Главная

Двигатель

Трансмиссия

Тормозная система

Рулевое управление

Безопасность комфорт

Другие электронные системы

Диагностика (новый)

Чип-тюнинг (новый)

Термины и сокращения

 

Состояние и тенденции развития систем

Встроенные средства диагностирования стали неотъемлемой час­тью электронного оснащения автомобилей. Прежде недооценивав­шиеся, они рассматривались как побочный результат внедрения наи­более сложных микропроцессорных систем управления, а в последние годы стали одним из центральных направлений компьютеризации автомобильного парка. С этим направлением связаны не просто появ­ление нового узла автомобиля, но и перераспределение и автоматиза­ция функций, принадлежавших прежде водителю и механику авто­транспортного предприятия (АТП). Микропроцессорным встроенным средствам отводится задача контроля за техническим состоянием агре­гатов, узлов и автомобиля в целом. В результате формируются реко­мендации по продолжению работы автомобиля на линии либо поста­новке его на техническое обслуживание (ТО) и текущий ремонт (ТР) или выполнению мелкого ремонта самим водителем в пределах еже­дневного обслуживания (ЕО).

Встроенные средства подразделяются на:

-системы датчиков и контрольных точек, обеспечивающие вывод сигналов на внешние средства диагностирования;

-бортовые системы контроля для допускового контроля параметров функционирования и технического состояния с выводом результатов только на дисплеи в кабине водителя;

Встроенные системы диагностирования — автономные или функ­ционирующие комплексно со стационарными информационно-управ­ляющими центрами. Эти системы предназначены для косвенного обобщенного контролирования работоспособности узлов и агрегатов с выдачей результатов на дисплей водителю и в бортовой накопитель для последующего прогнозирования и учета ресурса и наработок узлов, корректирования режимов ТО стационарными ЭВМ.

Наибольшее распространение получили встроенные системы с мик­ропроцессорной обработкой, накоплением и выдачей информации во­дителю, в бортовой накопитель и на штеккерный разъем, несущие функции всех трех указанных разновидностей. Такие системы предна­значены для использования водителем или механиком АТП и выдачи данных в ЭВМ стационарного комплекса АСУ работой и техническим состоянием парка.

Диагностирование только внешними средствами не обеспечивает предотвращения эксплуатации автомобилей с неисправностями, ава­рийных дорожных отказов, оптимизации выбора режима движения и проведения ТО и ТР. Оно не устраняет накопления неисправностей на межконтрольном пробеге, так что в среднем более 20 % парка эксплу­атируется с такими неисправностями. Ухудшение технического состо­яния автотранспортных средств является причиной дорожно-транс­портных происшествий (ДТП) и дорожных отказов. Более частому проведению диагностирования препятствуют ограничения экономи­ческого характера. Кроме того, значительная доля парка эксплуатиру­ется вообще без диагностирования, нередко в отрыве от АТП и стан­ций технического обслуживания (СТО), в мелких ведомственных и личных плохо оснащенных гаражах.

Наиболее перспективной возможностью снять указанные ограниче­ния, обеспечив практически непрерывным контролем наименее надеж­ные узлы, служит внедрение встроенных средств диагностирования. Имеющиеся в настоящее время разработки показывают целесооб­разность диагностирования встроенными средствами двигателя и узлов, основных функциональных качеств автомобиля по функцио­нальным параметрам агрегатов и движению автомобиля, обобщенных показателей работоспособности важнейших агрегатов.

Микропроцессорные встроенные системы диагностирования долж­ны с упреждением выявлять предотказные состояния узлов, определя­ющих наибольшую частоту обращений в ремонтную зону АТП или на СТО, а также снижение функциональных качеств, представляющее уг­розу для безопасности движения. В частности, следует контролиро­вать топливную экономичность, состояние аккумуляторной батареи, неравномерность действия тормозов и суммарную тормозную эффек­тивность с выдачей рекомендаций водителю по ограничению скорости движения и др.

Первоначально в ФРГ, а затем в США и Японии в 1969—1970 гг. на легковых автомобилях были внедрены системы встроенных датчи­ков и контрольных точек (СВД и КТ). С 1971—1973 гг. японскими и американскими, а впоследствии и западноевропейскими фирмами применяются электронные бортовые системы контроля (БСК)В нача­ле 80-х годов разработаны встроенные системы диагностирования (ВСД) с микропроцессорной обработкой и накоплением информации.

Автомобильные СВД и КТ имеют бортовую сеть встроенных в кон­струкцию автомобилей датчиков и контрольных точек системы электрооборудования, подключаемую при диагностировании к внеш­ней вторичной диагностической аппаратуре.

Автономные БСК первого поколения обеспечивали допусковой прямой контроль раздельно по 10—12 параметрам с синхронной выда­чей результатов на приборную панель. Являясь по существу ее про­должением. БСК выполняли проверку технического состояния узлов по структурным параметрам, а правильность функционирования — по выходным параметрам, прямо и однозначно отражающим контроли­руемый процесс.

При насыщении автомобилей электроникой (например, легковых высшего и среднего классов) устанавливаемые на БСК устройства объединяют на микропроцессорной основе в одно целое с другими устройствами контроля (эконометром, маршрутным компьютером, электронной панелью, указателем целесообразности переключения передач) и связывают с автоматическими регуляторами (впрыска, за­жигания, работой трансмиссии и др.). Подобные связи возникают как при использовании общих датчиков одновременно для нескольких компонентов, так и при выполнении функций обработки, отображе­ния и накопления данных общими для них блоками. Так, в 1976 г. фирмой «Bosch» (ФРГ) разработана одна из первых комплексных сис­тем управления ДВС и трансмиссией, одной из функций которой стал допусковой контроль систем смазки, охлаждения и узлов, обеспечива­ющих безопасность движения.

Дальнейшее повышение эффективности БСК обусловлено исполь­зованием в них микропроцессоров вместо специализированных логи­ческих схем с неизменяемым алгоритмом. Это не только обеспечило универсальность систем по отношению к различным моделям и моди­фикациям автомобилей и их узлов, формат выдачи результатов за счет многовариантности программных процедур обработки результатов измерений, но и сделало доступными более эффективные и сложные вычислительные алгоритмы, требующие значительных объемов памя­ти и развитого интерфейса. Микропроцессорные БСК включают в себя встроенные датчики, аналого-цифровые преобразователи или преобразователи сигналов датчиков в стандартную импульсную форму, пульт управления с дисплеями, блоки памяти, арифметико-ло­гическое устройство с оперативными запоминающими устройствами и интерфейсом (микропроцессор), стабилизированные блоки питания.

Современные БСК легковых автомобилей часто конструктивно объединяются с традиционной приборной панелью в единую автомо­бильную информационную систему. При этом основное отличие БСК от комплекта индикаторов стандартной панели заключается не столь­ко в расширении номенклатуры контролируемых параметров, сколько в обязательной допусковой обработке результатов, возможностях ана­лиза целесообразности их запоминания или отображения по приори­тетам.

 

Рис. 1. Возможности и сфера контроля технического состояния встроенными средствами

В настоящее время ведущие автомобилестроительные фирмы применяют на легковых автомобилях от большого до малого клас­сов разветвленные микропроцессорные БСК для допускового кон­троля 15—20 параметров. В дополнение к функциям первых внед­ренных БСК эти системы обеспечивают контроль состояния сцепления, амортизаторов, аккумуляторной батареи, системы зажигания, компрессии по цилиндрам и др. (рис. 1).

Новый этап развития «диагностического разъема» (как нередко, хотя и не совсем точно, в последние годы называют СВД и КТ) начал­ся с внедрением автомобильных микропроцессорных систем управле­ния с крайне низкой контролепригодностью в условиях традиционно­го оснащения ремонтных зон АТП, гаражей и СТО. Проверка автомо­билей с такими системами по наиболее общим выходным показателям эффективности обеспечивается на соответствующим образом оснаща­емых мотор(дизель)тестерах и роликовых стендах. Так, например, легковые автомобили с микропроцессорными и электронными систе­мами управления карбюраторными двигателями могут проверяться современным микропроцессорным мотор-тестером МОТ-500 фирмы «Bosch», а с антиблокировочными тормозными системами — на роли­ковом стенде РЗ фирмы «Schenck» (ФРГ).

Для поэлементной проверки, определения характера неисправнос­тей и поиска отказавших элементов наиболее сложные микропроцес­сорные системы управления оснащают специальным «диагностичес­ким разъемом» и подключают к ним вторичные переносные тестеры. Примером может служить диагностическое обеспечение выпускаемых фирмой WABCO антиблокировочных микропроцессорных тормозных систем, включающих «диагностический разъем», простейшие встроен­ные элементы самоконтроля и вторичные переносные тестеры для проверки пневмоаппаратов и электронных блоков антиблокировоч­ных систем. В частности, применяется тестер модели 4460070010 для проверки 4- и 2-контурных антиблокировочных систем с дополнитель­ной ASR-функцией управления разгоном (Antriebs Schlupf Regelug) грузовых автомобилей, автопоездов и автобусов. Тестер обеспечивает проверку электрических сигналов 14—16 блоков антиблокировочных систем фирмы WABCO путем подключения через 35-контактный и два 7-контактных разъема. Кроме того, встроенный блок контроля дает возможность водителю по двум индикаторным лампам на приборной панели следить на режимах пуска двигателя, трогания и в процессе движения за включенным состоянием и общей исправностью системы в целом. Однако «диагностический разъем» в комплексе с используе­мыми с ним вторичными тестерами относится скорее к внешним сред­ствам диагностирования с присущими им возможностями.

От простейших «однопараметрических» индикаторов состояния узлов и агрегатов, дополнявших функции приборной панели, раз­работки последнего десятилетия привели к современным микро­процессорным встроенным системам диагностирования. Многооб­разие функциональных возможностей, аппаратурного построения и форм выдачи результатов отражает классификация встроенных средств диагностирования по функциональным и структурным при­знакам (рис. 2). б

 

Рис. 2. Классификация встроенных средств диагностирования

Число датчиков определяет стоимость и надежность БСК, эффек­тивность которой зависит прежде всего от условий использования ре­зультатов допускового контроля, адресуемых исключительно водите­лю. Ввиду этого дальнейшее развитие микропроцессорных БСК связа­но не с наращиванием числа контролируемых параметров, как прежде, а с совершенствованием обработки данных, получаемых в результате измерений, их накопления, вторичной переработки по варьируемым вычислительным алгоритмам, и выдачей результатов не только води­телю, но и через накопитель — персоналу технической службы после возвращения автомобиля в АТП. Такие автономные либо функциони­рующие в комплексе со стационарными информационно-управляю­щими центрами АСУ микропроцессорные системы для косвенного контроля, накопления и переработки результатов целесообразно име­новать встроенными системами диагностирования ВСД в отличие от простейших БСК. Вместо контроля структурных параметров, непо­средственно и однозначно отражающих уровень износа детали или работоспособности узла, в них по результатам измерений функцио­нальных параметров вычисляются обобщенные комплексные показа­тели работоспособности агрегатов и изменяющихся эксплуатацион­ных качеств автомобиля (топливной экономичности, тормозной эф­фективности), что в целом отражает его состояние. Такие ВСД обеспечивают формирование рекомендаций водителю и команд авто­матическим регуляторам по ограничению скорости движения, частоты вращения коленчатого вала двигателя, по своевременности постанов­ки автомобиля на ТР и ТО, замены конкретных узлов и агрегатов, а вместе со стационарными комплексами АСУ определяют их остаточ­ный ресурс. Эти системы по существу автоматизируют процедуру обобщенной оценки состояния автомобиля, его агрегатов, обычно вы­полняемую водителем и механиком субъективно даже при оснащении бортовыми системами контроля.

Конструирование ВСД ведется по двум основным направлениям: создание автономных целиком ориентированных на водителей систем для обобщенной оценки состояния автомобиля и систем в комплексе со стационарными средствами АСУ, адресованных прежде всего меха­никам, мастерам и руководителям АТП.

На современном этапе наиболее характерным является объедине­ние различных автомобильных систем контроля и диагностирования на структурном и алгоритмическом уровнях в единую информацион­ную систему автомобиля с общей сетью датчиков и микропроцессор­ным блоком с накопителем в комплексе со стационарными АСУ АТП.

Наряду с этим имеется тенденция ввода блоков и функций ВСД в состав микропроцессорных систем автоматического управления авто­мобилем с задачей контроля их работоспособности. Объединение раз­личных автономных бортовых систем регистрации показателей рабо­ты и технического состояния автомобиля, расходования топлива, на­работки основных агрегатов, выполненных ремонтно-технических воздействий, работоспособности водителя дает наиболее полное ис­пользование результатов контроля, бортовой измерительной сети, вы­числительных возможностей и памяти микропроцессорных блоков об­работки информации. Обеспечивается не только рациональное по­строение бортового комплекса, но и новый, качественно более высокий уровень, оптимизации оперативного управления в техничес­кой и коммерческой эксплуатации.

Так, первая система VMS фирмы RCA послужила прототипом но­вого поколения ВСД с накоплением данных о работе и техническом состоянии автомобиля. Ее внедрение началось с 1985 г. на легковом и грузовом подвижном составе. Конструктивно ВСД, как правило, объ­единяются с БСК той или иной мощности (в том числе сравнительно несложными системами контроля 15—19 параметров) в единую борто­вую систему, обеспечивающую в комплексе потребности в контроле технического состояния и зависящих от него режимов ТО и ТР авто­мобиля.

Развитие БСК и ВСД характеризовалось последовательным укруп­нением объектов контроля и расширением их номенклатуры с посте­пенным охватом всех жизненно важных узлов автомобиля (с позиции безопасности движения и сохранности, экологии, топливной экономичности, надежности пуска, безотказности на линии и др.). Вместе с тем расширялся охват локальным контролем деталей, дающих наибо­лее вероятные и чреватые серьезными последствиями неисправности в эксплуатации.

Специфической особенностью контроля электронных систем, структурные параметры которых, как правило, недоступны для измерений, является проверка по функциональным параметрам со­стояния их элементов в рабочих и специальных тестовых режимах. При этом аппаратными средствами (искусственно введенными эле­ментами, внешними по отношению к проверяемой системе) кон­тролируется состояние встроенных механизмов, цепей питания, а также (по специальным признакам) входных и выходных сигналов конструктивно раздельных блоков. Программный тестовой кон­троль микропроцессорных блоков автомобильных систем, реали­зуемый тем же микропроцессором, на сегодня дорог и пока не освоен. Контроль же электронных систем внешними тестерами обеспечивается их подключением к контрольным точкам через схемы развязки и не требует дополнительных встроенных датчиков. Удорожание проверяемых систем не превышает в этом случае 10—15 %.

Характерно, что при интеграции ВСД с комплексными систе­мами управления двигателем, трансмиссией и другими агрегатами сами эти системы управления также включаются в число объектов контроля встроенной системой. При этом раздельно контролиру­ются выходные сигналы встроенных датчиков, электронных блоков, исполнительных механизмов, а зачастую и состояние управляемого ими узла автомобиля.

Как правило, ВСД легковых автомобилей снабжаются бортовым накопителем, а процедура отображения результатов является двух-или трехзвенной и программируется. В зависимости от приоритета неисправности автоматически включается одна из форм индикации (синхронная, цепная, по запросу, по опорным сигналам режима рабо­ты автомобиля) наличия и места неисправностей. Такое усложнение процедуры отображения результатов при сравнительно простых алго­ритмах допускового контроля обеспечивает адаптацию ВСД к жест­ким условиям информационных перегрузок водителя, значительно уп­рощает использование результатов как водителем, так и ремонтным персоналом АТП и СТО.

Имеется не только аппаратурная интеграция систем, но и объеди­нение процедур обработки фиксируемых ими результатов различного содержания: диагностирования, контроля выполненной транспорт­ной работы (по показателям тахографа), учета выработки ресурса аг­регатов и выполненных технических воздействий, расходования топ­ливных ресурсов и др. Алгоритмы совместной обработки реализуются на ЭВМ стационарных информационно-управляющих центров АТП.

На борту данные фиксируются по опорным сигналам пробега, даты, времени и событий (номеру ездки или рейса, причинам простоев, слу­чаям ТО и ТР, ДТП и др.). Выдача информации обеспечивается сразу в несколько адресов — в диспетчерскую службу перевозок, в группы учета топливных и материальных ресурсов, анализа технического со­стояния и обслуживания подвижного состава, управления производст­вом ТО и ТР, механикам и руководителям АТП.

Наблюдается устойчивая тенденция усложнения процедур обработ­ки информации, ее предварительного анализа перед выдачей пользо­вателям в упорядоченной форме непосредственно в момент контроля или при выдаче из накопителей в ЭВМ. При этом обеспечиваются не только эффективное восприятие данных, но,что более важно, и допол­нительные функции прогнозирования темпа изнашивания и остаточ­ного ресурса, автоматизация всех этапов учета показателей работы, технического состояния, ресурса, наработки и восстановления работо­способности подвижного состава, анализа эффективности и режимов работы водителя.

Использование в ВСД микропроцессоров для обработки результа­тов контроля обеспечивало автоматизацию подготовки для водителя решений по поддержанию работоспособности и эксплуатации автомо­биля. Синхронная с контролем индикация результатов сохраняется уже только для экстренных случаев опасных неисправностей, а сама процедура выдачи результатов стала автоматически управляемой. За­ранее прорабатываются и программируются для ВСД возможные ис­ходы контроля, с тем чтобы вместо (или кроме) числовых значений выдавались конкретные рекомендации. Наиболее простые из таких возможностей (в отношении хорошо диагностируемых или опасных, исключающих продолжение движения неисправностей) уже заложены во внедренных на легковых автомобилях системах.

Так, данные о работоспособности автомобиля и неисправностях выдаются только при необходимости реагирования на них. Считается, что в перспективных системах выдача данных должна обеспечиваться на режимах холостого хода, пусковых и предпусковых, а в экстренных случаях — и синхронно с выполнением контроля в процессе движения. Формой отображения, как полагают, должны быть конкретные реко­мендации типа «Стоп», «Выключить двигатель», «Ограничить ско­рость» (до конкретного значения), «Вернуть в АТП» (с пробегом не более указанного), «Прекратить транспортную работу по завершении ездки», «Долить масло в гидроусилитель», «Прочистить топливный фильтр» и др. Целесообразно также предусмотреть выдачу информа­ции о недопустимом снижении функциональных качеств и угрожаю­щих безопасности движения неисправностях в виде команд регулято­рам скорости движения и системам автоматического торможения.

По окончании смены (рейса) или перед ТО механик АТП по запро­су должен иметь возможность получить из системы полные сведения о зафиксированных неисправностях, а также о наработке двигателя и других агрегатов на межконтрольном пробеге. Данные должны защи­щаться от искажений и служить основанием для назначения и плани­рования работ ТО и ТР. Эти же данные должны выдаваться в систему учета технической службы (обычно через буферное устройство). Со­вершенствуется и сама процедура выдачи ВСД результатов.

Так, фирмой «Bosch» предложено в дополнение к звуковой и свето­вой индикации выхода контролируемых параметров за иоле допуска выдавать по запросу скорость их изменения. Фирмой «Nippondenso» (Япония) предлагается изменять масштабы шкал отображаемых на дисплеях параметров при их выходе за поле допуска, а также напоми­нать о наличии неисправностей речевым индикатором через фиксиро­ванное время после визуальной индикации. Этой же фирмой вместо индикации скорости постепенного изменения контролируемого пара­метра (например, вследствие износа) предложено выдавать результат сравнения прогноза ресурса с пробегом до ближайшего планового ТО.

Результаты контроля функциональных параметров, таких, как дав­ление масла, предлагается выдавать только на фиксированных нагрузочно-скоростных режимах после расчета соответствия их значений параметру режима, причем поиск требуемых параметров в памяти обеспечивается по специальным программам. Помимо индикации не­исправностей по запросу, фирмой «Nissan» (Япония) предлагается автоматическая выдача данных после включения зажигания или завер­шения операций ТО. Японскими фирмами «Toyota» и «Nippondenso» рекомендуется заносить в бортовой накопитель результаты контроля не только технического состояния, но и частоты выхода из строя агре­гатов и систем автомобиля на экстремальных режимах, как наиболее объективные характеристики эффективности работы автомобиля.

Весьма перспективна замена проводной бортовой измерительной сети электрических (как правило, экранированных) коммуникаций, со­единяющих встроенные датчики с бортовым электронным блоком, на мультиплексную кольцевую систему передачи данных. При этом все датчики соединяются с одним или двумя кольцевыми проводами. По ним обеспечивается их опрос импульсными сигналами системы в ко­дированной форме с временным или частотным разделением команд­ных и информационных сигналов. Применение мультиплексных сис­тем радикально сократит протяженность электрических проводов и количество разъемов, на которые при числе встроенных датчиков более 20 приходится свыше 30—40 % стоимости ВСД.

Для выдачи неотложной информации водителю в ВСД все шире используются автоматические синтезаторы речи в комплексе с автомо­бильной радио- и звуковоспроизводящей аппаратурой. В качестве ви­зуальных индикаторов применяются жидкокристаллические, газораз­рядные или светодиодные матричные многофункциональные и специализированные дисплеи с электронным управлением. Эти же дисплеи, как правило, служат и для выдачи информации о функционировании автомобиля по номенклатуре традиционных параметров приборной панели, и для сенсорного вызова требуемых данных о состоянии авто­мобиля. Информация выдается в цифровом и знаковом виде, причем конкретная форма отображения выбирается автоматически в расчете на максимальную вероятность восприятия. Так, при первоначальном обнаружении опасных неисправностей на ограниченный период вре­мени может включаться мигающий режим индикации, отражающий характер неисправности, с одновременным речевым подтверждением. Затем до появления новых отказов остается включенной только общая индикация наличия неисправностей без их конкретизации или перио­дически производятся напоминания водителю.

Не менее существенна намечающаяся перспективная тенденция ин­теграции всего электронного оснащения автомобиля на основе не­скольких, казалось бы отнюдь не первостепенных, систем: мультип­лексной, автомобильной (реже ее называют водительской), информа­ционной и ВСД. Эта интеграция охватывает все стороны аппара­турного построения, функционирования, взаимодействия микропро­цессорных систем-компонентов и имеет конечной целью создание автомобильной локальной информационно-вычислительной сети, объединяющей рассредоточенные по узлам и агрегатам автомобиля компоненты посредством трех указанных разветвленных систем. При этом сама встроенная система не будет иметь собственных конструк­тивных блоков (исключая лишь ряд встроенных датчиков) и на функ­циональном или программном уровне войдет в состав более сложных систем (например, комплексного управления двигателем внутреннего сгорания и трансмиссией). Но функции контроля и диагностирования традиционных механических узлов и электронного оснащения автомо­биля сосредотачиваются именно в такой «распределенной» встроенной системе, на входы которой подаются сигналы с контрольных точек и встроенных диагностических датчиков.

 

 Информационные контрольно-диагностические системы

Этот раздел сайта посвящен электронным системам управления. А именно, описанию, cостоянию и тенденции развития информационно контрольно-диагностических систем...