СПОСОБ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ТОРМОЗОВ АВТОМОБИЛЯ, ОБОРУДОВАННОГО АНТИБЛОКИРОВОЧНОЙ СИСТЕМОЙ
METHOD OF DIAGNOSING AUTOMOTIVE BRAKES EQUIPPED WITH ANTISKID SYSTEM

Изобретение относится к области определения технического состояния тормозной системы автомобиля без разборки ее элементов путем использования диагностических признаков, отражающих работу элементов системы.
Известен способ диагностирования тормозной системы автомобиля, оборудованного антиблокировочной системой (Патент РФ №2297932 С1, МПК В60Т 17/22, G01L 5/28), по которому автомобиль устанавливают одной осью на роликовый стенд, прокручивающий заторможенные колеса автомобиля и замеряющий силы торможения, а для максимального приближения стендовых испытаний к реальным условиям торможения колес при дорожных испытаниях и повышения качества получаемых результатов на электронный блок управления АБС со специального устройства подается сигнал, имитирующий вращение тех колес, которые при стендовых испытаниях остаются неподвижными.
К недостатку этого способа можно отнести то, что для его реализации требуется применение сложного и дорогостоящего оборудования, диагностирование может проводиться только периодически, а также то, что условия стендовых испытаний существенно отличаются от реальных условий работы тормозного управления автомобиля с АБС. Вследствие этого результаты диагностирования нельзя считать надежными.
Известен метод проверки тормозного управления по ГОСТ Р 51709 - 2001* «Автотранспортные средства. Требования безопасности к техническому состоянию и методы проверки». В соответствии с ГОСТом автомобиль, движущийся по равной горизонтальной дороге со скоростью выше порога отключения АБС (no 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.
Поскольку АБС - тормозная система с автоматическим регулированием в процессе торможения степени проскальзывания колес транспортного средства в направлении их вращения, то при исправной работе АБС она нивелирует плохую работу отдельных тормозных механизмов, что можно считать недостатком такого способа диагностирования тормозов автомобиля.
Причиной плохой работы тормоза и снижения тормозной силы колеса может быть замасливание или износ тормозных колодок, заклинивание поршней гидроцилиндров привода или подвижного тормозного суппорта (при соответствующей конструкции тормозного механизма). Также может быть закупоривание шлангов гидропривода при отслаивании их стенок или образование «грыжи» при нарушении кордового каркаса шланга и т.д. Эксплуатация автомобиля с плохо работающими тормозными механизмами при непредвиденном отказе АБС может привести к серьезным дорожно-транспортным происшествиям.
Конструкция электронных блоков управления АБС современных автомобилей содержит опцию самодиагностики, реализующуюся в самом блоке управления, который обрабатывает сигналы датчиков скорости вращения каждого из колес, вычисляет параметры управления элементами сброса давления в приводе тормозов блокирующихся колес и автоматически производит необходимые управления, а при отклонении проходящих в цепях АБС сигналов от своих нормативных значений фиксирует эти сигналы в оперативной памяти в виде определенного кода и включает сигнализатор обнаруженной неисправности. Считывание кодов неисправностей может производиться с помощью подключения к блоку управления тестера (например, серийно выпускаемого диагностического сканера BOSCH KTS 530570 и т.п.). Недостатком применяемой самодиагностики АБС является то, что таким способом контролируются только элементы электрических цепей, а диагностирование исправности механических устройств - тормозных механизмов и связанных с ними элементов не производится.
Наиболее близким к предлагаемому способу является проверка тормозного управления по патенту на изобретение РФ №2408482 от 10 января 2011 г. «Способ диагностирования тормозов автомобиля, оборудованного антиблокировочной системой».
По этому способу автомобиль, движущийся по ровной горизонтальной дороге со скоростью выше порога отключения АБС, несколько (заданное число) раз затормаживают в режиме экстренного торможения до полной остановки. Предварительно, до начала опытов, к диагностическому разъему блока управления АБС подключают тестер, позволяющий фиксировать моменты начала сброса давления в приводе тормозных механизмов, а о состоянии тормозов судят по зафиксированному тестером порядку начала сбрасывания давления в приводе тормозов каждого колеса автомобиля. Для выявления плохо работающих тормозов, наименее интенсивно замедляющих вращение колеса, оценивают взаимную корреляцию полученных результатов всех проведенных опытов торможения путем расчета коэффициента конкордации последовательностей моментов начала сброса давления в приводах тормозных механизмов и определяют доверительную вероятность его значения. Расчет коэффициента конкордации и определение доверительной вероятности его значения производится тестером автоматически по заложенной в нем расчетной программе.
Недостатком проверки тормозного управления в дорожных условиях по такому способу является то, что она требует периодического проведения специально организованных опытных торможений и потому не позволяет своевременно и надежно диагностировать неисправности тормозных механизмов автомобиля в реальных условиях его эксплуатации. Кроме того, по ГОСТ Р 51709 - 2001* неисправной следует считать тормозную систему автомобиля, у которого неравномерность тормозных сил составляет более 20 и 25% (для дисковых и барабанных тормозных механизмов соответственно), а известный способ позволяет ранжировать тормозные механизмы колес по эффективности их действия без учета этих значений.
Задачей данного изобретения является разработка способа диагностирования исправности тормозов - тормозных механизмов и связанных с ними механических устройств, с учетом требования стандарта к неравномерности тормозных сил на колесах при условии обеспечения возможности непрерывного автоматического контроля тормозного управления в процессе реальной эксплуатации автомобиля при минимальных дополнительных затратах на реализацию способа.
Техническое решение предлагаемого способа диагностирования тормозов автомобиля, оборудованного АБС, основано на том, что хорошо работающий тормоз замедляет вращение колеса более интенсивно, чем плохо работающий тормоз. Таким образом, при торможении автомобиля первым до состояния блокировки колеса, когда АБС начинает циклически сбрасывать давление жидкости в гидравлическом приводе тормозного механизма, приходит колесо с хорошо работающим тормозом. Колесо с плохо работающим тормозом или вообще не будет доведено до состояния блокировки, или, во всяком случае, момент начала сбрасывания давления в приводе тормоза наступит позже, чем у колеса с хорошо работающим тормозом.
Поскольку при нажатии на педаль тормоза нарастание тормозной силы близко к линейной зависимости, а темп нарастания тормозной силы определяется эффективностью тормозного механизма, отношение разницы времени начала сбрасывания давления в приводе плохо и хорошо работающих тормозов к времени начала сбрасывания давления в приводе плохо работающего тормоза также может быть принято 0,2 или 0,25 - в зависимости от конструкции тормозных механизмов, и менее, если техническое состояние тормозных механизмов отвечает требованиям ГОСТ Р 51709 - 2001*. Получаемое отношение используют в качестве критерия исправности тормозов при диагностировании автомобиля.
Для тех колес, которые за весь период торможения не блокировались и сброс давления в приводе их тормозов не производился, величина времени до момента начала сбрасывания давления в приводе тормоза может быть принята равной бесконечности или, по крайней мере, в 100 раз большей времени до начала сбрасывания давления в приводе тормоза колеса, которое начало блокироваться первым.
Однако блокировка колеса определяется не только тормозным механизмом, но и условиями сцепления колеса с дорогой. Так как коэффициент сцепления колеса с дорогой зависит от многих факторов (микропрофиля поверхности дороги, наличия на поверхности дороги пыли, грязи, влаги, выпотевания битума и т.п.), моменты начала сбрасывания давления жидкости в приводе тормозных механизмов носят случайный характер. Поэтому рассчитанные отношения разницы времени начала сбрасывания давления в приводе плохо и хорошо работающих тормозов к времени начала сбрасывания давления в приводе плохо работающего тормоза также следует рассматривать как случайные реализации опытов, которым присваивают условное значение «1», если отношение больше 0,2 для дисковых тормозов и 0,25 для барабанных тормозов, или значение «0», если отношение 0,2 и 0,25 соответственно и менее. В процессе многократных торможений автомобиля накапливаемые в оперативной памяти блока управления АБС условные значения отношений подвергают дальнейшей обработке по известному методу последовательного статистического контроля качества изделий, граничные условия которого заранее рассчитывают при назначенных величинах предельной и допустимой вероятности наличия неисправного тормоза на автомобиле, а также вероятностей ошибок - рисков пропустить неисправный или забраковать исправный тормоз по результатам диагностирования (Метод последовательного анализа описан в книгах: Шор Я.Б. Статистические методы анализа и контроля качества и надежности. - М.: Советское радио, 1962. - 552 с. или Шор Я.Б., Кузьмин Ф.И. Таблицы для анализа и контроля надежности. - М.: Советское радио, 1968. - 284 с.).
Очевидно, что если тормоз колеса работает плохо, то при торможениях чаще наблюдаются величины отношений больше принятого граничного значения (0,2 или 0,25) и в блоке управления на основе заложенной в нем программы будет быстро накапливаться сумма условных значений «1». Если тормоз работает хорошо, то чаще наблюдаются условные значения «0» и сумма нарастает медленно. Накопление условных значений производят до момента выхода их суммы за пределы граничных условий признания тормоза неисправным или исправным. После преодоления границы «тормоз неисправен» в памяти блока управления заносится код неисправности, при этом включается сигнализатор неисправности на щитке приборов автомобиля, а после этого автоматически обнуляют сумму в памяти блока и повторяют процедуру накопления условных значений в процессе последующих торможений автомобиля. Такое же обнуление суммы условных значений производят и после преодоления границы «тормоз исправен», после чего процедура накопления условных значений также повторяется.
На фиг.1 показан график нарастания тормозных сил на колесах при торможении автомобиля, а на фиг.2 - пример реализации способа диагностирования тормозов автомобиля, оборудованного АБС, посредством использования последовательного статистического контроля качества изделий.
Б
П
Б
l
П
i
k
По оси абсцисс графика (фиг.1) отложено время торможения автомобиля, а по оси ординат - тормозная сила, где P - сила, при которой исчерпывается сцепление колеса с дорогой и начинается блокировка первого колеса, Р=0,8P- предельно допустимое по ГОСТ Р 51709-2001* значение тормозной силы, когда тормоз может считаться исправным. Линия 1 показывает нарастание тормозной силы исправного тормоза, а T - время до начала сбрасывания давления в приводе этого тормоза, линия 2 - предельно допустимое нарастание тормозной силы, а T- время до начала сбрасывания давления в приводе этого тормоза. Пунктирными линиями показаны возможные варианты нарастания тормозных сил и моменты начала сбрасывания давления в приводе тормозов: T - тормоза исправны, T - тормоза неисправны.
П
На фиг.2 по оси абсцисс отложено число торможений автомобиля n, когда происходило блокирование хотя бы одного из колес и АБС срабатывала, а по оси ординат - количество торможений m, когда блокировка рассматриваемого колеса происходила позже T и отношению разницы времени начала сбрасывания давления в приводе этого плохо работающего тормоза и хорошо работающего тормоза к времени начала сбрасывания давления в приводе плохо работающего тормоза было присвоено условное значение «1». Параллельные наклонные линии графика отражают граничные зоны принятия решения, а точки - сумму накапливаемых условных значений по мере торможений автомобиля, рассматриваемого в качестве примера.
По фиг.1 из условия подобия треугольников можно записать отношения: , подставляя физические величины, получим .
Поскольку по ГОСТ Р 51709-2001* исправными считаются дисковые тормоза при выполнении условия , то условием признания тормоза исправным по результатам контроля времени начала сбрасывания давления в приводе, производимого АБС, можно принять
Осуществление изобретения иллюстрируется примером определения граничных условий на основе известных расчетных формул (Шор Я.Б., Кузьмин Ф.И. Таблицы для анализа и контроля надежности. - М.: Советское радио, 1968. - формулы на странице 235).
0
m
Будем считать, что вероятность наличия на диагностируемом автомобиле с АБС неисправности (недостаточной эффективности) тормоза одного из колес q=0,01 является приемлемой, a q=0,05 - неприемлемой. Примем вероятность того, что по результатам диагностирования будет «забракован» автомобиль с приемлемой вероятностью наличия неисправности тормоза, α=0,1, а вероятность пропустить неисправный тормоз β=0,05.
Граничное условие «тормоз исправен» как зависимость накопленной суммы условных значений m от общего числа торможений автомобиля n, при которых срабатывает АБС: .
Граничное условие «тормоз неисправен»: .
В этих формулах принято: , , .
Подставляя заданные численные значения параметров формул, получим
пр
бр
m=0,248n-1,795; m=0,248n+1,398.
Граничные условия выражены двумя линейными зависимостями, разделяющими пространство графика на три зоны: «тормоз неисправен», «количество торможений не достаточно, анализ (диагностирование) следует продолжить» и «тормоз исправен» (фиг.2). Результаты суммирования условных значений отношения числа сбросов давления в приводе тормозов (для примера использования изобретения на некотором автомобиле) на приведенном графике показаны точками.
Из графика следует, что после 18 торможений автомобиля, при которых АБС срабатывала (наблюдался сброс давления в приводе тормозов), блок управления будет сигнализировать о том, что анализируемый тормоз не обеспечивает должного торможения, т.к. создаваемая им тормозная сила более чем на 20% отличается от тормозной силы хорошо работающего тормоза.
Полученные формулы граничных условий вводят в виде расчетной программы в блок управления АБС, что позволяет в условиях эксплуатации автомобиля без дополнительных материальных затрат постоянно диагностировать не только исправность электрических цепей АБС, но и состояние тормозных механизмов, что обеспечивает решение поставленной задачи и является техническим результатом данного изобретения.