Бортовые системы диагностирования автомобильных дизелей Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ред. А.С.Вострикова. - Новосибирск. Изд-во НГТУ, 2001. - 443 с.

4. Леоненков А.В. Нечеткое моделировниае в среде MATLAB и

fuzzyTECH. - СПб.: БХВ-Питербург, 2003. - 736 с.

5. Марухина О.В., Берестнева О.Г. Системный подход к оценке качества

образования //Стандарты и качество. -2002.-№ 4.-С. 35-36.

6. Марухина О.В., Берестнева О.Г. Системный подход к оценке

качества высшего образования //Открытое образование. -2002. -№ 3.-С. 38-42.

7. Смирнова Н.В. Структурно-функциональные характеристики

образовательного процесса// Теоретический журнал CREDO.-2001.-№25.

8. Стахов А. П. Коды золотой пропорции. - М.: Радио и связь, 1984. -152 с.

9. Шевелев И. Ш., Марутаев И. А., Шмелев И. П. Золотое сечение: Три

взгляда на природу гармонии. - М.: Стройиздат, 1990. - 343 с.

Я.А. Борщенко

Курганский государственный университет, г. Курган

БОРТОВЫЕ СИСТЕМЫ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДИЗЕЛЕЙ

С 1996 года окончательно вступил в силу и стал обязательным для всех легковых и легких коммерческих автомобилей, продаваемых на американском рынке, стандарт OBD II. Немного позже европейские законодатели приняли его за основу при разработке требований EURO 3, в числе которых есть и требования к системе бортовой диагностики - EOBD. В ЕЕС принятые нормы в полном объеме действуют с 2001 года.

Аббревиатура OBD-II расшифровывается достаточно просто - On Board Diagnostic II, что в переводе означает бортовая самодиагностика, II поколение. OBD-II - это целая система или комплекс мероприятий, направленных на уменьшение загрязнения окружающей среды современными автомобилями (в первую очередь, конечно, имеется в виду уменьшение выбросов токсичных компонентов, содержащихся в выхлопных газах автомобилей). Требования стандарта OBD-II предусматривают:

- стандартный диагностический разъем;

- стандартное размещение диагностического разъема;

- стандартный протокол обмена данными между сканером и автомобильной бортовой системой диагностики;

- стандартный список кодов неисправностей;

- сохранение в памяти ЭБУ кадра значений параметров при появлении кода ошибки («замороженный» кадр);

- мониторинг бортовыми диагностическими средствами компонентов, отказ которых может привести к увеличению токсичных выбросов в окружающую среду;

- доступ как специализированных, так и универсальных сканеров к кодам ошибок, параметрам, «замороженным» кадрам, тестирующим процедурам и т. д.;

- единый перечень терминов, сокращений, определений, используемых для элементов электронных систем автомобиля и кодов ошибок.

Программное обеспечение ЭБУ двигателя современного автомобиля многоуровневое. Первый уровень -программное обеспечение функций управления, например реализация впрыска топлива. Второй уровень — программное обеспечение функций электронного резервирования основных сигналов управления при отказе управляющих систем. Третий уровень - бортовая самодиагностика и регистрация неисправностей в основных электрических и электронных узлах и блоках автомобиля. Четвертый уровень — диагностика и самотестирование в тех системах управления двигателем, неисправность в

работе которых может привести к увеличению выбросов автомобильных токси-генов в окружающую среду

Диагностика и самотестирование в системах OBD-II осуществляется подпрограммой четвертого уровня, которая называется Diagnostic Executive (Diagnostic Executive - исполнитель диагностики, далее по тексту -подпрограмма DE). Подпрограмма DE с помощью специальных мониторов (emission monitor EMM) контролирует до семи различных систем автомобиля, неисправность в работе которых может привести к увеличению токсичности выбросов. Остальные датчики и исполнительные механизмы, не вошедшие в эти семь систем, контролируются восьмым монитором (comprehensive component monitor - ССМ). Подпрограмма DE выполняется в фоновом режиме, то есть в то время, когда бортовой компьютер не занят выполнением основных функций - функций управления. Все восемь упомянутых мини-программ - мониторов осуществляют постоянный контроль оборудования без вмешательства человека.

Каждый монитор может осуществлять тестирование во время поездки только один раз, то есть во время цикла «ключ зажигания включен — двигатель работает — ключ выключен» при выполнении определенных условий. Критерием на начало тестирования могут быть: время после запуска двигателя, обороты двигателя, скорость автомобиля, положение дроссельной заслонки и т.д.

Мониторы EMM контролируют: каталитический нейтрализатор; датчики кислорода; пропуски воспламенения; топливную систему; систему улавливания паров топлива; систему рециркуляции выхлопных газов; систему подачи воздуха в выпускной коллектор.

В зависимости от типа ЭБУ монитор ССМ может контролировать следующие устройства: датчик массового расхода воздуха; датчик температуры охлаждающей жидкости; датчик температуры воздуха; датчик положения дроссельной заслонки; датчик положения коленчатого вала; датчик положения распределительного вала; бензонасос.

Из вышесказанного видно, что структура программного обеспечения бортовой системы диагностирования проработана в основном для двигателей с искровым зажиганием.

Тем не менее, применение дизеля, который на 30% экономичней бензинового, является актуальным. Достаточно сказать, что среди грузовых автомобилей средней и большой грузоподъемности большую часть составляют автомобили, оборудованные дизелем. В последние 10 лет дизелями стали оснащать значительную долю легковых автомобилей.

Современные дизели оснащаются электронными системами управления (EDC) трех типов:

- системы с ТНВД распределительного типа с электромагнитным управлением;

- системы на основе насос-форсунок с электромагнитным управлением (UPS, UIS);

- системы питания аккумуляторного типа (Common Rail, CRS).

В силу специфики алгоритма работы дизеля количество мониторов системы самодиагностики значительно сокращено и основными являются: каталитический нейтрализатор; датчики кислорода; система рециркуляции выхлопных газов.

Рассмотрим более подробно монитор пропусков зажигания и возможное его применение на дизеле.

Пропуски приводят к увеличению количества углеводорода (СН) в выхлопных газах на входе каталитического нейтрализатора, что ускоряет его деградацию и увеличивает содержание токсичных веществ в выхлопе.

При пропуске воспламенения давление в цилиндре

во время рабочего хода ниже нормы, движение поршня и коленчатого вала замедляется. Именно по этим признакам монитор определяет наличие пропуска. Информация поступает отдатчика положения коленчатого вала. Равномерное следование импульсов с выхода датчика положения коленчатого вала (рис.1) нарушается при пропуске, несколько импульсов подряд будут иметь увеличенную длительность.

„ V<p2 (р2

YJ\{PM)dV-\Mcd(Pi

'=1 Vtpl (Ol

где Рм - давление механических потерь; 1 - номер цилиндра; п- число цилиндров; ^-приведенный момент инерции вращающихся масс; СОЙб- средняя угловая скорость коленчатого вала на угле поворота от ф1 до ф2. Ускорение в каждый момент времени будет:

6 =

£ М

7 = 1

крг

- I М i = 1

V<p2

V<p2

/,.=^/0=1 \(AP2)dV + Y \(Pj)dV

J,

(2)

Рис. 1. Схема работы монитора «пропусков зажигания» и временные диаграммы сигналов

Сравнение выходных сигналов от датчиков положения распределительного и коленчатого валов позволяет идентифицировать цилиндр с пропуском.

Монитор учитывает возможность вибраций на плохих дорогах. Для повышения помехозащищенности организованы программные счетчики пропусков воспламенения для каждого цилиндра в отдельности. В этих счетчиках хранится число пропусков за последние 200 и 10ОО оборотов распределительного вала. На дизеле данный монитор не реализуется. Однако исследования автора показывают, что одним из перспективных методов диагностирования дизеля является метод диагностирования неравномерности вращения коленчатого вала.

Особенно важно возможность реализации метода на всех типах систем питания дизеля, и возможность выявления неисправностей не связанных с электроникой.

Теоретические исследования в рамках данного метода позволили определить наиболее эффективные диагностические параметры, режимы диагностирования и оценить силу влияния характерных неисправностей дизеля и его систем на показатели неравномерности по угловой скорости и угловому ускорению.

С учетом наличия в современном дизеле датчика коленчатого вала, электронного блока управления, представляется возможным значительно расширить возможности диагностирования дизеля на основе совершенствования монитора «неравномерности вращения» в системе ботового диагностирования ОВОИ.

Анализ результатов исследования показывает, что

изменение угловой скорости Асо1, которая определяет

суммарную работу И, приходящуюся на данный интервал поворота коленчатого вала, на неизменном нагрузочном режиме является функцией работ газов, сил инерции и момента сопротивления, совершаемых на данном угле поворота коленчатого вала, т.е.:

Был определен предварительный комплекс диагностических параметров для каждого цилиндра двигателя, который включал в себя:

- работу Iii, приходящуюся на интервал увеличения

частоты вращения от comini до comaxi;

- работу 12i, приходящуюся на интервал уменьшения частоты вращения от comaxi до comin(i+l);

- приращение ускорения Asli oTsmini до smaxi;

- уменьшение ускорения As2i от smaxi до smin(i+l).

В качестве режимов диагностирования были выбраны режим минимальных оборотов холостого хода; режим свободного ускорения при максимальной подаче топлива; режим свободного выбега.

Более эффективным с точки зрения диагностирования является режим свободного ускорения, на котором выбранные показатели неравномерности позволяют оценить износ цилиндра, угол опережения впрыска и тепловые зазоры ГРМ. Из рис. 2 видно, что на режиме свободного ускорения изменение цикловой подачи и угла опережения впрыска оказывает иное влияние на показатели неравномерности по сравнению с режимом холостого хода. Различное влияние оказывается на показатели неравномерности угловой скорости и углового ускорения.

Vtpl

Vtpl

Рис. 2. Влияние цикловой подачи О с/Я и угла опережения впрыска Шрг на диагностические параметры угловой скорости сою2 (режим свободного ускорения)

Разработан алгоритм постановки диагноза о техническом состоянии систем дизеля с помощью теории деревьев решений и нейросетевых технологий их обучения. Алгоритм позволяет локализовать неисправности в рамках отдельного цилиндра и системы на режиме минимальных оборотов холостого хода и режиме свободного ускорения при максимальной подаче топлива.

Анализ степени разброса параметров диагностиро-

[_:.Ц"Хронг1а,1-

I обо рог распредвала = 2 оборотам коленвала

Датчик положения

оастредвалз

оборотов

Пропущенным зуб,

зазор 30 градусов

ЭДг1Н спорот

Задающая Датчик положения

СЕРИЯ «ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ», ВЫПУСК 3

25

вания у разных автомобилей и зависимостей параметров неравномерности от характерных неисправностей топливной аппаратуры показал, что возможна оценка цикловой подачи и начального угла опережения впрыска по параметрам неравномерности вращения коленчатого вала с точностью, требуемой техническими условиями на ТО и Р системы топливоподачи.

Внедрение системы диагностирования дизелей на основе разработанного метода позволит снизить эксплуатационный расход топлива и дымность отработавших газов, а также повысить показатели эксплуатационной надежности дизелей.

Список литературы

1. БорщенкоЯ.А. Разработка метода диагностирования автомобильных

дизелей по неравномерности вращения коленчатого вала: Дис....

канд. техн. наук. - Тюмень, 2003. - 174 с.

2. Яковлев В.Ф. Диагностика электронных систем автомобиля: Учеб.

пособие. - М.: Солон-Пресс, 2003.-272 с.

Н.С.Безотеческих, А.А.Варлаков, В.З.Гибадуллин, А.Ю.Орлов

Курганский государственный университет, г. Курган

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДВИЖЕНИЯ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ ВБЛИЗИ ПЕРЕКРЕСТКОВ И ОСТАНОВОЧНЫХ ПУНКТОВ ПАССАЖИРСКОГО ТРАНСПОРТА

Многолетний опыт научных исследований и практических наблюдений за транспортными потоками, как в нашей стране, так и за рубежом, показывает, что городские потоки обладают целым рядом специфических особенностей: стохастичностью, нестационарностью, множественностью критериев качества, сложностью или невозможностью замера даже основных характеристик.

На городской улично-дорожной сети можно выделить участки и зоны, где движение транспортных средств значительно отличается от линейного, упорядоченного. В первую очередь к таким зонам относятся перекрестки и остановочные пункты общественного пассажирского транспорта. Перемещение автомобилей в транспортном потоке на этих участках практически всегда связано с изменением скорости и (или) направления движения, обусловленным действиями водителей других транспортных средств. При этом указанные действия носят, как правило, случайный характер и являются результатом одновременного влияния большого количества различных факторов.

Так, характер движения на перекрестке зависит от интенсивностей и состава входящих транспортных потоков, от интервалов времени между проходящими автомобилями, от разрешенных направлений движения с учетом установленных приоритетов, от количества полос движения одного направления, от психофизиологических особенностей водителей и выполняемого ими маневра, от характеристик пешеходных потоков и ширины пересекаемой ими проезжей части, от параметров работы светофорного объекта и др.

На характер движения вблизи остановочного пункта общественного транспорта оказывают влияние интенсивность движения, доля маршрутных транспортных средств в потоке и их тип, наличие заездного кармана и его геометрические характеристики, выбор водителем места для остановки в пределах остановочного пункта, зависящий от индивидуальных особенностей и стиля вождения,

продолжительность задержек для посадки и высадки пассажиров, являющаяся результатом временной неравномерности пассажиропотоков и появления на остановке автобусов того или иного маршрута и т.д.

При этом постоянные изменения скорости и направления движения транспортных средств на указанных участках приводят к возникновению многочисленных конфликтных ситуаций. Не случайно, согласно данным статистики, именно перекрестки и остановочные пункты, как правило, являются очагами аварийности. Кроме того, движение транспортных средств на этих участках сопровождается работой двигателей на нестационарных режимах, являющихся наиболее неблагоприятными с точки зрения экологии. Именно поэтому зоны вблизи остановочных пунктов и перекрестков характеризуются повышенным содержанием токсичных компонентов отработавших газов автомобильных двигателей в воздухе.

Оптимизация движения на перечисленных участках возможна на основе обширных исследований и широкомасштабных обобщений полученных результатов. Однако следует отметить принципиальную невозможность проведения масштабных натурных экспериментов в сфере управления дорожным движением. Она предопределена, во-первых, необходимостью обеспечения безопасности движения, во-вторых, существенными материальными и трудовыми затратами на проведение эксперимента (в частности, на изменение дислокации дорожных знаков и разметки) и, в-третьих, тем, что серьезные изменения в комплексной схеме организации движения затрагивают интересы большого количества людей - участников движения.

Особенности транспортных систем делают невозможным построение адекватной аналитической модели, позволяющей исследовать варианты управления в этой системе и ее характеристики в различных условиях. В то же время имитационное моделирование как метод исследования таких объектов представляется перспективным подходом к решению этой задачи: оно позволяет быстро и с хорошей точностью прогнозировать характеристики сложных систем подобной природы и оптимизировать их, целенаправленно выбирая соответствующие параметры оптимизации.

В зависимости от уровня детальности моделируемого процесса существующие подходы к моделированию могут быть разделены на две группы:

- создание моделей макроуровня, оперирующих транспортными потоками как единым целым, совокупностью всех транспортных средств;

- разработка моделей микроуровня, рассматривающих отдельные транспортные средства и взаимодействия между ними.

На кафедре «Организация и безопасность движения» Курганского государственного университета завер-шется разработка имитационной модели транспортного потока для исследования характеристик движения транспортных средств вблизи перекрестков и остановочных пунктов пассажирского транспорта, а также прогнозирования количества выбросов загрязняющих веществ в атмосферу с отработавшими газами автомобилей, которую можно отнести к моделям микроуровня.

Основными блоками модели (рис. 1) являются генератор, блок контроля фаз светофора, блок контроля взаимодействия объектов (автомобилей) в пределах полосы движения и блок контроля взаимодействия объектов, находящихся на разных полосах движения.

Генератор имитирует появление в контролируемой зоне (вблизи перекрестка или остановочного пункта) очередного автомобиля. Автомобиль появляется на первой или второй полосе проезжей части с учетом фактической