Предисловие. 
Измерительные устройства автомобильных систем

Учебное пособие соответствует программам образовательных учреждений среднего профессионального образования в области технических измерений и приборов автомобильных систем.

В книге рассматриваются измерительные устройства контрольных и аварийных систем автомобилей, систем управления двигателем, систем зажигания, смесеобразования и курсовой устойчивости, навигационных и противоугонных систем, а также систем диагностики. Изложены принципы функционирования основных автомобильных датчиков и представлены их конструкции. Освещены метрологические аспекты измерительных устройств автомобилей.

Учебное пособие состоит из восьми глав, а также содержит введение, заключение и приложение.

Во введении приводятся основные определения, история и обзор видов технических измерений и приборов автомобильных систем.

В первой главе дана классификация измерительных устройств автомобилей, расположение датчиков на автомобиле и состав панели приборов.

Во второй главе рассматриваются методы измерения скорости и длины пути движения автомобиля, измерения уровня топлива и эксплуатационных жидкостей, контроль зарядного режима и датчики ускорения, измерение степени износа тормозных накладок и загрязнения стекол, а также контроль дистанции и датчики температуры воздуха и солнечного излучения.

Третья глава посвящена вопросам контроля температуры двигателя, давления масла в двигателе и разряжения во впускном коллекторе, частоты вращения коленчатого вала и колес, а также датчикам положения дроссельной заслонки и массового расхода воздуха.

В четвертой главе приводится информация по датчикам момента искрообразования, по контролю угла опережения зажигания, по измерению детонации, а также по датчикам кислорода отработавших газов, датчикам полной нагрузки и датчикам давления воздуха во впускном трубопроводе.

Пятая глава рассматривает функции и состав системы курсовой устойчивости, каскадную структуру системы управления и основные компоненты системы VDC.

В шестой главе даны основные типы навигационных систем, примеры реализаций навигационных систем, а также системы распознавания голоса и преобразования текста в речь в задачах навигации.

В седьмой главе рассматриваются противоугонные системы, дистанционное управление противоугонными устройствами, системы с иммобилизаторами и дополнительные охранные датчики.

В восьмой главе представлена информация по компрессометрам, измерению зазоров в кривошипно-шатунном механизме, контролю системы питания, состояния аккумулятора и генератора, тормозных систем, колес и руля, а также по проверке установки и силы света фар и встроенным средствам измерений.

В заключении анализируются проблемы развития в области измерений и приборов автомобильных систем.

Книга также дополнена приложением, в котором изложены нормативные требования зависимости сопротивления термисторов от температуры, характеристики автомобильных датчиков температуры, датчиков давления систем двигателя и датчиков абсолютного давления во впускном трубопроводе фирм GM и Ford, а также диагностические коды контроллера МР7.0 фирмы Bosch.

Освоение теоретического материала и приобретение практических навыков при выполнении лабораторных работ позволяет сформировать базу для решения широкого диапазона задач по измерительным процессам.

В результате изучения дисциплины студент должен освоить:

трудовые действия

• • владение навыками использования систем диагностики;
• • владение навыками дистанционного управления противоугонными устройствами;
• • владение навыками реализаций навигационных систем и мультиплексного соединения датчиков;

необходимые умения

• • пользоваться панелью приборов автомобилей;
• • строить схемы каскадной структуры системы управления курсовой устойчивостью;
• • компоновать схемы навигационных и противоугонных систем;

необходимые знания

• • классификация измерительных устройств автомобилей;
• • расположение датчиков на автомобиле;
• • измерительные устройства контрольных и аварийных систем автомобиля;
• • измерительные устройства систем управления двигателем;
• • измерительные устройства систем зажигания и смесеобразования.

Датчики и приборы относятся к техническим средствам, используемым при измерениях и имеющим нормированные погрешности.

Датчиками называются измерительные преобразователи, предназначенные для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для передачи и дальнейшего преобразования, но не доступной непосредственному восприятию наблюдателем.

В отличие от датчиков измерительными приборами называют средства измерений, предназначенные для выработки сигналов измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем.

Датчики и приборы могут использоваться как для измерения, так и для контроля и диагностики.

Под техническим измерением понимается процесс определения требуемых параметров объекта измерения с применением технических средств.

Контролем называется частный случай измерения, в результате которого определяется отклонение параметров от установленной нормы.

В свою очередь диагностика представляет собой разновидность контроля, в результате которого устанавливался не только факт наличия параметров в границах нормы или за ее границами, но и нахождение местоположения отказа.

Диагностирование автомобиля проводят с целью определения его общего технического состояния и соответствия основным функциональным параметрам. Такое диагностирование может быть составной частью процесса технического обслуживания или текущего ремонта, на основе которого делают заключение о предстоящей целесообразности выполнения тех или иных операций.

Автомобильные датчики преобразуют информацию о значениях контролируемых неэлектрических параметров автомобиля в электрический сигнал. Эти сигналы используются водителем или автоматической системой для управления через исполнительные механизмы соответствующими системами автомобиля.

История развития измерительных устройств автомобиля связана с постоянным повышением требований к его функционированию.

До середины прошлого века автомобили были оборудованы в основном датчиками скорости, оборотов двигателя, давления масла, уровня топлива и температуры охлаждающей жидкости. Их выходы были подключены к стрелочным или ламповым индикаторам на щитке приборов.

Позднее в связи с требованиями уменьшения количества токсичных выбросов из глушителя автомобиля появились дополнительные датчики, необходимые для обеспечения нормальной работы электронного зажигания, системы впрыска топлива, нейтрализатора и для точного задания соотношения воздуха и топлива в рабочей смеси.

В конце прошлого века повысились требования к безопасности водителя и пассажиров. В результате появились антиблокировочная система торможения (ABS) и воздушные мешки безопасности, оснащенные соответствующими датчиками.

В настоящее время особое внимание уделяется комфортности автомобиля и дополнительным функциям, обеспечивающим легкость и надежность управления. В результате датчики устанавливаются практически во всех системах автомобиля.

В силовом агрегате автомобиля датчики используются для измерения температуры всасываемого воздуха, абсолютного давления во впускном коллекторе, давления масла, температуры охлаждающей жидкости, давления топлива в системе впрыска.

Почти ко всем движущимся частям автомобиля подключены датчики, измеряющие, например, скорость автомобиля, положение дроссельной заслонки, положение коленчатого вала, положение распределительного вала, положение и скорость вращения вала в коробке переключения передач и положение клапана рециркуляции выхлопных газов.

Датчики также определяют уровень детонации, нагрузку двигателя, пропуски воспламенения, содержание кислорода в выхлопных газах. После появления антиблокировочной системы торможения и активной подвески потребовались датчики для определения скорости вращения колес, высоты кузова по отношению к шасси и давления в шинах.

В системе управления климатом используются различные датчики в кондиционере для определения давления и температуры хладагента, температуры воздуха в салоне и за бортом. Комфортность также обеспечивают датчики, определяющие положение сидений.

В системах безопасности для правильного функционирования фронтальных и боковых воздушных мешков безопасности необходимо использовать датчики удара и акселерометры. С помощью датчиков определяют наличие пассажира и его вес. Эта информация используется для оптимального наддува мешка безопасности на переднем сидении. Существуют датчики для боковых и потолочных воздушных мешков безопасности, а также для воздушных мешков защиты шеи и головы.

На современных автомобилях антиблокировочные системы торможения заменяются более сложными и эффективными системами управления стабильностью движения автомобиля. В связи с этим уже имеются датчики скорости вращения автомобиля вокруг вертикальной оси, датчики для предупреждения столкновений, датчики для определения близости других автомобилей, датчики положения рулевого колеса, бокового ускорения, скорости вращения каждого колеса, крутящего момента на валу двигателя и другие. Управление тормозной системой автомобиля становится частью более общей системы электронного управления курсовой устойчивостью движения.

Система информации и диагностирования на автомобиле предназначается для контроля режима движения и технического состояния автомобиля. С этой целью на автомобиле устанавливают контрольно-измерительные приборы, бортовую систему контроля и диагностическую систему встроенных датчиков.

Контрольно-измерительные приборы информируют водителя о скорости движения автомобиля, частоте вращения коленчатого вала двигателя, напряжения бортовой сети, количестве топлива в баке, температуре охлаждающей жидкости, давлении масла. Кроме того, они следят за возникновением аварийных режимов: в смазочной системе двигателя — за падением давления масла, а в системе охлаждения — за перегревом охлаждающей жидкости.

Бортовая система контроля — это развивающаяся система, в функции которой входит информирование водителя о ряде параметров систем и агрегатов автомобиля, изменение состояния которых не создает аварийного режима работы и не требует немедленного вмешательства, а предупреждает о необходимости принятия мер по техническому обслуживанию. С помощью бортовой системы контроля возможен автоматизированный контроль уровня эксплуатационных жидкостей в заправочных емкостях, состояния тормозных накладок, исправности ламп приборов светосигнальной аппаратуры, состояния фильтров.

Для снижения трудоемкости и уменьшения времени диагностирования автомобили оборудуются системой встроенных датчиков, имеющих выводы на штекерный разъем. К штекерному разъему при диагностировании подключается диагностическая аппаратура, что дает существенные преимущества по сравнению с традиционными способами подключения с помощью зажимов и фиксаторов. При наличии на борту автомобиля диагностического прибора, подсоединенного к системе встроенных датчиков, водитель может самостоятельно, с минимальными затратами времени, оценить техническое состояние автомобиля.

Учитывая условия эксплуатации автомобилей, к системе информации и диагностирования предъявляются высокие требования по устойчивости к вибрациям, значительным перепадам температуры, воздействию агрессивной окружающей среды. При том они должны обладать малой чувствительностью к изменению напряжения в бортовой сети автомобиля.

В процессе эксплуатации может происходить снижение эффективной мощности двигателя и увеличение расхода топлива на 25- 30% по причине естественного износа, разрегулирования в его системах зажигания, питания и газораспределения. Диагностирование мощностных показателей двигателя непосредственно на автомобиле осуществляется на специальных динамометрических стендах.

Такие стенды содержат роликовый узел, состоящего из беговых барабанов, нагрузочного устройства, инерционных масс, контрольно-измерительной аппаратуры и установки для отсоса отработавших газов. Дополнительно стенд может быть оснащен вентилятором, расходомером топлива, самописцем для записи диаграммы силы тяги или мощности, развиваемой автомобилем на ведущих колесах.

Стенды позволяют воспроизводить режимы работы двигателя и трансмиссии, близкие к реальным, и измерять скорость, силу тяги или мощность, передаваемую ведущими колесами автомобиля на ролики стенда, время и путь разгона, расход топлива и потери мощности в трансмиссии.

Измерительные устройства рассматриваются в книге по различным группам автомобильных систем.