CC BY
2
9. Kozlovskiy V. System of customer satisfaction monitoring by new cars in view of perceived quality / V. Ko-zlovskiy, D. Aydarov // Quality - Access to Success. 2017. Т. 18. № 161. С. 54-58.
10. Козловский В.Н. Математическая имитационная модель оценки зарядного баланса автомобиля / В.Н. Козловский, У.В. Брачунова, А.В. Крицкий, А.С. Саксонов // Грузовик. 2021. № 7. С. 17-26.
Тондель Николай Сергеевич, системный инженер, [email protected], Россия, Москва, ООО НПП «ИТЭЛМА»,
Беляева Ирина Александровна, канд. техн. наук, доцент, научный сотрудник, toe [email protected], Россия, Самара, Самарский государственный технический университет,
Козловский Владимир Николаевич, д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой, [email protected], Россия, Самара, Самарский государственный технический университет,
Подгорний Александр Сергеевич, канд. техн. наук, научный сотрудник, [email protected], Россия, Самара, Самарский государственный технический университет
DEVELOPMENT OF QUALITY CONTROL SYSTEMS FOR ELECTRICAL COMPONENTS IN NEW VEHICLE DESIGNS
N.S. Tondel, I.A. Belyaeva, V.N. Kozlovsky, A.S. Podgorny
The paper presents the results of an analysis of the development of quality control systems for the electrical and electronic complex of automobiles, identifying the most important aspects in organizing the relevant work for new electric vehicles.
Key words: competitiveness; quality; automobile; electrical and electronic complex.
Tondel Nikolay Sergeevich, system engineer, n. tondel@mail. ru, Russia, Moscow, NPPITELMA LLC,
Belyaeva Irina Alexandrovna, candidate of technical sciences, docent, toe_fp@samgtu. ru, Russia, Samara, Samara State Technical University,
Kozlovsky Vladimir Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, head of the department, [email protected], Russia, Samara, Samara State Technical University,
Podgorny Alexander Sergeevich, candidate of technical sciences, senior researcher, zxcvbnm89207@yandex. ru, Russia, Samara, Samara State Technical University
УДК 629.113
Б01: 10.24412/2071-6168-2024-7-40-41
КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА АВТОМОБИЛЕЙ ПО ПАРАМЕТРАМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ
А.С. Подгорний
В статье представлены результаты разработки и реализации системы контроля качества новых легковых автомобилей по параметрам помехоустойчивости электротехнического комплекса к электромагнитным воздействиям. Разработаны контрольные ездовые циклы, для оценки электромагнитной совместимости электротехнических систем автомобиля к внешним электромагнитным воздействиям. Предложена высокотехнологичная система статистического приемочного контроля новых автомобилей по параметрам электромагнитной совместимости. Предложенные комплексные инструменты могут быть реализованы как для автомобилей традиционных конструкций с двигателем внутреннего сгорания, так и для электромобилей и автомобилей с комбинированной энергоустановкой.
Ключевые слова: качество; автомобиль; электротехнический комплекс; электромагнитные воздействия
Основные тенденции развития мирового автопрома, непосредственно связаны с ростом значимости бортового электротехнического комплекса. В полной мере, это характеризует как развитие конструкций традиционных автотрансопртных средств (АТС), так и электромобилей (ЭМБ) и автомобилей с комбинированной энергоустановкой (АКЭУ). В настоящее время во всем мире эксплуатируется более одного миллиарда АТС, и их количество непрерывно растет [1, 2]. Автопроизводители совершенствуют свою продукцию улучшая управляемость, комфорт и эко-логичность. Во многом это достигается за счет применения в АТС сложных бортовых электротехнических систем (ЭТС), которые образуют комплекс. Активное насыщение бортового электротехнического комплекса (БЭК) новыми элементами порождает проблемы, связанные с необходимостью обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС). Статистические данные показывают, что существенную долю отказов (до 35 - 40%) в эксплуатации современных АТС составляют элементы электротехнического комплекса [3, 4]. При этом значительную часть отказов, в полной мере, на предмет вскрытия коренных причин, идентифицировать не удается. Причиной такого положения является недостаточный уровень исследованности вопросов взаимного влияния электрокомпонентов друг на друга в процессе эксплуатации АТС, а также влияния электромагнитных помех (ЭМП) на эффективность работы БЭК АТС [5, 6].
С одной стороны, в АТС реализуется сложная архитектура электрооборудования. Схемотехника строится на базе микропроцессорной техники. Для управления процессами применяется специализированное программное обеспечение [7, 8]. С другой, кроме электромагнитных воздействий естественного происхождения, ухудшается внешняя техногенная электромагнитная обстановка, за счет увеличения общего количества радиопередающих систем и источников индустриальных радиопомех. Совокупность всех этих факторов и приводит к увеличению потенциальных проблем ЭМС [9, 10].
Воздействуя на БЭК автомобиля, электромагнитные помехи могут вызывать у него нарушения работоспособности различного характера, в том числе и опасные для эксплуатации [11, 12]. Вышеизложенное показывает, что проблема ЭМС бортового электротехнического комплекса АТС является актуальной.
В условиях массового производства, когда в процессе сборки на автомобильную технику устанавливаются электротехнические компоненты, изготавливаемые, в соответствии с действующей нормативно-технической документацией (НТД), различными поставщиками, по сути, в бортовом комплексе, в некоторой степени, формируется уникальная электромагнитная среда, характеризуемая индивидуальными особенностями работы каждого электрокомпонента и БЭК в целом [13, 14]. В полной мере оценить взаимное влияние электрокомпонентов, посредством электромагнитных помех, на этапах проектирования бортового электротехнического комплекса не представляется возможным, как раз из-за ограниченности серий конструкторских испытаний, наличия индивидуальной картины изменчивости электротехнических параметров в установленных техническими условиями границах и их вероятностного характера [15, 16].
Именно поэтому важным этапом выявления проблем помехоустойчивости БЭК АТС является испытание и контроль уже на этапе производства. В процессе контроля удается проверить правильность заложенных конструктором ЭМС решений, а также в случае обнаружения нарушений работоспособности доработать изделия до актуализированных требований [17, 18]. В настоящее время на законодательном уровне разработан комплекс методов контроля и испытаний. Чтобы получить одобрение типа, любой БЭК в составе АТС как в России, так и за рубежом должен пройти сертификационные испытания [19, 20]. Именно поэтому, для обеспечения безопасности эксплуатации АТС, с точки зрения ЭМС, необходимо постоянно совершенствовать методологию испытаний и контроля БЭК АТС.
Цель работы: повышение электромагнитной безопасности новых автомобилей на основе совершенствования системы контроля бортового электротехнического комплекса.
Решаемые задачи:
1. Комплексный научно-технический и практический анализ проблемы ЭМС бортового электротехнического комплекса АТС.
2. Разработка системы контроля помехоустойчивости БЭК АТС к внешним техногенным электромагнитным воздействиям.
3. Разработка алгоритма для нахождения предельно допустимого уровня помехоустойчивости БЭК новых АТС в заданном диапазоне частот воздействующих сигналов.
4. Анализ факторов, влияющих на разброс параметров помехоустойчивости БЭК АТС.
5. Разработка математической модели и критерия оценки соответствия требованиям помехоустойчивости БЭК партии новых АТС.
6. Проведение экспериментальных исследований помехоустойчивости БЭК АТС к узкополосному электромагнитному воздействию.
Объект исследования: бортовой электротехнический комплекс автотранспортных средств.
Предмет исследования: система контроля помехоустойчивости бортового электротехнического комплекса автотранспортных средств к электромагнитным воздействиям.
Методы исследования, применяемые в работе, базируются на теориях электродинамики и распространения радиоволн, электрических цепей и сигналов, электромагнитной совместимости, планирования эксперимента.
Экспериментальные исследования проводились с применением аттестованного оборудования лаборатории исследования электромагнитной совместимости одного из крупнейших автопроизводителей в России, а обработка данных осуществлялась с использованием прикладной программы Mathcad.
Обоснованность и достоверность результатов работы определяются корректным применением математических методов исследования, а также большим объемом обработанных экспериментальных данных, полученных в лаборатории ЭМС.
Новизна
1. Разработана система контроля БЭК АТС по параметрам ЭМС исходя из перспектив развития технологий ЭМБ и АКЭУ, отличающаяся от известных учетом неопределенности ориентации автомобиля по отношению к источнику излучения, параметров широкополосного воздействия ЭМП, а также комплексностью оценки помехоустойчивости БЭК в ездовом цикле новых АТС.
2. Предложен алгоритм системы контроля ЭМС, позволяющий определить предельно допустимый уровень помехоустойчивости БЭК АТС в заданном диапазоне частот электромагнитных воздействий.
3. Разработана вероятностная математическая модель и критерий оценки соответствия БЭК партии новых АТС, по требованиям помехоустойчивости, в условиях массового автомобильного производства.
Практическая ценность работы:
1. Рекомендованы новые режимы, условия и параметры контрольных испытательных тестов БЭК АТС с внешним электромагнитными воздействием, позволяющие более полно и достоверно оценить их помехоустойчивость.
2. Предложена методика расчета оценки соответствия требованиям помехоустойчивости БЭК для партии АТС, позволяющая проводить анализ конструкторских решений по помехозащищенности, а также принимать решения о приемке автомобилей в условиях действующего производства по показателям ЭМС.
3. Уточнен диапазон частот воздействующих сигналов, в котором наиболее ожидаемы нарушения работоспособности БЭК АТС, что позволяет сформулировать более полные технические требования к обеспечению помехозащищенности БЭК на этапе проектирования.
Текущее состояние проблемы. Анализ внешней электромагнитной обстановки показал, что наиболее мощным естественным источником помех является грозовой разряд, а из техногенных: линии электропередач, кон-
тактная сеть железных дорог, радиотехнические системы и ядерный взрыв. Спектр электромагнитных излучений сосредоточен в области частот 50 Гц - 300 ГГц. Наиболее интенсивными по суммарному времени воздействия являются источники, работающие в радиодиапазоне от 20 МГц до 2 ГГц, а напряженность электрического поля может достигать уровня 100 В/м и более.
Анализ известных ранее исследований нарушений работоспособности, возникающих под воздействием внешнего электромагнитного поля показал, что БЭК АТС наиболее уязвимо к электромагнитному излучению на частотах выше 20 МГц. Нарушение работоспособности при воздействии ЭМП малых энергий наиболее вероятно в диапазоне от 100 МГц до 1,5 ГГц.
Существующие методы оценки результатов испытаний на помехоустойчивость АТС сводятся к единственному подходу по критерию «соответствует/не соответствует», который достаточен для единичного или штучного производства автомобилей. В условиях массового производства АТС требуются оценки соответствия, основанные на вероятностном подходе.
Обозначенные проблемы положены в основу исследования с целью повышения электромагнитной безопасности автомобильного транспорта в условиях современной электромагнитной обстановки.
Разработка системы контроля БЭК АТС по параметрам ЭМС.
Автомобиль с позиции электродинамики является несимметричной сложной приемной системой. При ее попадании в сложную электромагнитную обстановку она может быть ориентирована по отношению к источнику случайным образом и спозиционирована в конкретный момент в направлениях эффективного или не эффективного радиоприема (рисунок 1).
На основании исследований, предлагается методика контроля БЭК АТС, отличающаяся от известных, позиционированием автомобиля во время теста во всем диапазоне углов азимутальной плоскости и позволяющая проводить тесты ЭТС на восприимчивость в условиях электромагнитной обстановки, приближенных к наиболее реальным особенностям эксплуатации автомобиля.
330 эо
//ТгАС / 1 1
В | шш ___..Af У //120 _X У V/
- - "" ISO
Г"
зоо /[/ \\в0
I i j I [V ■
Щр 240\\ Ш/J
• ■
Рис. 1. Диаграммы направленности автомобиля как сложной антенны
Выбран наиболее приемлемый с позиций затрат на испытания и полноту результатов дискретный азимутальный шаг углового позиционирования автомобиля по отношению к излучающей антенне, составляющий Ропт.д=10 град. Обоснован параметр расстояния между тестируемым автомобилем и полеобразующей системой, которое определяется выражением
I
(1)
" 2tg (© /2)f
где I - максимальный линейный размер автомобиля; © - угол главного лепестка диаграммы направленности полеоб-разующей системы в горизонтальной плоскости.
Результаты испытаний для анализа помехоустойчивости ЭТС (БЭК) представляются в виде матричного
массива
Еп (f ,Р)-
E
E
fmin, An
E
/min.Amn +Авт
E
fmin, @m
fmin +A>emin fmax, emin
E
fmin +A>.emin + ^Рт
E
Ef
fmin +4fn>emax fmax, emax
(2)
"./max +A>.Amm '
Разработана методика, позволяющая в отличие от известных, тестировать БЭК автомобиля на широкополосное электромагнитное воздействие.
Выбрана форма импульса вида положительного полупериода синусоиды с несущей частотой, меняющейся отfo = 1 ГГц до 1,4 ГГц, соответствующей спектру, который наиболее критичен для ЭТС АТС. Испытательное воздействие имеет следующий вид:
JSmaxsin(2nfot); t e[(k-1)T; T + (k-1)t] S(t) / \ , (3) [0 ; t e(kr; kT)
где k = 1, 2, 3, ... - количество импульсов; т=0,5*10-9 с - длительность импульса; Т - период следования импульсов. Минимальная частота следования импульсов определяется выражением
T < 2П—> w
¿.кпдвс
где пдвс - частота вращения коленчатого вала (об/мин); k - количество зубьев на задающем диске.
Рассчитан минимальный период следования испытательных импульсов, равный 83 мс. Для автомобилей гражданского назначения уровень пикового тестового сверширокополосного электромагнитного воздействия, соответствующий функциональному классу «А» составляет 50 В/м.
Произведено совершенствование ездового цикла, которое позволяет проводить комплексные испытания ЭТС (рисунок 2). Он реализует в себе условия, при которых в динамических режимах проверяются системы управления двигателем, автоматической трансмиссии, ABS, ASR и ESP. Его реализация осуществляется на динамометрическом роликовом стенде с применением программируемого робота-автопилота. Поэтому для автоматической реализации цикл представлен в виде уравнений прямой
V (t) = а + Vo,, (5)
где а = (v+1 - Vt)/(t,+1 -1,); i = 1, 2, ... 10,
Vo, =(V,tM - Vi+t)/(ti+1 - U) , (6)
а коэффициенты Vo, и а, находятся из начальных условий цикла и экспериментально: а1=аз=а7=0, а2<4,5; а4<4,5; аз>-8,9; аб<-13,3; аз>20.
Для промежутка времени t9-t10 точный расчет коэффициентов не требуется, т.к. автомобиль возвращается в начальное состояние цикла для начала другого.
Аналогично разработан инструментарий контрольных тестов для ездовых циклов испытаний ЭМБ, АКЭУ, а также системы «ЭРА ГЛОНАСС».
Получено выражение шага перестройки воздействия по частоте, позволяющее точно определить границы диапазонов частот с низкой помехоустойчивостью
fn = 1,015й-1 /и (7)
где n=1, 2, 3..
На основании полученного выражения предложен алгоритм нахождения минимального уровня помехоустойчивости ЭТС (БЭК) АТС (рисунок 3). Он сводится к итерационному снижению уровня электромагнитного воздействия, сужая тем самым частотную область в котором ищется минимум. Итерации производятся до момента регистрации сбоев только на двух частотах диапазона. В центре между ними и находится частота с минимальным уровнем помехоустойчивости.
По результатам исследований показано, что относительная погрешность нахождения уровня помехоустойчивости, в сравнении с применяемой методологией, снижается на 12,7%.
Элшршгннтнос IUI UI'IK' I и I г г
Рис. 2. Диаграмма ездового цикла для комплексных испытаний ЭТС автомобилей
Разработка вероятностной математической модели, критерия и методики оценки соответствия БЭК АТС по требованиям помехоустойчивости для партий автомобилей одинаковых моделей и комплектаций.
Результаты контрольных испытаний показывают, что помехоустойчивость ЭТС (БЭК) автомобилей одинаковых моделей и комплектаций значительно различается (рисунок 4). Проведенный анализ позволил выявить две группы факторов, определяющих параметры ЭМС. К первой относятся нестабильность параметров испытательного теста: амплитуда электромагнитного воздействия и позиционирование тестируемого автомобиля по отношению к полеобразующей системе. Вторая группа охватывает разброс конструкторско-технологических параметров автомобилей в том числе БЭК.
Перечисленные факторов не зависят друг от друга. По отношению к испытуемым образцам автомобилей имеют случайный характер. На основании этого, основываясь на центральной предельной теореме А.Н. Ляпунова, сделан вывод что распределение минимальных уровней помехоустойчивости БЭК АТС подчиняется нормальному закону распределения случайной величины. Данный вывод был подтвержден экспериментально по результатам ста-
тистической обработки 50 автомобилей. На основании критерия согласия х2 Пирсона (для х2 = 2,197 и г = 6) показано, что с вероятностью Р = 0,9 гипотеза о распределении минимальных уровней помехоустойчивости электротехнических систем автомобилей по нормальному закону не противоречит опытным данным.
j-j+i
Заланне диапазона частот теста: £>/■}
Задание уровни
Выбор к: 0,71 <к< \
j;=I
Выбор днапачона частот теста:jU - fmu
Выбор уровня воздействия
| Задание iiapaMcipaC^
Испытания
1 |ак[>ж№1||е лиапазоыя
Да
г
Нвияление
СОкипчапне ч T.4DI )
Рис. 3. Алгоритм нахож дения минимального уровня помехоустойчивости ЭТС
е,
но 100 90 S0 70 60 50 40 30 20 10
Автомоб ■ль ЛИ
\ пР mf с/
1 V \
Г
Г
Автомобиль ЛИ/ \ \
\ Автомобиль ЛЯ
\ --
\ Прещвпьно допустимый уровень
100 200 300 400 500 600 700 1000
Частота, МГц
Рис. 4. Диаграмма изменения помехоустойчивости электронных систем управления двигателем автомобилей
одинаковых комплектаций
Вероятность соответствия требованиям электротехнических систем большой партии автомобилей равна
12
E -
S
■ Г ■\Jn
л/2л^[(п-1)S 2 ]/X
/ x22 E-
2(n -1)S2
X„
-dE :
(8)
где Епр - предельно-допустимый уровень помехоустойчивости для электротехнических систем автомобилей; n - количество тестируемых образцов; Emin и S2 - эффективные оценки математического ожидания минимального уровня помехоустойчивости и дисперсии; ta и Х2 - коэффициенты Стьюдента и распределения х2 для заданной надежности.
На
Критерием соответствия партии автомобилей требованиям является неравенство
Ра > Рпр , (9)
где Рпр - предельная вероятность, характеризующая предельно-допустимый показатель качества.
Методика оценки соответствия требованиям помехоустойчивости сводится к следующей последовательности. По результатам испытаний ограниченной выборки автомобилей, не превышающей четырех образцов рассчитываются эффективные оценки математического ожидания минимального уровня помехоустойчивости и дисперсии. Выбирается уровень надежности их оценок. Для автомобильной продукции гражданского назначения он равен 0,8, а для автомобилей специального назначения от 0,95 до 0,99. Далее на основании заданной надежности и с учетом количества испытуемых образцов по таблицам выбираются коэффициенты ta и Х, и по (8) вычисляется Ра . Вероятна
t
\
P
А
ность Ра сравнивается с предельной вероятностью Рпр. Для автомобилей гражданского назначения Рпр > 0,8, а для специального назначения Рпр = 0,95.. .0,98.
Если Ра > Рпр, то партия считается соответствующей предельно-допустимыми нормам помехоустойчивости. Соответственно дальнейшие мероприятия по увеличению защищенности электротехнических систем к электромагнитному воздействию не требуются. При результате Ра < Рпр необходимо проводить доработки с целью повышения помехоустойчивости.
Результаты исследований помехоустойчивости БЭК АТС с использованием разработанных в работе методик, алгоритма и инструментария. Эксперименты проводились в аттестованной безэховой камере лаборатории электромагнитной совместимости одного из крупнейших производителей легковых автомобилей в России. Оборудование лаборатории позволяет проводить испытания автомобилей на всех режимах. Ездовые циклы осуществлялись роботом-автопилотом, а контроль и измерение параметров электротехнических систем осуществлялось при помощи помехозащищенных видеокамер, а также сканера DDT-2000 ф.БШЕЬЕС, подключаемого к CAN-шине через стандартный автомобильный разъем OBD2 и передающего данные по оптоволоконной линии связи.
Исследования АКЭУ выявили три проблемы: прекращение процесса заряда тяговой аккумуляторной батареи в фазе рекуперации энергии; прекращение работы двигателя внутреннего сгорания и электродвигателя (рисунок 5 а). В случае заряженной тяговой батареи управление автоматически переводилось на электродвигатель и автомобиль продолжал движение. Переход работы на электротягу происходил без существенных изменений в процессе движения. После прекращения электромагнитного воздействия двигатель внутреннего сгорания начинал функционировать.
Нарушение работоспособности электродвигателя происходило под воздействием импульсного электромагнитного излучения с периодом следования импульсов 4600 мкс. и длительностью импульса 577 мкс. После прекращения воздействия он не возобновлял свою работу. Для работы автомобиля на электротяге необходимо было в отсутствии электромагнитного воздействия произвести операцию снятия и подачи электропитания от аккумуляторной батареи.
Исследования на помехоустойчивость ЭМБ выявили аналогичную проблему, как и у АКЭУ. Нарушение работоспособности проявлялось в виде прекращения работы электродвигателя. Для возобновления работы ЭМБ необходимо было произвести операцию снятия и подачи электропитания от аккумуляторной батареи.
Исследования помехоустойчивости электронной системы управления ДВС автомобиля выявили проблему, приводящую к прекращению работы двигателя из-за ложной диагностики неисправности индивидуальных катушек зажигания (рисунок 5 б). В процессе экспериментов было определено, что помехи, наводимые в электрических цепях, искажали информацию по каналу контроля работоспособности катушек зажигания электронной системы управления ДВС. Ложно диагностировалась неисправность катушки зажигания и запрещалось накопление энергии в катушке и топливоподача в соответствующий цилиндр двигателя. Если помехи искажали информацию по нескольким каналам диагностики, то принудительно отключались соответствующие катушки и форсунки. Из-за этого ДВС прекращал работать и автомобиль останавливался.
Исследование помехоустойчивости системы ABS выявили проблему выхода из строя порта датчика скорости колеса. Из-за этой неисправности ABS перестал штатно функционировать. Данное нарушение работоспособности классифицируется как класс Е, т.к. требовался ремонт блока.
При исследовании помехоустойчивости электронной системы управления автоматизированной коробкой передач наблюдалось два вида сбоя, связанных с ложной диагностикой из-за воздействия на цепь датчика положения привода выбора передач и самопроизвольного переключения на нейтральную передачу (рисунок 5 в).
Характер проблем ЭМС показал, что при недостаточной помехозащищенности ЭТС электромагнитные воздействия способны изменить траекторию и характер движения автомобиля. По результатам исследований определенно, что наведенные электромагнитным полем помехи воздействуют по слабозащищенным каналам, искажая измерительные сигналы аппаратуры, а также воздействуют на микропроцессоры по сигнальным цепям и проводам питания, вследствие чего из-за искажения, потери полезной информации или зависания микропроцессоров происходят нарушения работоспособности электротехнических систем.
Е, НЙ1
/, МГи
А п-<* 1
а б в
Рис. 5. Диаграмма оценки помехоустойчивости ЭТС автомобиля: а - система управления электродвигателем АКЭУ; б - система управления ДВС; в - электронная система управления автоматизированной коробкой передач (зона недопустимых значений выделена красным цветом)
Сравнение результатов используемой до настоящего времени и предлагаемой методологии показало обоснованность применения тестов в азимутальной области, т.к. в большей части исследуемого диапазона частот уровни помехоустойчивости ЭТС при стандартном фронтальном позиционировании выше, чем при других азимутальных углах позиционирования автомобиля к излучателю (рисунок 6). Проведенные эксперименты доказывают, что испытания во всем диапазоне азимутальных углов позволяет, по сравнению со стандартными контрольными тестами, более полно и достоверно оценить ЭТС АТС на соответствие требованиям ЭМС.
Е, 120 В/м но 100
90
Стандартные испытания
......л/л-х/.л/
\......................................х а
......\...........д................ а л, (к , /...............................
J ч/ у ^л/
\Г
\ Предлагаемы дополнительные
испытннн
Частота, МГц
а)
1, 120
В/м 110
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Стандартные испытания
1 1
А VI/
Г ТГ У
\
\ / V
^х/ \
\ Предлагаемые дополвнтельные Чиспытания
1
Частота, МГц
б)
Предлагаемые дополнительные Хиспытаини
Частота, МГц |
Рис. 6. Диаграмма определения минимальных значений помехоустойчивости ЭТС автомобилей: а - система управления электродвигателем АКЭУ; б - система управления ДВС; в - электронная система управления
автоматизированной коробкой передач
При проведении экспериментов выявлено, что нарушение работоспособности ЭТС автомобилей наблюдались в диапазоне частот от 80 до 1400 МГц. Определена наиболее критическая область частот 97 - 580 МГц, где проблемы ЭМС наиболее ожидаемы. Найдены уровни помехоустойчивости ЭТС (БЭК), минимальный из которых составил 25 В/м на частоте 201 МГц при азимутальном угле автомобиля 120 град. Данное значение помехоустойчивости ниже международных требований, что подтверждает важность проведения испытаний на ЭМС в азимутальной плоскости с целью гарантированного обеспечения электромагнитной безопасности автомобилей.
Результаты. Предложено решение важной научно-технической задачи, связанной с совершенствованием системы контроля бортового электротехнического комплекса новых автомобилей на помехоустойчивость к электромагнитным воздействиям. В ходе решения поставленной задачи в диссертации получены следующие основные научные и практические результаты:
1. Разработана система контроля БЭК, обеспечивающая повышение электромагнитной безопасности новых АТС в процессе эксплуатации, которая, в отличие от известных, учитывает параметры неопределенности ориентации автомобиля по отношению к источнику излучения, что позволяет проводить контрольные тесты на восприимчивость условий электромагнитной обстановки, приближенные к реальным особенностям эксплуатации АТС. Определено, что наиболее приемлемый дискретный угол поворота по азимуту составляет Ропт.д=10 град. В рамках разработанной системы контроля обоснован выбор расстояния между АТС и полеобразующей системой, исходя из условия максимального линейного размера АТС. Предложена методика контрольных испытаний АТС, позволяющая тестировать на помехоустойчивость ЭТС к широкополосному электромагнитному внешнему воздействию. Выбрана однополярная форма импульса, представляющего собой полуволну синусоиды с частотой до 1,5 ГГц. Рассчитан минимальный период следования испытательных импульсов, равный 83 мс. Разработан инструментарий тестов ездовых циклов, отличающийся от известных, возможностью реализации различных динамических режимов для комплексной оценки помехоустойчивости БЭК АТС. Найдены коэффициенты циклов для автоматизированной реализации в динамометрическом роликовом стенде с применением робота-автопилота.
2. Предложен алгоритм нахождения предельно допустимого уровня помехоустойчивости ЭТС новых АТС. Использование алгоритма в исследованиях ЭМС, позволяет получать более достоверный результат поиска предельно допустимого уровня помехоустойчивости в сравнении с применяемыми в настоящее время методиками, за счет применения экспериментально разработанной функции итерационного снижения уровня электромагнитного воздействия с целью определения частоты сигнала, при которой наблюдается минимальная помехоустойчивость и регистрируются сбои ЭТС (БЭК). Применение алгоритма обеспечивает снижение относительной погрешности поиска предельно допустимого уровня помехоустойчивости до 12,7%.
3. Разработана вероятностная математическая модель и критерий оценки соответствия требованиям помехоустойчивости БЭК новых АТС одинаковых моделей и комплектаций, позволяющие проводить анализ конструкторских решений по помехозащищенности и приемку продукции в условиях массового производства. Вероятностная математическая модель и критерий оценки соответствия требованиям помехоустойчивости БЭК АТС формируют базис для организации приемочного контроля партии новых автомобилей в условиях массового производства, по параметрам ЭМС.
4. Проведенные, на основе предложенной системы контроля и алгоритма нахождения предельно допустимого уровня помехоустойчивости БЭК АТС, экспериментальные исследования позволили определить уровни
помехоустойчивости и изучить причины нарушения работоспособности БЭК. Показано, что проблемы электромагнитной совместимости БЭК АТС наблюдаются в диапазоне частот от 80 до 1400 МГц. Наиболее ожидаемы нарушения работоспособности в диапазоне частот от 97 до 580 МГц. Экспериментально подтверждено, что по сравнению с ранее известными системами контроля, предлагаемая позволяет более полно оценить БЭК АТС на соответствие требованиям ЭМС.
Список литературы
1. Подгорний А.С. Оценка соответствия автомобилей требованиям помехоустойчивости к внешним электромагнитным воздействиям / П.А. Николаев, В.Н. Козловский, А.С. Подгорний // Грузовик. 2017. № 10. С. 44-48.
2. Подгорний А.С. Испытания автотранспортных средств на устойчивость к внешним электромагнитным воздействиям / П.А. Николаев, В.Н. Козловский, А.С. Подгорний // Электроника и электрооборудование транспорта. 2017. № 5. С. 43-46.
3. Пат. № 2640376 Российская Федерация. Способ испытаний электрооборудования автотранспортных средств на восприимчивость к электромагнитному полю [Текст] / А.С. Подгорний, П.А. Николаев, Б.М. Горшков, Н.С. Самохина; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Поволжский государственный университет сервиса». Опубл. 28.12.17, Бюл. № 1.
4. Козловский В.Н. Надежность системы электрооборудования легкового автомобиля / В.Н. Козловский,
B.Е. Ютт // Электроника и электрооборудование транспорта. 2008. № 3. С. 37-40.
5. Козловский В.Н. Комплекс обеспечения качества системы электрооборудования автомобилей / В.Н. Козловский, Д.И. Панюков // Saarbrücken, 2014.
6. Инновационные механизмы управления потенциалом сферы сервиса в регионе / Ерохина Л.И., Наумова О.Н., Любохинец Л.С., Лещишена В.П., Любохинец О.В., Кулапина Г.М., Маркова О.В., Никитина Н.В., Калашникова И.А., Дудко В.Н., Мещерякова Е.В., Козловский В.Н., Цветкова С.Н., Кретинина Т.В., Бреусова Е.А., Фатеева
C.В., Новоселов С.Н., Ульяницкая Н.М., Шаблыкин М.М., Буряков Г.А. и др. // Тольятти, 2013.
7. Panyukov D.I. Highlights of russian experience in implementing ISO/TS 16949 / D.I. Panyukov, V.N. Kozlov-skiy // Life Science Journal. 2014. Т. 11. № 8s. С. 439-444.
8. Козловский В.Н. Комплекс электронных систем управления движением легкового автомобиля с комбинированной силовой установкой. Часть 1 / В.Н. Козловский, В.И. Строганов, В.В. Дебелов, М.А. Пьянов // Электротехнические и информационные комплексы и системы. 2014. Т. 10. № 1. С. 40-49.
9. Козловский В. Комплексная оценка удовлетворенности потребителей качеством автомобилей / В. Козловский, В. Строганов, С. Клейменов // Стандарты и качество. 2013. № 5. С. 94-98.
10. Строганов В.И. Итоги и перспективы развития электромобилей и автомобилей с гибридными силовыми установками / В.И. Строганов, В.Н. Козловский // Электроника и электрооборудование транспорта. 2012. № 2-3. С. 2-8.
11. Заятров А.В. Анализ и оценка взаимосвязей между традиционными показателями надежности и показателями, используемыми ведущими производителями легковых автомобилей / А.В. Заятров, В.Н. Козловский // Электроника и электрооборудование транспорта. 2012. № 1. С. 41-43.
12. Панюков Д.И. фундаментальные основы FMEA для автомобилестроения / Д.И. Панюков, В.Н. Козловский // Монография, Самара, 2014.
13. Козловский В.Н. Потребительская ценность качества автомобилей / В.Н. Козловский, Г.Л. Юнак, Д.В. Айдаров, С.А. Шанин // Стандарты и качество. 2017. № 12. С. 76-80.
14. Kozlovskiy V. Analytical models of mass media as a method of quality management in the automotive industry / V. Kozlovskiy, D. Aydarov // Quality - Access to Success. 2017. Т. 18. № 160. С. 83-87.
15. Дебелов В.В. Моделирование электронной системы регулирования скорости движения легкового автомобиля в режимах поддержания и ограничения скорости / В.В. Дебелов, В.В. Иванов, В.Н. Козловский, В.И. Строганов // Электроника и электрооборудование транспорта. 2013. № 6. С. 2-7.
16. Panyukov D. Development and research fmea expert team model / D. Panyukov, V. Kozlovsky, Y. Klochkov // International Journal of Reliability, Quality and Safety Engineering. 2020. Т. 27. № 5. С. 2040015.
17. Строганов В.И. Математическое моделирование основных процессов электромобилей и автомобилей с комбинированной силовой установкой / В.И. Строганов, В.Н. Козловский, А.Г. Сорокин, Л.Х. Мифтахова // Вестник Казанского технологического университета. 2014. Т. 17. № 7. С. 129-132.
18. Козловский В.Н. Моделирование электронной системы vvt управления двигателем легкового автомобиля / В.Н. Козловский, В.В. Дебелов, М.А. Пьянов // Электроника и электрооборудование транспорта. 2014. № 4. С. 5-12.
19. Дебелов В.В. Электронная система управления автомобиля "start-stop" / В.В. Дебелов, В.Н. Козловский, В.Е. Ютт // Электроника и электрооборудование транспорта. 2014. № 2. С. 6-9.
20. Николаев П.А. Многофакторная оценка влияния дорожной обстановки на помехоустойчивость бортового электротехнического комплекса автомобилей / П.А. Николаев, В.Н. Козловский, А.С. Подгорний, А.С. Саксо-нов // Электроника и электрооборудование транспорта. 2022. № 1. С. 36-41.
Подгорний Александр Сергеевич, канд. техн. наук, научный сотрудник, [email protected], Россия, Самара, Самарский государственный технический университет
VEHICLE QUALITY CONTROL BY ELECTROMAGNETIC INFLUENCE PARAMETERS
A.S. Podgorny
The article presents the results of the development and implementation of a quality control system for new passenger cars based on the parameters of the electrical complex's noise immunity to electromagnetic influences. Control driv-
47
ing cycles have been developed to assess the electromagnetic compatibility of the vehicle's electrical systems to external electromagnetic influences. A high-tech system for statistical acceptance control of new cars based on electromagnetic compatibility parameters is proposed. The proposed complex tools can be implemented both for cars of traditional designs with an internal combustion engine, and for electric vehicles and cars with a combined power plant.
Key words: quality, automobile, electrical complex, electromagnetic influences.
Podgorny Alexander Sergeevich, candidate of technical sciences, senior researcher, zxcvbnm89207@yandex. ru, Russia, Samara, Samara State Technical University
УДК 005.6
Б01: 10.24412/2071 -6168-2024-7-48-49
ЦИФРОВИЗАЦИЯ В ИССЛЕДОВАНИИ ПОТРЕБИТЕЛЬСКИХ СВОЙСТВ НОВЫХ АВТОМОБИЛЕЙ
М.Д. Марков, И.А. Беляева, В.Н. Козловский, А.С. Клентак
В работе представлены результаты анализа перспектив развития инструментов оценки потребительского качества новых автомобилей в эксплуатационный период жизненного цикла.
Ключевые слова: конкурентоспособность; качество автомобиль; потребительские свойства.
Рассматривая текущие достижения в области разработки и реализации инструментов потребительской оценки качества новых автомобилей, можно выделить два основных направления: экспертное - заключающееся в квалифицированной экспертной оценке потребительских свойств и качеств новых автомобилей; потребительская удовлетворенность - заключающаяся в разработке и реализации комплексных инструментов направленных на опрос конечных потребителей посредством стандартизированных анкетных комплексов с последующим проведением анализа и систематизации ответов касающихся удовлетворенности клиентов свойствами продукции [1 - 3].
Уже сейчас, с учетом существенного развития научно-технического прогресса, просматривается новое направление развития инструментов оценки потребительского качества автомобилей. И это направление самым тесным образом переплетается с передовыми достижениями в области цифровых технологий [4, 5].
Соответствующее исследование покрывает тематику, связанную с анализом потребительских свойств легковых автомобилей и их реализацией при серийном производстве с точки зрения электронной системы управления исполнительными устройствами автомобиля [6, 7].
Рассмотрим обобщенно потребительские свойства новых автомобилей. Набор функций автомобиля, которые в общем и определяют потребительские свойства [8]. В свою очередь функции можно сгруппировать в соответствии с автомобильными системами. Таким образом, при анализе функций автомобиля можно использовать системный подход, так как функции определяются работой той или иной в системы и подсистемы. Таким образом можно выстроить функциональную структуру автомобиля и построить связи между элементами.
В качестве примера представим функциональную структуру автомобиля, оснащённого автоматической коробкой передач, в части электронной системы управления:
1. 8_Сош£ Комфорт: 1.1 S_Comf.IL: Освещение салона; 1.2 8_СошШУАС: ОВиК; 1.3 8_СошГССУ8Ь: ККиОС: 1.4 S_Comf.DM: Выбор режимов движения 1.5 S_Comf.AS: Режим удержания тормоза в пробках; 1.6 S_Comf.DHB: Режим помощи при спуске; 1.7 S_Comf.PA: Система помощи при парковке; 1.8 S_Comf.STS: Регулировка сидений; 1.9 S_Comf.PWIND: Управление стеклоподъёмниками
2. S_Suppoгt: Поддерживающие системы: 2.1 S_Suppoгt.CL: Система охлаждения узлов и агрегатов; 2.2 S_Suppoгt.HT: Зимний подогрев узлов и агрегатов; 2.3 S_Suppoгt.CHRG: Система зарядки аккумулятора; 2.4 S_Suppoгt.EMGT: Система энергоменеджмента.
3. S_Main: Основной режим работы автомобиля: 3.1 S_Main.STR: Запуск и начало движения; 3.2 S_Main.STP: Завершение работы; 3.3 S_Main.FWD: Движение вперёд; 3.4 S_Main.RWD: Движение назад.
4. S_Steer: Рулевое управление: 4.1 S_Steer.PS: Система снижения усилий рулевого управления.
5. S_Bгk: Торможение: 5.1 S_Brk.BP: Обработка положения тормозной педали; 5.2 S_Bгk.BL: Управление стоп-сигналами; 5.3 S_Bгk.ABS: Антиблокировочная система; 5.4 S_Brk.ESP: Система курсовой устойчивости
6. S_Vision: Обзорность и внешнее освещение: 6.1 S_Vision.WPR: Стеклоочистка; 6.2 S_Vision.HB: Управление дальним светом; 6.3 S_Vision.LB: Управление ближним светом; 6.4 S_Vision.PS: Датчик света и дождя; 6.5 S_Vision.BZ: Подсветка слепых зон; 6.6 S_Vision.MRH: Подогрев зеркал; 6.7 S_Vision.WSH: Подогрев ветрового стекла; 6.8 S_Vision.RWH: Подогрев заднего стекла.
7. S_Signal: Внешние сигналы: 7.1 S_Signal.RL: Стоп-сигналы; 7.2 S_Signal.SG: Указатели поворота; 7.3 S_Signal.SND: Звуковая сигнализация.
8. S_Info: Информирование водителя: 8.1 S_Info.HMI: Интерфейс «Человек-Машина»; 8.2 S_Info.HMI.IC: комбинация приборов; 8.3 S_Info.HM[.Buttons: кнопки; 8.4 S_Info.HMI.IFT: Система развлечения и информирования Infotament; 8.5 S_Info.HMI.LGHT: Световые индикаторы; 8.6 S_Info.HMI.SND: Звуковое оповещение водителя.
9. S_Safety: Безопасность: 9.1 S_Safety.ABG: Подушки безопасности; 9.2 S_Safety.ERA: ЭРА-ГЛОНАСС; 9.3 S_Safety.SB: Ремни безопасности; 9.4 S_Safety.СREVENT: Контроль систем при аварии; 9.5 S_Safety.СREVENT.F_WLCKINH: Запрет блокировки руля при аварии; 9.6 S_Safety.СREVENT.F_DRUNLCK: Разблокировка дверей при аварии.
10. S_Emergency_states: Защитные состояния при неисправности: 10.1 S_Emeгgency_states.MF: Некритичный отказ; 10.2 S_Emeгgency_states.LH: Временное снижение мощности для транспортировки на место ремонта.
48
