Способ диагностирования тормозной системы автотранспортного средства и устройство для его осуществления
VEHICLE BRAKING SYSTEM DIAGNOSTICS METHOD AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к диагностированию тормозных систем автотранспортных средств.
В настоящее время назрела необходимость создания оборудования для уточнения диагностических параметров, получаемых при помощи дорожных испытаний, с целью достоверного определения поведения автомобилей в широком спектре дорожных условий при эксплуатационных изменениях технического состояния тормозных систем, что, в свою очередь, обеспечит безопасность их движения в транспортном потоке и сохранит жизни и здоровье людей.
На сегодняшний день, согласно действующему ГОСТ 51709-2001, применяется два основных метода диагностики тормозных систем - дорожный и стендовый. Для них, соответственно, установлены следующие параметры - при проведении дорожных испытаний:
- тормозной путь;
- установившееся замедление;
- линейное отклонение;
- время срабатывания тормозной системы;
- уклон дороги, на котором должно неподвижно удерживаться АТС;
при стендовых испытаниях:
- общая удельная тормозная сила;
- коэффициент неравномерности тормозных сил колес оси;
- а для автопоезда еще дополнительно: коэффициент совместимости звеньев автопоезда;
- асинхронность времени срабатывания тормозного привода.
Также общим диагностическим параметром для обоих методов испытаний является усилие на рабочем органе привода тормозной системы.
Известен метод проверки тормозного управления по ГОСТ Р 51709-2001 «Автотранспортные средства. Требования безопасности к техническому состоянию и методы проверки». - Госстандарт России: Изд-во стандартов, 2001. - 44 с.
Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемого метода, являются то, что автомобиль устанавливается и движется по ровной горизонтальной дороге со скоростью (по установленным нормам) 40 км/ч, затормаживают однократным нажатием на орган управления (педаль тормоза) в режиме экстренного торможения, оценивая эффективность тормозов и равномерность их действия по траектории движения автомобиля до момента его остановки. Эффективность тормозной системы оценивают по длине тормозного пути автомобиля до полной его остановки, а неравномерность тормозных сил по колесам - по условию расположения автомобиля в пределах коридора шириной 3 м, если автомобиль не имеет АБС, или условию прямолинейности траектории и отсутствию следов юза колес, если автомобиль оборудован АБС.
Недостаток метода-аналога является невозможность количественного определения тормозных сил на каждом колесе АТС.
Наиболее близким техническим решением, принятым в качестве прототипа, является метод проверки тормозного управления по ГОСТ Р 51709-2001* «Автотранспортные средства. Требования безопасности к техническому состоянию и методы проверки». - Госстандарт России: Изд-во стандартов, 2001. - 44 с.
Общими признаками прототипа с заявляемым методом являются: ровный сухой горизонтальный участок чистой дороги с цементно- или асфальтобетонным покрытием, автотранспортное средство разгоняют до 40 (+/-5%) км/ч, однократное экстренное торможение, в процессе торможения определяется тормозная эффективность и устойчивость автомобиля при торможении.
Недостатками прототипа являются:
- устойчивость АТС при торможении в дорожных условиях определяется на основании его расположения в коридоре движения. В соответствии с требованием «Технического регламента» считается, что АТС обеспечивает устойчивость при торможении, если оно в процессе торможения не вышло ни одной своей частью за пределы нормативного коридора движения, шириной 3,0 м. В процессе торможения невозможно определить какое колесо тормозит или не тормозит, если автотранспортное средство выходит за нормативный коридор. Для этого требуется проводить дополнительные испытания;
- невозможность измерить тормозную силу на каждом колесе во время торможения;
- невозможность количественной оценки устойчивости автотранспортного средства при торможении.
Известен площадочный тормозной стенд для диагностирование тормозов АТС (Патент 2323841 C1, RU, МПК B60T 17/22, G01L 5/28. Стенд для диагностирования тормозов автотранспортных средств).
Общими признаками аналога с заявляемым оборудованием является: две подвижные опоры с горизонтальной поверхностью, направляющие для перемещения подвижных опор в продольном направлении.
Недостатками данного аналога является: диагностирование тормозной системы в статике при заблокированных невращающихся колесах; невозможность диагностирования тормозной системы в динамике из-за отсутствия измерительных устройств; невозможность количественной оценки устойчивости АТС при торможении.
Известен площадочный стенд для диагностирования тормозов автотранспортного средства (Патент 2391231 C1, RU, МПК B60T 17/22, G01L 5/28, G01M 17/007. Испытательный стенд Осипова для диагностирования тормозов автотранспортного средства).
Общими признаками аналога является: две подвижные в продольном направлении опоры с горизонтальной контактной поверхностью, на подвижной опоре установлены датчики силы.
Недостатками являются: малая скорость перемещения опорной площадки, большая металлоемкость ввиду наличия в приводе подвижных опор и гидроцилиндра.
Известен площадочный стенд для диагностирования тормозных систем АТС фирмы "HEKA Auto Test GmbH" Heka Универс A4 (Руководство по эксплуатации «Электронный стенд Универс А4»), достоинствами которого является то, что опорная поверхность площадок (платформ) плоская и соответствует реальной дорожной поверхности, торможение АТС на стенде сопровождается перераспределением нагрузки между передней и задней его осями так же, как в реальных дорожных условиях, площадочные стенды компактны, менее металлоемки, чем стенды с беговыми барабанами, конструктивно они более простые.
Признаками аналога являются:
- подвижные в продольном направлении опоры с горизонтальной контактной поверхностью;
- наличие узлов для измерения тормозной силы на каждом колесе АТС;
- скорость наезда на опорные площадки равняется примерно 5-10 км/ч.
Недостатками прототипа являются:
- высокая сложность позиционирования тормозящих колес автомобиля относительно центров площадок стенда и связанное с этим появление моментов, разворачивающих площадки;
- продольные колебания площадок, вызывающие срывы пятна контакта как в момент наезда на них тормозящих колес автомобиля, так и в момент блокирования колес;
- нестабильность тестового воздействия (усилие и скорость нажатия на педаль тормоза). (А.И. Федотов, В.Г. Власов «Анализ конструктивных и метрологических параметров площадочных стендов для контроля тормозных систем автомобиля». Журнал автомобильных инженеров №2 (79) 2013 г. - С.36-43).
Наиболее близким техническим решением, принятым в качестве прототипа, является комплекс для исследования взаимодействия в пятне контакта шины с поверхностью (А.И. Федотов, В.П. Халезов «Комплекс для исследования взаимодействия в пятне контакта шины с поверхностью бегового барабана и дороги». III Международная научно-практическая конференция «Проблемы диагностики и эксплуатации автомобильного транспорта» г. Иркутск НИ ИрГТУ 31 мая-2 июня 2011 г. С. 218-223), достоинствами которого является то, что комплекс устанавливается вровень поверхности дороги, измерительный элемент шириной 10 мм воспринимает на себя воздействия нормальных и касательных реакций, распределенных по длине пятна контакта.
Признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками заявляемого устройства, являются:
- измерительный элемент шириной 10 мм;
- скорость наезда на измерительный комплекс составляет 5-10 км/ч;
- измерение распределенных нормальных и продольных реакций по длине пятна контакта;
- наличие опорной площадки, в которой установлен измерительный элемент.
Недостатками прототипа являются:
- наличие одной опорной площадки, в которой установлен измерительный элемент;
- невозможно измерить распределенные продольные реакции на всех колесах АТС в процессе торможения;
- коэффициент сцепления шин АТС не соответствует реальным дорожным условиям.
Устройство по прототипу, несмотря на его достоинства, не обеспечивает требуемую стабильность и точность определения диагностических параметров тормозных систем АТС.
Заявляемые изобретения направлены на создание способа и устройства, позволяющих эффективно диагностировать тормозные системы АТС и достоверно определять поведение автомобилей в широком спектре дорожных условий при эксплуатационных изменениях технического состояния тормозных систем.
Технический результат изобретения заключается в повышении эффективности диагностирования тормозных систем АТС за счет увеличения коэффициента сцепления с опорной площадкой и измерительным элементом, а также за счет измерения распределенных продольных реакций по длине пятна контакта эластичной шины на каждом колесе АТС в дорожных испытаниях.
Технический результат изобретения достигается тем, что в способе диагностирования тормозной системы автотранспортного средства, включающем установку автотранспортного средства на ровный, сухой, горизонтальный участок дороги с цементно- или асфальтобетонным покрытием, разгон автотранспортного средства до 40 км/ч, однократное экстренное торможение до полной остановки автотранспортного средства и определение тормозной эффективности и устойчивости автотранспортного средства в процессе торможения, согласно изобретению одновременно с однократным экстренным торможением до полной остановки автотранспортного средства производят измерение на каждом колесе диагностируемой оси распределенных касательных реакций по длине пятна контакта эластичной шины колеса автотранспортного средства на ровном сухом горизонтальном участке дороги с цементно- или асфальтобетонным покрытием, приходящихся на каждое колесо автотранспортного средства во время торможения, а определение тормозной эффективности и устойчивости автотранспортного средства в процессе торможения осуществляют с учетом распределенных продольных реакций по длине пятна контакта эластичной шины колеса автотранспортного средства на ровном сухом горизонтальном участке дороги с цементно- или асфальтобетонным покрытием.
Технический результат изобретения достигается тем, что устройство для диагностирования тормозной системы автотранспортного средства, содержащее секцию с опорной площадкой, установленную вровень с участком дороги, и установленный на опорной площадке измерительный элемент, согласно изобретению дополнительно содержит секцию с опорной площадкой, установленную вровень с участком дороги, и установленный на опорной площадке измерительный элемент, при этом опорные площадки и измерительные элементы покрыты полимерным покрытием с коэффициентом сцепления не менее 0,8.
Технический результат изобретения достигается также тем, что использованы измерительные элементы шириной 10 мм и ровный сухой горизонтальный участок дороги с цементно- или асфальтобетонным покрытием длиной 300 м, причем измерительные элементы смонтированы на опорных площадках симметрично относительно оси, совпадающей с центральной осью участка дороги, так что расстояние между осями симметрии измерительных элементов равняется расстоянию между центрами колес диагностируемой оси автотранспортного средства.
Другими словами, для диагностирования тормозных параметров АТС в дорожных условиях на ровном сухом горизонтальном участке дороги с цементно- или асфальтобетонным покрытием шириной 3 м устанавливаются две опорные площадки, покрытые полимерным покрытием с коэффициентом сцепления не менее 0,8, с установленными в них датчиками для измерения распределенных продольных реакций по длине пятна контакта эластичной шины на каждом колесе диагностируемого АТС.
Измерение на каждом колесе диагностируемой оси распределенных продольных реакций по длине пятна контакта эластичной шины колеса АТС на ровном сухом горизонтальном участке дороги с цементно- или асфальтобетонным покрытием, приходящихся на каждое колесо АТС во время торможения колес АТС, позволяет повысить достоверность и качество диагностирования тормозных систем АТС в дорожных испытаниях.
Измерительные элементы, установленные в опорные площадки, установленные в поверхность дороги, воспринимают на себя воздействие распределенных продольных реакций, возникающих в пятне контакта эластичной шины с поверхностью дороги. Это дает информацию о механике взаимодействия эластичной шины с плоской поверхностью дороги и позволяет повысить точность измерения параметров, характеризующих техническое состояние тормозных систем АТС.
Отличие от прототипа является:
- наличие на опорных площадках и измерительных элементах полимерного покрытия с коэффициентом сцепления не менее 0,8;
- измерение продольной распределенной касательной реакции по длине пятна контакта эластичной шины на всех колесах АТС в процессе торможения в дорожных испытаниях;
- наличие двух опорных площадок.
Наличие новой совокупности существенных отличительных от прототипа признаков в заявляемом стенде для диагностирования тормозной системы АТС позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию «Новизна».
Новые отличительные признаки изобретения повысят точность измерения тормозных параметров АТС, что позволит обеспечить безопасное движение АТС в транспортном потоке. Это достигается путем измерения распределенной продольной реакции по длине пятна контакта эластичной шины на каждом колесе в дорожных испытаниях тормозной системы АТС.
Из уровня техники не известно влияние признаков - измерение на каждом колесе диагностируемой оси распределенных продольных реакций по длине пятна контакта эластичной шины колеса автотранспортного средства на ровном, сухом, горизонтальном участке дороги с цементно- или асфальтобетонным покрытием, приходящихся на каждое колесо автотранспортного средства во время торможения, и определение тормозной эффективности и устойчивости автотранспортного средства в процессе торможения осуществляют с учетом распределенных продольных реакций по длине пятна контакта эластичной шины колеса автотранспортного средства - на достигаемый заявленным изобретением технический результат, что свидетельствует о соответствии заявляемого устройства условию патентоспособности «Изобретательский уровень».
Изобретение поясняется чертежами, где:
на Фиг. 1 представлена схема одной секции, состоящей из опорной площадки с измерительным элементом для измерения распределенных продольных реакций по длине пятна контакта шины в момент наезда колеса АТС, вид спереди, наполовину в разрезе, с полимерным покрытием;
на Фиг. 2 представлена схема одной секции, состоящей из опорной площадки с измерительным элементом для измерения распределенных продольных реакций по длине пятна контакта шины в момент наезда колеса АТС, вид сбоку, наполовину в разрезе, с полимерным покрытием;
на Фиг. 3 представлена схема одной секции, состоящей из опорной площадки с измерительным элементом для измерения распределенных продольных реакций по длине пятна контакта шины в момент наезда колеса АТС, вид сверху, без полимерного покрытия;
на фиг. 4 представлена схема расположения двух секций, состоящих из двух опорных площадок с измерительными элементами, покрытыми полимерным покрытием, для измерения распределенных продольных реакций по длине пятна контакта шины на участке дороги;
на фиг. 5 представлена эпюра распределенной продольной реакции по длине пятна контакта шины колеса в дорожных испытаниях.
Элементам устройства для диагностирования тормозной системы АТС присвоены следующие цифровые обозначения:
1 - упругая пластина;
2 - опорная площадка;
3 - промежуточная опора;
4 - винт;
5 - реактивный рычаг;
6 - крепежная планка;
7 - тензорезисторы;
8 - пружина;
9 - колесо;
10 - ровный, сухой участок дороги с асфальтобетонным покрытием шириной 3 м;
11 - метка, от которой начинается экстренное торможение АТС;
12 - АТС;
13 - полимерное покрытие;
14 - защитная крышка;
15 - секция с устройством.
Заявляемое устройство для диагностирования тормозной системы АТС представляет собой две одинаковые секции 16. Каждая секция 16 представляет собой жесткую опорную площадку 2 в виде коробчатой конструкции. Внутри опорной площадки закреплена упругая пластина 1 шириной не менее 10 мм, на концах которой закреплены тензорезисторы 7, которая при одном прокатывании колеса 9 позволяет фиксировать продольную реакцию в пятне контакта шины в направление движении колеса. Измерительный элемент для измерения распределенных продольных реакций по длине пятна контакта шины состоит из упругой пластины 1, на концах которой закреплены тензорезисторы по 4 шт. с каждой стороны, всего на одной упругой пластине 8 шт. тензорезисторов. 7. Места, где закреплены тензорезисторы, закрыты защитными крышками 15 (защита от повреждений). Тензорезисторы измерительного элемента включаются в измерительную цепь по мостовой схеме. Упругая пластина изготовлена из углеродистой стали 45. Упругая пластина (он же измерительный элемент) 1 двумя винтами 4 прикреплена к промежуточной опоре 3, которая, в свою очередь, крепится к опорной площадке 2. Опорная площадка и упругая пластина перед установкой покрывается тонким слоем полимерного покрытия 14 с коэффициентом сцепления не менее 0,8. Опорная площадка 2 посередине имеет прорезь толщиной не менее 12 мм, в эту прорезь устанавливается упругая пластина 1 и закрепляется с помощью винтов 4 к промежуточной опоре 3. Для предотвращения поворота упругой пластины 1 в центрах винтов 4 она имеет реактивный рычаг 5, соединенный с нежесткой пружиной 8. Эта пружина с помощью винтов закреплена на планке 6. Данное изобретение устанавливается в поверхность ровного сухого участка дороги с асфальтобетонным покрытием. Участок длиной не менее 300 м и шириной не менее 3 м, с меткой, от которой начинается экстренное торможение АТС. Изобретение устанавливается в плоскости дороги в 10 м от метки начала экстренного торможения, где скорость АТС соответствует 4-5 км/ч. Изобретения устанавливаются на одной оси и расстояние между центрами устройства составляет от 1,3 м до 1,9 м.
Способ диагностирования тормозной системы АТС осуществляется следующим образом при работе заявляемого оборудования.
П
уст
ср
Диагностирование тормозной системы АТС на заявленном оборудовании осуществляется по методике, отличающейся от известных методов диагностирования тем, что в ней при диагностировании эффективности тормозной системы и устойчивости АТС при торможении, наряду с параметрами, регламентируемыми ГОСТ Р 51709-2001: усилие на органе управления Р, установившееся замедление j, а также временем срабатывания тормозной системы τ, используются новые высокоинформативные параметры - коэффициент относительной разности продольных касательных реакций колес одной оси, что характеризует устойчивость АТС в процессе торможения, и определение продольной касательной реакции на каждом колесе АТС в отдельности, что характеризует эффективность тормозной системы АТС в процессе торможения.
x
Численная величина продольной касательной реакции R определяется на каждом колесе АТС в отдельности из выражения
1
где L - длина пятна контакта шины, мм;
τ(L) - распределенная касательная реакция по длине пятна контакта шины, Н/мм.
x
Коэффициент относительной разности K (в процентах) продольных касательных реакций колес R одной оси рассчитывают для каждой оси АТС
где ,  - продольная касательная реакция на левом и правом колесе проверяемой оси АТС, H;
- наибольшее из указанных значений продольной касательной реакции, H.
Согласно методике диагностирование тормозной системы АТС в дорожных испытаниях осуществляется следующим образом (фиг. 4).
АТС устанавливается на прямой ровной горизонтальной сухой чистой дороге с цементно- или асфальтобетонным покрытием. Проверку рабочей тормозной системы осуществляют в режиме экстренного полного торможения путем однократного воздействия на орган управления. Время полного приведения в действие органа управления тормозной системой не должно превышать 0,2 с. На педаль тормоза АТС устанавливается устройство для определения усилия нажатия на педаль. АТС разгоняется до 40 км/ч (+/-5%) и от обозначенной метки экстренно начинает затормаживать. При торможении АТС прокатывается по измерительному датчику и он в свою очередь фиксирует распределенную продольную реакцию по длине пятна контакта шины на каждом колесе АТС в отдельности. Устойчивость АТС определяется путем расположения АТС в нормативном коридоре шириной 3 м, либо допускается относительная разность продольных касательных реакций колес оси: для осей АТС с дисковыми тормозными механизмами не более 20% и для осей с барабанными тормозными механизмами не более 25%. После полной остановки АТС на компьютере графически отображаются тормозные диаграммы каждого колеса в отдельности.
Вышеописанное устройство позволяет с высокой точностью диагностировать тормозные системы легковых АТС в дорожных испытаниях.