Исследование возможностей диагностирования автомобильных трансмиссий на тяговом стенде

АННОТАЦИЯ

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ТРАНСМИССИЙ НА ТЯГОВОМ СТЕНДЕ.

Выпускная квалификационная работа (дипломный проект). МФ ВСГТУ, 2010. 125 с., 25 рис., 30 табл., 27 источников, 1 прил., 13 л. чертежей ф. А1.

В данном дипломном проекте проведена работа по модернизации тягово-силового стенда модели К-467М и исследована возможность диагностирования автомобильных трансмиссий на нем. В качестве испытуемого автомобиля выбран автомобиль марки TOYOTA MARKII с автоматической коробкой перемены передач.

В исследовательской части произведен анализ существующих методов диагностирования автоматических коробок передач, изложен метод диагностирования на тягово-силовом стенде с постановкой диагноза на основе полученных графиков функциональной зависимости скорости автомобиля на стенде от частоты вращения коленчатого вала и рассмотрен интерфейс работы персонального компьютера совместно с аналого-цифровым преобразователем.

В конструкторской части произведен расчет устройства передачи крутящего момента непосредственно с ведущей оси автомобиля на беговые ролики стенда.

В разделе безопасность жизнедеятельности приведены расчеты искусственного освещения пространства над стендом и описано влияние шума и вибрации на условия деятельности человека.

В экономической части дипломного проекта приведены расчеты по модернизации тягово-силового стенда, расчеты, связанные с оказанием услуги «диагностика автоматической коробки передач», а также расчеты по экономической эффективности и сроку окупаемости.

Задание

Аннотация

1 Технико-экономическое обоснование

1.1 Индикация современных средств диагностирования

1.2 Стенды для диагностики тягово-экономических качеств автомобилей

1.3 Тягово-силовой стенд модели К-467М

1.4 Диагностирование автоматических трансмиссий на тягово-силовом стенде К467М

1.5 Область применения стенда после модернизации

2 Исследовательская часть

2.1 Исходное назначение тягово-силового стенда К-467М

2.2 Осуществление процесса диагностики автоматических трансмиссий на стенде К-467М

2.3 Модернизация тягово-силового стенда К467М

2.3.1 Компьютеризация стенда

2.3.2 Изменение электрической схемы стенда

2.3.3 Датчики скорости

2.3.4 Датчик частоты вращения коленчатого вала автомобиля

2.3.5 Датчик силы

2.4 Диагностирование АКПП

2.5 Проведение испытаний

3 Конструкторская часть

3.1 Ориентировочный расчет вала

3.2 Подбор подшипников

3.3 Подбор шпонок

3.4 Расчет шлицевого соединения

3.5 Расчет вала на прочность

3.5.1 Определение внутренних силовых факторов

3.5.2 Вычисление геометрических характеристик опасных сечений

3.5.3 Расчет вала на статическую прочность

3.6 Конструирование опор и крышек подшипников вала

4 Безопасность жизнедеятельности

4.1 Влияние освещения на условия деятельности человека

4.1.1 Основные светотехнические характеристики

4.1.2 Системы и виды производственного освещения

4.1.3 Основные требования к производственному освещению

4.1.4 Нормирование производственного освещения

4.1.5 Источники света и осветительные приборы

4.1.6 Расчет искусственного освещения пространства над стендом с люминесцентными лампами типа ЛБ — 40

4.2 Влияние шума и вибрации на условия деятельности человека

4.2.1 Воздействие на человека шума и его допустимые уровни

4.2.2 Измерение шума на рабочем месте

4.2.3 Влияние вибрации на условия деятельности человека

4.2.4 Мероприятия по защите от шума и вибрации

5 Экономическая часть

5.1 Расчет стоимости модернизации тягово-силового стенда К-467М

5.1.1 Расчет стоимости изготовления датчиков скорости

5.1.2 Расчет стоимости изготовления датчика частоты вращения коленчатого вала двигателя

5.1.3 Расчет стоимости модернизации электрической схемы стенда

5.2 Расчет срока окупаемости

5.3 Оценка экономической эффективности инвестиций

Заключение

Список использованных источников

Приложения

1 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

Условия работы водителя автомобиля все время усложняются из-за увеличения количества автомобилей и из-за роста грузовых и пассажирских потоков. Возникла необходимость облегчения работы водителя и повышения ее эффективности при одновременном повышении безопасности движения. Мощным средством решения этих сложных задач стала автоматизация управления автомобилем путем применения автоматических трансмиссий.

Самым распространенным видом автомобильной автоматической трансмиссии стала гидромеханическая передача. Из-за широкого распространения именно ее за рубежом называют «автоматическая трансмиссия».

Гидромеханическая передача содержит гидродинамический трансформатор, механические передачи и систему управления автоматическим переключением передач. При механической трансмиссии поток мощности от двигателя к колесам автомобиля идет через шестерни, т. е. через жесткую механическую связь. При гидромеханической же передаче этот поток мощности идет еще и через гидродинамический трансформатор, рабочие колеса которого связаны друг с другом через жидкость. Благодаря этому уменьшаются динамические нагрузки, вызываемые как крутильными колебаниями, идущими от двигателя, так и неравномерностью хода зубчатых передач. Смягчаются также динамические эффекты от неровностей дорожного покрытия.

Гидродинамический трансформатор благодаря особенностям своей характеристики изменяет (трансформирует) крутящий момент двигателя. Поэтому число передач в механической части гидромеханической передачи делается меньше числа передач в механических коробках передач — 5−6 передач вместо 13−16 в большегрузных автопоездах и на однудве передачи меньше в легковых автомобилях.

В настоящее время гидромеханическими коробками оборудуют 98% выпускаемых в США легковых автомобилей. Для Японии эта цифра равна 60%, для Германии — 30%. Даже в нашей стране, отличающейся настороженным отношением к АКПП, наметилась тенденция к увеличению объема продаж автомобилей с трансмиссиями, в состав которых входит АКПП.

Увеличение автомобилей с автоматическими коробками передач способствует необходимости их диагностирования и ремонта. Так как автоматическая трансмиссия является одним из самых сложных и высокотехнологичных элементов автомобиля, поиск и определение причин ее неисправности является сложной задачей. А неверное определение причин неисправности может грозить большими материальными затратами, так как элементы АКПП являются наиболее дорогостоящими.

Определение причин неисправности на каждом этапе диагностики АКПП и ремонта требуются специалисты высокой квалификации, а также использование современного специального оборудования.

1.1 Индикация современных средств диагностирования.

К числу основных требований, предъявляемых к современным средствам технического диагностирования (СТД) автомобилей, относятся заданная точность измерений и необходимая достоверность диагностирования, удобство и простота считывания, возможность запоминания результата измерения, возможность выдачи результата измерения в текстовом или графическом виде и т. д. К числу перечисленных требований, влияющих на выбор типа индикации, относятся погрешность измерения тех или иных параметров. Для большинства технических измерений, связанных с диагностированием автомобиля, достаточно 2…3-го, а в некоторых случаях даже 10-го класса точности (табл. 1.1).

Таблица 1.1 — Класс точности измерений

До настоящего времени в средствах технического диагностирования в преобладающем большинстве использовалась аналоговая индикация. Объясняется это относительно низкой их стоимостью.

В качестве индикаторов в них используются микроамперметры магнитоэлектрической системы, обеспечивающие заданную точность, хорошую чувствительность и линейность. В некоторых СТД, например, в стендах для диагностирования тормозов и тягово-экономических показателей, применяются многострелочные (двухстрелочные) индикаторы.

В отличие от цифровых аналоговые индикаторы позволяют получить не только количественную, но и качественную информацию о контролируемом процессе, например о нахождении параметра в заданных пределах, динамике протекания процесса и т. п.

Практика показала, что в тех случаях, когда основными составляющими погрешности измерения являются погрешности датчика и блока преобразования, существенного выигрыша в точности измерения получить не удается.

При измерении параметров медленно меняющихся процессов преимущества цифровой индикации при считывании явно выражены; при измерении параметров динамических процессов цифровая индикация оказывается эффективной, если за 8…10 последовательных циклов измерений значение параметра меняется не более чем на ±2 единицы младшего разряда индикатора.

В приборах с аналоговой индикацией намного сложнее, чем с цифровой, считывание, поскольку они перегружены шкалами, а оператору приходится не только выбирать нужную шкалу, но зачастую проводить в уме арифметические операции, что приводит к увеличению времени считывания и появлению дополнительных ошибок.

Основным назначением измерительных индикаторов является выдача диагностической информации в том или ином виде; в этом отношении цифровые индикаторы имеют по сравнению с аналоговыми решающее преимущество, поскольку выдают информацию непосредственно в «готовом» виде, не требующем дополнительной обработки оператором.

1.2 Стенды для диагностики тягово-экономических

качеств автомобилей

Стенды тяговых качеств (СТК) служат для комплексного диагностирования автомобиля по таким основным показателям его эксплуатационных свойств, как мощность и топливная экономичность. Они позволяют имитировать в стационарных условиях тестовые нагрузочные и скоростные режимы работы автомобиля. При этом чаще всего используют следующие диагностические параметры: мощность на ведущих колесах (колесная мощность) — N_к; крутящий момент (или тяговое усилие) на ведущих колесах — М_к (Р_к); линейная скорость на окружности роликов — V_а; удельный расход топлива — Q; эффективная мощность двигателя — N_е; момент сопротивления (сила сопротивления вращению) колес и трансмиссии — М_f (Р_f); время выбега — t_в; время (или путь) разгона — t_р (t_р); ускорение (замедление) при разгоне (выбеге) — j_р (j_в).

Кроме того, тяговые стенды позволяют проводить ряд работ, связанных с углубленным поэлементным диагностированием автомобиля. Например, с использованием стробоскопической лампы определяют буксование муфты сцепления, по скорости вращения барабана оценивают исправность спидометра, прослушиванием и осмотром трансмиссии, работающей под нагрузкой, выявляют неисправности отдельных ее узлов и деталей и т. п.

При испытании автомобилей на барабанных стендах применяют режимы: максимальной тяговой силы или максимального крутящего момента, максимальной скорости, частичной нагрузки двигателя, принудительной прокрутки ведущих колес и трансмиссии автомобиля.

1.3 Тягово-силовой стенд модели К-467М

Стенд тяговый модели К-467 предназначен для технического диагностирования автомобилей, путем контроля тяговой силы на колесах, времени разгона, скорости движения для использования в автотранспортных предприятиях, станциях ремонта и обслуживания автомобилей. В основу стенда заложен принцип обратимости движения — испытуемый автомобиль устанавливается неподвижно, а «дорога» движется с определенной скоростью. Для этой цели стенд имеет две пары роликов, позволяющих имитировать определенные режимы движения автомобиля при различных нагрузках. Дорожные сопротивления движению автомобиля на стенде создаются специальным нагрузочным устройством — электротормозом. Тяговая сила на ведущих колесах будет пропорциональна нагрузке, создаваемой тормозом и определяется по реактивному моменту на корпусе тормоза. Кинематическая схема стенда представлена на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 — Кинематическая схема стенда К467М

1.4 Диагностирование автоматических трансмиссий

на тягово-силовом стенде К467М

Для осуществления процесса диагностирования автомобиля с автоматической трансмиссией на тяговом стенде, необходимо имитировать движение автомобиля в различных режимах нагружения (движение в гору, по ровной дороге). При этом контролировать моменты переключения передач, при какой скорости движения и частоты вращения коленчатого вала двигателя происходит переключение, значение силы тяги на колесе, время переключения передачи, разгон автомобиля в функциональной зависимости от времен. Зная эти показатели можно судить о техническом состоянии автоматической коробки передач, определить неисправность и ее сложность, целесообразность ремонта агрегата.

Изначальная конструкция тягового стенда не позволяет провести таких испытаний. Поэтому в ходе дипломного проектирования в конструкцию стенда были внесены некоторые изменения, касающиеся частичной компьютеризации стенда, осуществление задания постоянного усилия нагружения, контролирования оборотов двигателя и скорости беговых роликов.

Внесенные изменения позволили выполнять процесс диагностирования автомобилей с автоматическими коробками передач. При применении данного стенда на станциях технического обслуживание, значительно снижается время на поиск неисправности в АКПП, более точно определяется неисправность и методы ее устранения, что в целом позволяет снизить время ремонта автомобиля, а значит обслужить большее количество клиентов и получить прибыль.

Алгоритм диагностирования автомобилей, оснащенных автоматическими трансмиссиями на тягово-силовом стенде, представлен на рисунке 1.2

Рисунок 1.2 — Алгоритм диагностирования автомобилей с АКПП

1.5 Область применения стенда после модернизации

После внесения изменений в конструкцию стенда значительно расширилась его область применения по направлению, как учебной деятельности, так и возможной производственной. Область применения стенда представлена на рисунке 1.3.

Рисунок 1.3 — Область применения тягового силового стенда Модернизация тягового стенда позволила выявлять и исследовать неисправности, возникающие в автоматических коробках перемены передач во время эксплуатации автомобилей. Стенд дает возможность диагностировать АКПП непосредственно с автомобилем, без каких либо разборных операций.

2 ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ

Автоматическая коробка переключения передач (АКПП) — один из самых сложных и высокотехнологичных элементов автомобиля. При строгом соблюдении правил эксплуатации и сервиса срок службы современных автоматических трансмиссий сравним с ресурсом двигателя. В большинстве случаев автоматические коробки передач попадают в ремонт именно вследствие нарушения установленных правил эксплуатации. При ремонте автоматических трансмиссий необходимо большое внимание уделять диагностики, так как выявление неисправностей определит целесообразность ремонта и в последующем сократит его время.

Диагностирование — процесс определения технического состояния объекта без его разборки по внешним признакам путем измерения величин, характеризующих его состояние и сопоставление его с нормативами. Диагностирование автоматических трансмиссий подразумевает множество различных методов. Наиболее целесообразными и информативными являются методы, при которых АКПП функционирует в реальных эксплуатационных режимах. Реализация таких режимов работы автоматической трансмиссии возможна на стендах тяговых качеств.

Стенды тяговых качеств, служат для комплексного диагностирования автомобиля. Они позволяют имитировать в стационарных условиях тестовые, нагрузочные и скоростные режимы работы автомобиля. При этом используют следующие диагностические параметры: мощность на ведущих колесах, крутящий момент на ведущих колесах, линейная скорость на окружности роликов, расход топлива, время разгона.

При диагностировании автомобилей с автоматической трансмиссии на стендах тяговых качеств возникают проблемы с постановкой диагноза. Это происходит в основном из-за невозможности реализации тестовых, нагрузочных и скоростных режимов требуемых для АКПП, а также недостаточной информативностью диагностических параметров, которые позволяют измерять данные стенды.

В данном дипломном проекте была проанализирована работа тягово-силового стенда К-467М и исследована возможность проведения на нем диагностирования автомобилей с автоматическими трансмиссиями.

2.1 Исходное назначение тягово-силового стенда К-467М

Стенд тяговый модели К-467М предназначен для технического диагностирования автомобилей, путем контроля тяговой силы на колесах, времени разгона, скорости движения для использования в автотранспортных предприятиях, станциях ремонта и обслуживания автомобилей.

Стенд стационарный роликовый предназначается для работы в условиях умеренного и холодного климатов по категории размещения 4.2 (закрытые отапливаемые помещения в соответствии с ГОСТ 15 150–69).

Технические данные:

Питание — от трехфазной сети переменного тока напряжением 380 В, частотой 50 Гц.

Диапазон измерения тяговой силы, Н (кгс) — от 0 до 10 000.

Предел допускаемого значения основной приведенной погрешности стенда в заданном диапазоне, %, не более — ± 5.

Диапазон измерения скорости, км/ч — от 0 до 100.

Предел допускаемого значения основной приведённой погрешности стенда в заданном диапазоне, %, не более ± 4.

Диапазон измерения интервалов времени, с — от 1 до 99,9.

Предел допускаемого значения относительной погрешности стенда в заданном диапазоне, %, не более ± 4.

Потребляемая мощность, кВт, не более 4.

Принцип действия стенда.

В основу стенда заложен принцип обратимости движения — испытуемый автомобиль устанавливается неподвижно, а «дорога» движется с определенной скоростью. Для этой цели стенд имеет две пары роликов, позволяющих имитировать определенные режимы движения автомобиля при различных нагрузках. Дорожные сопротивления движению автомобиля на стенде создаются специальным нагрузочным устройством — электротормозом. Тяговая сила на ведущих колесах будет пропорциональна нагрузке, создаваемой тормозом и определяется по реактивному моменту на корпусе тормоза.

Устройство стенда.

Конструктивно он состоит из опорного устройства с двумя парами роликов, первая пара роликов, нагружающая индукторным тормозом, а вторая — поддерживающая; пульта с необходимыми контрольно-измерительными приборами и дистанционным пультом управления, передвижного вентилятора для обдува радиатора двигателя автомобиля, вытяжного устройства для отвода выхлопных газов и колодок, для предотвращения произвольного съезда автомобиля в период испытаний.

Описание кинематической схемы.

Основой стенда является опорное устройство, опорное устройство состоит из рамы, на которой размещаются все элементы схемы. Каждый из четырех роликов диаметром 235 мм установлены на двух сферических подшипниках.

Передние (по ходу автомобиля) ролики соединяются через три втулочно-пальцевые муфты с электротормозом. Статор электротормоза установлен в двух подшипниковых опорах. Реактивный момент статора через кронштейн передается на датчик, электрический сигнал которого пропорционален величине тормозного момента (тяговой силе на колесах автомобиля). Этот сигнал передается на соответствующий регистрирующий прибор пульта стенда.

Для осуществления заезда и съезда автомобиля с опорного устройства имеются стопоры.

Для предотвращения случайного стопорения роликов во время испытаний в электрической схеме стенда предусмотрено реле скорости.

2.2 Осуществление процесса диагностики автоматических

трансмиссий на стенде К-467М

Для осуществления диагностирования автомобилей оснащенных АКПП на тяговом стенде необходимо задать тестовые нагрузочные и скоростные режимы, эмитирующие функционирование автоматической коробки в реальных условиях эксплуатации. Учитывая особенности работы АКПП, наиболее подходящий режим для исследования ее работы, является режим разгона автомобиля по ровной горизонтальной поверхности при полном открытии дроссельной заслонки (динамический режиме). Для этого необходимо задать постоянное усилие нагружения роликов стенда приблизительно равное силе сопротивления движению автомобиля по дороге. В исходной конструкции стенда задание постоянных усилий нагружения не предусмотрено, поэтому необходимо внести некоторые изменения в электрическую схему стенда.

При испытании автомобиля с АКПП в динамическом режиме на тяговом стенде. Для оценки работы автоматической трансмиссии необходимо получить и исследовать такие диагностические параметры как: скорость автомобиля, обороты коленчатого вала двигателя и силу тяги на ведущих колесах. Измеряя данные параметры можно построить графики зависимостей скорости движения автомобиля от времени, силы тяги на колесе от времени и скорости движения автомобиля от частоты вращения коленчатого вала двигателя. При помощи этих зависимостей, возможно, получить данные не только о состоянии автоматической трансмиссии, но и двигателя, и главной передачи автомобиля. Что в свою очередь является немаловажным фактором, так как при диагностировании автомобиля оснащенного АКПП определить, какой именно агрегат неисправен, достаточно сложно.

Наиболее информативным для оценки работы автоматической трансмиссии является график зависимости скорости автомобиля от частоты вращения коленчатого вала двигателя. Теоретический график этой зависимости представлен на рисунке 2.1. При его анализе, возможно, получить данные о моментах переключения передач, времени разгона автомобиля на каждой передачи, изменении частоты вращения коленчатого вала двигателя при переключении передач. Диапазон корректных переключений передач автоматической трансмиссии лежит в области между зеленым, и синим графиком. Красным цветом показаны возможное переключение передач при использования режим «Кик-Даун».

Рисунок 2.1 — Теоретический график переключения передач в АКПП В изначальной конструкции стенд не позволяет измерять и сохранять все необходимые параметры для диагностирования автомобиля, оснащенных АКПП, поэтому в его конструкцию необходимо добавить измерительную систему на базе персонального компьютера.

После модернизации стенда появится возможность задать абсолютно любой режим и цикл режимов нагружения, а также благодаря непосредственному доступу к агрегату в процессе диагностирования позволяет использовать различные методы диагностики, например виброаккустический.

При исправной работе АКПП процесс переключения передач проходит в зависимости от скорости автомобиля, оборотов коленчатого вала двигателя и нагрузки на двигатель. Соответственно, если АКПП не следует алгоритму переключений или эти переключения слишком затянуты во времени, то это свидетельствует о возникшей неисправности.

2.3 Модернизация тягово-силового стенда К467М

В рамках данного дипломного проекта, для возможности диагностирования автомобилей оснащенных автоматическими трансмиссиями, в конструкцию стенда были внесены следующие изменения: изменена электрическая схема стенда с добавлением новых компонентов, внедрен измерительный комплекс на базе персонального компьютера. Измерительный комплекс, включает в себя датчики частоты вращения роликов стенда с преобразователем сигнала (датчики скорости), датчик частоты вращения коленчатого вала автомобиля, датчик силы. Для подключения датчиков к персональному компьютеру используется аналого-цифровой преобразователь.

2.3.1 Компьютеризация стенда

Основной задачей совершенствования силового стенда путем подключения к нему измерительного комплекса на базе персонального компьютера является расширение возможностей по направлению определения скорости движения автомобиля на стенде, определение частоты вращения коленчатого вала двигателя, определение силы тяги на колесе и отображения их в более приемлемой форме.

Любой ЭВМ — совместимый персональный компьютер (ПК) может выполнять роль мощного измерительного комплекса, если его снабдить одним или несколькими аналоговыми входами. Вычислительная мощь ПК позволяет подвергать собранные с его помощью информационные данные любой, даже очень сложной обработке. Добиться этого можно, подключив аналого-цифровой преобразователь (АЦП), к стандартному последовательному или параллельному портам.

В персональный компьютер установлен аналого-цифровой преобразователь в виде платы серии L-783 фирмы L-CARD. Внешний вид платы представлен на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 Внешний вид платы L-783

Плата серии L-783 является современным, быстродействующим и надежным устройствам на базе высокопроизводительной шины PCI для ввода, вывода и обработки аналоговой и цифровой информации в персональных IBM совместимых компьютерах. Благодаря интерфейсу PCI обеспечивается высокая скорость обмена информацией (данными) с программой пользователя, исключаются конфликты с другими платами, установленными в PC, и гарантируется полное отсутствие каких-либо конфигурационных перемычек и переключателей. Все режимы работы такой платы задаются программным образом. Плату можно рассматривать и как удобное средство для многоканального сбора информации, и как законченную систему с собственным процессором, позволяющую пользователю реализовать свои собственные алгоритмы обработки сигналов на уровне программирования установленного на платах современного сигнального процессора (DSP) фирмы Analog Devices, Inc. ADSP-2184/2185/2186.

Технические параметры АЦП, цифровых линий и внешние условия работы представлены в табл. 2.1 и 2.2.

Таблица 2.1 — Технические параметры АЦП

* - АЦП платы L-783 может работать на частоте 3300 кГц, но при этом точностные параметры платы не гарантируются.

** - Типичные зависимости межканального прохождения в зависимости от частоты запуска АЦП при различных коэффициентах усиления приведены в приложении A.

Таблица 2.2 — Внешние факторы

Схема подключения сигналов от датчиков на аналоговый разъем платы АЦП представлена на рисунке 2.3.

Рисунок 2.3 — Схема подключения сигналов от датчиков На данной схеме показан источник с заземленным выходом. Источники сигнала должны работать на низкоомную нагрузку 5075 Ом для этого необходимо установить резистор, как показано на схеме (рис. 2.3), сопротивление которого находится по формуле 2.1.

R=Z_к-R_и, Ом, (2.1)

где Z_к=5070 Ом — сопротивление кабеля;

R_и — внутреннее сопротивление источника сигнала.

При работе с АЦП могут возникнуть некоторые неисправности, которые приведены в табл. 2.3.

Таблица 2.3 — Характерные неисправности и методы их устранения

К аналоговому разъему АЦП через кабель VGA Premium 15М-1,8А подключен блок, на котором собраны электрические схемы датчиков скорости и датчика частоты вращения коленчатого вала двигателя. Также на блоке установлен потенциометр для задания силы нагрузки нагружающих роликов стенда и миллиамперметр для фиксирования силы тока. Внешний вид блока представлен на рисунках 2.4 и 2.5.

Рисунок 2.4 — Внешний вид блока Рисунок 2.5 — Задняя часть блока Программным обеспечением АЦП L-783 является многоканальный регистратор-самописец LGraph2. Программа LGraph2 предназначена для регистрации, визуализации и обработки аналоговых сигналов, записанных с помощью измерительных плат или модулей АЦП. Программа LGraph2 в сочетании с модулем или платой АЦП L-CARD превратила персональный компьютер в измерительную лабораторию, заменив такие приборы, как вольтметры, самописцы, осциллографы и т. п.

Интерфейс окна программы L-GRAPH 2 представлен на рисунке 2.6.

Рисунок 2.6 — Интерфейс программы L-GRAPH 2

Программа позволяет отображать данные с АЦП в виде графиков в нескольких окнах, число которых определяется от 1 до 8. На рисунке в первом окне представлен график изменения скорости автомобиля; на графике видно разность скоростей, это говорит о том, что наступил момент проскальзывания колес автомобиля на поверхности нагружающих роликов; во втором окне — изменение частоты вращения коленчатого вала двигателя при переключениях передач в АКПП; в третьем — изменение силы тяги на колесах.

Программа сохраняет файлы данных в двоичном формате. Для преобразования их в текстовый формат для просмотра в текстовых редакторах или обработки в Excel, Matlab и т. п. предназначено окно экспорта данных. Дополнительным удобством обработки является возможность экспорта данных (с учетом всех масштабирующих коэффициентов) в двоичные файлы, которые могут быть использованы в пользовательских программах или непосредственно импортированы в пакеты Matlab, Origin и им подобные. При экспорте данные могут быть представлены в кодах АЦП, в вольтах или преобразованными с учетом пользовательских коэффициентов.

Помимо обычного режима ввода данных в один файл, LGraph2 поддерживает специальные режимы записи:

Ввод данных по расписанию. Программа может по заданному расписанию запускать ввод данных с АЦП в файл, причем можно задать несколько временных отметок, и, по достижении каждой LGraph2 будет запускать ввод данных в новый файл.

Серийный запуск. Пользователь устанавливает, сколько раз надо будет запустить ввод, и определяет паузу между сеансами ввода, после чего программа сама осуществляет требуемую последовательность ввода.

Периодическое сохранение. В этом режиме после запуска ввода программа осуществляет непрерывный ввод, однако по достижении заданного пользователем интервала программа закрывает файл, в который осуществлялся ввод, и продолжает ввод в новый файл. Данный режим удобен при необходимости длительного ввода, когда требуется максимальная надежность: при выключении или зависании компьютера основная часть введенных данных не пропадает.

Поскольку в дополнительных режимах ввода в результате создается много файлов с данными, в программе предусмотрено множество настроек, определяющих автоматическое формирование имен файлов и папок. В частности, каждая серия файлов может размещаться в создаваемой новой папке, а имя файла может формироваться как на базе увеличивающегося индекса, так и добавлением текущей даты и времени к имени файла.

2.3.2 Изменение электрической схемы стенда

Для расширения возможностей стенда в его электрическую схему были внесены изменения, после которых стенд может работать как на задание постоянного усилия, так и в режиме нагружения, зависящий от скорости движения автомобиля на стенде.

На панель управления стендом был вынесен переключатель, между обычным режимом работы и режимом, создающим постоянное усилие нагружения, которым разорвана цепь, подающая сигнал управления работы индукторного тормоза. Сигнал управления представляет собой напряжение, изменяющееся от -15 В (тормоз не работает) до +30 В (максимальный режим нагружения).

Управляющий сигнал формируется на плате П2 «Сумматор», через плату П1 «Анализатор» поступает на плату П5 «Регулятор». С увеличением управляющего напряжения, пропорционально увеличивается сила тока в катушках индукторного тормоза, а, следовательно, тормозное усилие.

Для моделирования управляющего сигнала, использован потенциометр R1a на 500 ком. Потенциометр позволяет регулировать подаваемое напряжение на плату П5, тем самым изменять режим нагружения роликов стенда.

Питание потенциометра осуществляется от блоков питания электрической схемы стенда, расположенных на платах П3, через сопротивления R2a и R3a.

В результате внесенных изменений напряжение с блоков питания через потенциометр поступает на плату П5. При вращении ручки потенциометра происходит изменение напряжения в большую, или меньшую сторону, а, следовательно, увеличение или уменьшение силы тока в катушках индуктивного тормоза и нагружение роликов.

В цепь между потенциометром и платой П5 последовательно включен миллиамперметр для фиксирования силы тока. Шкала миллиамперметра функционально связанна с единицами силы сопротивления, возникающей на поверхности роликов.

2.3.3 Датчики скорости

В базовую конструкцию стенда был внесен ряд датчиков, которые снимают исходные данные с исполняющих устройств.

При диагностировании автомобилей оснащенных автоматической трансмиссией необходимо постоянно контролировать скорость движения автомобиля на стенде. Также при диагностировании АТС на данном стенде существует проблема неверного определения тяговых качеств из-за наступления момента проскальзывания ведущих колес по поверхности ролика, в момент, когда сила тяги на колесе превосходит силу сцепления шин с поверхностью нагружающего ролика.

Для контроля скорости, движения автомобиля на стенде, и наступления момента проскальзывания ведущих колес на поверхности роликов, были установлены датчики, которые определяют скорость каждого ролика стенда. При сравнивании скорости поддерживающих и нагружных роликов можно судить о моменте наступления проскальзывания.

В качестве датчика был использован индуктивный датчик положения коленчатого вала автомобиля ГАЗ 3110. В основе работы индуктивных датчиков частоты вращения лежит явление электромагнитной индукции. Датчик выполнен в виде катушек с магнитными сердечниками. При прохождении под сердечником метки в виде болта на поверхности бегового барабана магнитный поток датчика изменяется, и в катушке датчика индуцируется электродвижущая сила. Амплитуда импульсов зависит от частоты вращения и зазора между сердечником датчика и поверхности барабана. Конструкция и принцип действия индуктивного датчика изображены на рисунке 2.7.

Датчик генерирует импульсы при прохождении в его магнитном поле метки в виде болта на поверхности бегового барабана. На барабане установлено 8 меток, исходя из этого, период следования импульсов датчика равен 45°.

1 — Магнитопровод; 2 — Катушка индуктивности; 3 — Магнитный сердечник;

4 — Ферромагнитный диск; Ф — Магнитный поток; е_вых — выходной электрический сигнал Рисунок 2.7 — Принцип действия индуктивного датчика По рабочему чертежу были изготовлены три кронштейна, и неподвижно закреплены к раме стенда. На кронштейны установлены датчики частоты вращения роликов рисунок 2.8. На поверхности роликов сделаны по 8 отверстий с резьбой, в которые вкручены болты М6. Между сердечником индуктивного датчика и меткой был выставлен зазор в 1 мм.

Рисунок 2.8 — Датчик частоты вращения установленный на кронштейне При вращении роликов стенда на выходе установленных индуктивных датчиков появляется сигнал напряжения синусоидальной формы рисунок 2.9. В зависимости от изменения скорости вращения роликов стенда изменяется частота возникновения импульсов напряжения.

Рисунок 2.9 — Осциллограмма работы индуктивного датчика Для подключения индуктивных датчиков, установленных на стенде, к аналого-цифровому преобразователю необходимо изменить форму его выходного сигнала, так как аналого-цифровой преобразователь способен воспринимать сигнал только в виде напряжения. Изменение сигнала частоты возникновения импульсов в напряжение возможно сделать при помощи электрической схемы преобразователя работающей на микросхеме LM 2907N.

Электрическая принципиальная схема преобразователя «частота — напряжение» представлена на рисунке 2.10. Было изготовлено три схемы и подключено к индуктивным датчикам, что позволило получить напряжение для ввода в аналого-цифровой преобразователь.

Рисунок 2.10 — Электрическая схема преобразователя «частота — напряжение» на основании микросхемы LM 2907M

2.3.4 Датчик частоты вращения коленчатого вала автомобиля

Для измерения и регистрации частоты вращения коленчатого вала двигателя, при диагностировании автомобилей, оснащенных автоматической трансмиссией, был изготовлен датчик на базе аналогового автомобильного тахометра. Основной задачей при разработке данного датчика было обеспечить легкое подключение к испытуемому автомобилю и получение напряжения на выходе для аналого-цифрового преобразователя.

За основу датчика частоты вращения был взят тахометр с комбинации приборов автомобиля TOYOTA. Тахометр состоит из печатной платы с элементами и стрелочного индикатора. На плате собран ждущий мультивибратор (ЖМВ) на микросхеме NE555. Микросхема имеет пластиковый корпус с 8-ю выводами (DIP-8).

Принцип действия тахометра заключается в следующем: ЖМВ запускается импульсом зажигания дважды за один оборот коленчатого вала двигателя и вырабатывает свой импульс — стабильный по амплитуде и длительности, который через резистор подается на миллиамперметр. Чем больше обороты, тем чаще идут импульсы ЖМВ, тем больше средний ток в обмотке и тем сильнее отклоняется стрелка тахометра. Импульс зажигания снимается с первичной обмотки катушки зажигания или с модуля зажигания. Длительность выходного импульса ЖМВ определяется RC-цепью и весьма стабильна. Для стабилизации амплитуды выходного импульса ЖМВ питается от встроенного стабилизатора напряжения.

При изготовлении датчика был убран стрелочный указатель тахометра, а в электрическую схему внесен изменения. Изменение электрической схемы связаны с тем, что вместо стрелочного указателя, необходимо сделать выход для подключения аналого-цифрового преобразователя. Для этого необходимо импульсы, подаваемые на стрелочный указатель преобразовать в напряжение. Реализовать это удалось при помощи выпрямителя состоящего из индуктивной катушки и конденсаторов. Проведенные изменения позволили получить напряжение для вывода на аналого-цифровой преобразователь.

Подключение датчика к испытуемому автомобилю производится посредством провода к диагностическому разъему, находящемуся в подкапотном пространстве, и к клеммам аккумуляторной батареи. К диагностическому разъему испытуемого автомобиля подключается один провод на выход, специально предназначенный для подключения тахометра, выход — IG.

Принципиальная электрическая схема датчика частоты вращения коленчатого вала двигателя автомобиля, представлена на рисунке 2.11.

Рисунок 2.11 — Электрическая схема датчика частоты вращения коленчатого вала двигателя автомобиля.

2.3.5 Датчик силы

В процессе испытания автомобиля оснащенного автоматической трансмиссией на тяговом стенде необходимо контролировать изменение силы тяги на колесе при переключении передач. В изначальной конструкции стенд позволяет контролировать силу тяги, стрелочным прибором, установленным на пульте управления. Измерительным устройством является тензометрический датчик, который через рычаг воспринимает реактивный момент, возникающий на статоре индуктивного тормоза.

Принцип действия тензометрического датчик основана на эффекте изменения внутреннего сопротивления RВН при деформации упругой мембраны. Четыре тензометрических датчика соединяются между собой в диодный мост, откуда входной сигнал поступает в блок преобразователя. Устройство датчика силы показано на рисунке 2.12.

Рисунок 2.12 — Устройство датчика силы Сигнал с тензометрического датчика поступает в блок преобразователя, где анализируется и выводится на стрелочный прибор. Сигнал, поступающий на стрелочный прибор, является напряжением. В место стрелочного прибора возможно подключение аналого-цифрового преобразователя, что и было сделано.

2.4 Диагностирование АКПП

Прежде чем принимать решение о капитальном ремонте трансмиссии с АКПП, необходимо хотя бы ориентировочно выяснить причину неудовлетворительной работы коробки передач. Часто такой причиной служит неисправность одного из многочисленных датчиков или нарушение одного из регулировочных параметров системы управления, поэтому простая замена датчика или восстановление регулировочного значения параметра может привести к нормализации работы АКПП. Таким образом, квалифицированная диагностика АКПП и системы ее управления может во многих случаях избавить владельца автомобиля от дорогостоящего ремонта.

Диагностика автоматической трансмиссии представляет собой процесс последовательного исключения из числа подозреваемых исправных элементов исследуемой системы, в результате чего остаются только те, которые могут быть связаны с возникшей неисправностью. Редко когда удается сразу определить неисправный элемент.

Выход из строя трансмиссии с АКПП обычно происходит в результате возникновения одной или комбинации следующих неисправностей:

— в гидравлической части системы управления;

— в электрической части системы управления;

— одного или нескольких фрикционных элементов управления АКПП;

— механической части АКПП;

— гидротрансформатора;

— электронного блока управления;

— нарушения регулировок.

Поскольку принцип работы всех трансмиссий с АКПП практически одинаков, то для автомобиля любой марки или модели можно предложить общий алгоритм выявления причины неисправности (рисунок 2.13).

Рисунок 2.13 — Схема алгоритма диагностирования автоматических трансмиссий

Разговор с владельцем автомобиля

Суть этого этапа заключается в выяснении точного характера претензий к работе коробки передач со стороны владельца автомобиля. Из разговора следует получить, как можно подробнее, сведения относительно работы АКПП. Дорожная проверка в комбинации с беседой с владельцем автомобиля является достаточно эффективным способом определения неисправности. Иногда дорожная проверка может показать, что коробка передач находится в нормальном состоянии, а владелец просто не знает, как она должна правильно эксплуатироваться. Если автомобиль не в состоянии двигаться, то разговор с владельцем автомобиля в отношении поломки становится чрезвычайно важным.

Проверка уровня масла и качество его состояния

Измерение уровня масла дает некоторые непосредственные и важные сведения о состоянии трансмиссии. Неправильный уровень масла может привести к возникновению более чем двадцати неисправностей в работе, как системы управления, так и самой АКПП. Часто работа коробки передач нормализуется сразу же после того, как уровень масла был приведен к норме.

Проверка работы двигателя на режиме холостого хода, мест соединений электропроводки, троса привода управления коробкой передач

Двигатель и коробка передач — две части одной системы, поэтому их совместная работа должна быть согласована. В связи с этим проверка работы двигателя представляет собой важный этап диагноза коробки передач.

Неисправность двигателя может приводить к формированию неправильных сигналов, используемых системой управления коробкой передач. Система управления не имеет возможности определять достоверность поступившей информации и в любом случае реагирует на нее. Это может приводить к резким или поздним переключениям передач или их комбинации. Кроме того, сложности могут усугубляться способностью электронной системы управления двигателем адаптироваться к его неправильной работе, что привносит путаницу в работу блока управления АКПП.

Перед продолжением проверки АКПП необходимо выявить и исправить все недостатки в работе двигателя. Любая неисправность двигателя должна быть устранена. Можно быть введенным в заблуждение и разобрать коробку передач только для того, чтобы убедиться в ее исправности, а на самом деле проблема заключается в двигателе.

Проверка работоспособности трансмиссии на полностью заторможенном автомобиле

Целью данной проверки является измерение максимальной частоты вращения двигателя на диапазонах «D» и «R» при полностью остановленном выходном вале АКПП. По величине этой частоты можно определить работоспособность гидротрансформатора, муфт свободного хода, а также наличие скольжения в некоторых фрикционных элементах управления АКПП.

Анализ результатов проверки на полностью заторможенном автомобиле

Анализ результатов испытаний на неподвижном автомобиле заключается в сравнении определенной во время проверки частоты вращения двигателя с регламентированной заводом-изготовителем частотой. Отклонение частоты вращения двигателя в ту или иную сторону можно интерпретировать следующим образом:

1. Частота вращения коленчатого вала двигателя на диапазонах «D» и «R» больше регламентированного значения на 200−300 об/мин. является признаком скольжения одного или двух фрикционных элементов управления АКПП. Причиной этого может быть вспенивание масла, низкое давление в основной магистрали системы управления, изменение свойств фрикционных накладок элементов управления АКПП.

2. Частота вращения коленчатого вала двигателя на диапазонах «D» и «R» отличается от регламентированного значения на большую величину, в результате чего проверка была остановлена. В этом случае вероятнее всего предположить опять-таки пробуксовку одного или двух фрикционных элементов управления АКПП из-за низкого давления в основной магистрали или изменения свойств фрикционных накладок элементов управления АКПП. Кроме того, причиной слишком высоких оборотов двигателя могут служить срезанные шлицы на валу турбинного колеса.

3. Частота вращения коленчатого вала двигателя на диапазонах «D» и «R» ниже регламентированного значения на 100−200 об/мин. (обычно в этом случае владелец автомобиля жалуется на снижение мощности двигателя). Причиной этого, скорее всего, является неисправность двигателя или системы его управления.

4. Обороты двигателя ниже заданных заводом-изготовителем. Причиной этого могут быть неисправность гидротрансформатора (выход из строя обгонной муфты, соединяющей реактор гидротрансформатора с картером трансмиссии) или неисправность двигателя.

Если обороты двигателя во время проведения испытания соответствуют регламентированным, это является признаком нормального состояния двигателя и работоспособности гидротрансформатора и фрикционных элементов управления, включаемых в АКПП на первой передаче и передаче заднего хода. Это, однако, еще не означает, что муфта свободного хода реактора гидротрансформатора может свободно расклиниваться и переводить тем самым его в режим работы гидромуфты.

Если максимальная скорость транспортного средства при полностью открытой дроссельной заслонке меньше расчетной примерно на 33%, то можно предположить, что произошло заклинивание обгонной муфты реактора гидротрансформатора. Побочным эффектом этого может быть перегрев масла и снижение давления, развиваемого насосом.

Другой способ определения исправности обгонной муфты гидротрансформатора заключается в следующем. Установите рычаг выбора диапазона в положение «N» и до упора нажмите на педаль управления дроссельной заслонкой. Если обороты двигателя при этом превышают 3000 об/мин., то это означает, что реактор свободно вращается в потоке масла. Если же обороты двигателя не превышают 3000 об/мин., то обгонную муфту заклинило, и реактор гидротрансформатора работает как гидравлический тормоз.

Проверка в движении

Во время этой проверки следует попробовать все возможные режимы движения, определить моменты переключения передач и их качество при почти закрытой дроссельной заслонке, при ее среднем открытии и при полностью открытом положении, проверить работу АКПП в режиме принудительного понижения передачи. Моменты переключений передач и их качество ориентированы на нормальную работу двигателя.

Данные, полученные при правильно проведенной проверке в движении, представляют собой ценный диагностический материал. Ее цель — сбор точной информации относительно работы коробки передач, из которой специалист может получить достаточное количество сведений о проблемах в ее работе.

Звуковой анализ работы АКПП

Определение неисправности по шуму, производимому работающей трансмиссией, — это сложная задача, заключающаяся в выделении посторонних звуков, не связанных с ее нормальной работой.

Звуковой анализ работы трансмиссии обычно проводится в двух режимах: на неподвижном и движущемся автомобиле. Источником возникновения звука могут быть самые разнообразные механизмы и устройства транспортного средства, к которым можно отнести гул гидравлического клапана, вибрацию в системе охлаждения, вспомогательных приводах двигателя и даже системе выпуска выхлопных газов двигателя. Осмотр дополнительных приводных ремней, контроль системы выпуска и анализ системы охлаждения должны быть необходимыми частями такого исследования. Однако большинство посторонних звуков исходит все-таки из трансмиссии.