Особливості діагностики мехатронних систем автомобілів
Те визначальне значення, яке належить електронній системі в автомобілі, примушує приділяти підвищену увагу проблемам, пов'язаним з їх обслуговуванням.
Рішення цих проблем полягає у включенні функцій самодіагностики в електронну систему. Реалізація цих функцій заснована на можливостях електронних систем, що вже використовуються на автомобілі для безперервного контролю і визначення несправностей в цілях зберігання цієї інформації і діагностики.
Самодіагностика є стандартною для усіх мікропроцесорних систем управління. При нормальній роботі функції самоперевірки забезпечуються паралельно з іншими функціями, такими, як уприскування палива і запалення; управління підвіскою; робота АБС/ПБС та ін. Самодіагностика характеризується виконанням декількох вимог :
1) контроль за роботою складних систем і вузлів. Конструкція двигуна, що все ускладнюється, робить можливості самодіагностики дуже важливими для виявлення і усунення несправностей. Метою є інтеграція усієї системи в процес діагностики;
2) захист вузлів і деталей, що піддаються особливому ризику у разі появи несправностей. Наприклад, можна привести захист каталітичного нейтралізатора, що реагує на пропуски запалення в двигуні. Система реагує на певну частоту появи пропусків запалення, відключаючи подання палива в несправний циліндр для запобігання перегріванню нейтралізатора;
3) робота в аварійній ситуації здійснюється по величинах, що приймаються за умовчанням«. Наприклад, при виході з ладу датчика навантаження(визначального масову витрату повітря), генерується сигнал його заміни, що базується на значеннях частоти обертання колінчастого валу і положення дросельної заслінки;
4) інформація водія про несправності системи діагностики за допомогою індикаторних ламп, дисплеїв і акустичних приладів попередження. У США визначені вимоги до бортової діагностики автомобілів. У Європі розробляються аналогічні норми для виявлення порушень в пристроях для зниження токсичності газів, що відпрацювали;
5) зберігання точної інформації. Система зберігає в ЕСУ застережливу інформацію і дані про окремі несправності. Також в пристрої, що запам'ятовує, зберігаються дані про умови роботи двигуна на момент первинного виявлення помилки. Тип і повнота інформації регламентуються стандартами ISO;
6) доступ до помилок, що зберігаються. Дані, що зберігаються в пам'яті системи самодіагностики під час роботи автомобіля, можуть бути передані на діагностичний стенд з дисплеєм через послідовно підключений багатоканальний вхід(порт). Необхідні для цього протоколи обміну приведені в стандартах ISO - 9141 і ISO - 14230;
7) найбільш простим варіантом передачі даних про помилки є повідомлення у формі миготливого коду на приладовому щитку вимірювальної апаратури. Це допомагає обслуговуючому персоналу прискорити діагностику шляхом звуження поля можливих джерел несправностей.
На Рис. 3.29 приведена структурна схема самодіагностики мехатронных систем автомобілів.
Рис. 3.29 - Структурна схема самодіагностики мехатронных систем автомобілів
Електронний блок управління(ECU) робить самоперевірку свого функціонування таким чином: програмовані чіпи пам'яті забезпечені тестовими комбінаціями, які можуть відновлюватися і використовуватися в цілях порівняння. Для пристроїв, що запам'ятовують, застосовується порівняння з підсумковими даними випробувань для гарантії того, що усі дані і програми зберігаються в цих пристроях правильно.
Можливості самодіагностики включають: ідентифікацію системи і ECU; розпізнавання, зберігання і прочитування інформації про статичні і одиничні порушення роботи; прочитування поточних реальних даних, що включають умови довкілля і специфікації; моделювання функцій системи; програмування параметрів системи.
Окремі програми для випробувального блоку зберігаються в модулях, що підключаються, тоді як коригування і передача даних в системі здійснюються за допомогою інтерфейсу даних.
Бортова система контролю і діагностики(БСКД), наприклад автомобіля МАЗ (Рис. 3.30), призначена для:
- забезпечення діагностування бортових електронних систем по інтерфейсу ISO 9141 безпосередньо на автомобілі;
- контролю осьового навантаження і режимів роботи автомобіля;
- відліку поточного часу і відповідно відображення контрольованих параметрів і поточного часу на ЖК-индикаторе(екрані) блоку контролю, встановленого на панелі приладів без застосування зовнішніх пристроїв.
Рис. 3.30 - Структурна схема комп'ютерної діагностики мехатронных систем автомобіля МАЗ з двигуном MAN D2866 - LF20
Система БСКД дозволяє зробити діагностику електронних систем автомобіля(ABS/ASR, ECAS, EDC двигуна) по протоколу ISO 9141. Діагноста включає читання даних з енергонезалежної пам'яті електронних блоків : серійний номер блоку; версія програмного забезпечення блоку; дата виготовлення блоку; читання пам'яті помилок; стирання пам'яті помилок.
Процес діагностики розпочинається з ініціалізації систем - виявлення їх в составеэлектрооборудования автомобіля. При успішній ініціалізації можливо: прочитати пам'ять помилок; зробити стирання пам'яті помилок; проглянути дані наступної виявленої системи або вийти в головне меню; змінити свідчення вибраного розряду; здійснити корекцію поточного часу; зробити корекцію поточної дати і виконати ряд додаткових функцій.
Одній з важливих особливостей двигуна MAN D2866 - LF2, встановленого на автомобілі МАЗ, являється наявність Electronic Diesele Control(EDC) - електронної системи управління(ЭСУ) зі вбудованою системою діагностики. При кожному включенні або виключенні замку включення стартера і приладів, а також упродовж усього періоду роботи двигуна за допомогою ЭСУ здійснюється діагностика стану електричних ланцюгів і параметрів вбудованих датчиків(температури, тиски наддування і т. д.) і виконавчого механізму подання палива двигуна. У разі виникнення несправностей або порушення заданих параметрів спалахує контрольна лампа, коригується режим роботи двигуна(наприклад, зменшується подання палива, знижується потужність) і записується код несправностей в пам'ять електронного блоку управління(ЭБУ).
Коди несправностей записуються в двох мікросхемах пам'яті. Одна з мікросхем пам'яті містить коди, інша - інформацію про несправності, яку можна вважати і стерти тільки за допомогою комп'ютерної контрольно-діагностичної системи MAN, - CATs. Стирання вмісту пам'яті першої мікросхеми не впливає на зміст пам'яті другої мікросхеми. Одночасно в пам'яті однієї мікросхеми може міститися інформація тільки про п'ять несправностей. При усуненні(зникненні) несправності, записаної одного разу в пам'яті мікросхеми, інформація про неї автоматично стирається з пам'яті обох мікросхем(якщо впродовж 100 включень або виключень замку включення стартера і приладів ця несправність не повторювалася).
Проста діагностика несправностей EDC може бути зроблена натисненням кнопки діагностики EDC панелі приладів.
При цьому коди несправностей визначають по числу і тривалості спалахів контрольної лампи «EDC», а види несправностей визначаються по таблицях кодів.
Поглиблена діагностика і установка параметрів(параметрирование) системи можуть бути зроблені за допомогою комп'ютерної контрольно-діагностичної системи(КДС) MAN - CATs.
Спрощена діагностика несправностей за допомогою світлових миготливих кодів. Діагностика несправностей за допомогою світлових миготливих кодів може робитися як при працюючому, так і при непрацюючому двигуні.
Для входу в режим діагностики необхідно впродовж 3 з(але не більше 10 с) натиснути на кнопку діагностики EDC, а потім відпустити. Під час натиснення кнопки на щитку приладів спалахує контрольна лампа «EDC», яка після відпуску кнопки гасне(це дозволяє також перевірити справність лампи). Якщо в системі є несправність, то після закінчення 3 з після відпуску кнопки лампа «EDC» починає блимати, видаючи світловий код несправності довгими(впродовж 2 с) і короткими(впродовж 0,5 с) спалахами. При цьому спочатку видається код тільки одній(останньою) несправності. Для виклику коду наступної несправності необхідно знову натиснути і відпустити кнопку діагностики EDC. Процес виклику кодів несправностей необхідно продовжувати до тих пір, поки не повториться код, викликаний першим.
Як приклад прочитування світлового коду приведена тимчасова діаграма(Рис. 3) коду 2 - 4(несправність вимикача холостого ходу датчика положення педалі подання палива).
Після натиснення і відпуску кнопки діагностики EDC відбувається наступне: пауза перед початком видачі коду - 3 з; довгий спалах - 2 з; пауза між спалахами - 1 з; довгий спалах - 2 з; пауза між спалахами - 5 з; чотири короткі спалахи по 0,5 із з паузами по 0,5 с.
Після прочитування кодів і усунення несправностей робиться очищення пам'яті помилок(світлових кодів). При цьому усі коди усунених несправностей стираються з пам'яті ЭБУ. Якщо після стирання в пам'яті залишилися які-небудь коди, означає якась несправність не усунена і стерти її код можна лише після усунення несправності.
При виникненні труднощів у визначенні несправності по світлових миготливих кодах проводяться аналіз вірогідних причин і комплексна діагностика EDC за допомогою КДС MAN - CATs.
Комп'ютерна(поглиблена) діагностика електронних систем автомобілів також може бути проведена за допомогою спеціального комп'ютерно-діагностичного комплексу, виконаного на базі ПЕВМ.
Роботи по комп'ютерній діагностиці можуть робитися безпосередньо на автомобілі(на відкритих майданчиках), а також в сервісних центрах і майстрових по ремонту автомобілів, цехах, відділах технічного контролю і лабораторіях. Для забезпечення контролю роботи систем на автомобілі в дорожніх умовах, наприклад при обкатці автомобіля, використовується ПЕВМ типу Notebook.
Принцип комп'ютерної діагностики(Рис. 4) заснований на наступному:
- створенні і передачі під управлінням ПЕВМ через діагностичний інтерфейс(адаптер), виконаний відповідно до стандарту ISO 9141, електричних сигналів, що ініціалізували зв'язок з конкретним електронним блоком;
- прийомі інформації від електронного блоку, що поступає по діагностичному каналу;
- перетворенні інформації в сигнали стандарту RS 232C;
- обробці цих даних після заданої програми і відображення результатів на екрані ПЕВМ.
Лінія діагностичного інтерфейсу ISO - 9141 використовується для передачі команд і даних в електронний блок, а лінія через адаптер - для прийому даних від електронного блоку, їх ретрансляції і передачі по інтерфейсу RS - 232C в ПЕВМ. При параметри- ровании систем ця лінія може також використовуватися для передачі даних в електронний блок.
Діагностична програма дозволяє отримати інформацію про поточні несправності системи(активні несправності), якщо вони є, а також інформацію про несправності, які були, але в даний момент відсутні(пасивні несправності). Крім того, можуть бути отримані відомості про номер електронного блоку, його виготівника і дату виготовлення, версії програмного забезпечення, дату останньої зміни параметрів.
З електронного блоку системи управління двигуном можуть бути лічені дані про загальне напрацювання двигуна(сумарне число повних обертів колінчастого валу, мотогодини роботи), у тому числі на неодруженому ходу, загальному пробігу автомобіля, пробігу після останнього ТЕ і т. д.
Діагностика несправностей і установка параметрів за допомогою комп'ютерної контрольно-діагностичної системи MAN - CATs
Рис. 3.31 - Тимчасова діаграма світлового коду 2 - 4
До складу комп'ютерної контрольно-діагностичної системи(КДС) MAN - CATs входять: комп'ютер(ПК) типу «NOTEBOOK»; інтерфейсний блок ISO - 9141; перехідною, комутаційний блок; комплект сполучних кабелів; програмне забезпечення(ПО).
Інформація про зміст версій ПО виходить аналогічно після вибору вказаного режиму
Програмне забезпечення КДС сумісно з операційною системою Windows '98. У комплект програм входять інсталяційний пакет і пакет програм для електронних систем і їх модифікацій. Зв'язок з ЭБУ здійснюється по каналу відповідно до стандарту ISO - 9141.
Після завершення завантаження ПО на екрані ПК з'являється основне меню режимів : діагностика; програмування параметрів в режимі EOL(end of line); інсталяція системи; інформація про зміст версій ПО MAN - CATs. Вибравши необхідний режим роботи, наприклад «Марнотратник», в режимі «Діагноста» і версію EDC, далі можна вийти в діалоговий режим з ПК, який дозволяє зробити діагностику системи або програмування параметрів в режимі EOL.
Інсталяція системи робиться після вибору вказаного режиму і натиснення клавіші Enter. При цьому на екрані з'являється інформація про порядок роботи з інсталяційними дискетами.
Рекомендована література
Базова
1. Бондарев В.Н. Цифровая обработка сигналов: методы и средства: Учеб. пособие для вузов / Бондарев В.Н., Трёстер Г., Чернега В.С. - Севастополь: СевГТУ, 1999. - 398 с.
2. Віниченко В.С. Мікропроцесорні засоби на транспорті / В.С. Віниченко. – Харків: ХДАМГ, 2002. – 215 с.
3. Власов В.М. Телематика на автомобильном транспорте / [В.М. Власов, С.В. Жанказиев, В.Б. Николаев и др.]. – М.: МАДИ (ГТУ), 2003. – 175 с.
4. Гируцкий О.И. Электронные системы управления агрегатами автомобиля / О.И. Гируцкий, Ю.К. Есеновский-Лашков, Д.Г. Поляк. - Москва: Транс-порт, 2000. - 213с.
5. Голобородько О.О. Мехатронні системи автомобільного транспорту / О.О. Голобородько, О.О. Коробочка. – Харків: ТОВ «СМІТ», 2006.- 300с.
6. Деревицкий Д.П. Прикладная теория дискретных адаптивных систем управления / Д.П. Деревицкий, А.Л. Фрадков. – М.: Наука, 1981. – 216 с.
7. Данов Б.А. Системы управления двигателем. Электронное оборудование иностранных автомобилей / Б.А. Данов, В.И. Титов - М.: Транспорт, 1998. - 76 с.
8. Дорф Р. Современные системы управления / Р. Дорф, Р. Бишоп Пер. с англ. – М.: Лаборатория базовых знаний, 2002. – 832 с.
9. Егоров О.Д. Конструирование мехатронных модулей: учебник / О.Д. Егоров, Ю.В. Подураев. - М.: МГТУ «СТАНКИН», 2004. - 306с.
10. Егупов Н.Д. Методы робастного, нейро-нечеткого и адаптивного управления: учебник / Н.Д. Егупов. – М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. – 744 с.
11. Жук Д.М. Системы автоматизированного проектирования: Учебн. пособие для техн. вузов / [Д.М. Жук, П.И. Кузьмик, В.Б. Маничев и др.]. – Мн.: Выш. шк., 1988. – 159 с.
12. Исии Т. Мехатроника / Т. Исии, И. Симояма, и др., пер. с яп. – М.: Мир, 1988. 352 с.
13. Карнаухов Н.Ф. Электромеханические и мехатронные системы / Н.Ф. Карнаухов. – Ростов н/Д: Феникс, 2006. - 320 с.
14. Макаров И.М. Приводы робототехнических систем: Кн. 9, Лабораторный практикум по робототехнике / И.М. Макарова – М.: Высш. шк., 1986. – 253 с.
15. Норенков И.П. Основы автоматизированного проектирования: учебн. для вузов 2-е изд. / И.П. Норенков. – М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. – 336 с.
16. Подураев Ю.В. Основы мехатроники: Учебн. пособие / Ю.В. Подураев – М.: МГТУ “СТАНКИН”, 2000. – 80 с.
17. Подураев Ю.В. Мехатроника: основы, методы, применение: учеб. Пособие для студентов вузов 2-е изд. / Ю.В. Подураев – М.: Машиностроение, 2007. – 256 с.
18. Смирнов А.Б. Мехатроника и робототехника. Системы микроперемещений с пьезоэлектрическими двигателями / А.Б. Смирнов. – СПб: СПбГПУ, 2003. – 160 с.