Глава 3. Техническая диагностика автомобилей

Назначение и принципы применения диагностики автомобилей.

Основные понятия о диагностике.

Для повышения эффективности ТО и ремонта автомобилей требуется индивидуальная информация о их техническом состоянии до и после обслуживания или ремонта. При этом необходимо, чтобы получение указанной информации было доступным, не требовало бы разборки агрега­тов и механизмов и больших затрат труда. Индивидуальная ин­формация о скрытых и назревающих отказах позволяет предот­вратить преждевременный или запоздалый ремонт и профилак­тику, а также проконтролировать качество выполняемых работ.

Средством получения такой информации является Техническая диагностика автомобилей.

Техническая диагностика – отрасль знаний, изу­чающая признаки неисправностей автомобиля, методы, средства и алгоритмы определения его технического состояния без разбор­ки, а также технологию и организацию использования систем диагностирования в процессах технической эксплуатации под­вижного состава.

Диагностирование – процесс определения техничес­кого состояния объекта без его разборки, по внешним признакам путем измерения величин, характеризующих его состояние и со­поставления их с нормативами, обеспечивая систему ТО и ремонта автомобилей индивидуальной информацией о их техни­ческом состоянии.

Диагностирование объекта (автомобиля, агрегата, механизма) осуществляют согласно алгоритму (совокупности последовательных действий), установленному технической доку­ментацией. Комплекс, включающий объект, средства и алгорит­мы, образует систему диагностирования.

Объект системы диагностирования – характеризуется необходи­мостью и возможностью диагностирования. Не­обходимость диагностирования автомобиля определяется законо­мерностями изменения его технического состояния и затратами на поддержание работоспособности. Возможности диагностиро­вания обусловлены наличием внешних признаков, позволяющих определить неисправность автомобиля без его разборки, а также доступностью измерения этих признаков.

Средствами диагностирования – служат специальные приборы и стенды. Они делятся на внешние (отдельные) и встроенные, являющиеся составной частью автомобиля. При диагностирова­нии используют не только измерительные технические средства, но и субъективные возможности человека, его органы чувств, опыт, навыки; в простейших случаях используют субъективное диагностирование, а в сложных — объективное.

Рис. 2. Структура разновидностей систем диагностирования

 

Системы диагностирования (рис. 2) делятся:

Функцио­нальные – когда диагностирование проводят в процессе работы объекта

Тестовые – когда при измерении диагностических па­раметров работу объекта воспроизводят искусственно.

Различа­ют системы

Универсальные – предназначенные для нескольких различных диагностических процессов.

Специальные – обеспечи­вающие только один диагностический процёсс.

Диагностические системы могут быть

Общие  – когда объектом, является изделие в целом, а назначением определение его состояния на уровне «годно–негодно».

Локальные – для ди­агностирования составных частей объекта (агрегатов, систем, механизмов).

Диагностические средства могут быть ручными, или автоматизированными (автоматическими).

В зависимости от назначения, периодичности, перечня и места выпол­нения диагностические работы подразделяются на два вида:

Ø общее диагностирование(Д-1);

Ø по­элементное, углубленное диагностирование (Д-2);

Работы Д-1 направлены в ос­новном на контроль технического состояния систем, механизмов и прочих КЭ автомобилей, отвечающих за безопасность движения.

Проведение работ предусмотренных Д-1 осуществляется перед ТО-1.

В зоне Д-1 АТП обязательно должны находиться:

Ø тормозной стенд (для контроля параметров тормозных систем);

Ø люфтомер (для измерения люфта ру­левого колеса), другое оборудование для диагностирования рулевого управле­ния;

Ø рабочее место для проверки шарниров рулевых тяг;

Ø оборудование для проверки исправности работы световых приборов.

Поэлементное углубленное диагностирование Д-2 проводиться перед ТО-2.

В зоне Д-2 обязательно должны находиться:

Ø стенд для проверки и регу­лировки углов установки управляемых колес автомобилей;

Ø стенд для проверки амортизаторов со снятием или без снятия их с автомобиля;

Ø стенд для проверки и регулировки мощностных, экономических и экологических показателей ав­томобиля («беговые барабаны») с соответствующими приборами и прочим пе­реносным оборудованием.

3.2. Условия эффективности при­менения диагностирования

 

При ТО и ремонте автомобилей ис­пользуют два вида информации: статистическую (надежностную) и индивидуальную (диагностичес­кую).

Статистическая информа­ция - возникает путем обработки данных об отказах представи­тельной совокупности автомоби­лей.

Диагностическая информа­ция - возникает путем непосредственного измерения параметров технического состояния данного автомобиля.

На основе статистической информации с определенной вероятностью уста­навливают регламентные объемы ТО и ремонта, а на основе ди­агностической - уточняют сформированные объемы работ по ТО и ремонту применительно к дан­ному автомобилю.

Использова­ние диагностической информации исключает затраты на прежде­временную профилактику и те­кущий ремонт автомобилей, обу­словленный пропуском отказов.

Уровень снижения затрат при планово–предупредительном ТО за счет диагностирования в боль­шой степени зависит от коэффи­циента вариации ресурса авто­мобилей , стоимости аварийного ремонта , стоимости профилак­тических  и диагностических   работ.

Эффективность применения ди­агностирования обусловлена следующей зависимостью:

(1)

 и  - вероятности аварийных отказов, соответственно, при обслу­живании с диагностированием и без диагностирования;

и - сред­ние фактические (средневзвешенные) пробеги до восстановления, соответствен­но, при обслуживании с диагностированием и без диагностирования;

 - среднее число проверок до восстановления.

Чем выше коэффициент вариации ресурса, а следовательно, и вероятности пропуска отказов данно­го агрегата при регламентном обслуживании, и чем выше затра­ты на устранение этих отказов, тем более эффективно применение диагностирования.

 

Расчеты показывают, что при существующих значениях ,  и  затраты на ТО и ремонт автомобилей могут быть снижены за счет применения диагностирования на 10—25%.

Кроме снижения затрат на ТО и ТР автомобилей, эффект от применения диагностики, т. е. от индивидуальной оценки техниче­ского состояния и свойств автомобилей, может быть получен в результате более полного использования ресурсов работоспособности их агрегатов и механизмов путем более точного информационного обеспечения планирования и организации таких мероприя­тий как ремонт, снабжение, экономия топлива, безопасность дви­жения автомобилей и др.

Из этого следует, что диагностика автомобилей является одним из основных факторов обеспечения прогрессивных технологических процессов ТО и ТР, направленных на реализацию мно­гочисленных внутрисервисных резервов и резервов АТП, за счет всестороннего использования индивидуальных возможностей и свойств автомо­билей.

Возможности диагностирования многих агрегатов и механиз­мов в большой степени зависят от их контролепригодности.

Контролепригодность – приспособленность автомобиля к диагностическим работам, обеспечивающим заданную достоверность информации о техническом состоянии объекта при мини­мальных затратах труда, времени и средств на его диагностиро­вание.

Основным показателем контролепригодности (КП) является коэффициент  контролепригодности:

(2)

 - основная трудоемкость диагностирования, чел.–ч;

 - дополни­тельная трудоемкость (подключение диагностических средств, датчиков, вывод объекта на тестовый режим и т. п.), чел–ч.

Основная и дополнительная трудоемкость диагностирования определяется путем суммирования затрат труда на выполнение основных и дополнительных диагностических операций с учетом их вероятностей, обусловленных надежностью объекта, поэтому основная и дополнительная трудоемкость для элементов, систем и автомобиля в целом выражаются формулами:

	(3)
	(4)

 - число диагностических операций;

 - затрат труда на выполнение основных операций;

 - затрат труда на выполнение диагностических операций;

 - вероятность выполнения основных и дополнительных диагностических операций.

Коэффициент контролепригодности локально характеризует приспособленность автомобиля (системы, элемента) к диагности­рованию. Он позволяет также оценить уровень конструкции ав­томобиля в области его контролепригодности.

Дополнительные показатели контролепригодности дифферен­цированно оценивают как качественно так и количественно, к ним относятся:

Ø доступность диагностирования;

Ø низкая трудоемкость подключения приборов;

Ø возможность диагностирования без разрыва цепей,

Ø удобство работ, обеспеченность контроля встроенными датчика­ми;

Ø унификация – числа контрольных точек;

Ø централизация конт­роля;

Ø санитарно–гигиенические показатели.

Дополнительные диаг­ностические показатели определяют так же, как основные — по трудоемкости операций и их повторяемости, либо количественным сравнением (например, сравнивая число контрольных точек), либо экспертно на основе анализа ранее выполненных аналогичных конструкций.

 

Диагностические параметры

Возможность непосредственного измерения в процессе эксплу­атации структурных параметров (износов, зазоров) сопряжений ме­ханизмов автомобиля без их разборки весьма ограничена. Поэто­му при диагностировании пользуются косвенными признаками, отражающие техническое состояние автомобиля.

Диагностические параметры - косвенными признаками, отражающие техническое состояние автомобиля представляющие собой пригодные для измерения физические величины, связанные с пара­метрами технического состояния автомобиля.

Диагностическими параметрами могут быть:

Ø параметры рабочих процессов (мощность, тормозной путь, расход топлива и др.);

Ø параметры сопутствующих процессов (вибрации, шум и т. п.);

Ø геометрические величины (зазоры, люфты, свободные хода, биения и др.);

Ø электрические величины (напряжение, сопротивление, сила тока).

Закономерности изменения диагностических параметров в функции наработки объекта диагно­стирования аналогичны закономерностям изменения параметров его технического состояния.

Для обеспечения надлежащей достоверности и экономичности диагностирования диагностические параметры должны быть однозначны, чувст­вительны, стабильны и информативны.

Чувствительность , диагностического параметра  т. е. его приращение  при изменении параметра технического состо­яния  будет

(5)

Однозначность диагностического параметра означает отсутст­вие экстремума  в диапазоне от начального значения параметра технического состо­яния  до пре­дельного значений параметра технического состояния.

Стабильность диагностическо­го параметра определяется вариацией его значений при мно­гократном измерении на объек­тах, имеющих одну и ту же величину соответствующего структурного параметра. Ее оце­нивают с помощью среднеквад­ратичного отклонения:

(5)

 

Нестабильность диагностиче­ского параметра снижает его фактическую чувствительность. Поэтому для оценки свя­зи диагностического параметра со структурным используют от­ношение:

(6)

Информативность является одним из важнейших свойств диагностического параметра. Она характеризует достоверность диагноза, получаемого в результате измерения значений параметра.

При общем диагностировании, когда выявляется неисправ­ность объекта в целом, информативность определяют из совмест­ного анализа плотностей распределения значений параметра f₁(П) и f₂(П), соответствующих за­ведомо исправным и неисправ­ным объектам (рис. 3).

Рис. 3. Схема сравнительной информативности диагностических параметров а - информативного (П); б - мало информативного (П'); в - неинформативного (П''); f 1 и f 2 - функции распределения параметров. соответственно, исправных и неисправных объектов.

Оче­видно, чем меньше степень «пе­рекрытия» распределений. тем меньше ошибок будет при ис­пользовании для постановки ди­агноза данного параметра, т. е. тем он информативнее.

Так, показанный на рисунке 3 параметр П достаточно информативен, в то время как параметр П" неинформативен (распределе­ния практически неотличимы); параметр П' занимает промежу­точное положение.

Для количественного опреде­ления информативности в рас­сматриваемом случае необходимо подсчитать величину «площади перекрытия», т. е. вероятность ошибки диагноза.

Эта величина будет тем меньше, чем сильнее отличаются средние значения параметра П₁ и П₂ для исправного и неисправного состояний объекта и чем меньше разброс значе­ний параметра для каждого состояния. Поэтому для оценки ин­формативности можно использовать следующую зависимость:

(7)

Чем выше информативность диагностического параметра, тем на большую величину снижается неопределенность состояния объ­екта диагностирования при использовании данного диагностиче­ского параметра.

Для того чтобы определить техническое состояние автомобиля, необходимо текущие значения диагностических параметров, изме­ренных при помощи внешних или встроенных средств диагности­рования, сопоставить с нормативными значениями.

 

Диагностические нормативы

Диагностические нормативы служат для количественной оцен­ки технического состояния автомобиля. Они устанавливаются ГОСТами и руководящими техническими материалами. К диагно­стическим нормативам относятся: начальное П_Н, предельное П_П и допустимое П_Д значения норматива.

Начальный норматив П_Н - соответствует величине диагностического параметра новых, технически исправных объектов. В эксплу­атации П_Н используют как величину, до которой необходимо дове­сти измеренное значение параметра путем восстановительных и регулировочных операций. Начальный диагностический норматив задается технической документацией.

Для некоторых механизмов автомобиля, приборов систем зажи­гания, питания, электронного управления начальное значение П_Н подбирают индивидуально по максимуму эко­номичности в процессе диагностирования. Это позволяет наиболее полно использовать индивидуальные возможности автомобиля, различные из-за неоднородности производства. Практически это означает, что, используя в качестве норматива, индивидуальное значение П_Н, можно значительно по­высить мощность и топливную экономичность автомобиля.

Предельный норматив П_П соответствует такому состоянию объекта, при котором его дальнейшая эксплуатация становится невозможной или нецелесообразной по технико-экономическим соображениям. Предельный норматив диагностического параметра задают требованиям ГОСТов, технической документацией или же определяют, пользуясь установленными методиками.

В эксплуатации предельный норматив ПП используют для прогнозирования ресурса конкретных объектов и в случае встроен­ного, непрерывного диагностирования.

Допустимый норматив П_Д является основным диагностическим нормативом при периодическом диагностировании, проводимом в рамках планово-предупредительной системы ТО автомобилей. Он представляет собой ужесточенную величину предельного нормати­ва, при которой обеспечивается заданный, или экономически оп­тимальный, уровень вероятности отказа на предстоящем межконтрольном пробеге. На основе допустимого норматива ставят диаг­ноз состояния объекта и принимают решение о необходимости профилактических ремонтов или регулировок.

В эксплуатации допустимый норматив принимается условно как граница неисправных состояний объекта для заданной перио­дичности его межконтрольного пробега. Состоит П_Д, из начального значения П_Н и допускаемого отклонения D.

Если текущее значе­ние диагностического параметра выходит из допустимого норма­тива, это означает, что, хотя объект и является работоспособным, его не следует выпускать в очередной пробег без регулировки или ремонта из-за высокой вероятности отказа или пониженных технико-эксплуатационных свойств.

 

Постановка диагноза

Цель постановки диагноза — выявление неисправности объекта, определить потребность в ремонте или ТО, оценить качество выполненных работ или же подтвердить пригодность диагностируе­мого механизма к эксплуатации до очередного обслуживания. При постановке диагноза', как правило, используются субъектив­ные аналитические возможности человека — оператора. В зависи­мости от задачи диагностирования и сложности объекта различа­ют общий и локальный диагноз.

Общий диагноз - однозначное решение вопроса о соответствии или несоответствии объекта общим требованиям.

Локальный ди­агноз - выявление конкретных неисправностей и их причин.

При общем диагнозе используют один диагностический параметр, а при локальном — несколько. Общий диагноз сводится к измере­нию текущего значения параметра П и сравнению его с норма­тивом. При периодическом диагностировании таким нормативом является допустимое значение диагностического параметра П_Д, а при непрерывном (встроенном) предельное П_П.

Возможны три варианта общего диагноза:

(8)

В первом и втором варианте объект неисправен (необходим ремонт или предупредительное ТО), а для выявления причины не­исправности требуется локальное диагностирование.

При диагно­стировании простых механизмов локальное диагностирование мо­жет не потребоваться.

 В третьем варианте объект исправен.

Локальный диагноз по нескольким диагностическим парамет­рам существенно осложняется, ввиду того, что каждый диагно­стический параметр может быть связан с несколькими структур­ными и наоборот.

Теоретически постановка диагноза сводится к тому, чтобы при помощи диагностических параметров, связанных с определенными неисправностями объекта, выявить из множества возможных его состояний наиболее вероятное.

Поэтому задачей диагноза при ис­пользовании нескольких диагностических параметров (П₁, П₂,... П_n) является раскрытие множественных связей со структурными параметрами объекта (X₁, X₂,... X_n).

Для решения этой задачи, указанные связи можно представить в виде структур­но-следственных моделей (рис. 1) и диагностических матриц.

Рис. 1. Структур­но-следственная модель объекта диагностирования 1 - объект; 2 - структурные параметры; 3 - неисправности; 4 - диагностические параметры; 5 - знаяения диагностических параметров;

 

Модель позволяет на основе данных о надежности объекта выя­вить связи между его наиболее вероятными неисправностями и диагностическими параметрами. Пользуясь этими сведениями, определяют техническое состояние, идя от диагностических пара­метров к вероятным неисправностям объекта и ставят диагноз.

 Подобные задачи решают при помощи диагностических матриц.

Диагностическая матрица (рис. 2) представляет собой по­строчный набор связей между диагностическими параметрами П и неисправностями X объекта (т. е. параметрами технического состояния, достигшими предель­ных значений). Числовые коэф­фициенты этих связей в простейших матрицах имеют значения 0 и 1, а в вероятностных — дроб­ные, промежуточные значения.

Рис. 2. Диагностическая матрица

Горизонтальные ряды матри­цы соответствуют применяемым диагностическим параметрам, а вертикальные - неисправностям объекта. Единица в месте пере­сечения горизонтального и вер­тикального рядов означает возможность существования неисправ­ности, а ноль — отсутствие такой возможности.

Подобная матрица позволяет локализовать неисправности диагностируемого механизма по наличию соответствующего комп­лекса диагностических параметров, достигших нормативной вели­чины.

Физическая сущность решения задачи - исключение неисправностей, несовместимых с существованием данной комбинации измеренных диагностических параметров. Процесс выявления неис­правностей можно рассматривать как снижение энтропии (степени неопределенности технического состояния диагностируемого меха­низма) путем последовательного введения в диагностическую мат­рицу информации, содержащейся в используемых диагности­ческих параметрах.

 

 

Для практического осуществления диагноза матрицу выполня­ют в виде схемы электроприбора (рис. 3).

Рис. 3. Диагностическая матрица выполненная в виде схемы электроприбора П1, П2, П3, П4 - диагностические параметры, выраженные электрическими сигналами; Т - блок памяти (триггеры); Э - элементы совпадения, определяющие комбинацию, диагностических параметров, при которых невозможны соответствующие неисправности Х1 - Х2;

В цепи прибора через пороговые устройства (триггеры) вводят электрические сигна­лы, соответствующие измеряемым диагностическим параметрам, достигшим предельной величины. Каждый из этих сигналов посту­пает через соответствующую цепь в элемент совпадения контроль­ной лампы X ₁, X ₂ и так далее, фиксирующей ту неисправность, при которой возможно существование данного диагностического параметра. Если лампа не загорается, то это означает, что информация, полученная от данного диагностического параметра, недостаточна для локализации неисправности и что для постанов­ки диагноза требуется ввод дополнительной информации от дру­гих диагностических параметров.

Так, например, в схеме, приве­денной на рисунке лампа неисправности X ₁ загорится только после ввода сигналов от двух параметров П₂, П₄. Лампа неис­правности X ₂ загорится после ввода сигналов от параметров П₁, П₃. лампа неисправности X ₃ — после ввода сигналов от трех па­раметров П₁, П₂, X ₄ и т. д.

Логическая матрица указанного вида может быть основой автоматизированного диагностического комплекса.