Диагностирование пневматической тормозной системы автомобиля с ABC по параметрам рабочего процесса

№ 7 2007

629.113.004

ДИАГНОСТИРОВАНИЕ ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ ТОРМОЗНОЙ СИСТЕМЫ АВТОМОБИЛЯ С АБС ПО ПАРАМЕТРАМ РАБОЧЕГО

ПРОЦЕССА

Д-р техн. наук, проф. А. А. РЕВИН, пиле. В.В. КОТОВ, гтж. В.В. ЕРОНТАЕВ

Описаны средства для выявления диагностических признаков пневматической тормозной системы автомобиля с АБС и параметры диагностирования, основанные на изменении динамики рабочего прогресса тормозного привода.

In this work we describe means for reveal diagnostic signs in pneumatic braking system of automobile equipped ABS and parameters for diagnostic based on braking drive working process dynamic change.

Общепризнанно, что одним из наиболее перспективных путей решения проблемы повышения активной безопасности большегрузных автомобилей при торможении является применение антиблокировочных систем (АБС). Законодательные органы различных стран, признав этот факт, сами теперь побуждают производителей автомобилей внедрять АБС. Так, введение «Федерального стандарта по безопасности автотранспортных средств» №121 (FMVSS 121 «Системы пневматических тормозов») стало в США серьезным стимулом развития антиблокировочных систем пневматических тормозов автобусов и грузовых автомобилей. В Западной Европе действуют два международных нормативных документа: Директива 71/320 стран ЕЭС и Правила ЕЭК ООН №13 (на территории России ГОСТ Р 41.13-99), регламентирующие сроки установления АБС на все категории АТС, за исключением легковых автомобилей.

Появившаяся в связи с развитием рыночных отношений возможность приобретать автомобильную технику за рубежом привела к тому, что с каждым годом на дорогах страны эксплуатируется все большее число грузовых автомобилей с АБС.

Такое положение диктует острую необходимость контроля за техническим состоянием автоматизированных тормозных систем как при ежегодном техническом осмотре в структурах ГБДД, так и в процессе эксплуатации по заявкам водителей на основе бортовых диагностических систем. Результаты эксплуатации большегрузных автомобилей с АБС показывают, что при отказе системы могут возникнуть даже более негативные последствия, чем при обычных тормозных системах, не оснащенных АБС. На многоосных автомобилях возможно возникновение резонансных колебаний мостов балансирной подвески, снижение показателей устойчивости и тормозной динамичности даже по сравнению с традиционным способом торможения юзом и т. п. Положение усложняется еще и тем, что специализированные центры по проверке исправности АБС встречаются в России пока еще крайне редко, что затрудняет оперативность контроля. Кроме того, встроенная в АБС самодиагностика ориентирована на выявление отказов ее элементов. При этом возникающие неисправности тормозного привода и самой АБС полностью выпадают из поля зрения, что создает у водителя крайне опасную иллюзию кондиции системы.

В этой связи разработка диагностических признаков, позволяющих средствами бортовых ПК получать текущую информацию о техническом состоянии тормозной системы грузового автомобиля с АБС, является актуальной задачей.

№ 7 2007

При установке АБС в тормозном приводе автомобиля обеспечивается затормаживание колес в области оптимального их проскальзывания, независимо от типа дорожной поверхности и изменения (флуктуации) коэффициента сцепления как по пути, так и в поперечном направлении. Поэтому современные серийно выпускаемые антиблокировочные системы автомобилей с пневмоприводом тормозов представляют собой систему автоматического регулирования экстремального типа, включающую датчики состояния вращения колес, фильтры помех, блок управления, где логическая схема формирует управляющую команду, передающуюся далее через усилитель мощности на исполнительные механизмы. В качестве исполнительного механизма в большегрузных автомобилях обычно используется модулятор с электрическими клапанами, посредством которых осуществляется изменение давления в тормозном приводе с частотой до 6...8 Гц. В этой связи на рабочий процесс затормаживания колес автомобиля с АБС оказывают влияние различные факторы (нарушение регулировки зазора в тормозном механизме, ослабление стяжной пружины, деформация опорно-разжимного устройства и т. п.). Поэтому необходимо учитывать влияние технического состояния как элементов собственно тормозной системы, так и элементов АБС.

При разработке диагностических признаков авторы исходили из того, что оценка влияния параметров технического состояния пневматической тормозной системы с АБС на процесс торможения колеса автомобиля методом дорожных испытаний затруднена из-за наличия большого числа случайных факторов и вариации вследствие этого результатов проводимых замеров. Так, по данным исследователей даже при многократных торможениях автомобиля на одном и том же участке дороги, расхождение между отдельными измерениями одной серии может достигать 15—20 %\ Прежде всего это вызвано тем, что на результаты испытаний влияют условия и режимы их проведения (начальная скорость торможения и загрузка автомобиля, уклон дороги, неровности дорожного покрытия и флуктуация коэффициента сцепления по пути, температура трущихся поверхностей тормозных механизмов, усилие на педали тормоза и т.п.). Выходом из сложившейся ситуации является фиксирование ряда стохастических факторов, что возможно в лабораторных условиях.

С этой целью в ВолгГТУ была создана комплексная моделирующая установка, реализованная на основе агрегатов и узлов тормозной системы автомобилей типа КамАЗ, позволяющая фиксировать основные случайные факторы, связанные с проведением дорожного эксперимента, на определенном уровне, т. е. обеспечить возможность воспроизведения действующего на колеса автомобиля тормозного момента с заданным нарастанием и периодичностью, соответствующей выбранным условиям движения автомобиля. Последнее крайне важно, так как позволяет выявить влияние неисправностей на рабочий процесс методом «сравнения состояний» при практически абсолютной воспроизводимости эксперимента. Общий вид и принципиальная схема комплексной моделирующей установки (КМУ), использующей виртуально-физи-ческую технологию моделирования, показаны на рис. 1 и 2. Адекватность установки подтверждена результатами испытаний автомобиля КамАЭ-5320 с АБС отечественного производства (блок управления и датчики КЗАМЭ, а модуляторы Полтавского автоагрегатного завода).

Созданная КМУ состоит из 2-х функциональных блоков: персонального компьютера (ПК) с математической моделью, где взаимодействие колеса с дорожным покрытием

* Р е в и н A.A. Теория эксплутационных свойств автомобилей и автопоездов с АБС в режиме торможения: монография / A.A. Ревин; ВолгГТУ. - Волгоград: РПК «Политехник», 2002. — 372 с.

№ 7 2007

задается в виде ср(5>диаграмм и физической модели, реализованной на основе агрегатов и узлов тормозной системы автомобилей типа КамАЗ (двухсекционный тормозной кран, пневмомагистрали, тормозной механизм, модулятор давления, агрегаты АБС).

Рис. I. Общий вид комплексной моделирующей установки

- электрическая связь

- пневматическая связь

Рис. 2. Принципиальная схема комплексной моделирующей установки: 1 — компрессор; 2 — ресивер; 3 — тормозной кран; 4 — модулятор давления; 5 — рабочая тормозная камера; б — тормозной механизм;

7 — блок питания; 8 — блок управления; 9 — усилитель; 10 — устройство сопряжения объектов; ц — персональный компьютер; 12 — монитор; 13 — датчик давления; 14 — вспомогательная тормозная камера; 15 — кнопка управления; 16 — задатчик усилия нажатия на тормозную педаль

Связь стендовой части физической модели с компьютером осуществляется с помощью датчика давления 13 (рис. 2), который установлен перед рабочей тормозной камерой 5 и служит для преобразования давления рабочего тела в электрический сигнал. С по-

№ 7 2007

мощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП) устройства сопряжения объектов 10 (УСО) сигнал преобразуется из аналоговой формы в цифровую и поступает в персональный компьютер. В математической модели осуществляется решение дифференциальных уравнений и уравнений связи, описывающих динамику затормаживания колеса. На основе полученного расчетным путем значения угловой скорости формируется сигнал, который, проходя через ТТЬ-выход УСО 10 преобразуется в импульсы и через усилитель 9 поступает на блок управления 8 (БУ), в котором реализован алгоритм управляющий электромагнитными клапанами модулятора давления 4.

Проскальзывание колеса"20 Тормозной момент, НмЛООО

угловое замедление колеса, (рад/с2)/20 ————угловая скорость колеса, рад/с

режим работы АБС коэффициент сцелпения'20

Рис. 3. Торможение на мокром асфальтобетоне колеса автомобиля КамАЗ -5320 с АБС (снаряженное состояние автомобиля) с начальной скорости у0= 19,4 м/с (70км/ч) при кондиции тормозного механизма

Проскальзывание колес а "20 Тормозной момент, Нм/1000 1

.....угловое замедление колеса. (рад/с2)/20 — -—угловая скорость колеса, рад/с

режим работы АБС коэффициент сцепления *20

Рис. 4. То же, но с увеличенным до 40 % гистерезисом тормозного механизма

Структурные п а р а м е тр ы

Причина неисправности

Диагн остичес-кие признаки 1-го уровня

Диагностические признаки 2-го уровия

Диагности чес-кие параметры

тормозной механизм

коэффициент трения накладок

¡¡Б

зазор колодка - барабан

ГИСТЕРЕЗИС

П опадание Попадание Попадание Перегрев

влаги на трансмис- тормозной

пары тре- сионного жидкости

ния масла на на пары

пары тре- трения

ния

Износ Нарушение

тормозной регулировки

накладки

Деформация

упорно-разжимного механизма

ухудшение тормозной динамики и устойчивости торможения автомобиля

уменьшение количества срабатываний АБС с дальнейшим прекращением ее функционирования

Ухудшение Ослабление

смазки в стяжной

опорах пружины

увеличение времени до первой блокировки, и периодов кратковременного юза колеса ухудшение эффективности работы АБС, управляемости и устойчивости торможения автомобиля

уменьшение уменьшение

среднереалн- среднсрсалию-

эованного ванно» ампли-

значения ко- туды колебаний

эффициента углового замед-

сцепления ления колеса

уменьшение среднереа-лизоваиног с» углового ускорения колеta

>м ельшоше среднсреа-лизованпого проскальзывания колеса

увелнченне среднсрезчи-зовлитго углово! i» ускорения колеса

увеличение среднсрса-лизояапного проскальзываний колеса

уменьшение

частоты регулирование АБС

уменьшение обшей продолжительности фазы отсечки

среди срезлизеванный коэфф нци-ент сцепления н амплитуда колебаний углового замедленияколеса

среднсрсализонамисс угловое ускорение н проскальзывание колеса, количеству срабатываний ABC

время до первой блокировки и нахождения колеса в юзе, частота регулирования АБС, среднереализованные угловое ускорение и проскальзывание колеса, продолжительность фазы отсечки

Рас. 5. Структурно-следственная схема для диагностирования тормозного механизма ан гомозил я с пневматическом тормозной системой, оснашсшюй АЫ '

icS» ¡ о

о

О

S3

иг os

Гь

5$ g

w o

05

g

O

П

íá Чз

o

Сч

S S

t4

№ 1 2007

Для обеспечения функционирования агрегатов установки и моделирования процесса торможения автомобиля с пневматическим приводом, используется стационарный компрессор /, который поддерживает давление воздуха в ресивере 2 в заданных пределах.

На созданной комплексной моделирующей установке были проведены эксперименты при кондиции элементов тормозной системы, а также с отклонением параметров технического состояния, характеризующих основные неисправности пневматической тормозной системы с АБС. В качестве примера на рис. 3 и 4 приведены динамические характеристики процесса торможения колеса автомобиля КамАЭ-5320 в различных условиях. Дальнейший анализ проведен путем сопоставления методом «сравнения состояний».

Анализ полученных динамических характеристик, а также характера изменения средиереализованых значений основных параметров торможения позволил разработать диагностические признаки изменения технического состояния тормозного механизма и элементов АБС на основе построения структурно - следственных схем. На рис. 5 приведена в качестве примера структурно-следственная схема для диагностирования основных неисправностей тормозного механизма автомобиля с пневматической тормозной системой, оснащенной АБС.

Разработанный метод диагностирования пневматической тормозной системы с АБС, основанный на изменении динамики тормозного привода, работающего в циклическом режиме, позволяет не только фиксировать отказы элементов системы «тормозной привод — АБС» (позволяют существующие в настоящее время встроенные в АБС системы самодиагностирования), но и выявлять отклонения параметров технического состояния с определением предполагаемой локальной неисправности на бортовом ПК.