Анализ методов и средств диагностирования тормозных систем автомобиля

Как показывает анализ [4] зарубежных транспортных средств современного сельскохозяйственного производства и перспектив [25] повышения их эксплуатационных показателей эффективная работоспособность данного вида техники достигается поддержанием имеющегося машинно-тракторного парка в готовности к использованию по предназначению за счет сохранения ресурса машин и агрегатов на основе применения прогрессивных технологий их технической эксплуатации с применением средств диагностики [3, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 24, 26].

Оценивая повреждение перевозимой аграрной продукции, мы установили [2, 29], что снизить не производительные затраты материального и финансового характера возможно за счет модернизации подвески кузова [23] и сохранения прямолинейного [31], равномерного и плавного движения транспортного средства [6], что в значительной мере зависит от состояния тормозных систем.

В РФ и в странах СНГ в области диагностики тормозных систем успешно работают МАДИ, Волгоградский ТУ, ГосавтотрансНИИпроект, Харьковский АДУ, Ташкентский АДИ, ГОСНИТИ, ЮУрГУ, Новочеркасский ПИ, Саратовский ГТУ, Рязанский ГАТУ и другие университеты, институты и научно-исследовательские организации.

Наиболее значительные исследования по диагностике тормозов автомобилей принадлежат Болдину А.П., Гернеру В.С., Говорущенко Н.Я., Кокореву Г.Д., Левинсону Б.В., Мирошникову Л.В., Михлину В.М., Морозу С.М., Прокопьеву В.Н., Ревину А.А., Серову А.В., Улитовскому Б.А., Успенскому И.А., Федотову А.И., Филимонову А.А. [3, 8, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 20, 21, 22, 26, 30]. В результате проведенных этими учеными работ в нашей стране создано значительное количество приборов, стендов и устройств для диагностирования тормозных систем.

Были разработаны методы и средства для общего стационарного диагностирования перед ТО и ремонтом, для поэлементного диагностирования в процессе ТО и ремонта или же после их выполнения [1, 20, 27]. Методы и средства общего диагностирования, а также порядок проведения контроля тормозов с их помощью подробно освещены в литературе [1, 10, 27, 33].

Для поэлементного диагностирования на постах и линиях ТО и ремонта применяют инерционные стенды с беговыми барабанами и силовые стенды с роликами.

Инерционные стенды обычно совмещают с тяговым стендом, образуя комбинированный тягово-тормозной стенд. Примерами таких стендов могут служить СД-2М ЧПИ, СД-3 К 453 производства Челябинского ЛРЗ [28, 33]. В ХАДИ разработана гамма тягово-тормозных стендов - от стендов для легковых автомобилей до стенда для самосвалов БелАЗ, в том числе универсальный стенд для двух- и трехосных грузовых автомобилей и автобусов [7].

Диагностирование тормозных систем при помощи силовых стендов получило широкое распространение как в нашей стране, так и за рубежом. Это объясняется большей приспособленностью силовых стендов к углубленному диагностированию при совмещении диагностических и регулировочных работ, малой занимаемой ими производственной площадью и экономичным расходом электроэнергии [20].

Теоретические основы возможности диагностирования тормозов на силовых роликовых стендах, обоснование тестовых режимов, расчет необходимых параметров стендов широко представлены в работах [5, 8].

Силовые стенды для диагностирования тормозных систем выпускались Новгородским опытно-экспериментальным заводом (К-207, К-208), предприятиями Госкомсельхозтехники (КИ-4998). Были разработаны удачные конструкции силовых стендов в ГосавтотрансНИИпроекте - ТС-1 и ТС-2 для диагностирования тормозов легковых и грузовых автомобилей [7]. Эти стенды долгое время были основным диагностическим оборудованием для постов Д-1 в нашей стране [26].

Несмотря на большое разнообразие в конструктивных решениях этих стендов, касающихся в основном опорно-сцепных, нагрузочно-приводных устройств и степени их автоматизации, они измеряют одни и те же диагностические параметры. На силовых стендах измеряют максимальную тормозную силу на колесе и время срабатывания тормозного привода к тормозу конкретного колеса, а на инерционных - тормозной путь и время срабатывания. На некоторых стендах чехословацкого и чешского производства кроме перечисленных параметров имелась возможность записывать диаграмму, характеризующую зависимость тормозной силы на колесе от усилия нажатия на тормозную педаль (рисунок 1), что повышало информативность данных стендов [26].

Рисунок 1. Зависимость тормозной силы Рт от усилия на педаль тормоза Рп при различных состояниях тормозов: а - тормоз исправен; б - привод срабатывает медленно; в - мал зазор между поверхностями трения; г - плохое оттормаживание; А - начало блокировки колеса.

Отличительной чертой вышеназванных стендов является необходимость постановки диагноза самим оператором, которому приходится записывать или запоминать значения измеренных диагностических параметров, сравнивать их с нормативными и на основании тех или иных рассуждений вырабатывать диагностическое решение. Это ведет к значительному росту трудоемкости диагностирования, а также к низкому качеству проводимых регулировочных и ремонтных операций из-за большого влияния на результаты диагностирования производственного опыта оператора, его знаний и личной индивидуальности, большой не стабильности создаваемых вручную тестовых режимов.

Следует отметить также низкую информативность существующих средств и малую глубину диагноза [26].

С целью повышения информативности и глубины диагностирования тормозов в МАДИ были проведены исследования с целью разработки модуля к стенду тормозных качеств [5], который, повышая точность, достоверность и глубину диагностирования тормозной системы, одновременно имел возможность автоматической постановки диагноза. При этом результаты диагностирования в агрегатированном виде могли использоваться в интегрированной системе управления производством ТО и TP автомобилей.

Используя алгоритм автоматической постановки диагноза, блок-схема которого приведена на рисунке 2, автоматизированный модуль имел возможность ставить следующие диагнозы: нормальный, мал или большой зазор между накладкой и тормозным барабаном; необходимо разобрать тормозной механизм; заменить тормозной барабан; заменить тормозную камеру и заменить тормозной кран.

Как видно из приведенного перечня диагнозов, данная разработка не имеет возможности количественного определения износа фрикционных накладок, а оценивает лишь общее техническое состояние тормозного механизма с точки зрения необходимости его регулировки или проведения разборки для дальнейшего определения необходимости замены фрикционных накладок.

В связи с введением в нашей стране порядка прохождения Государственного технического осмотра автомобилей с применением средств диагностирования в эксплуатации появились новые разработки стендов для контроля тормозов.

Рисунок 2. Алгоритм автоматической постановки диагноза тормозной системы автомобиля [5]

К таким разработкам относится целая гамма стендов тормозных качеств, разработанных и производимых Новгородским заводом ГАРО. Это стенды серий СТС-3, СТС-10 и СТО - 13 различных модификаций для легковых, грузовых автомобилей, а также автобусов и микроавтобусов. Эти стенды составляют основу линий технического контроля.

Стенд СТС-10У-СП-11 представляет собой стационарный универсальный стенд контроля тормозных систем легковых и грузовых автомобилей, автобусов и автопоездов с нагрузкой на ось до 10 т (рисунок 3).

Рисунок 3. Внешний вид стенда СТС-10У-СП-11

Конструкция представляет собой роликовый силовой стенд с обработкой результатов на персональном компьютере и выдачей их на экран монитора и принтер. Управление стендом осуществляется с инфракрасного дистанционного пульта или с клавиатуры. Стенд измеряет нагрузку на ось, тормозную силу на каждом колесе, усилие на органах управления, выводит тормозные диаграммы. Программа стенда определяет расчетные параметры по ГОСТ Р 51709-2001: удельную тормозную силу, относительную разность тормозных сил колес оси, а также время срабатывания тормозной системы. Обеспечивается формирование базы технических данных автомобилей и архива результатов диагностирования. В стенде заложены отдельные режимы испытаний для легковых и грузовых автомобилей. Но как следует из перечня диагностических параметров, проводить углубленную диагностику тормозного механизма и привода данный стенд не может.

Универсальные тормозные стенды СТМ фирмы МЕТА оснащены прецизионными тензометрическими датчиками, обеспечивающими высокую точность измерений веса и тормозных сил при диагностировании тормозов легковых и грузовых автомобилей с осевой нагрузкой до 15т (рисунок 4).

Рисунок 4. Стенд тормозных качеств семейства СТМ фирмы МЕТА

Впервые в России фирма МЕТА применила новую технологию получения сверхпрочного покрытия роликов стендов СТМ методом цементации и закаливания поверхности до твердости 50HRC. Новая технология обеспечивает десятилетнюю эксплуатацию стендов без потери необходимого сцепления даже мокрыми автошинами.

Специальная шашечно-шнековая фрезеровка поверхности роликов улучшает устойчивость автомобиля при диагностировании. Дистанционное управление тормозными стендами при помощи радио-пульта не требует прицеливания как при использовании пультов на инфракрасных лучах, что повышает удобство и безопасность при управлении стендом из кабины проверяемого автомобиля.

Широкий диапазон рабочих температур стендов СТМ от -30°С до +50°С позволяет использовать стенды в не отапливаемых помещениях или в составе контейнерных мобильных станций диагностики.

Однако имея достаточно хорошие эксплуатационные показатели стенды, предназначенные именно для контроля параметров при техническом осмотре, предусмотренном ГОСТ Р 51709-2001, они обладают малой глубиной диагностирования и не могут дифференцированно определить техническое состояние деталей тормозного механизма или аппаратов тормозного привода автомобиля [26].

Рисунок 5. Стенд тормозной IW7 Eurosystem

Стенд тормозной IW7 Eurosystem (рисунок 5) производства фирмы МАНА RUSSIA позволяет определять:

овальность тормозных барабанов;

усилия на прокручивание не заторможенного колеса;

текущие и максимальные тормозные силы на колесах;

неравномерности тормозных сил;

усилия на органах управления рабочей и стояночной тормозных систем.

Основные элементы стенда - силовой роликовый агрегат, компьютерная стойка управления, пульт ДУ. В соответствии с требованиями действующей нормативной документации стенд оборудован взвешивающей системой и измерителем усилия на органе управления тормозной системой (ледамером).

Специфические условия нашего государства, заключающиеся в большом количестве автомобилей, зачастую работающих в отрыве от постоянных баз, а также сосредоточенных в малых предприятиях, не имеющих возможности приобретения дорогостоящего диагностического оборудования, сделали актуальной разработку средств бесстендового диагностирования.

К простейшим современным бортовым средствам, позволяющим диагностировать тормоза автомобиля непосредственно на дороге, относится, например, устройство "Эфтор-2" (рисунок 6), предназначенное для диагностики тормозных систем всех типов транспортных средств. Прибор устанавливается в кабине водителя или салоне легкового автомобиля и позволяет контролировать такие величины, как установившееся замедление, усилие нажатия на педаль, тормозной путь (при начальной скорости торможения до 50 км/ч), а также время срабатывания тормозной системы. Автономная память сохраняет результаты полученного замера и передает их на внешние измерительные устройства. Диапазон контролируемых параметров и предельные погрешности их измерения приведены в таблице 1.

Рисунок 6. Прибор "Эфтор-2" для диагностирования тормозов методом ходовых испытаний

Таблица 1 Характеристики прибора "Эфтор-2"

Более сложный вариант - прибор "Эффект" (рисунок 7.) - дополнительно позволяет производить распечатку результатов замера.

Рисунок 7. Прибор "Эффект" для бортового диагностирования тормозных свойств автомобилей

Прибор измеряет следующие параметры:

тормозной путь 0-50 м;

установившееся замедление, 0-9,5 м/с;

время срабатывания тормозной системы 0 - 3 с;

начальная скорость торможения, 20-100 км/ч;

линейное отклонение при торможении, 0-5 м

усилие на педали тормоза 0-100 кг.

Имеется возможность графического отображения динамики характеристик торможения в реальном масштабе времени, а также ввод параметров и категорий автомобиля в память прибора и распечатка протокола измерений. Достоинством прибора является расчет нормы тормозного пути для любой скорости начала торможения.

Указанные приборы хорошо вписываются в технологический процесс технического осмотра с применением диагностирования, а также с успехом могут использоваться механиками автотранспортных предприятий при выпуске автомобилей на линию (при наличии на предприятии соответствующего ГОСТ Р 51709 - 2001 участка дороги). Однако для углубленного диагностирования в частности определения величины износа фрикционных накладок данные приборы не пригодны.

Известен также метод встроенного диагностирования тормозов с пневматическим приводом, предложенный С.М. Морозом (МАДИ) [21]. Автор предлагает использовать комплексные диагностические параметры, определяемые в установившемся режиме торможения, на начальном этапе переходного режима и на участке торможения до появления замедления. Одновременно с параметрами определяются характеристики режима торможения, что позволяет автоматизировать всю процедуру постановки диагноза. тормоз диагностирование стендовый автомобиль

Предлагаемые диагностические параметры позволяют определить работоспособность тормозной системы в целом, выявить ухудшение функциональных свойств накладок и барабанов, увеличение зазоров в тормозных механизмах и негерметичность пневмопривода, но измерить износ тормозных накладок с использованием данных методов нельзя [32].

Конструкторами современных автотранспортных средств уделяется большое внимание контролю за износом фрикционных накладок. Для фрикционных накладок уже давно существуют оптические, электрические и акустические индикаторы износа. Простейшим конструктивным решением является использование фрикционных накладок с индикаторами предельного износа (встроенного датчика) [22]. Иногда тормозные колодки имеют съемный (заменяемый при каждой замене) датчик износа тормозных накладок колодок. Как только контакт датчика прерывается вследствие износа, цепь его разрывается и загорается индикатор на панели приборов.

Информация о достижении накладкой предельного износа зачастую передается водителю. Например, на автомобилях BMW при большом износе фрикционных накладок к водителю поступает звуковой сигнал, и на дисплее бортового компьютера появляется пиктограмма (рисунок 8), а также текстовое сообщение "BREMSBELAG PRUFEN" ("ПРОВЕРИТЬ ТОРМОЗНЫЕ НАКЛАДКИ").

Рисунок 8. Сигнализирующая о предельном износе фрикционной накладки пиктограмма автомобилей BMW

Однако информация от подобных устройств чаще всего ограничена одним - двумя уровнями износа, что не позволяет с достаточной степенью точности оценить состояние фрикционных накладок конкретно в данный момент.

Для получения информации о конкретной величине износа фрикционных накладок не оснащенных сигнализаторами износа ведутся исследования и разработки приставных датчиков-сигнализаторов.

Примером конструкции подобного рода является устройство для индикации износа фрикционных тормозных накладок в тормозе транспортного средства, разработанное в шведской фирме "Хальдекс брейк продаете АБ".

Схемы, иллюстрирующие принцип действия данного устройства, представлены на рисунке 9. Тормозной рычаг (1) со встроенным механизмом для регулировки зазора предназначен для передачи тормозного усилия от тормозного цилиндра и смонтирован на приводящем в действие тормоз кулачковом валу (2). Для определения износа накладок диск (10) с кодовыми метками присоединен к кулачковому валу (2), тогда как кожух (9) присоединен к тормозному рычагу (1) или к неподвижной детали (4), присоединенной к раме автомобиля. Диск (10) снабжен круговыми дорожками с кодовыми метками, и каждая дорожка имеет магнитные участки равной длины. Магнитные участки имеют различные длины в разных дорожках. В крышке кожуха установлены элементы Холла в количестве, соответствующем количеству дорожек с кодовыми метками. Каждый приемный элемент расположен для считывания магнитных участков на соответствующей дорожке с кодовыми метками. Сигналы от приемных элементов совместно показывают угол поворота диска (10) относительно крышки. Предлагаемое техническое решение направлено на повышение прочности и уменьшение размеров устройства определения износа и обеспечение точности получаемой информации и совместимости ее с электронным оборудованием современных транспортных средств.

Рисунок 9. Устройство для сигнализации износа тормозной накладки

Данное устройство, по утверждению авторов, обладает высокой точностью определения износа фрикционных накладок. Однако его сложность, достаточно высокая стоимость и практическая невозможность оснащения им колес всех имеющихся на предприятии автомобилей делают его использование в практике эксплуатации автомобилей России не реальным.

Таким образом, в настоящее время присутствуют как бесстендовые, так и бортовые средства, позволяющие в условиях эксплуатации транспортных средств в агропромышленном комплексе нашей страны оценить техническое состояние тормозного механизма, а посредством различных теоретических разработок добиться методами технической эксплуатации безотказной его работы с минимальными затратами на ремонт и обслуживание [17, 18, 19] что в итоге благотворно скажется на качестве и количестве произведенной продукции сельского хозяйства.