сигнали можуть мати будь-яку величину напруги в межах певного діапазону. Прикладами фізичних величин, які передаються у вигляді аналогових сигналів, є масова витрата повітря, напруга акумуляторної батареї, тиск у впускному трубопроводі і тиск наддування, температура охолоджуючої рідини і всмоктуваного повітря. Ці сигнали перетворюються в мікроконтролері ЕБУ аналого-цифровим перетворювачем в цифрову форму, якою може оперувати центральний процесор мікроконтролера. Максимальне розширення цих аналогових сигналів рівне 5 мВ. В загальному вимірювальному діапазоні від 0 до 5 мВ є приблизно 1000 ступенів приростів [2, 3]. Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 25 Цифрові вхідні сигнали володіють тільки двома станами: «High» (логічна одиниця) і «Low» (логічний нуль). Прикладами цифрових вхідних сигналів є сигнали включення (вкл./викл.) або цифрові сигнали від датчиків, наприклад, імпульси частоти обертання колінчастого валу, датчика Холла або магніторезисторного датчика. Цифрові сигнали можуть оброблятися безпосередньо в мікроконтролері [3]. Рисунок 1.8 – Схема обробки сигналів в ЕБУ Імпульсні вхідні сигнали від індуктивних датчиків з інформацією про частоту обертання колінчастого валу і положення контрольних міток обробляються за допомогою спеціальної схеми в ЕБУ. При цьому імпульсні перешкоди видаляються, а імпульсні сигнали перетворюються в цифрові прямокутні сигнали [1, 2]. Напруга вхідних сигналів обмежується в схемах захисту до рівнів, що забезпечують їх обробку. Корисний сигнал шляхом фільтрації в значній мірі звільняється від перешкод і, якщо необхідно, шляхом посилення адаптується до допустимої напруги на вході мікроконтролера (0-5 В). Залежно від ступеня інтеграції обробка сигналів може частково або навіть повністю здійснюватися в Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 26 самому датчику. ЕБУ представляє собою центр управління, контролюючий всі функції та послідовність роботи систем управління двигуном. Алгоритми управління реалізуються в мікроконтролері. Вхідними параметрами слугують вхідні сигнали від датчиків і інтерфейсів зв’язку з іншими системами, наприклад, шиною бортового контролера зв’язку CAN [3]. Під час надходження на процесор вони ще раз перевіряються на достовірність. За допомогою програмного забезпечення ЕБУ розраховуються вихідні сигнали для управління виконавчими механізмами. 1.4.2 Вихідні сигнали За допомогою вихідних сигналів мікроконтролер включає задаючі каскади, потужність яких зазвичай достатня для безпосередньою управління виконавчими механізмами. Для окремих споживачів високої потужності (наприклад, вентилятор двигуна) деякі задаючі каскади управляють реле. Задаючі каскади захищені від коротких замикань на масу або стрибків напруги, а також від руйнування внаслідок електричного або тепловою перевантажень. Інтегральні схеми задаючих каскадів розпізнають ці нештатні ситуації, а також вихід з ладу датчиків як помилки й передають про це сигнал до мікроконтролера. Цифрові вихідні сигнали можуть вироблятися як сигнали ШІМ. Ці сигнали є послідовними прямокутними імпульсами постійної частоти і змінної тривалості. За допомогою цих сигналів різні виконавчі механізми можуть переводитися в будь-яке робоче положення [3]. 1.4.3 Передача даних Периферійні пристрої, що підтримують роботу мікроконтролера, повинні надавати можливість для зв’язку з ним. Це здійснюється за допомогою адресної шини і шини даних. Мікроконтролер видає через адресну шину, наприклад, адресу пам’яті RAM, вміст якої повинен зчитуватися. Шина даних потім використовується для передачі тих даних, що відносяться до цієї адреси [3]. Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 27 Раніше на автомобілях обходилися 8-розрядною шиною, по яких одночасно можна передавати 256 значень. За допомогою звичайної для цих систем адресної шини на 16 біт можна запрошувати 65536 адрес. Сучасні системи вимагають використання 16-, 32- та 64-розрядних шин даних. Для того, щоб зменшити кількість електричних імпульсів, адресна шина і шина даних можуть об’єднуватися в одну мультиплексну систему, тобто адреси і дані передаються із здвигом за часом та з використанням одних і тих же провідників [3]. Для даних, які можуть передаватися менш швидко (наприклад, дані пам’яті про несправності), застосовуються послідовні інтерфейси тільки з однією лінією передачі даних. Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 28 2 ОПИС ТА ПРИНЦИПИ РОБОТИ ЕЛЕКТРОННИХ СИСТЕМ АВТОМОБІЛІВ Сучасні електронні системи автомобілів розглядається як сукупність систем, що мають своє власне призначення і по-різному взаємопов’язані між собою та з іншими системами автомобіля (рис. 2.1). У систему об’єднуються пристрої, що беруть участь у виконанні певних функцій, та зв’язок між ними. Керуючись таким підходом, можна виділити такі основні електронні системи автомобілів [6, 7]: − систему електропостачання; − систему запуску; − систему запалювання; − систему освітлення; − інформаційно-діагностичну систему; − системи автоматичного управління агрегатами автомобіля; − систему допоміжного електроустаткування. Рисунок 2.1 – Сучасні електронні системи управління автомобілем Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 29 2.1 Система електропостачання Система електропостачання забезпечує виробництво електричної енергії та її передачу споживачам. Передачу електричної енергії здійснює бортова електрична мережа, що включає в себе дроти, захисну, розподільну та комутаційну апаратуру. Виробництво електричної енергії в автомобілі виконують генераторна установка та акумуляторна батарея, включені паралельно. Вони забезпечують у бортовій мережі автомобіля постійну напругу 12 або 24 В [12]. Структурна схема системи електропостачання автомобіля показана на рис. 2.1. Вихідна напруга генератора залежить від його навантаження (сили струму) та від його частоти обертання. Тому для стабілізації напруги в бортовій мережі автомобіля застосовується регулятор напруги, який відповідним чином впливає на струм в обмотці збудження генератора. При використанні генератора змінного струму до складу генераторної установки входить випрямляч (ВП). Рисунок 2.2 – Структурна схема системи електропостачання автомобіля При непрацюючому двигуні єдиним джерелом електроенергії є акумуляторна батарея, що повинна забезпечити надійний пуск двигуна. Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 30 При працюючому двигуні генераторна установка є основним джерелом електроенергії і забезпечує електропостачання споживачів і підзаряд акумуляторної батареї. У разі великого споживання струму акумуляторна батарея допомагає генераторній установці забезпечити всіх споживачів електричною енергією. Система електропостачання, як правило, є однопровідною. Всі споживачі підключаються до позитивної клеми. В якості другого проводу використовується корпус автомобіля (маса) [12]. Акумуляторна батарея призначена для живлення електричною енергією всіх споживачів при непрацюючому двигуні й при роботі його з малою частотою обертання колінчатого вала, а також для запуску двигуна стартером. Як правило, на автомобілях використовують стартерні свинцево-кислотні акумуляторні батареї, які здатні короткочасно віддавати струм великої величини, що необхідно при запуску двигуна стартером. Типова автомобільна акумуляторна батарея складається із 6 послідовно з’єднаних акумуляторів напругою 2 В кожен і має напругу близько 12 В. Найпростіший свинцево-кислотний аккумулятор – це пластмасова посудина, у яку опущені 2 свинцеві пластини й залито електроліт з хімічно чистої (акумуляторної) сірчаної кислоти й дистильованої води. Якщо через такий акумулятор пропускати постійний електричний струм, то в ньому буде протікати хімічна реакція з утворенням на позитивній пластині двоокису свинцю (РbО2), а на негативній – чистого губчатого свинцю (Рb). Густина електроліту в міру заряду акумулятора буде підвищуватися за рахунок виділення сірчаної кислоти й поглинання води. Напруга на клемах акумулятора також буде підвищуватися. Такий процес називається зарядом акумулятора [13]. При включенні зарядженого акумулятора в зовнішнє коло відбуватиметься зворотна хімічна реакція з віддачею електричної енергії на живлення включених споживачів. У міру розряду пластини акумулятора будуть покриватися Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 31 сірчанокислим свинцем, густина електроліту й напруга акумулятора зменшуватимуться. Такий процес називається розрядом акумулятора. Після розряду необхідно знову зарядити акумулятор від джерела постійного струму. Оскільки при заряді й розряді акумулятора змінюється густина електроліту, то по густині електроліту визначають ступінь розрядженості (зарядженості) акумулятора [12-14]. Таким чином, дія акумулятора заснована на перетворенні електричної енергії в хімічну при заряді й, навпаки, хімічної енергії в електричну – при розряді. Основними параметрами акумулятора є напруга і ємність. Напруга на вивідних штирях справної й повністю зарядженої акумуляторної батареї близько 12,6 В. Допускається в процесі експлуатації розряджати батарею до 10,5 В. Кількість електрики в ампер-годинах (А∙год), отримана від акумулятора при його розряді до допустимої напруги, називається ємністю, яку визначають як добуток сили розрядного струму в амперах на час розряду в годинах. Ємність залежить від кількості й розмірів пластин акумуляторів, сили розрядного струму, густини й температури електроліту, а також ступеня зарядженості, технічного стану й терміну служби акумулятора (батареї) [14]. Номінальною ємністю акумуляторної батареї називається найменша кількість електрики в ампер-годинах, яку повинна віддати повністю заряджена батарея при безперервному розряді її струмом, рівним 0,05 номінальної ємності, до напруги 10,5 В при температурі електроліту 25°С. Номінальна ємність в основному залежить від розмірів і кількості пластин в акумуляторі. 2.2 Система запуску Система запуску двигуна автомобіля здійснює первинне обертання колінчастого валу ДВЗ, внаслідок чого відбувається займання паливно- повітряної суміші в циліндрах і силовий агрегат починає працювати самостійно. Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 32 Головним завданням системи запуску стає провертання коленвала, що дозволяє поршню виконати необхідне запалення заряду стиснення суміші в циліндрах. Потім пальне спалахує (від зовнішнього джерела в бензинових двигунах, від сильного стиснення та нагріву – в дизельних). Далі колінчастий вал починає обертатися самостійно, тобто двигун запускається, оберти коленвала збільшуються, обертання валу стає можливим завдяки перетворенню теплової енергії згоряння палива на механічну роботу. Щойно оберти коленвала досягають певної частоти, відбувається автоматичне відключення системи запуску [7]. У сучасних автомобілях реалізовано електричну систему запуску двигуна. Також її часто називають електростартерною системою запуску. Вона складається з акумуляторної батареї, стартерного ланцюга (кабелі, комутаційна апаратура), стартера, засобів полегшення запуску та ДВЗ (рис. 2.3). Акумуляторна батарея Стартерний ланцюг Стартер Тягове реле Засоби полегшення стартера запуску Стартерний ДВЗ електродвигун Привідний механізм Рисунок 2.3 – Структурна схема електростартерної системи запуску Одночасно з обертанням коленвала в роботу включається система газорозподілу, запалення та паливоподачі. Відбувається згоряння Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 33 паливоповітряної суміші в камерах згоряння та поршні провертають коленвал. Після досягнення певних оборотів колінчастого валу двигун починає працювати самостійно, за інерцією. Щоб запустити двигун, потрібно досягти певної частоти обертання колінчастого валу. Для різних типів двигунів це значення відрізняється. Для бензинового двигуна мінімально необхідно 40-70 об/хв, для дизельного – 100- 200 об/хв. Пускова частота залежить від умов сумішоутворення та запалення двигуна і є мінімальною частотою обертання колінчастого валу, за якої в циліндрах починаються спалахи [7]. Потужність стартера залежить від моменту опору прокручування колінчастого валу та пускової частоти. Момент опору прокручування пропорційний робочому об’єму двигуна і складається з наступних складових [2]: − момент сил тертя між поверхнями сполучення деталей двигуна та у допоміжних механізмах, пов’язаних з колінчастим валом; − момент інерційних сил, що зростають зі збільшенням оборотів у процесі запуску двигуна; − момент опору, що виникає через процеси стиснення, що відбуваються в циліндрах двигуна. Схеми систем електростартерного запуску бензинових двигунів різняться між собою незначно. У системах управління електростартером передбачено електромагнітні тягові реле з механізмом приводу, додаткові реле, реле блокування, що забезпечує дистанційне включення, автоматичне відключення стартера від акумуляторної батареї після пуску двигуна та запобігання включенню стартера при працюючому двигуні (рис. 2.3). Джерелом енергії електростартерного пуску є стартерна акумуляторна батарея. В електростартерах використовують електродвигуни постійного струму. Характеристики стартерного електроприводу з електродвигунами постійного струму послідовного або змішаного збудження добре узгоджуються Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 34 з характером навантаження, що створюється поршневим двигуном під час запуску [2, 8]. Рисунок 2.4 – Схема стартера з електромагнітним тяговим реле і дистанційним управлінням: 1 – тягове реле; 2 – якір реле; 3 – важіль; 4 – муфта вільного ходу; 5 – шестерня; 6 – вал привода; 7 – муфта привода; 8 – проміжний підшипник; 9 – корпус; 10 – корпус статора; 10 – якір; 11 – колектор. Характеристики системи запуску в основному визначаються характеристиками електродвигуна стартера і акумуляторної батареї. Для зменшення затрат енергії на запуск двигунів створюються синтетичні масла з пологими температурно-в’язкістними характеристиками, застосовують як конструктивні, так і технологічні спеціальні заходи щодо зменшення тертя при роботі двигуна, розроблюють інерційні, конденсаторні, комбіновані та інші пристрої запуску, застосовують засоби полегшення запуску двигунів (підігрівання повітря, робочих рідин і двигунів в цілому, пускові рідини і аерозолі) [7]. Для зменшення маси і габаритів пускових пристроїв вдосконалюються діючі пристрої в напрямку застосування комбінованих пускових пристроїв, багатофункціональних пристроїв (маховик, генератор, стартер), використання гібридних силових установок транспортних засобів. Для забезпеченості Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 35 автоматизації процесу пуску розробляються в комплексі мікропроцесорні системи керування як роботи двигуна, так і процесу підготовки і запуску в залежності від умов навколишнього середовища. 2.3 Система запалювання Система запалювання двигуна – це комплекс пристроїв, приладів та датчиків, необхідних для його запуску. Її головним завданням є створення високої напруги для формування іскри, що займає паливоповітряну суміш, в точно визначений момент часу. Це забезпечує правильний режим роботи двигуна, тому від справності системи запалення залежить витрата палива, потужність і безпека руху автомобіля [7, 8]. Основними вимогами до системи запалювання є: − забезпечення іскри в потрібному циліндрі, що перебуває в такті стиску відповідно до порядку роботи циліндрів; − своєчасність моменту запалення (іскра повинна виникати в певний момент (момент запалювання) відповідно до оптимального, при поточних умовах роботи двигуна, кута випередження запалювання, який залежить, перш за все, від обертів двигуна і навантаження на двигун); − достатня енергія іскри (кількість енергії, необхідної для надійного запалювання робочої суміші, залежить від складу, щільності і температури робочої суміші); − надійність [2]. Несправність системи запалювання викликає неполадки як при запуску, так і під час роботи двигуна: − труднощі або неможливість запуску двигуна; − нерівномірність роботи двигуна – троїння або припинення роботи двигуна при пропусках іскроутворення в одному або декількох циліндрах; − детонація, пов’язана з неправильним моментом запалювання й надмірно швидкий знос двигуна; Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 36 − порушення роботи інших електронних систем через високий рівень електромагнітних перешкод та ін [8]. Існує багато типів систем запалювання, які відрізняються за конструкцією і принципами дії. Як правило, системи запалювання розрізняють за: − системою визначення моменту запалювання; − системою розподілу високовольтної енергії по циліндрах. Узагальнена структура системи запалювання показана на рис. 2.5: Рисунок 2.5 – Узагальнена структура системи запалювання: 1 – джерело живлення; 2 – вимикач запалювання; 3 – пристрій керування накопиченням енергії; 4 – накопичувач енергії; 5 – розподільник запалювання; 6 – високовольтні дроти; 7 – свічки запалюваня. Джерелом живлення для системи запалювання є бортова мережа автомобіля та джерела живлення бортової мережі – акумуляторна батарея і генератор. Пристрій керування накопиченням енергії визначає момент початку накопичення енергії і момент “скидання” енергії на свічку (момент запалювання). Залежно від пристрою системи запалювання на конкретному транспортному засобі може являти собою [2, 8]: − механічний переривач, що безпосередньо управляє накопичувачем енергії (первинним ланцюгом котушки запалювання), що слугує для замикання й розмикання живлення первинної обмотки котушки запалювання. Контакти Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 37 переривача знаходяться під кришкою розподільника запалення. Пластинчаста пружина рухливого контакту постійно притискає його до нерухомого контакту. Розмикаються вони лише на короткий термін, коли набігаючий кулачок привідного валика переривача-розподільника натисне на молоточок рухливого контакту; − механічний переривач із транзисторним комутатором, що керує лише транзисторним комутатором, який, у свою чергу, керує накопичувачем енергії. Перевагою даної конструкції полягає в тому, що контактний переривач володіє більшою надійністю за рахунок того, що в цій системі через нього протікає значно менший струм (відповідно, практично виключається пригорання контактів переривача під час розмикання). Тому конденсатор, підключений паралельно до контактів переривача, стає непотрібним. У іншому система аналогічна класичній системі. Обидві системи запалення з механічним переривачем називають контактними системами запалювання; − блок управління двигуном із підсистемою управління запалюванням із датчиками й комутатором. У цьому випадку блок управління отримує інформацію про роботу двигуна (оберти, положення колінчатого вала, положення розподільного валу, навантаження на двигун, температура охолоджувальної рідини тощо) від датчиків, і за результатами алгоритмічної обробки цих даних управляє комутатором, який, у свою чергу, управляє накопичувачем енергії. Регулювання випередження запалювання реалізовані програмно в блоці управління. Комутатори в мікропроцесорних системах запалювання називають запальниками. Накопичувачі енергії, які використовуються в системах запалювання діляться на дві групи [8, 12]: − із накопиченням енергії в індуктивності – котушка або котушки запалення, де енергія накопичується в первинній обмотці котушки запалення і при розмиканні первинного ланцюга у вторинному ланцюзі індукується висока напруга, що подається на свічки; Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 38 − з накопиченням енергії в ємкості – конденсаторі. У цьому випадку енергія накопичується в конденсаторі, а в необхідний момент проходить через котушку запалення як через трансформатор. У вторинному ланцюзі також індукується висока напруга, що подається на свічки. Такий пристрій накопичувача називають запалення від розряду конденсатора. Перевагою є те, що енергія іскри не залежить від обертів двигуна. Застосовуються два типи систем розподілення запалення [2]: − системи з механічним розподільником енергії (трамблером), який розподіляє високу напругу по свічках циліндрів двигуна. На контактних системах запалювання, як правило, об’єднаний із переривачем, на безконтактних – з датчиком імпульсів, на сучасніших – або відсутній, або об’єднаний із котушкою запалювання, комутатором і датчиками. − системи зі статичним розподілом енергії, для яких одним із головних завдань було відмовитися від усіх найбільш ненадійних компонентів системи – не тільки від контактного переривача, а й від механічного розподільника запалювання. Високовольтні дроти з’єднують накопичувач енергії з розподільником або свічками і розподільник зі свічками. У системах запалювання “котушка на свічці” – відсутні. Свічки запалювання слугують для утворення іскрового розряду й запалювання робочої суміші в камері згоряння двигуна. Свічки встановлюються в головці циліндра. Коли імпульс струму високої напруги попадає на свічу запалювання, між її електродами проскакує іскра, яка запалює робочу суміш. Зазвичай встановлюється по одній свічці на циліндр. Бувають і більш складні системи з двома свічками на циліндр, причому не завжди спрацьовують свічки одночасно. Будь-яка система запалювання чітко поділяється на дві частини: − низьковольтний (первинний) ланцюг, що складається з первинної обмотки котушки запалювання і безпосередньо пов’язаними з нею ланцюгами Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 39 (переривача, комутатора та інших компонентів залежно від конструкції конкретної системи); − високовольтний (вторинний) ланцюг, що складається з вторинної обмотки котушки запалювання, системи розподілу високовольтної енергії, високовольтних дротів ат свічок [8, 14]. 2.4 Система освітлення Автономне освітлення та сигналізація значною мірою визначають безпеку дорожнього руху в темний час доби та в умовах недостатньої видимості. Тому вони повинні відповідати відповідним нормам. Всі світлові прилади працюють за єдиним принципом: у них відбувається перетворення електричної енергії джерела живлення на променисту енергію. Автомобільні світлові прилади, як правило, складаються з наступних основних вузлів: оптичного елемента, що складається з лампи, відбивача та розсіювача; корпусу та елементів, що підводять електричну енергію [7]. Світловий потік лампи, потрапляючи на поверхню відбивача, концентрується ним і спрямовується на розсіювач, який формує світловий потік, посилений або ослаблений у певних напрямках. Відбивачі у традиційному виконанні є параболоїдними. Поверхня такого відбивача утворюється обертанням параболи навколо осі симетрії (оптичної осі). Якщо у фокусі ідеального відбивача помістити точкове джерело світла, то відбиті промені будуть направлені паралельно оптичній осі (рис. 2.6, а). На практиці відбите світло має форму пучка, що слабо розходиться з тілесним кутом ω2 (рис. 2.6, б). Розсіювач здійснює остаточне формування відбитого світлового потоку. Для цього на його внутрішній поверхні є заломлюючі елементи: циліндричні лінзи, що розсіюють пучок в обох площинах; еліпсоїдні лінзи, які розсіюють пучок на різні кути у взаємно перпендикулярних площинах; призми, що змінюють напрямок частини світлового потоку. Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 40 а) б) Рисунок 2.6 – Розподіл світлового потоку: а) – ідеальним відбивачем та точковим джерелом світла; б) – реальним відбивачем та розподіленим джерелом світла. Друга функція розсіювача – захист від зовнішніх впливів. Потрібний світлорозподіл може забезпечуватися одним відбивачем, що має складну форму, і виготовляється з термостійкої пластмаси. Основними освітлювальними приладами є фари головного світла та протитуманні фари. Можуть встановлюватися фари заднього ходу. Головні фари (фари головного світла) забезпечують два режими освітлення: дальнє світло та ближнє світло (світло зустрічного ро’їзду). Фара головного світла може бути: лише дальнього світла (позначається літерою R на розсіювачі), тільки ближнього світла (позначається літерою C) і комбінована (позначається літерами CR). Принципи формування пучків дальнього та ближнього світла неоднакові. У фарі CR це здійснюється використанням двониткової лампи. Одна з ниток розташовується у фокусі відбивача та забезпечує отримання пучка дальнього світла. Інша нитка знаходиться поза фокусом і забезпечує отримання пучка ближнього світла. Протитуманні фари призначені для покращення видимості під час руху в умовах туману, снігопаду, дощу. При включенні фар у тумані створюється ефект вуаліруючої пелени. При цьому освітлення затуманеної атмосфери викликає Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 41 світіння, і нат фоні якого об’єкти на дорозі стає важко розрізняти. У поєднанні з ослабленням випромінювання, викликане розсіюванням, свічення затуманеної атмосфери значно знижує видимість [7, 8]. Основною особливістю протитуманних фар є різка горизонтальна межа між тінню та світлом у верхній частині світлового пучка. Ці фари характеризуються великим кутом (до 160°) поширення світла. Правильне встановлення протитуманних фар полягає в наступному: − необхідно розташовувати фари якомога ближче до дорожнього полотна; − світловий пучок має бути спрямований вниз. 2.5 Інформаційно-діагностична система Інформаційно-діагностична система здійснює інформаційне забезпечення автотранспортних засобів. Вона є складовою сучасного автомобіля і призначена для збору, обробки, зберігання та відображення інформації про режим руху та технічний стан автомобіля, про зовнішні фактори, які оточують автомобіль. З цією метою на автомобілі встановлюються контрольно-вимірювальні прилади та різні додаткові пристрої: бортова система управління, система вбудованих датчиків, маршрутний комп’ютер, навігаційна система, телевізійна система заднього та кругового огляду [7]. Частину інформації про зовнішні фактори водій отримує безпосередньо через органи зору та слуху. Для забезпечення якості цієї частини інформації на автотранспортних засобах встановлюються системи освітлення, світлової та звукової сигналізації. Основними характеристиками інформаційно-діагностичної системи автомобіля як єдиного цілого є швидкодія, точність відтворення та зчитування інформації, час зчитування інформації, інформаційна ємність, яскравість та контрастність зображення [7]. Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 42 Швидкодія вимірювального приладу – це інтервал часу з моменту зміни значення контрольованого параметра до фіксації зміни на вказівній частині приладу. Для створення оптимальних умов водію при прийнятті рішень швидкодія вимірювального приладу повинна залежати від характеру інформації, яка відображається. Якщо інформація впливає на безпеку дорожнього руху, то швидкодія має бути максимальною. Швидкодія визначається технічними характеристиками приладів, переважно інертністю використовуваних датчиків. Точність відтворення інформації (точність приладу) характеризує ступінь відповідності результату вимірювання дійсному значенню показника, що вимірюється. Точність вимірювального пристрою кількісно характеризується його похибкою. Похибка приладу – це відхилення (абсолютне, відносне або наведене до якогось значення) показань приладу від справжнього значення параметра, що вимірюється. Точність зчитування інформації значною мірою залежить від водія; тому вимоги до інформаційно-діагностичної системи повинні враховувати його можливості. На точність зчитування інформації впливають кількість та взаємне розташування елементів вимірювальної системи (тобто ергономічні характеристики панелі приладів), якість приладів (розмах шкали вказівника, яскравість та контраст світлових індикаторів). Час зчитування інформації з пристрою безпосередньо впливає на безпеку дорожнього руху. Його можна скоротити завдяки зменшенню частки надлишкової інформації, що відображається приладом, а також за рахунок забезпечення водію оптимальних умов роботи з приладом (розмах шкали, яскравість, контраст, додаткові звукові сигнали привернення уваги). Одним із показників, що характеризують ступінь необхідності приладів та надає кількісну характеристику процесу сприйняття інформації є частота звертання водія до приладів. Під цим поняттям розуміється кількість свідомих чи рефлекторних актів отримання водієм інформації про стан автомобіля, двигуна чи інших агрегатів та систем за допомогою контрольних приладів за Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 43 одиницю часу. Частота звернення до приладів залежить від умов руху, справності двигуна та контрольованих систем, а також від професійної підготовленості водія. Чим частіше водій контролює стан всієї системи, тим менша ймовірність її аварійної поломки. Яскравість та контрастність покажчиків та індикаторів є важливими показниками інформаційно-діагностичних систем, що характеризують можливість сприйняття водієм інформації за умов зовнішнього освітлення. Швидкість і точність сприйняття інформації значною мірою залежить від таких світлотехнічних характеристик, як яскравість об’єкта спостереження, яскравість фону та кутового розміру символів. Інформаційна ємність визначає максимальну кількість інформації, що відображається інформаційно-діагностичною системою, і залежить від структури та кількості контрольно-вимірювального обладнання. Проте надмірне збільшення цього показника може призвести до інформаційного перенавантаження водія та зниження безпеки дорожнього руху в цілому. 2.6 Системи автоматичного управління агрегатами автомобіля Застосування електронних систем автоматичного управління дозволяє знизити витрати пального та токсичність відпрацьованих газів, підвищити потужність двигуна, активну безпеку автомобіля, покращити умови роботи водія [7]. Автомобільний двигун є системою, що складається з окремих підсистем: системи паливоподачі, запалення, охолодження, змащення і т.д. Усі системи пов’язані між собою і при функціонуванні утворюють єдине ціле. Управління двигуном не можна розглядати у відриві від керування автомобілем. Швидкісні та навантажувальні режими роботи двигуна залежать від швидкісних режимів руху автомобіля в різних умовах експлуатації, які включають розгони та уповільнення, рух із відносно постійною швидкістю, зупинки. Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 44 Водій змінює швидкісний та навантажувальні режими двигуна, впливаючи на дросельну заслінку. Вихідні характеристики двигуна при цьому залежать від складу паливоповітряної суміші та кута випередження запалювання, управління якими зазвичай здійснюється автоматично [6, 7]. Для зниження витрат пального, зменшення токсичності відпрацьованих газів на вантажних та легкових автомобілях застосовують електронні системи автоматичного управління економайзером примусового холостого ходу, які призначені для припинення подачі палива в режимі примусового холостого ходу. Електронні системи автоматичного управління підвіскою призначені для регулювання жорсткості підвіски залежно від швидкості, траєкторії руху, інтенсивності гальмування, кута відкриття дросельної заслінки. Під час руху з великою швидкістю по хорошій дорозі жорсткість підвіски збільшується, що зменшує крен автомобіля при поворотах та осіданні при русі з місця, перемиканні передач та гальмуванні [7]. Для забезпечення найменшого гальмівного шляху колеса автомобіля повинні мати ковзання, що відповідає максимальному коефіцієнту зчеплення, що вирішується завдяки антиблокувальним системам. Така електронна антиблокувальна система регулює тиск у гальмівній камері, керуючи клапаном відсічення та клапаном випуску. Через клапан відсічення стиснене повітря подається в гальмівну камеру, а через клапан випуску повітря виводиться з гальмівної камери в атмосферу. 2.7 Система допоміжного електроустаткування Розвиток різних систем автомобіля (рис. 2.7), зумовлений необхідністю підвищення економічності, надійності, комфорту та безпеки руху приводить до неухильного зростання ролі електрообладнання, зокрема електроприводу допоміжних систем. В наш час навіть на вантажних автомобілях встановлюється мінімум 3...4 електродвигуни, але в легкових – 5 і більше, залежно від класу. Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 45 Рисунок 2.7 – Множина різних систем та датчиків автомобіля Електропривод – це електромеханічна система, що складається з електродвигуна (або кількох електродвигунів), передавального механізму до робочої машини та всієї апаратури для керування електродвигуном. Основними пристроями автомобіля, де знаходить застосування електропривод, є опалювачі та вентилятори салону, передпускові підігрівачі, скло- та фароочисники, механізми склопід’йомників, антен, переміщення сидінь тощо. Вимоги до електродвигунів, що встановлюються в тому чи іншому вузлі автомобіля, обумовлені режимами роботи цього вузла. При виборі типу двигуна необхідно порівняти умови роботи приводу з особливостями механічних характеристик різних видів електродвигунів. Прийнято розрізняти такі механічні характеристики двигуна: − природна характеристика – відповідає номінальним умовам включення двигуна, нормальній схемі з’єднань та відсутності будь-яких додаткових елементів у ланцюгах двигуна; − штучні – виходять при зміні напруги на двигуні, включення додаткових елементів у ланцюги двигуна та з’єднання цих ланцюгів за спеціальними схемами. Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 46 Одним з найбільш перспективних напрямків у розвитку електроприводу допоміжних систем автомобіля є створення електродвигунів потужністю до 100 Вт із збудженням від постійних магнітів. Застосування постійних магнітів дозволяє значною мірою підвищити техніко-економічні показники електродвигунів: зменшити масу, габаритні розміри, підвищити ККД. До переваг відносять відсутність обмоток збудження, що спрощує внутрішні з’єднання та підвищує надійність електродвигунів. Крім того, завдяки незалежному збудженню всі електродвигуни з постійними магнітами можуть бути реверсивними. Принцип дії електричних машин із постійними магнітами аналогічний принципу дії машин з електромагнітним збудженням – в електродвигуні взаємодія полів якоря статера створює крутний момент. Джерело магнітного потоку в таких електродвигунах – постійний магніт. Корисний потік, який віддається магнітом у зовнішній ланцюг, не є постійним, а залежить від сумарного впливу зовнішніх розмагнічуючих факторів. Електродвигуни передпускових підігрівачів використовуються для забезпечення надійного пуску ДВЗ при низьких температурах. Призначення електродвигунів передпускових підігрівачів – подача повітря для підтримки горіння в бензинових підігрівачах, подача повітря, палива та забезпечення циркуляції рідини в дизелях. Особливістю режиму роботи цих електродвигунів є те, що за низьких температур їм необхідно розвивати великий пусковий момент і досить функціонувати нетривалий час. Для забезпечення цих вимог електродвигуни передпускових підігрівачів виконуються з послідовною обмоткою і працюють у короткочасному та повторно-короткочасному режимах. Залежно від температурних умов електродвигуни мають різну тривалість включення: при –5...–10°С не більше 20 хв; при –10...–25°С не більше 30 хв; при –25...–50°С не більше 50 хв. Номінальна потужність більшості електродвигунів у передпускових підігрівачах –180 Вт, частота їх обертання дорівнює 6500 хв-1. Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 47 Електродвигуни для приводу вентиляційних та опалювальних установок. Вентиляційні та опалювальні установки призначені для обігріву та вентиляції салонів легкових автомобілів, автобусів та кабін вантажних автомобілів. Дія їх заснована на використанні тепла двигуна внутрішнього згоряння, а продуктивність значною мірою залежить від характеристик електроприводу. Всі електродвигуни такого призначення є двигунами тривалого режиму роботи, що експлуатуються при температурі навколишнього середовища, що дорівнює –40...+70°С. Залежно від компонування на автомобілі опалювальної та вентиляційної установки електродвигуни мають різний напрямок обертання. Ці електродвигуни одно- або двошвидкісні в основному із збудженням від постійних магнітів. За допомогою двошвидкісних електродвигунів опалювальні установки можуть працювати у двох режимах. Частковий режим роботи (режим нижчий швидкості, а отже, і нижчої продуктивності) забезпечується за рахунок додаткової обмотки збудження. Крім опалювальних установок, що використовують тепло ДВЗ, знаходять застосування опалювальні установки незалежної дії. У цих установках електродвигун, що має два вихідні вали, приводить до обертання два вентилятори: один – направляє холодне повітря в теплообмінник, а потім в опалювальне приміщення, інший – подає повітря в камери горіння. Електродвигуни обігрівачів, що застосовуються на цілій низці моделей легкових і вантажних автомобілів, мають номінальну потужність 25...35 Вт. та номінальну частоту обертання 2500...3000 хв-1. До електродвигунів для приводу склоочисних установок пред’являються вимоги забезпечення жорсткої механічної характеристики, можливості регулювання частоти обертання при різних навантаженнях, підвищеного пускового моменту. Це пов’язано зі специфікою роботи склоочисників, що полягає в надійному та якісному очищенні поверхні вітрового скла у різних кліматичних умовах. Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 48 Для забезпечення необхідної жорсткості механічної характеристики використовуються двигуни зі збудженням від постійних магнітів, двигуни з паралельним та змішаним збудженням, а для збільшення моменту та зниження частоти обертання застосовується спеціальний редуктор. У деяких електродвигунах редуктор виконаний як складова частина електродвигуна. І тут електродвигун називають моторедуктором. Зміна швидкості електродвигунів з електромагнітним збудженням досягається зміною струму збудження у паралельній обмотці. В електродвигунах із збудженням від постійних магнітів зміна частоти обертання якоря досягається додатковою установкою щітки. Робота склоочисника при дощі, що моросить, або слабкому снігу ускладнюється тим, що у вітрове скло потрапляє мало вологи. Через це збільшуються тертя і зношування щіток, а також витрата енергії на очищення скла, що може спричинити перегрів приводного двигуна. Періодичність включення на один-два такти та виключення, що здійснюється водієм вручну, незручні, та й небезпечні, оскільки увага водія на короткий час відволікається від керування автомобілем. Тому для організації короткочасного включення склоочисника система управління електродвигуном доповнюється електронним регулятором тактів, який через певні проміжки часу автоматично включає електродвигун склоочисника на один-два такти. Інтервал між зупинками склоочисника може змінюватись у межах 2...30 с. Більшість моделей електродвигунів склоочисників мають номінальну потужність 12...15 Вт і номінальну частоту обертання 2000...3000 хв-1. У сучасних автомобілях набули широкого розповсюдження склоомивачі переднього скла та фароочисники з електричним приводом. Електродвигуни омивачів і фароочисників працюють у повторно-короткочасному режимі та виконуються із збудженням від постійних магнітів, мають невелику номінальну потужність (2,5...10 Вт). Крім перерахованих призначень електродвигуни використовуються для приводу різних механізмів: підйому скла дверей та перегородок, переміщення Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 49 сидінь, приводу антен та ін. Для забезпечення великого пускового моменту ці електродвигуни мають послідовне збудження, використовуються в короткочасному та повторно-короткочасному режимах роботи. У процесі роботи електродвигуни повинні забезпечувати зміну напрямів обертання, тобто бути реверсивними. Для цього в них є дві обмотки збудження, поперемінне включення яких забезпечує різні напрямки обертання. Електропривод з кожним роком знаходить все більше застосування у автомобілях. Вимоги до електродвигунів постійно зростають, що пов’язано з підвищенням якості різних систем автомобіля, безпекою руху, зниженням рівня радіоперешкод, токсичності, підвищенням технологічності виготовлення. Виконання цих вимог зумовило перехід від електродвигунів з електромагнітним збудженням до електродвигунів із збудженням від постійних магнітів. При цьому маса електродвигунів знизилася, а ККД збільшився приблизно в 1,5 рази. Їх термін служби досягає 250...300 тис. км пробігу автомобіля. Електродвигуни опалювальних, вентиляційних та склоочисних пристроїв розробляються на базі 4-ох типорозмірів анізотропних магнітів. Це дозволяє скоротити кількість випускаємих типів електродвигунів та провести їх уніфікацію. Іншим напрямком є застосування у конструкціях електродвигунів ефективних фільтрів радіоперешкод. Для електродвигунів потужністю до 100 Вт фільтри уніфікуватимуться стосовно кожної бази електродвигуна і виконуватимуться вбудованими. Для перспективних електродвигунів потужністю 100...300 Вт розробляються фільтри із застосуванням конденсаторів – прохідних або блокувальних великих ємностей. У разі неможливості забезпечення вимог щодо рівня радіоперешкод за рахунок вбудованих фільтрів намічається застосування виносних фільтрів та екранування електродвигунів. У більш віддаленій перспективі передбачається використовувати безконтактні двигуни постійного струму. Ці двигуни забезпечуються Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 50 статичними напівпровідниковими комутаторами, що заміщають механічний комутатор-колектор, і вбудовані датчики положення ротора. Відсутність щітково-колекторного вузла дозволяє збільшити ресурс електродвигуна до 5 тис. год. і більше, значно підвищити його надійність та знизити рівень радіоперешкод. Проводяться роботи зі створення електродвигунів з обмеженими осьовими розмірами, що необхідно, наприклад, для приводу вентилятора охолодження ДВЗ. У цьому напрямку пошук ведеться шляхом створення двигунів з торцевим колектором, який розташовують сумісно з щітками всередині порожнього якоря, або з дисковими якорями, виконаними зі штампованою або друкарською обмоткою. Також мають продовження розробки спеціальних електродвигунів, зокрема герметизованих електродвигунів передпускових підігрівачів, що необхідно для підвищення надійності та застосування у спеціальних транспортних засобах. 2.8 Класифікація електронних систем автомобілів за функціональним призначенням Всі електронні системи управління за функціональним призначенням можуть бути класифіковані на дві великі групи (рис. 2.8). До першої групи відносяться електронні системи активної дії, до другої – пасивної дії [8]. Активні електронні системи – це системи, що впливають на процес керування автомобілем. До них відносяться системи управління: двигуном; трансмісією та ходовою частиною; рульовим управлінням та тормозною системою. Пасивні електронні системи – це системи, які впливають процес управління, але виконуючі функції забезпечення комфорту та безпеки руху. Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 51 Коробки Двигуни передач Активні Трансмісії Підвіски Рульове Положення управління кузову Електронні Тормозні системи системи Клімат- контроль Пасивні Охоронні Безпеки водія та пасажирів Навігації Контрольно- вимірювальні Рисунок 2.8 – Класифікація електронних систем управління Система управління бензиновим двигуном забезпечує оптимальну його роботу шляхом управління впорскуванням палива, кутом випередження запалення, частотою обертання колінчастого валу двигуна на холостому ходу та проведення діагностики. Система електронного управління дизельним двигуном контролює кількість палива, що впорскується, момент початку упорскування, струм факельної свічки і т.п. Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ 52 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата В електронній системі управління трансмісією об’єктом регулювання є переважно автоматична трансмісія. На базі сигналів з датчиків кута відкриття дросельної заслінки та швидкості автомобіля ЕБУ вибирає оптимальні передавальне число трансмісії та час включення зчеплення [8]. Електронна система управління трансмісією, в порівнянні з застосовуваною раніше гідромеханічною системою, підвищує точність регулювання передавального числа, спрощує механізм управління, підвищує економічність та керованість. Управління ходовою частиною включає управління процесами руху, зміни траєкторії і гальмування автомобіля. Вони впливають на підвіску, кермо і гальмівну систему, забезпечують підтримку заданої швидкості руху. Системи управління трансмісією та ходовою частиною умовно можуть бути поділені на 3 підгрупи [8]: 1. Управління початком руху: − (EDS (Elektronische Differenzialsperre) – електронне блокування диференціалу (EDL); − ASR (Antriebsschlupfregelung) – протибуксувальна система (TCS); − M-ABS (Motoreingriff-Antiblockiersystem (erweitertes Antiblockier- system)) – антиблокувальна функція, що реалізується через керування двигуном (розширення ABS); − HHC (Hill Hold Control) – асистент торкання на підйомі (HSA); − AUTO HOLD – функція автоматичного включення гальма стоянки; − DAA (Dynamische Anfahrassistent) – асистент рушання з місця; − HSA (Hill Start Assistent) – асистент торкання на підйомі (ННС). 2. Управління у процесі руху: − ACC (Adaptive Cruise Control) – адаптивний круїз-контроль; − EDS (EDL); − ASR; Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 53 − ESP (Elektronisches Stabilisierungs programm) – електронна система підтримки курсової стійкості (AHS, DSC, PSM, VDC, VSC, ESC, VSA); − MSR (Motorschleppmomentregelung) – асистент гальмування двигуном; − BSW (Rain Brake Support) – система підсушування гальм; − M-ABS; − DSR (Driver-Steering Recommandation) – асистент корекції керма; − ROP (Roll Over Programm) – система запобігання перекиданню (ARP); − HDC (Hill Descent Control) – помічник руху на спуску; − TSA (Trailer Stabilisation Assistent) – функція стабілізації автоїзди; − EBV (Elektronische Bremskraftverteilung) – електронний регулятор розподілу гальмівних сил; − EVO (Electronic Variable Orifice) – електронне регулювання гідропідсилювача; − AFS (Active Front Steering) – система активного кермового управління. 3. Управління гальмуванням: − ABS; − EBV; − CBC (Corner Brake Control) – система стабілізації гальмування при повороті (ESBS); − GMB (Giermomentbeeinflussung) – система впливу на розгортаючий момент (GMA); − HBA (Hydraulischer Bremsassistent) – гідравлічний гальмівний асистент; − HBV (Hydraulische Bremskraftverstärkung) – гідравлічний підсилювач гальм; − HVV (Hinterachsvollverzögerung) – система уповільнення задніх коліс; − FSA (Front Scan Assist) – сканування простору перед автомобілем (FA); − ESP; Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 54 − FBS (Fading Brake Support) – компенсація падіння ефективності гальм при нагріванні (Overboost); − EPB (Elektrische Parkbremse) – електромеханічне гальмо. Управління обладнанням салону покликане підвищити комфортабельність та споживацьку цінність автомобілю. З цією метою використовується кондіціонер повітря, електронна панель приладів, мутифункціональна інформаційна система, компас, фари, склоочисник з переривчастим режимом роботи, індикатор згорвіших лапм, пристрій виявлення перекод при русі заднім ходом, склопід’йомники, сидіння зі змінним положенням. Електронні системи безпеки містять протиугонні пристрої, апаратуру зв’язку, центральне блокування замків дверей, режими безпеки тощо [8]. Бортові системи контролю сучасних транспортних засобів створені на основі ЕБУ. Всі ЕБУ за функціональним призначенням класифікуються на три основіні системи управління: двигуном; трансмісією та ходовою частиною; обладнанням салону та безпекою автомобіля (рис. 2.9). Електронний блок управління Трансмісією та Обладнанням салону Двигуном ходовою частиною те безпекою авто Рисунок 2.9 – Класифікація електронних блоків управління Сьогодні широко використовуються два типи управління електронними системами автомобілей (рис. 2.10.) Збільшення обсягів функції управління автомобілем, які переються електроніці, привело до появи тких додаткових систем як ABS, SRS, AT, Immobilaser та ін. Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 55 Тип системи управління Роздільна (один CAN (Controller Area ЕБУ – одна система) Network-диспетчер мережевоої ділянки) Рисунок 2.10 – Типи систем управління Суміщення цих функцій в одному блоці ЕБУ призвело до його громізкості та надто великій складності, а також до втрати надійності, коли вихід з ладу однієї системи може призвести до втрати керованістю усього транспортного засобу. Тому виробники підійшли до цього питання шляхом розподілу функцій управління і виділення всіх систем в окремі блоки [2, 8]. Для того щоб пов’язати всі системи в єдине ціле для вирішення загальних завдань управління автомобілем, використовується система Controller Area Network (CAN), особливістю якої є те, що різні ЕБУ та пристрої з’язані єдиною бортовою комунікаційною мережею [8]. Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 56 3 ОГЛЯД СУЧАСНИХ МЕТОДІВ ДІАГНОСТИКИ АВТОМОБІЛІВ Поступово і відносно недавно діагностика двигуна вийшла на перший план, що сталось завдяки безперервному вдосконаленню і ускладненню конструкції самого двигуна та всіх його систем. В минулому моторний агрегат був відносно простим: запалення контактне, живлення карбюраторне, та і механіка двигуна без особливих тонкощів, що не вимагало особливо складної і дорогої апаратури для пошуку несправностей. Тому цілком вистачало компресометра й стробоскопа, до яких пізніше додалися газоаналізатор для паливоповітряной суміші і стетоскоп для прослуховування шумів двигуна [11]. Такий набір був достатнім, поки повсюдне посилювання норм токсичності вихлопу не змусило відмовитися від карбюраторів. Системи паливоподачі і запалення стали електронними, з’явився ЕБУ (бортовий комп’ютер) з інформаційною базою у вигляді датчиків витрат, тиску та температури повітря, детонації, положення колінчастого і розподільного валів, а також куту відкриття дросельної заслінки. Подальші кроки в боротьбі за екологію виглядали ще серйознішими: застосування 3-компонентних нейтралізаторів вихлопних газів, введення так званого лямбда-регулювання (зворотний зв’язок за кількістю кисню у вихлопних газах), управління системою рециркуляції вихлопних газів, інжектування до системи вихлопу вторинного повітря, уловлювання пари палива [9]. Зрозуміло, що все це було досягнуто шляхом значного ускладнення електронних систем управління. 3.1 Класифікація сучасних методів діагностики автомобілів Зважаючи на стрімкий розвиток автомобільних технологій останніми роками значно збільшилася кількість автомобілів, оснащених найскладнішими електронними системами. До таких систем та елементів належать: системи керування впорском палива та запалювання, антиблокувальна система гальм, система курсової стійкості (противозаносна), система допомоги водію при Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 57 екстреному гальмуванні, система елементів пасивної безпеки, антипробуксовочна систем, адаптивний круїз-контроль тощо. Сьогодні електроніка і мікропроцесорний контроль відіграє значну роль в автомобілі й все тісніше перетинається з механікою. При цьому справність її роботи – один з найважливіших чинників, які визначають безпеку водія та його пасажирів на дорозі. Поява таких сучасних систем як управління двигуном, електронних систем стабілізації руху і гальм, систем безпеки та комфорту, принципово змінили методику діагностування автомобілів. Як правило, серед систем контролю та регулювання параметрів роботи агрегатів і систем автомобіля виокремлюють три групи: чутливі елементи (датчики), системи аналізу та вироблення команд (контролери) і виконавчі механізми. Датчики реєструють ті чи інші параметри роботи агрегату або системи (обороти коленвала, витрати палива, обороти та крутні моменти на валах і колесах і т.д.) [9]. Ці дані відправляються для аналізу до контролерів, де виробляються відповідні команди, що розсилаються по виконавчих пристроях (механізмах). Виконавчі механізми безпосередньо впливають на роботу агрегату або системи (змінюють подачу палива і повітря, тиск у каналах гальмівної системи тощо). Як правило, в першу чергу виходять з ладу датчики (особливо у вітчизняних машинах), а потім виконавчі механізми. Діагностування сьогодні значно відрізняється, від того, що було ще 10-20 років назад. Висока надійність сучасної автомобільної електроніки привела до скорочення числа простих дефектів, що легко виявляються ремонтниками на станціях технічного обслуговування. Варто відмітити, що на сучасних автомобілях іноді досить важко зафіксувати і сам факт наявності несправності [11]. З іншого боку, якщо спостерігається несправність, можна вказати багато ймовірних причин її появи, що ускладнює проблему діагностики сучасних автомобілів. Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 58 На сучасних автомобілях діагностика основних робочих схем проводиться постійно при безпосередній експлуатації автомобіля. Це відбувається завдяки вбудованим засобам технічного діагностування (датчикам). Вони дають змогу водію постійно контролювати стан гальмівної системи, витрату палива, токсичність відпрацьованих газів тощо, а також обрати найекономічніші й безпечні режими роботи автомобіля чи своєчасно припинити рух у разі аварійної ситуації [9]. На практиці на станціях технічного обслуговування процес діагностики займає близько години і його можна умовно розділити на 7 етапів: − зовнішній огляд автомобіля; − перевірка гальмівної системи; − перевірка амортизацій та підвіски автомобіля; − перевірка рульового управління автомобіля; − огляд автомобіля знизу; − перевірка світла; − діагностика електронних пристроїв автомобіля; − аналіз відпрацьованих газів на газоаналізаторі й димовимірювачі. Для проведення комп’ютерної діагностики автотранспорту використовується найдосконаліше і високоточне обладнання, завдяки чому отримані дані максимально точні і їх можна порівнювати з базовими, для того щоб зробити висновок про необхідність ремонтних робіт. Така процедура стала дуже затребуваною в сучасному світі, оскільки дозволяє людині, яка купує потриману машину дізнатися про її стан практично все, і навіть найдрібніші подробиці, що насилу зможе визначити навіть професіонал, який не має спеціалізованого обладнання [11]. На рис. 3.1 наведена класифікація методів діагностування технічного стану транспортних засобів, агрегатів, які характеризуються фізичною сутністю та способом вимірювання діагностичних параметрів, найбільш прийнятних для використання залежно від задачі діагностування [21]. Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 59 Методи діагностування автомобіля За геометричними За вихідними параметрами параметрами (зазор, люфт, За параметрами супутніх експлуатаційних вільний хід, кути процесів властивостей встановлення управляємих колес) Тягово-економічні показники (сила тяги на Герметичність робочих об’ємів провідних колесах, пробіг, витрата пального) Інтенсивність тепловиділення Гальмівна ефективність (гальмівні сили, час спрацьовування приводу, гальмівний шлях) Параметри коливальних процесів: зміна Ходові властивості (бічні сили на керованих напруги в електричних ланцюгах; рівень колесах) вібрації; пульсація тиску у тропроводах Шкідливий вплив на оточуюче середовище (токсичність відпрацьованих газів, Фізико-хімічний склад відпрацьованих димність, шум) експлуатаційних матеріалів Рисунок 3.1 – Класифікація видів діагностики Метод діагностування за параметрами робочих процесів, полягає у встановленні технічного стану автомобіля за динамікою зміни параметрів експлуатаційних властивостей, наприклад, зміна тиску впорскування палива, час розгону до заданої швидкості, час до повної зупинки при гальмуванні тощо. Такі показники безпосередньо характеризують стан агрегатів та вузлів транспортних засобів. Вимірювані цим методом параметри утворюють множину внутрішніх параметрів та множину вихідних параметрів об’єкта діагностування [21]. Методи цієї групи базуються на імітації швидкісних та навантажувальних режимів роботи автомобіля, визначенні за заданих умов вихідних параметрів та порівнянні їх кількісних значень з еталонними. Діагностування проводиться з Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 60 використанням стендів із біговими барабанами або безпосередньо у процесі роботи автомобіля. Методи широко застосовують для загальної оцінки технічного стану автомобілів та агрегатів. До методів діагностування за параметрами супутніх процесів належать [21]: − методи діагностування за герметичністю робочих об’ємів, що полягає у створенні в контрольованому обсязі надлишкового тиску (або розрідження) та оцінці інтенсивності його зниження. Таким методом діагностують циліндро- поршневу групу двигуна, пневматичні приводи гальм, щільність прилягання клапанів та ін; − тепловий метод, який полягає у визначенні параметрів, що характеризують кількість теплоти, яка виділяється в результаті перебігу процесів згоряння, роботи сил тертя при заданих швидкісному та навантажувальному режимах. Такими параметрами можуть бути температура нагрівання, швидкість зміни. Метод застосовується для діагностування двигуна, агрегатів трансмісії, підшипникових вузлів, проте широкого застосування на автомобільному транспорті не знайшов; − методи діагностування вузлів та систем за параметрами коливальних процесів, які широко використовують при створенні засобів технічного діагностування автомобілів. Серед них виокремлюють: методи оцінки коливань напруги, струму, електричного опору в електричних ланцюгах (на цій основі створені мотор-тестери), параметрів віброакустичних сигналів, що отримуються при роботі зубчастих зачеплень, клапанних механізмів, підшипників тощо; пульсації тиску в гідравлічному акумуляторі та трубопроводах (на цій основі створені дизель-тестери для діагностування дизельної паливної апаратури); − методи, що оцінюють стан вузлів та агрегатів з фізико-хімічного складу відпрацьованих газів та експлуатаційних матеріалів. Наприклад, найпростіший експрес-аналіз відпрацьованої олії на забруднення, спектральний аналіз проб масел, в результаті проведення якого за наявності та концентрації Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 61 різних хімічних елементів в маслі можна встановити працездатність окремих вузлів та сполучення агрегату. Група методів за геометричними параметрами включає методи, що оцінюють стан машини за герметичністю робочих об’ємів, ступеня зносу циліндро-поршневої групи двигуна, працездатності пневматичного приводу гальм, щільності прилягання клапанів та ін. шляхом створення в контрольованому обсязі надлишкового тиску або, навпаки, розрідження, а також визначальні інтенсивність падіння тиску (розрідження). Метод діагностування за структурними (геометричними) параметрами, що безпосередньо характеризують стан вузлів та агрегатів транспортних засобів ґрунтується на об’єктивній оцінці геометричних параметрів (зазор, люфт, вільний хід, усунення тощо). Метод застосовується, коли зазначені параметри доступні для безпосереднього вимірювання. Технічний стан встановлюється за зазорами у сполученнях, значеннях регульованих параметрів тощо. Відповідно до класифікації параметрів діагностування, вимірювані цим методом параметри утворюють підмножину внутрішніх та вихідних параметрів [21]. Структурні параметри, що змінюються в процесі експлуатації машин, оцінюють різними діагностичними методами, які можна поєднати у дві групи: − що вимагають повного або часткового розбирання; − вузли, які дозволяють без розбирання оцінити технічний стан. Методи першої групи дуже трудомісткі. По впливу на досліджуваний об’єкт методи другої групи розділяють на контактні і безконтактні. 3.1.1 Візуальна діагностика Діагностика автомобіля – це перевірка, що дозволяє визначити технічний стан машини без потреби її розбирати. Діагностування автомобіля проводиться для того, щоб виявити будь-які несправності, визначити причини їх появи, а також встановити безвідмовний термін служби. Для автомобільної діагностики використовуються всілякі засоби Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 62 і методи, які здатні по температурі, вібрації, шуму або витраті палива визначити не тільки технічний стан, але і працездатність авто в цілому, а також усіх його механізмів агрегатів. Діагностика як правило, виконується перед ТО-1 і ТО-2 і в процесі його, визначають технічний стан агрегатів та вузлів, які забезпечують безпеку руху й придатність автомобіля до експлуатації [20]. Візуальна діагностика – включає в себе зовнішній огляд вузлів і агрегатів, перевірку на предмет цілісності електропроводки та обладнання. Слуховий контроль на предмет відсутності сторонніх шумів, стуків і перевірку за допомогою нюху. 3.1.2 Технічна діагностика Технічна діагностика – це галузь знань, що досліджує технічні стани об’єктів діагностування і прояви технічних станів, розробляє методи їх визначення, а також принципи побудови та організацію використання систем діагностування [9, 10]. Технічне діагностування – процес визначення технічного стану об’єкта діагностування з певною точністю, що сприяє [20]: − підвищенню надійності автомобілів за рахунок своєчасного призначення впливів ТО або ремонту та попередження виникнення відмов та несправностей; − підвищенню довговічності агрегатів, вузлів за рахунок скорочення кількості часткових розборок; − зменшенню витрат запасних частин, експлуатаційних матеріалів і трудових витрат на ТО і ремонт за рахунок проведення останніх за потреби на підставі даних діагностування, проведеного, як правило, планово. При діагностиці для оцінки технічного стану автомобіля (агрегату) використовують так звані вихідні процеси функціонуючого механізму. Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 63 Розрізняють робочі вихідні процеси (наприклад, споживання або віддача потужності, витрата палива, теплообмін із зовнішнім середовищем) і супутні (наприклад, шуми, вібрації, світлові явища і т.д.). Кожен з вихідних процесів кількісно оцінюється з допомогою відповідних параметрів (наприклад, віддача потужності може бути оцінена відповідної величиною, темпом її зростання). Між структурними параметрами і параметрами вихідних процесів існує функціональний зв’язок, завдяки чому за значеннями останніх можна досить повно оцінити технічний стан автомобіля (агрегату), якість його функціонування. Номінальним значенням структурних параметрів відповідають номінальні значення параметрів вихідних процесів. У міру погіршення технічного стану автомобіля (агрегату) параметри вихідних процесів або збільшуються (наприклад, вібрації, витрата палива), або зменшуються (тиск масла). Граничне значення параметра вихідного процесу свідчить про несправний стан автомобіля, визначає необхідність ТО або ремонту. Знаючи характер, темп зміни параметра вихідного процесу та його граничне значення, можна визначити ресурс роботи автомобіля до чергового ТО або ремонту. Параметри вихідних процесів на відміну від структурних зазвичай вимірюються безпосередньо на працюючому автомобілі і використовуються для визначення його технічного стану без розбирання [20]. Для проведення діагностики функціональних систем автомобіля застосовують спеціальні прилади та стенди стаціонарні або портативні. Один стенд може бути використаний для визначення декількох параметрів автомобіля і відповідно для перевірки декількох систем. Вони можуть бути розташовані у відділенні діагностики або знаходитися на борту автомобіля, включаючи датчик та приймач із виводом інформаційного виводу у зручній для сприйняття формі. Засоби технічного діагностування (ЗТД) представляють собою технічні пристрої, призначені для вимірювання кількісних значень діагностичних параметрів. До їх складу входять такі основні елементи: − пристрої, що задають тестовий режим; Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 64 − датчики, що сприймають діагностичні параметри і перетворюють їх в сигнал, зручний для обробки або безпосереднього використання; − вимірювальний пристрій і пристрій відображення результатів (стрілочні прилади, цифрова індикація, екран осцилографа). Крім того, ЗТД можуть включати в себе пристрої автоматизації завдання і підтримки тестового режиму, вимірювання параметрів і автоматизований логічний пристрій, що здійснює постановку діагнозу. Зовнішні ЗТД включають в себе прилади та стенди, що не входять до конструкції автомобіля, в залежності від їх розташування та технологічного призначення можуть бути стаціонарними або переносними. Стаціонарні стенди встановлюються на фундаменти, як правило, в спеціальних приміщеннях, обладнаних відсмоктуванням відпрацьованих газів, вентиляцією, шумоізоляцією. Переносні прилади використовуються як у комплексі зі стаціонарними стендами, так і окремо для локалізації та уточнення несправностей на спеціалізованих ділянках і постах ТО і ремонту [20]. Вбудовані (бортові) ЗТД входять в конструкцію автомобіля датчики, пристрої вимірювання, мікропроцесори та пристрої відображення діагностичної інформації. Найпростіші вбудовані ЗТД – це традиційні прилади на панелі перед водієм, номенклатура яких на сучасних авто постійно розширюється за рахунок введення нових ЗТД, особливо електронних, які все ускладнюються і забезпечують контроль за станом елементів конструкції автомобілів. Більш складні вбудовані ЗТД дозволяють водієві постійно контролювати стан елементів приводу та робочих механізмів гальмівної системи, витрати палива, токсичності відпрацьованих газів у процесі роботи і вибирати найбільш економічні і безпечні режими руху автомобіля або своєчасно припиняти рух при виникненні аварійної ситуації [9, 20]. В даний час проводяться дослідження з розробки нових і вдосконалення існуючих методів діагностування стосовно ускладнених конструкцій автомобілів, зміни елементної бази мікроелектроніки та мікропроцесорної Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 65 техніки. Одна і та ж діагностична ознака найчастіше може бути встановлена за допомогою декількох методів діагностування. Питання вибору найбільш доцільного з них в кожному конкретному випадку вирішується з урахуванням: рівня інформативності і точності, ступеня універсальності методу діагностування, трудомісткості діагностування та різних організаційно- економічних чинників [20]. Електрообладнання автотранспортного засобу (АТЗ) являє комплекс електромеханічних пристроїв, електричних апаратів, електронних блоків, датчиків та виконавчих механізмів, поєднаних в електричні системи (електромеханічні, електронні, мікропроцесорні). Таким чином, перелік діагностичних параметрів електрообладнання АТЗ складається з параметрів електричних сигналів (сила струму, значення напруги, частота, скважність та тривалість періодичних сигналів), електричних кіл (опір, ємність, індуктивність) та параметрів неелектричних величин (зазори між контактними парами, пружність притискних пружин, щільність електроліту, частота обертання) [10, 20]. Електричні вимірювання електричних величин (апаратні методи) виконують контактним (гальванічним) або безконтактним способом, за допомогою перетворювачів електромагнітної енергії (датчиків електричних величин) та електричних вимірювальних приладів (вольтметрів, амперметрів, частотомірів, осцилографів, омметрів). Електричні вимірювання неелектричних величин (апаратні методи) виконують тільки за допомогою перетворювачів неелектричної величини (впливу) до електричної (сигналу, параметру). Такі перетворювачі називають датчиками неелектричних величин (датчики температури, тиску, переміщення). Реєстрація неелектричної величини, в такому разі, здійснюється непрямо на підставі показань електричних індикаторів (вимірювальних приладів). Неелектричні вимірювання неелектричних величин (інструментальні методи) виконують за допомогою вимірювального інструменту та вимірювальних Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 66 пристроїв безпосередньої оцінки (щупи, динамометри, термометри, манометри, ореометри). Неелектричні (механічні, гідравлічні, пневматичні, оптичні) пристрої та системи, в більшості випадків, діагностуються за допомогою електричних вимірювальних систем з використанням датчиків неелектричних величин. Більшість приладів діагностування електрообладнання АТЗ будуються на базі електричних вимірювальних приладів загального застосування. Для тестування електронних блоків та систем, у якості імітаторів періодичних сигналів використовуються електронні релаксатори, які будуються на базі вимірювальних генераторів [20]. Адаптація універсальних вимірювальних приладів загального застосування до діагностування електрообладнання АТЗ з одного боку спрощує конструкцію (схемне рішення) приладу (за рахунок обмежених діапазонів вимірюваних параметрів), з іншого – підвищує витрати на їх реалізацію (за рахунок специфіки зняття і аналізу діагностичних параметрів). Слід додати, що для підключення автомобільних вимірювальних приладів, в ряді випадків, застосовуються спеціальні вимірювальні адаптери (зонди, термопари, безконтактні датчики струму, високовольтні подільники напруги). 3.1.3 Комп’ютерна діагностика Комп’ютерна діагностика дозволяє визначити несправність з високою точністю за наявності відповідного обладнання. Діагностика за допомогою комп’ютерної техніки виконується або мобільним сканером, або комп’ютером із спеціальним адаптером. Особливої різниці у застосуванні обладнання немає. Єдине, що мобільність дозволяє визначити несправність, яка виявляється в динамічних режимах тобто в русі. Також якість діагностики як послуги залежить від знання пристрою та роботи конкретної системи [20]. Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 67 На сучасних автомобілях можуть використовуватись десятки різноманітних комп’ютерних систем: системи керування бензиновими, дизельними та тазовими двигунами; системи електронного керування коробками перемикання передач; антиблокувальні гальмівні системи (АВS); системи керування тяговим зусиллям (АSR); протибуксувальні системи (ТSC), системи стабілізації руху автомобіля (ЕSР); системи керування подушками безпеки (Airbag), системи клімат-контролю (Climatronic) та багато ін. При виявленні підсистемами діагностики дефектів і збоїв у функціонуванні автомобільних електронних систем відповідна інформація зберігається у спеціальних ділянках пам’яті блоків управління. При діагностиці автомобіля інформація, збережена до пам’яті блоків керування, зчитується за допомогою спеціального інтерфейсу, що забезпечує швидкий і надійний пошук та усунення несправностей. В даний час інтегровані підсистеми діагностики в блоках управління транспортних засобів є стандартним компонентом електронних автомобільних систем. Алгоритми контролю підсистем діагностики перевіряють вхідні і вихідні сигнали електронних компонентів при експлуатації автомобіля. Крім того, вся система перевіряється на наявність збоїв в роботі і похибок. 3.1.4 Діагностування гальмівних систем Справність гальмівної системи – один з найважливіших факторів, що визначають безпеку водія та його пасажирів на дорозі. Діагностування гальмівних систем є обов’язковим елементом планового ТО автомобілів. Перевірку гальмівної системи необхідно проводити після кожних 50 000 км пробігу, не рідше, ніж 1 раз на 2 роки [9]. Відмова гальмівних механізмів під час руху автомобіля приводить, як правило, до аварійних ситуацій, які ведуть до загибелі водія і пасажирів, незворотної руйнації техніки. Зміна технічного стану гальмівних механізмів протікає поступово. Результатом поступової зміни є раптова відмова у процесі Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 68 регулярної ТЕ, зокрема при ТО-1, не діагностуються основні зношувані елементи гальмівних механізмів та приводів до них [10]. Діагностування гальмівних систем здіснюють двома методами: ходовими випробуваннями і стаціонарними на спеціальних стендах. При ходових випробуваннях гальм їх ефективність перевіряють на довжині шляху гальмування і при максимальному (чи середньому) уповільненні [9]. Інструментальна оцінка загального стану гальмівних систем проходить за параметрами уповільнення, зусилля і дії шляху гальмування. Для визначення уповільнення застосовуються механічні деселерометри. Шлях гальмування автомобіля вимірюється на стендах з біговими барабанами з оцінки тягово-динамічних якостей. Дія стоянкової гальмівної системи перевіряють при ТО-1 у разі необхідності її регулюють. Необхідність в регулюванні виникає у ипадку, коли забезпечується повне гальмування автомобіля на ухилі або при випробуванні його на стенді. Повноцінна діагностика гальм реально можлива лише на стендових випробуваннях. Для стендових випробувань встановлено такі параметри [9]: − загальна питома гальмівна сила; − час спрацьовування гальмівний системи; − коефіцієнт нерівномірності гальмівних сил коліс осі. Додаткові параметри для автопоїздок: − коефіцієнт сумісності ланок автопоїздок; − асинхронність часу спрацьовування гальмівного приводу. Ще одним діагностичним параметром є зусилля робочому органу приводу гальмівний системи. Сьогодні є кілька методів випробування і деяких видів стендів: − випробування на силових роликових гальмівних стендах; − випробування на інерційних роликових гальмівних стендах; Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 69 − випробування на платформенних гальмівних стендах. Силовий роликовий гальмівний стенд. Діагностику гальм здійснюють, вимірюючи діагностичні параметри, що визначають технічний стан як всієї системи в цілому, так і її елементів. Частина діагностичних параметрів характеризує стан окремих елементів гальм, а частина – загальну ефективність гальмівної системи в цілому. За допомогою елементних параметрів (хід педалі гальма, залишковий тиск в системі гідроприводу, зазор між колодками та барабаном та ін.) здійснюють поглиблену діагностику на рівні механізмів і деталей. Діагностику гальм починають з перевірки показників їх ефективності [9]. Силові роликові гальмівні стенди (рис. 3.2) можуть мати гідравлічний, пневматичний або механічний привід. Недоліком статичного способу діагностики гальм є неточність результатів, пов’язана з тим, що при цьому не відтворюються умови реального динамічного процесу гальмування. Рисунок 3.2 – Роликовий гальмівний стенд IW2 Eurosystem В даний час силовий метод діагностики гальм в динаміці є найбільш поширеним. До складу будь-якого роликового стенда входять дві основні частини: опорно-привідний пристрій і вимірювальний пристрій. Роликові стенди хороші для автомобілів з приводом на одну вісь. Для повнопривідних автомобілів така Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 70 перевірка може дати істотну похибку, пов’язану з особливостями їх трансмісій. Повнопривідні машини бувають з постійним приводом і можливістю вимкнути їх другу вісь. У другий випадку необхідно відключити повний привід. Найбільшу складність представляють машини з постійним повним приводом. Для запобігання цієї помилки під час роботи з повнопривідними автомобілями застосовується система, у якій барабани обертаються врізнобіч. При цьому вал трансмісії залишається нерухомим, а обертання коліс відбувається без урахування дії диференціала. Замірів у цьому випадку слід робити два, оскільки дія гальм під час обертання коліс уперед і у зворотному напрямку може різнитися. Тому спочатку вимірюється гальмівний момент на одному колесі, а потім на другому. Досягнення більшої точності вимірювання застосовують спеціальний датчик сили на педаль гальма [9]. Гальмівні стенди можуть працювати у діапазоні температур від –30 до+50°С, що дозволяє користуватися ними в неопалюваних приміщеннях та на відкритих ділянках з навісом. Недолік роликових стендів – це те, що пляма контакту шини з роликом щодо невеликого діаметра суттєво відрізняється від плями контакту на своєму шляху по рівному асфальту. Відповідно, і виведені результати вимірвання нижчі реально досяжних. Тому на таких стендах застосовуються по два ролика під кожне колесо [9, 11]. З огляду на велику вартість самого стенду, недостатню безпеку, трудомісткість і дуже великий час, потрібний на діагностику, стенд рентабельний лише за умов великих СТО. 3.2 Класифікаційні ознаки Засоби діагностування можна розрізняти за декількома класифікаційними ознаками (рис. 3.3). В технічному завданні на розробку, спочатку визначають функціональне призначення діагностичного засобу та його категорію, що комплексно Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 71 характеризує конструкцію або композицію і прив’язку засобу до об’єкту діагностики. Потім уточнюють конструктивні атрибути та функціональне наповнення засобу діагностики. Далі розглядається клас (марки) транспортних засобів або їх складових (систем, агрегатів) для визначення переліку діагностичних параметрів, які підлягають аналізу, діапазонів та умов їх вимірювання (реєстрації) [3]. Рисунок 3.3 – Класифікаційні ознаки засобів комп’ютерної діагностики автомобілів Перелічені ознаки є підставою для складання ідентифікаційних кодів в каталогах продукції, що реалізується. За першою ознакою розрізнюють наступні категорії діагностичного засобу (рис. 3.4). Діагностичний прилад – засіб діагностики, в якому вимірювання та реєстрація (індикація) діагностичного параметру (електричного або неелектричного) реалізується електричним способом. Діагностичний пристрій – засіб діагностики, який входить до складу діагностичного приладу (стенду, комплексу), виконує певні функції перетворення, але не має операторської периферії (органів керування та індикаторів) [3]. Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 72 Рисунок 3.4 – Категорійна підпорядкованість засобів комп’ютерної діагностики автомобілів Діагностичне обладнання – засоби діагностики, які встановлюються на борту транспортного засобу або інтегровані в його агрегати чи системи (входить до складу транспортного засобу). Діагностичне устаткування – засоби діагностики, які використовуються за межами борта транспортного засобу (не входить до складу транспортного засобу). Діагностична установка – засіб діагностики, за допомогою якого активізується (стимулюється) об’єкт діагностики з метою проведення перевірок. Діагностичний стенд – стаціонарне конструктивне (в стаціонарному виконанні) та функціональне поєднання діагностичної установки з діагностичними приладами. Діагностична система – засіб діагностики, в якому реалізоване поєднання діагностичного обладнання та устаткування на функціональному (програмному) та апаратному рівні [3]. Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 73 Діагностичний інструмент – простий неелектричний засіб діагностики, який призначено для вимірювання (реєстрації) неелектричного діагностичного параметру або налаштування вузлів та агрегатів. Діагностичний комплекс – функціонально пов’язане діагностичне устаткування до складу якого входять діагностичні стенди та прилади різного призначення (діагностичні пости, лінії) [3]. За функціональним призначенням прилади та діагностичне устаткування для автомобільних транспортних засобів (АТЗ) можна поділити на функціональні групи (рис. 3.5). Рисунок 3.5 – Класифікація електричних засобів діагностування АТЗ за призначенням Стосовно традиційних (основних) систем електрообладнання АТЗ можна визначити прилади, які використовуються для діагностування певних пристроїв та систем електрообладнання й універсальні діагностичні прилади. До певної групи належать прилади спеціального призначення [3]: − стробоскопи для діагностування автоматів випередження запалювання; Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 74 − реглоскопи – для контролю та регулювання світлових потоків фар головного освітлення; − тестери акумуляторної батареї – для визначення технічного стану акумуляторної батареї. До універсальних приладів, які можуть застосовуватися для діагностування будь-якої електричної системи, слід віднести комбіновані вимірювальні прилади (автотестери) та автомобільні сцилографи. До цієїж групи можна віднести імітатори сигналів датчиків електронних систем автомобіля. Якщо діагностування електромеханічних агрегатів проводиться в знятому з автомобіля стані, можуть застосовуватися спеціальні випробувальні стенди для імітації механічних впливів на пристрій. Процес діагностування механічних систем автомобіля зазвичай потребує використання випробувальних стендів для імітації дорожніх умов автомобіля та вимірювальних комплексів для реєстрації неелектричних діагностичних параметрів. Варто зазначити, що ДВЗ за функціональним складом являє сукупність механічних та електричних систем, і тому прилади для діагностування ДВЗ (мотор-тестери) розглядаються, як комплекс вимірювальних приладів електричних та неелектричних параметрів систем ДВЗ. При цьому передбачається вимірювання діагностичних параметрів на робочих режимах ДВЗ [3]. 3.3 Функціональність засобів діагностики автомобілів За функціональним наповненням засоби діагностики можна поділити на окремі групи: найпростіші, спеціалізовані, спеціальні, універсальні, комбіновані, комплексні [3]. До найпростіших засобів відносять вимірювальні прилади безпосередньої оцінки (амперметр, вольтметр, омметр), пристрої (індикатор, пробник) і підручні засоби (перемичка, клемник). Спеціалізовані прилади та установки призначені для діагностування і регулювання окремих елементів систем електрообладнання. Такі прилади мають Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 75 цілком визначену функцію за призначенням (реглоскоп, навантажувальна вилка, дефектоскоп обмоток). Більш широкі функціональні можливості мають спеціальні стенди та прилади, що використовуються для діагностування елементів та агрегатів окремих систем в майстернях (стенд перевірки елементів системи запалювання СПЗ, прилад перевірки елементів системи контрольно- вимірювальних приладів) [3]. Для діагностування будь-якої електричної системи за параметрами електричних сигналів та кіл використовуються універсальні вимірювальні прилади загального призначення (осцилографи, мультиметри, генератори) та автомобільні універсальні прилади (автомобільні осцилографи, автотестери, імітатори сигналів). Комбіновані засоби діагностики – прилади та стенди, які виконують функції декількох спеціальних приладів (мотор-тестери). Комплексні засоби діагностики (діагностичні комплекси) – програмноапаратні засоби та діагностичне устаткування, що призначені для контролю комплексу діагностичних параметрів автомобіля (пости і лінії діагностики). Відтак, визначимо переважні конструкційні атрибути засобу діагностики для визначених умов (місця) проведення діагностичних робіт. На борту автомобіля в стаціонарних умовах перевага надається переносним універсальним приладам з цифровими індикаторами, які мають автономне живлення чи підключаються до акумуляторної батареї транспортного засобу [3]. На борту при русі автомобіля використовуються універсальні та комбіновані прилади комп’ютерної периферії, що комунікують з бортовою діагностичною системою. В таких приладах на відміну від попередньої групи виправдано застосування моніторних засобів індикації. В умовах діагностичного поста є можливість використання діагностичних комплексів стаціонарного або пересувного базування, прилади яких мають широку функціональність й операторську периферію (індикатори та органи Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 76 керування). Живлення діагностичних комплексів передбачається від промислових мереж напруги та стисненого повітря. В умовах електровідділеня, як правило, використовуються спеціальні діагностичні стенди в стаціонарному та настільному виконанні та спеціалізовані прилади, які живляться від напруги промислової мережі. В такому діагностичному устаткуванні достатньо обмежитись використанням стрілочних та світлосигнальних індикаторів [3]. В умовах дільниці відновлення електронних блоків виправдано використання універсальних вимірювальних приладів з штатними індикаторами, які живляться від напруги промислової мережі. Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 77 4 АНАЛІЗ ІСНУЮЧИХ ЗАСОБІВ КОМП’ЮТЕРНОЇ ДІАГНОСТИКИ ЕЛЕКТРОННИХ СИСТЕМ АВТОМОБІЛІВ В авто, випущених в минулому столітті, у більшості випадків взагалі немає електронних блоків діагностики, у більш пізніх автомобілях такий блок тільки один і відповідає за роботу двигуна. В сучасних авто таких систем може бути до десятка (системи управління двигуном, трансмісією, підвіскою, комфортом тощо). Їх кількість залежить від марки автомобіля [9]. Кожна електронна система містить унікальну інформацію про контрольований вузол. Комп’ютерна діагностика автомобіля є процесом визначення стану його електронних систем, за допомогою спеціальних засобів контролю, які підключають до нього безпосередньо. Комп’ютерна діагностика проводиться на всіх пристроях, керованих ЕБУ (клімат-контроль, електропідсилювач керма, активна підвіска, АКПП або преселективна КПП, мультимедіа, система управління комфортом і т.д.). Комп’ютерна діагностика дозволяє максимально точно визначити несправність електроніки або інших систем автомобіля, завдяки чому можна визначити [11]: − технічний стан окремих вузлів і систем; − приблизний план усунення несправності, починаючи від скидання помилок; − контроль за роботою двигуна в режимі реального часу; − можливість змінювати деякі параметри в режимі реального часу. Як правило, електронна діагностика починається з огляду на предмет зовнішніх пошкоджень, або по звуку обертових деталей. Потім потрібно підключити до діагностичного роз’єму, що знаходиться в салоні під торпедою або під капотом, спеціальні засоби контролю. До таких засобів відносять: дилерські сканери, портативні універсальні сканери або адаптери смартфону (пристрої для підключення до електронних систем з інтерфейсом OBD-II [17-19]). Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 78 Засоби контролю оснащені спеціальною програмою, що дозволяє виконувати перевірку наявності помилок та відображати деякі характеристики роботи автомобіля в режимі реального часу [15, 16]. Незалежно від марки транспортного засобу комп’ютерна діагностика включає етапи: − підключення сканера зі спеціальним програмним забезпеченням; − зчитування кодів; − отримання інформації про технічний стан автомобіля і наявні несправності; − формування й узгодження необхідного ремонту. Спеціальна програма, запущена на комп’ютері, використовуючи внутрішні бази, перетворює сервісні коди на словесні описи виявлених помилок. Зазвичай комплексна діагностика несправностей транспортного засобу спеціалістом складає 20-30 хв., тоді як комп’ютерна діагностика – близько 10-15 хв. 4.1 Дилерські сканери Дилерський сканер – сканер, який призначений виключно для однієї марки автомобіля, їм оснащують СТО всіх офіційних дилерів. Таке обладнання дозволяє не тільки провести правильну діагностику, а й побачити можливі втручання в ЕБУ, точний пробіг та історію помилок (рис. 4.1). Рисунок 4.1 – Дилерське обладнання для діагностики автомобілів AUDI, Volkswagen Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 79 Устаткування високоточне, а значить діагностика проводиться швидко і якісно визначити несправність, відкоригувати роботу електронних систем. 4.2 Портативні універсальні сканери Універсальний сканер – портативний пристрій, який відрізняється компактністю і простотою використання (рис. 4.2). Пристрій показує помилки, є можливість їх видалення, однак функціонал не такий широкий, проте прийнятна вартість дозволяє мати такий сканер кожному автовласнику. Рисунок 4.2 – Універсальне обладнання для діагностики автомобілів AUDI, Volkswagen Мультімарочний сканер (рис. 4.3) може бути двох видів: у вигляді портативного комп’ютера , або блок з планшетом. Рисунок 4.3 – Мультімарочний сканер-блок до планшету або смартфону Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ 80 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Зазвичай застосовується на різних СТО, завдяки широкому функціоналу виконує 90 % необхідних операцій. Залежно від марки і вартості є можливість коригування роботи ЕБУ. 4.3 Адаптери смартфону Загоряння індикатору “Check Engine” є ознакою появи проблеми у автомобіля при самодіагностиці. В будь-якому разі, навіть якщо з автомобілем, на перший погляд, все нормально, ігнорувати це повідомлення автовласнику не варто. Сучасні транспортні засоби обладнані складною електронікою з комп’ютерним управлінням [15]. Бортовий комп’ютер, крім управління системами автомобіля, постійно виконує моніторинг їх стану й може діагностувати проблеми ще на ранній стадії. Привід подання сигналу про несправність може бути будь-який, починаючи від виходу з ладу датчиків до дійсно серйозних порушень в роботі обладнання. При будь-якому порушенні в роботі, незалежно від складності поломки, бортовий комп’ютер транспортного засобу видає повідомлення про несправність. Це причина, по якій необхідно скинути чек-лист (повідомлення про помилку). Процедура є нескладною, для вирішення якої можна, звичайно, звернутися до сервісу, де швидко позбавлять від неприємності. Але у такого рішення є суттєві недоліки: − після скидання можна залишитись без потрібних даних про причини загоряння цього індикатора; − виконання вартісних, але не завжди потрібних ремонтних робіт. Недобросовісні “фахівці” можуть не з’ясувати причини ситуації з появою загоряння індикатору “Check Engine” і, не проводячи комп’ютерну діагностику, зробити лише скидання стану індикатора. Такий підхід дуже простий – для цього просто знімається клема з АКБ. Оскільки при відключенні живлення відбувається скидання коду несправності. Але причина несправності при цьому Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 81 залишається невідомою, а також залишається велика ймовірність того, що індикатор загориться знову. Для того щоб позбутися не тільки самого повідомлення “Check Engine”, а й усунути справжню причину, по якій цей індикатор спрацював, необхідно з’ясувати яка саме проблема призвела до цього. Бортовий комп’ютер автомобілів має інтерфейс – роз’єм для зв’язку з зовнішніми діагностичними пристроями. Саме він і допоможе виявити несправність і виконати коректне скидання повідомлення про збої в роботі систем автомобіля. Найбільш поширений роз’єм стандарту OBD-II [17-19]. Його розташування в більшості моделей автомобілів – поруч з рульовою колонкою. Для виконання діагностики є кілька способів: звернутися на СТО, де є обладнання для комп’ютерної діагностики, але кожен такий візит буде коштувати грошей і часу; обзавестися власним сканером; використати адаптер смартфону. Придбавши сканер, потрібно встановити необхідні програмами і виконати роботи, використовуючи стаціонарний комп’ютер або ноутбук. В цьому випадку з’являється можливість виконувати налаштування, прошивати бортовий комп’ютер, проводити пошук несправностей. Спосіб хороший, але не мобільний. Використання адаптера смартфону – це найпростіше і недороге вирішення питання (рис. 4.4). Одні з найбільш популярних адаптерів – це пристрої для підключення до систем з інтерфейсом OBD-II, які надають змогу вивести й розшифрувати коди несправностей на звичайному смртфоні. Адаптер до OBD- II – це компактний пристрій, який можна тримати постійно підключеним до роз’єму автомобіля. Для зв’язку з смартфоном використовується бездротове з’єднання по BlueTooth або Wi-fi. Такий адаптер дає можливість в реальному часі контролювати роботу автомобіля, оперативно проводити діагностику несправностей, скидати чек-лист помилок. До цього пристрою можна підключати будь-який пристрій – мобільний телефон, планшетний комп’ютер Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 82 або ноутбук. Для діагностики є велика кількість безкоштовних програм. Розглянемо виконання діагностики на базі адаптера OBD-II та смартфона з ОС Android. Можна скористатись за наявності і планшетом, що також буде зручно. Однією з найбільшрозповсюджених програм дл комп’ютерної діагностики є програма “Torque”. Цей софт безкоштовний з широкими можливостями для індивідуального налаштування та діагностики. Рисунок 4.4 – Діагностика і скидання коду несправності за допомогою адаптера та смартфону Перед початком діагностики завантажуємо та встановвлюємо потрібне програмне забезпечення, а саме програму “Torque” на власний смартфон. Налаштовуємо профіль авто дотримуючись інструкції. Наступний етап – вставляємо блок адаптера до роз’єм й запускаємо двигун. Потім необхідно активувати BlueTooth або Wi-fi на смартфоні (залежить від наявних можливостей) і запустити утиліту діагностики. Знайти бездротовий пристрій в налаштуваннях і виконати сполучення пристроїв. Після синхронізації адаптера та смартфона програма почне відображати інформацію про параметри ДВЗ в реальному часі. Програма обробляє інформацію, отриману з ЕБУ, за наявності помилок – відображає їх коди і Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 83 розшифровку на екрані. Можна використовуючи пошук в Інтернет, знайти більш детальну інформацію про отриманий код помилки, і звичайно, зробити скидання всіх знайдених помилок, що призведе до відключення індикатора “Check Engine”. Таким чином, можна позбавитися від сигналізації про несправності і при цьому виявити причину несправності при самодіагностиці роботи транспортного засобу та визначитися з необхідністю ремонту. При цьому весь процес виконується самостійно, не витрачаючи часу на поїздки в СТО та без додаткових витрат на діагностику. Особливість цього виду адаптерів в тому, що вони універсальні. Їх можна підключити до системи будь-якого автомобіля, в якому встановлений сервісний роз’єм стандарту OBD-II [17-19]. Також потрібно відмітити, що більшість сучасних адаптерів також застосовуються і для налаштування газобалонного обладнання автомобілів. Авжеж функціональні можливості багато в чому залежать від програмного забезпечення, яке застосовується для діагностики, але його кількість розширюється. Кращою насьогодні програмою для пристроїв, які працюють на ОС Android, вважається програма “Torque”. Її безкоштовна версія, не дивлячись на обмеження, надає можливість виконати основні діагностичні заходи: отримати коди несправностей, зробити їх розшифровку, зберегти або роздрукувати звіт тощо. Також є і платна версія програми “Torque Pro”, що має розширений функціонал, який в реальному часі виводить актуальну інформацію про стан систем і датчиків та має дуже простий й легкий для розуміння користувацький інтерфейс. Важливою первагою “Torque Pro” перед безкоштовною версією є те, що “Torque Pro” може використовуватися навіть на простих телефонах, де немає операційної системи. Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 84 4.4 Обґрунтування вибору засобів комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів Проводено аналіз сучасних засобів компютерної діагностики автомобілів, визначені їх переваги та недоліки (табл. 4.1.). Таблиця 4.1. – Порівняння сучасних засобів компютерної діагностики автомобілів Засоби № комп’ютерної Переваги Недоліки п.п. діагностики Обмеженість дії, тобто, Вони за визначенням є не можна оригінальними і Дилерські використовувати прилад 1 володіють найбільшим сканери для діагностики різних функціоналом, для машин. певної марки. Дуже висока вартість. Висока функціональність. Зокрема, з їх допомогою можна не тільки Портативні Висока ціна. виявити помилку, але і 2 універсальні Портативність для отримати додаткові сканери швидкого використання. діагностичні відомості про той чи інший автомобільному агрегаті. Прийнятна ціна, Функціонал, залежно від Адаптери достатній функционал в 3 програмного смартфону залежності від забезпечення. встановлених програм. Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 85 За результатами проведеного аналізу визначено, що найбільш зручними для використання у повсякденному житті є адаптери смартфону, або “адаптивні автосканери”, що мають змогу виявляти будь-які несправності на будь-якому автомобілі незалежно від марки за допомогою роз’єму OBD-II. Також вони мають доволі просту конструкцію. Зовнішній вигляд яких представляє собою невелику коробочку, що здатна підключатися до портативного електронного пристрою – смартфону, планшету, ноутбука, на який встановлено відповідне додаткове програмне забезпечення для проведення комп’ютерної діагностики. Для зв’язку з портативними електронними пристроями використовується зазвичай бездротове з’єднання по BlueTooth або Wi-fi. Тобто за допомогою адаптивного автосканера можна легко отримати інформацію від до ЕБУ, а вже обробка отриманої інформації виконується за допомогою програмного забезпечення на зовнішньому пристрої. Функціонал таких пристроїв зазвичай нижче (хоча, як правило, це залежить від можливостей встановлених програм). Головною ж перевагою адаптивних автосканерів є їх прийнятна ціна, яка вкупі з цілком значними функціональними можливостями й стає вирішальним чинником для їх повсюдного поширення. Більшість пересічних автолюбителів користується саме адаптивними автосканерами. Дилерські сканери більше підходять для роботи на станції технічного обслуговування, яка спеціалізується на комп’ютерній діагностиці та аналізі несправностей конкретних марок автомобілів. Ці пристрої розробляються безпосередньо виробником автомобілів, й призначені для конкретної моделі (в деяких випадках для декількох типів схожих транспортних засобів). Вони за визначенням є оригінальними й мають найбільший функціонал. Проте дилерські автосканери мають два суттєвих недоліки. Перший – обмеженість дії, тобто, не можна використовувати прилад для діагностики різних машин. Другий – дуже висока вартість. Саме з цієї причини вони не набули широкої популярності й використовуються, як правило, на сервісних центрах конкретних марок автомобілів та великих СТО, де діаностика коштує недешево. Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 86 Портативні універсальні сканери – це більше професійні пристрої, які використовують, в тому числі, в автосервісах. Вони безпосередньо підключаються до ЕБУ, і зчитують звідти відповідну інформацію. Перевагою таких сканерів є їх висока функціональність. Зокрема, з їх допомогою можна не тільки виявити помилку, але й отримати додаткові діагностичні відомості про той чи інший автомобільний агрегат, що згодом дає можливість швидше і простіше усувати виниклі помилки та несправності. Недолік таких приладів лише один, і полягає він у високій вартості. Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 87 ВИСНОВКИ Результатом даної кваліфікаційної роботи бакалавра є аналіз сучасних засобів комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів, застосування яких дозволить забезпечити технічну та екологічну надійність автомобіля завдяки своєчасному уточненню виявлених у процесі експлуатації відмов і несправностей транспортного засобу для підвищення безпеки руху й охорони навколишнього середовища. У результаті роботи були виконані наступні завдання: − проаналізовано предметну область та визначені сучасні тенденції розвитку ринку електронних блоків управління автомобілів; − розглянуто основні принципи роботи електронних систем управління автомобілів; − проаналізувано сучасні методи діагностики автомобілів та визначено їх основні переваги та недоліки; − проведено аналіз існуючих засобів комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів та визначено їх переваги та недоліки; − на основі проведеного аналізу надані рекомендації по використанню засобів комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів залежно від конкретної ситуації. Сучасні автомобілі не можна уявити без наявності в них множини електронних систем управління, що по суті є цифровими мікропроцесорами з функцією самодіагностики. При роботі двигуна вони постійно здійснюють опитування всіх датчиків, виконавчих пристроїв та за появи несправності заносять до своєї пам’яті код помилки (від двозначного до п’ятизначного), що відповідає несправності даного виду. В сучасних авто таких систем може бути до десятка (системи управління двигуном, трансмісією, підвіскою, комфортом тощо). Кількість таких систем залежить від марки автомобіля. Кожна електронна система містить унікальну інформацію про контрольований вузол. Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 88 Комп’ютерна діагностика дає змогу адекватно оцінити функціональний стан та роботу окремих вузлів та деталей, ефективно виміряти ключові параметри транспортного засобу. Надійне програмне забезпечення та комп’ютерне обладнання допомагає зчитувати та виявляти зміни і помилки в роботі трансмісії, виявляти найменші похибки у функціонуванні системи керування двигуном, проблеми в системі гальмування та панелі приладів, а також фіксувати всі помилки в роботі інших автомобільних модулів і блоків. Завдяки сучасним засобам комп’ютерної діагностики, які підключають до автомобіля безпосередньо, можна провести детальну розшифровку кодів та протягом найкоротших строків ефективно і якісно визначити всі основні несправності транспортного засобу і, відтак, виконати їх подальший ремонт. До таких засобів відносять дилерські сканери, портативні універсальні сканери або адаптери смартфону (пристрої для підключення до електронних систем з інтерфейсом OBD-II). За результатами проведеного аналізу визначено, що найбільш зручними засобами комп’ютерної діагностики автомобіля для використання у повсякденному житті є адаптери смартфону, або “адаптивні автосканери”, що мають змогу виявляти будь-які несправності на будь-якому сучасному автомобілі незалежно від марки за допомогою роз’єму OBD-II. Сучасні засоби комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів за рахунок точного визначення конкретних відмов та несправностей дозволяють своєчасно усувати виявленні негаразди, заощаджуючи час на їх пошук, чим забезпечуєть високу технічну та екологічну надійність транспортних засобів, підвищують безпеку руху й охорону навколишнього середовища. Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 89 СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 1. Польшакова Н. В. Комп’ютерні технології діагностики автомобіля / Н. В. Польшакова, С. С. Доманов // Молодий учений. 2015. № 1 (81). С. 40–43. 2. Клименко Л. П. Елементи електронних систем керування автомобільними двигунами : навч. посіб. / Л. П. Клименко, О. Ф. Прищепов, В. І. Андрєєв, В. Ю. Голдун. Миколаїв : Вид-во ЧДУ ім. Петра Могили, 2013. 132 с. 3. Конспект лекцій з дисципліни «Комп’ютерна діагностика» для студентів освітньо-кваліфікаційного рівня «бакалавр» напряму підготовки 6.070106 «Автомобільний транспорт» усіх форм навчання / Укл.: М. Г. Левкович, П. В. Босюк, В. О. Тесля. Тернопіль : Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя, 2016. 70 c. 4. Automotive Electronic Control Unit (ECU) Market – Growth, Trends, Covid-19 Impact, and Forecasts (2022-2027) [Електронний ресурс]. – Режим доступа : https://www.mordorintelligence.com/industry-reports/automotive- electronic-control-unit-market 5. Electronic Control Unit – A Simple Introduction (2021) [Електронний ресурс]. Режим доступу : https://autotechdrive.com/electronic-control-unit/ 6. Електронні системи автомобілів: навч. посіб. /О. С. Ширшиков, В. В. Лянденбурський, Г. І. Шаронов, А. М. Білоковильський. 2014. 232 с. 7. Основи технічної діагностики колісних транспортних засобів : навч. посіб. / В. В. Біліченко, В. Л. Крещенецький, Ю. Ю. Кукурудзяк, С. В. Цимбал. Вінниця : ВНТУ, 2012. 118 с. 8. Епіфанов Л. І. Технічне обслуговування і ремонт автомобілів. К. : Вища школа, 2001. 278 с. 9. Основи діагностики автомобіля : навч.-методич. посіб. до практич. та самост. робіт студ. ВНЗ України / Укл. : В. С. Люлька, М. М. Коньок, Ю. Є. Перинський, О. М. Клімов. Чернігів : ЧНПУ ім. Т. Г. Шевченка, 2013. 188 с. Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 90 10. Електрообладнання автомобілів [Електронний ресурс]. Режим доступу : https://studfile.net/preview/10028105/ 11. Електричне та електронне обладнання автомобілів: навч. посіб. (Част. І) / Ю. І. Пиндус, Р. Р. Заверуха. Тернопіль : ТНТУ, 2016. 145 с. 12. Автомобільний довідник BOSCH / Перек. з англ. Г. С. Дугіна та ін. ; 1- е вид. К. : За кермом, 2002. 895 с. 13. Автомеханіка. Діагностичне обладнання [Електронний ресурс]. Режим доступу : https://www.autom.com.ua/ua/articles/article4429 14. Хендерсон . OBD-II и электронные системы управления двигателем. Руководство по обслуживанию, диагностике и ремонту систем управления двигателем / Б. Хендерсон, Д. Х. Хейнес, 2011. 15. OBD-II standard car engine diagnostic software development [Електронний ресурс]. Режим доступу : https://ieeexplore.ieee.org/document/7062704/ 16. Мигаль В. Д. Основы технической диагностики автомобилей : учеб, пособ. ; 2-е изд., перер. и доп. X. : Майдан, 2016. 372 с. Арк. ЧДТУ.222085.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 91