Диагностирование систем управления автомобиля

Безопасность движения автомобилей в значительной степени зависит от технического состояния тормозов и рулевого управления, вследствие неисправности которых случается около 64% дорожно-транспортных происшествий (от общего числа происшествий по техническим неисправностям). Поэтому обслуживанию этих механизмов должно уделяться особое внимание.

Тормозная система должна постоянно и эффективно действовать, иметь минимальное время срабатывания и минимальный тормозной путь, обеспечивать плавность повышения тормозного усилия, а также одновременность торможения всех колес. Общими неисправностями тормозов являются: слабое их действие, занос автомобиля при торможении, заедание тормозных механизмов и «проваливание» тормозной педали в автомобилях с гидравлическим приводом тормозов.

Слабое действие тормозов вызывается уменьшением коэффициента трения в тормозных механизмах вследствие износа или замасливания фрикционных накладок.

В случае несинхронного торможения всех колес происходит занос автомобиля. Причиной несинхронного торможения могут быть: неодинаковые зазоры между фрикционными накладками и тормозными барабанами, замасливание накладок, износ колесных тормозных цилиндров или поршней (при гидравлическом приводе тормозов), растягивание тормозных диафрагм (при пневматическом приводе тормозов), неравномерный износ тормозных или фрикционных накладок. Занос автомобиля при торможении может возникнуть также при утечке воздуха или тормозной жидкости из тормозного привода одного из колес. Заедание тормозных механизмов происходит при обрыве стяжных пружин тормозных колодок, сильном загрязнении тормозных механизмов или валиков тормозного привода, обрыве заклепок фрикционных накладок и заклинивания их между колодкой и барабаном. В зимнее время часто встречается заклинивание колодок в случае их примерзания к тормозным барабанам или дискам. У автомобилей с гидравлическим приводом тормозов заедание тормозных колодок возникает при заклинивании поршней в тормозных цилиндрах или при засорении компенсационного отверстия главного тормозного цилиндра.

В тормозах с гидравлическим приводом наиболее часто встречающейся неисправностью является “проваливание” тормозной педали и торможение только с прокачиванием. Тормозная педаль проваливается вследствие недостаточного количества жидкости в тормозной системе и при попадании воздуха в гидросистему.

В тормозах с пневматическим приводом часто бывает торможение при отпущенной педали тормоза и низком давлении воздуха в системе. Торможение автомобиля при отпущенной педали – следствие неплотной посадки впускного клапана управления (воздух из ресивера поступает в тормозные камеры). Произвольное торможение автомобиля бывает в случае отсутствия зазора между рычагом и толкателем крана управления.

Если двигатель работает длительное время без перерыва, давление воздуха в системе может понижаться в результате проскальзывания ремня привода компрессора, утечки воздуха в соединениях и трубопроводах магистрали, засорения воздухоочистителя компрессора или фильтра влагомаслоотделителя, неплотного прилегания клапанов к седлам компрессора. О неисправной работе компрессора можно судить по пониженному давлению в системе на протяжении длительного времени при неработающем двигателе. Если давление компрессора быстро достигает нормы и уменьшается при остановке двигателя, то это свидетельствует об утечке воздуха из магистрали.

Те узлы тормозной системы, которые сконструированы, изготовлены, установлены на автомобиль и эксплуатируются таким образом, что исключается их выход из строя в результате поломок на протяжении всего срока службы транспортного средства имеют гарантированную прочность. Это требование не относится к отказам в результате естественного изнашивания.

К элементам гарантированной прочности относят: тормозную педаль и ее крепление, тормозной кран, главный тормозной цилиндр, а также элементы привода этих узлов от педали, воздухораспределитель, колесные тормозные цилиндры, колодки, тормозные барабаны и диски, регулировочные рычаги, разжимные кулаки, а также тормозные накладки, жидкости, трубопроводы, шланги и элементы их крепления. Все перечисленные детали не подлежат замене на аналогичные, не промышленного изготовления или не соответствующие требованиям предприятия изготовителя. Запрещается изменять конструкцию тормозных систем в процессе всего срока эксплуатации.

Требования к техническому состоянию и эффективности устанавливаются не только для рабочей и стояночной тормозных систем автомобиля, но и запасной (аварийной) и вспомогательной, т.е. ко всем тормозным системам, предусматриваемым конструкцией автотранспортного средства.

Техническое состояние тормозных систем оценивается методами дорожных и стендовых испытаний. Диагностическими показателями рабочей тормозной системы автотранспортного средства приняты: тормозной путь или установившееся замедление, линейное отклонение корпуса автомобиля от прямолинейного движения (диагностирование на дороге), общая удельная тормозная сила, время срабатывания тормозной системы, относительная разность тормозных сил колес одной оси (диагностирование на стендах).

При каждом из методов автотранспортное средство может подвергаться испытаниям как в груженом состоянии (полная масса), так и в снаряженном (без нагрузки). Дорожные испытания проводят на прямом, ровном, горизонтальном сухом участке дороги с цементо- или асфальтобетонном покрытием, не имеющем на поверхности сыпучих материалов или масла.

При диагностировании тормозных систем на дорогах автомобиль в снаряженном состоянии разгоняют и резко тормозят однократным нажатием на педаль тормоза. Замедление автомобиля определяется с помощью деселерометра принцип действия, которого заключается в фиксации пути перемещения инерционной массы прибора относительно его корпуса, неподвижно закреплённого на автомобиле. Это перемещение происходит под действием возникающей при торможении автомобиля силы инерции, которая пропорциональна его замедлению. Инерционной массой деселерометра может служить поступательно движущийся груз, маятник, жидкость или датчик ускорения, а измерителем – стрелочное устройство, шкала, сигнальная лампа, самописец, компостер и др.

По сравнению с дорожными испытаниями диагностирование на стендах имеет преимущества: высокую точность результатов испытаний; возможность дифференцированного изучения любого из факторов, влияющих на процесс движения автомобиля; безопасность испытаний на любых скоростных и нагрузочных режимах; возможность имитации различных дорожных условий; малые затраты времени и средств для проведения испытаний; возможность стандартизации условий испытаний для обеспечения повторяемости результатов и сопоставляемости данных, полученных на разных стендах и др. Стенды позволяют определить тормозное усилие на каждом колесе, одновременность торможения колес автомобиля, время срабатывания, усилия на тормозные педали и другие параметры.

Диагностирование на специальных стендах может осуществляться инерционным или силовым способом измерения показателей эффективности тормозов. Инерционный способ основан на измерении сил инерции, возникающих в период торможения автомобиля и приложенных в местах контакта колес с опорной поверхностью (площадки или роликов). При этом тормозные силы можно измерять либо по силам инерции поступательно и вращательно движущихся масс перемещающегося автомобиля, либо по силам инерции масс и маховика стенда, воздействующих на заторможенные колеса неподвижного автомобиля. В первом случае применяют площадочные стенды для одновременной проверки полной тормозной силы каждого колеса автомобиля, а во втором – роликовые стенды с инерционными массами для определения тормозных сил и тормозных путей каждого из колес.

Площадочный стенд имеет четыре измерительные платформы, по две на каждую ось автомобиля, оснащенные датчиками, и приборную стойку, соединенную с платформами электрическим кабелем.

В процессе диагностирования автомобиль со скоростью 6 —10 км/ч наезжает колесами на платформы стенда и тормозит. Измерение тормозных сил основано на измерении перемещения платформ, которое происходит за счет возникновения сил инерции системы автомобиль — платформы и сил трения между шинами и поверхностью платформ. Это перемещение, пропорциональное общей тормозной силе автомобиля, фиксируется с помощью датчиков, установленных под измерительными платформами. Сигналы от датчиков передаются в компьютер, который выдает на дисплей и принтер с интервалами в 0,05 с значения максимальной тормозной силы, на дисплей — световую индикацию неравномерности торможения колес каждой оси и значение в процентах эффективности торможения.

К недостаткам площадочных стендов следует отнести следующее:

- значительная площадь, требуемая для размещения стенда и разгона автомобиля перед въездом на стенд;

- зависимость точности измерения тормозной силы от отклонения

направления движения автомобиля относительно оси стенда;

- недостаточная безопасность проведения работ на стенде при движущемся автомобиле;

- не определяются удельные тормозные усилия на каждом колесе;

- нет возможности определить усилие торможения стояночным тормозом при трогании автомобиля с места;

- не определяются усилия на педали тормоза.

На силовых роликовых стендах определяются следующие параметры: тормозная сила на каждом колесе;удельная тормозная сила; коэффициент неравномерности тормозных сил; усилие на органах управления (педаль, ручник); время срабатывания тормозной системы. Дополнительно проводится взвешивание автомобиля на каждое колесо.

Стенды обеспечивают следующие режимы диагностирования: рабочее контрольное торможение; экстренное торможение; торможение стояночным тормозом.

Тормозные роликовые стенды состоят из следующих частей: силовой шкаф, измерительная стойка с пультом управления и дисплеем, один или два опорно-роликовых блока.

Тормозные стенды роликового типа выпускаются для легковых автомобилей, грузовых автомобилей и автобусов, мотоциклов и иной двухколесной мототехники.

Основной частью тормозного роликового стенда является опорно-роликовый блок (рис. 4). В раме блока располагаются два опорно-силоизмерительных устройства, каждое из которых состоит

Рис. 4. Комбинированная схема роликового тормозного стенда силового типа:

1— мотор-редуктор с силоизмерительным устройством; 2— ролик; 3 - контактный датчик вращения колеса; 4 — цепная передача; ДС — силоизмерительный датчик на педали; УДВ — датчик и усилитель весовой измерительной системы; ДВ — датчик вращения колеса; УД1, УД2 — усилители датчиков вращательного момента (тормозной силы); 5 — сумматор; 6 — дифференцирующее устройство — «больше-меньше»; 7 — компьютер; П — принтер; БП — блок питания

из пары опорно-приводных роликов, привода, измерительного устройства тормозных сил, взвешивающего устройства и контактного датчика вращения колеса.

Ролики соединены между собой цепной передачей, что обеспечивает, с одной стороны, надежную передачу вращающего момента на колесо, а с другой стороны, выезд автомобиля со стенда при застопоренных роликах без применения подъемной площадки. Ролики опираются на датчики веса, благодаря чему производится замер веса автомобиля, приходящегося на отдельное колесо. Эти замеры необходимы для расчета удельной тормозной силы на колесе автомобиля. Привод роликов выполнен в виде мотор-редуктора, электродвигатель которого состоит из статора и ротора, причем статор является подвижным звеном. Статор установлен на раме на подшипниках,вследствие чего за счет действия реактивного момента он поворачивается в сторону, противоположную вращению ротора, и через рычаг воздействует на датчик силоизмерительного устройства. Принцип измерения тормозных сил автомобиля основан на уравновешивании движущего момента, создаваемого приводом стенда и подводимого к роликам, тормозным моментом автомобиля от сил,возникающих на тормозных колодках и барабанах или пластинах и дисках в каждом колесе. Сигналы от датчиков веса, тормозных сил и датчика вращения колеса поступают в системный блок компьютера, который обрабатывает их и выдает информацию на аналоговые указательные приборы или в виде табло на дисплей.

Поиск дефектов тормозной системы проводят после оценки её работоспособности в целом, в случае отклонения полученных результатов от технических условий. При этом определяют ход педали тормоза, остаточное давление в системе привода, зазоры между колодками и барабаном и другие параметры, применяя линейки, щупы, манометры, секундомеры и др. Нарушение герметичности гидравлического привода определяют по снижению уровня тормозной жидкости в резервуаре и по следам ее подтекания, а также по характеру сопротивления нажатию педали тормоза и ее остаточному ходу.

Для рулевого управления характерны следующие неисправности: изнашиваются рабочие пары, опоры рулевого вала и вала рулевой сошки; ослабляется крепление картера рулевой колонки; изгибается поперечная рулевая тяга; заедают детали; падает давление и нарушается герметичность гидроусилителя. Узлы трения скольжения рулевого привода работают в тяжелых условиях. Нагрузка в шарнирах рулевых тяг имеет знакопеременный характер, удельные нагрузки достигают 20 МПа и более, в то время как смазочный материал в шарнирах распределяется неравномерно по поверхностям трения. Шарниры плохо защищены от пыли, грязи и влаги. Все это приводит к быстрому изнашиванию шарниров и ослаблению крепления деталей рулевого привода. Вследствие старения масла в системе гидравлического усилителя руля возможно засорение клапанов и фильтров смолистыми отложениями. В результате всех этих изменений затрудняется управление автомобилем, увеличиваются усилия, необходимые для поворота управляемых колес.

При увеличении зазоров в соединениях рулевого управления нарушается правильное соотношение между углами поворота управляемых колес и увеличивается время поворота колес. Увеличенные зазоры могут быть причиной вибрации передней части автомобиля и потери им устойчивости. В объем диагностических работ рулевого управления входит: его осмотр; проверка свободного хода рулевого колеса, зазоров в шарнирах тяг, осевого люфта рулевого вала, зазора в зацеплении рулевой передачи и предельных углов поворота управляемых колес; регулировка шарниров тяг, подшипников червяка рулевой передачи и зазора в зацеплении рабочей пары рулевой передачи. При наличии в рулевом управлении усилителя дополнительно входит проверка крепления агрегатов, уровня масла в бачке системы и рабочего давления насоса.

При диагностировании рулевого управления проверяют крепление деталей и их шплинтовку. Все крепежные детали должны быть плотно затянуты: пробки и гайки шаровых пальцев, шарниров продольной и поперечной рулевых тяг, а также крепления рулевых рычагов должны быть надежно зашплинтованы.

Диагностирование технического состояния рулевого управления проводится по суммарному люфту в рулевом управлении. Суммарный люфт в рулевом управлении определяется как суммарный угол, на который поворачивается рулевое колесо автомобиля под действием поочередно приложенных к нему и противоположно направленных регламентированных усилий при неподвижных управляемых колесах. На суммарный люфт в рулевом управлении оказывают влияние зазоры в рабочей паре передачи, подшипников рулевого вала, в шарнирах рулевого привода и других элементах рулевого управления. Суммарный люфт в рулевом управлении увеличивается также с ослаблением креплений картера рулевой передачи, рулевой сошки, рулевых рычагов и других деталей рулевого управления. Если суммарный люфт в рулевом управлении превышает установленные пределом значения, то существенно снижается удобство управления автомобилем. Для поворота управляемых колес автомобиля на небольшой угол водитель вынужден поворачивать рулевое колесо на значительный угол. При движении с повышенной скоростью, вследствие большого суммарного люфта в рулевом управлении, будет запаздывать поворот управляемых колес, и ухудшаться управляемость автомобиля. Увеличенный суммарный люфт в рулевом управлении указывает на возможность возникновения нагрузок ударного характера между деталями рулевого управления и на ослабление крепления деталей. В результате этого уменьшается безопасность движения автомобиля.

Метод проверки суммарного люфта в рулевом управлении основан на применении искусственного диагностического параметра. Искусственность его состоит в том, что регламентированные усилия, вызывающие поворот рулевого колеса на контролируемый угол, подобраны эмпирически для различных моделей автомобилей. Они упорядочены на основе введенной классификации транспортных средств по их типу и собственной массе, приходящейся на управляемые колеса. Осмотр и опробование нагрузкой деталей рулевого управления и их соединений проводят на осмотровой канаве, эстакаде или подъемнике, если его конструкция обеспечивает сохранение нагрузки, приходящейся на колеса автомобиля.

При диагностировании рулевого управления используются механические и электронные люфтомеры.

Метод измерения суммарного люфта рулевого управления механическим люфтомером заключается в выявлении угла поворота рулевого колеса по угловой шкале люфтомера между двумя фиксированными положениями, которые определяются приложением к нагрузочному устройству поочередно в обоих направлениях одинаковых усилий, регламентируемых в зависимости от собственной массы автомобиля, приходящейся на управляемые колеса.

При повороте управляемого колеса в случае приложения регламентируемого усилия на него, фиксируемые положения должны соответствовать моменту начала поворота колеса, который определяется визуально или с помощью дополнительных средств (например, индикатора).

Принцип действия электронного люфтомера основан на измерении угла поворота рулевого колеса посредством преобразования сигнала гироскопического датчика угла поворота, в интервале срабатываний индуктивного датчика движения управляемых колес при выборе люфта рулевого управления в обоих направлениях вращения руля.

Для выявления зазоров в рулевом приводе можно использовать специальные стенды люфт-детекторы, состоящие из площадок, которые могут обеспечивать продольное и поперечное перемещение установленных на них управляемых колес автомобиля. Управление этими площадками осуществляется пультом дистанционного управления. Люфт-детекторы могут монтироваться в пол у осмотровой канавы, а могут устанавливаться на подъемник.

В автомобилях с гидроусилителем рулевого привода суммарный люфт рулевого управления надо проверять при работающем двигателе, так как при неработающем свободный ход будет большим вследствие перемещений золотника клапанного устройства обеспечивающего следящие действия рулевого привода. После этого проверяется работа рулевого управления при движении автомобиля. Управляемые и рулевые колеса должны поворачиваться из одного крайнего положения в другое без заедания и большого сопротивления.

Для автомобилей, оснащенных гидроусилителем рулевого управления, дополнительно проверяется уровень рабочей жидкости, а также натяжение ремня привода насоса усилителя с использованием специального прибора для одновременного измерения усилия и перемещения.