Способ контроля технического состояния гасящих устройств автотранспортных средств

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для выявления неисправностей систем подрессоривания автотранспортных средств. Способ контроля технического состояния гасящих устройств подвески автотранспортного средства заключается в том, что монтируют датчики ускорения на неподрессоренную и подрессоренную массу автотранспортного средства. Возбуждают его колебания с частотой возбуждения f, близкой или равной высокочастотному резонансу колес. Одновременно измеряют и записывают величины ускорений подрессоренной z'' и неподрессоренной массы ξ'' по времени испытаний t, для каждого из всех четырех гасящих устройств автотранспортного средств. Затем вычисляют величину усредненного значения И_ср=∑(|z''|)/∑(|ξ''|) отношений ускорений подрессоренной z'' и неподрессоренной массы ξ'' за указанное время испытаний t. Вывод о техническом состоянии гасящего устройства подвески автотранспортного средства делают по значению коэффициента апериодичности ψ. Эталонную зависимость ψ_эт от И_эт=z''/ξ'', предварительно получают расчетным или экспериментальным путем, с указанной зависимостью сравнивают И_ср=∑(|z''|)/∑(|ξ''|) при высокочастотном резонансе и определяют ψ, значения которого при хорошем техническом состоянии гасящего устройства подвески должны находится в диапазоне 0,25-0,5. Технический результат - повышение точности контроля технического состояния амортизатора. 5 ил.

 

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для выявления неисправностей систем подрессоривания автотранспортных средств.

Аналогом предлагаемому способу является способ, реализованный на стенде для испытаний системы подрессоривания автотранспортных средств (US4703645). В соответствии с этим способом при проведении испытаний возбуждают колебания колес автомобиля и выполняют измерение силы в пятне контакта колеса с площадкой стенда. Для повышения точности и снижения отрицательного влияния нагрузки автомобиля и давления шины, как указано в патенте US4703645, производят измерения колебаний ненагруженного автомобиля при выбеге с частоты 24 Гц и рассчитывают величину сцепляемости F% по формуле:

F%=100(F_min+F₁)/(F_stat+F₁)=F₀%,

где F₁ - постоянная, характеризующая нагрузку автомобиля, которая для небольших автомобилей составляет 20 кг.

F_stat - статическое давление колеса на площадку (источник колебаний выключен), Н.

F_min - минимальное давление колеса ненагруженного автомобиля на площадку при колесном резонансе, Н

Недостатками данного способа является зависимость результатов измерений от давления воздуха в шине и конструктивных параметров шин (их упругого и неупругого сопротивления), приложение постоянных внешних сил, вызывающих смещение автомобиля на площадке стенда, необходимость точного позиционирования колеса по середине площадки стенда при диагностировании.

Наиболее близким к предлагаемому способу является принятый в качестве прототипа способ диагностики, реализуемый в переносном компактном приборе для проверки амортизаторов BOSH MT-SDT200/U и его аналогов по патентам US4633703 и US4062221. Устройства, используемые в прототипе, крепят к кузову автомобиля над диагностируемым амортизатором, затем возбуждают свободные колебания, например с помощью наезда автомобиля на единичную неровность. На основе полученных данных о перемещениях, скоростях и ускорениях подрессоренной массы делается вывод о состоянии гасящего устройства подвески автомобиля.

Недостатки данного способа заключаются в его ограниченных функциональных возможностях, т.к. стенды и приборы, основанные на диагностике по параметрам свободных колебаний, позволяют, в лучшем случае, выявить амортизаторы практически с полной потерей эффективности. Это связано с тем что, для автомобилей с листовыми рессорами сила сухого трения достигает больших значений. Совместное действие сил трения в подвеске и силы сопротивления амортизатора не всегда позволяет определить работоспособность амортизатора, в особенности при свободных колебаниях, когда амплитуда колебаний быстро уменьшается, что усиливает влияние сухого трения и уменьшает влияние амортизатора.

Кроме сухого трения отрицательное воздействие на эффективность данного метода оказывает несимметричность характеристик амортизатора. Вследствие указанного влияния сухого трения и несимметричности характеристики контроль технического состояния гасящих устройств методом подтягивания и сбрасывания обусловливает существенно различающиеся результаты, которые меняются также при изменении начального отклонения.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение точности контроля технического состояния гасящих устройств подвески автомобиля.

Решение указанной задачи осуществлено за счет того, что при контроле технического состояния гасящих устройств подвески автотранспортных средств предварительно монтируют датчики ускорения на неподрессоренную и подрессоренную массу автомобиля, возбуждают колебания подрессоренной массы с частотой f, измеряют и записывают величины ускорений подрессоренной z'' и неподрессоренной массы ξ'' по времени t, вычисляют величину усредненного значения отношений ускорений подрессоренной z'' и неподрессоренной массы ξ'' за время испытаний t И_ср=∑(|z''|)/∑(|ξ''|) при частоте f, близкой или равной высокочастотному резонансу колес, а вывод о техническом состоянии гасящего устройства подвески автомобиля делают по значению коэффициента апериодичности ψ эталонной зависимости ψ от И_эт=z''/ξ'' для вычисленного на основе испытаний усредненного значения И_ср=∑(|z''|)/∑(|ξ''|), при этом эталонную зависимость ψ от И предварительно получают расчетным или экспериментальным путем.

Техническим результатом от использования изобретения является повышение точности контроля технического состояния амортизатора, что достигается за счет исключения из процесса диагностирования влияния шины автомобиля, при этом благодаря простоте и дешевизне датчиков для измерения ускорений и всего комплекса аппаратуры для контроля технического состояния гасящего устройства открывается возможность использования данного способа для создания аппаратуры, постоянно смонтированной на автомобиль, что позволяет постоянно контролировать техническое состояние гасящего устройства и выявлять другие неисправности автомобиля, например повышенное биение колес. Преимуществом способа также является простота монтажа датчиков на автомобиль, что позволяет легко дооборудовать по данному способу любой стенд, способный возбуждать вынужденные колебания в подвеске автомобиля, в том числе и тормозной.

Таким образом, заявленное изобретение позволяет расширить возможности способа за счет более точной и одновременной диагностики состояния демпфирующих устройств и параметров других частей автотранспортных средств, к примеру биения и балансировки шин. Предложенный способ применим как на стенде, так и при эксплуатации автомобиля (при условии монтажа аппаратуры на автомобиль),

Новым является то, что для контроля технического состояния гасящих устройств в качестве диагностического параметра (И) используют отношение ускорений кузова z'' и колеса ξ'' И=z''/ξ''. Это позволяет исключить помехи, связанные с упругим (с_ш) и неупругим сопротивлением шин (k_ш) (фиг.1). Этот график может быть получен аналитическим путем (как приведено на фиг.1) или экспериментально и служит для определения коэффициента апериодичности ψ по результатам испытаний. Из него видно, что параметры шин с_ш и k_ш не влияют на отношение z''/ξ'', которое зависит лишь от коэффициента апериодичности ψ.

Коэффициент апериодичности ψ, который считается общим критерием подобия технического состояния гасителей колебаний, в эксплуатации по мере износа гасящих устройств в большинстве случаев снижается. Его нормальные значения находятся в пределах 0.25-0.5.

Ψ=k/(2·M·c_p)^0,5),

где М - подрессоренная масса автомобиля, приходящаяся на рассматриваемое колесо, кг;

с_р - коэффициент жесткости упругого элемента подвески автомобиля для данного колеса, Н/м;

k - коэффициент сопротивления амортизаторов подвески автомобиля для рассматриваемого колеса, Н·с/м, характеризует усилие, развиваемое амортизатором и измеряемое на его штоке в зависимости от скорости перемещения штока амортизатора (задается ТУ завода изготовителя).

Для измерения ускорений z'' и ξ'' устанавливают датчики ускорений на поворотные кулаки автомобиля и кузов автомобиля. Затем автомобиль устанавливают на стенд, предпочтительно с жестким возбуждением, и производят замеры и запись ускорений кузова и колес по времени. Стендовые испытания проводятся при частотах, близких или равных частотам высокочастотного резонанса колес данной марки автомобиля (11-14 Гц) и амплитуде возбуждения колебаний 5-10 мм. Измерения ускорений кузова и колеса производятся при установившемся значении частоты колебаний.

После чего производится расчет среднего значения диагностического параметра И_ср на промежутке времени t, в течение которого производилось измерение ускорений кузова и колес при постоянной частоте возбуждения колебаний:

И_ср=∑(|z''|)/∑(|ξ''|).

После этого по полученной в результате контроля величине И_ср на основе графика на фиг.2, полученного расчетным путем или экспериментальным путем, или аналогичного для другой амплитуды возбуждения делается заключение о техническом состоянии гасящего устройства подвески автомобиля, которое характеризуется величиной коэффициента апериодичности ψ.

Сравнение предлагаемого способа с прототипом показывает, что заявляемый способ имеет существенные признаки, отличительные от прототипа. Следовательно, предлагаемый способ соответствует критерию "новизна".

Анализ источников информации, использованных для определения уровня техники, показал отсутствии источников, в которых бы была описана совокупность отличительных от прототипа признаков. При этом совокупность отличительных признаков не является очевидной, так как не следует непосредственно из уровня техники. Следовательно, заявляемый способ соответствует критерию изобретения " изобретательский уровень".

Кроме того, предлагаемый способ осуществим в промышленных условиях на существующем оборудовании и, следовательно, является промышленно применимым.

Изобретение поясняется графическими материалами.

На фиг.1 изображен полученный расчетным путем график зависимости отношения z''/ξ'' от частоты возбуждения колебаний для амплитуды возбуждения колебаний q=2.5 мм при различных значениях ψ, с_ш, k_ш, где

кривой 1 соответствует с_ш=160 кН/м, k_ш=250 Н·с/м, ψ=0.1;

кривой 2 - c_ш=120 кН/м, k_ш=500 Н·с/м, ψ=0.1;

кривой 3 - с_ш=160 кН/м, k_ш=250 Н·с/м, ψ=0.2;

кривой 4 - с_ш=120 кН/м, k_ш=500 Н·с/м, ψ=0.2;

кривой 5 - с_ш=160 кН/м, k_ш=250 Н·с/м, ψ=0.5;

кривой 6 - с_ш=120 кН/м, k_ш=500 Н·с/м, ψ=0.5.

Кривые 1, 2, так же как 2, 3 и соответственно 5, 6, попарно совпадают, хотя испытуемые автомобили имеют шины с разными значениями с_ш и k_ш. Это связано с тем, что значения отношения z''/ξ'' зависят только от характеристик подвески автомобиля, в том числе коэффициента апериодичности ψ и не зависят от параметров шин, что является преимуществом указанного способа. По данному графику фиг.1, зная частоту возбуждения колебаний и отношение z''/ξ'', полученное экспериментальным путем, при этой частоте можно определить значение коэффициента апериодичности ψ, который однозначно характеризует техническое состояние гасящих устройств подвески автомобиля.

На фиг.2 изображен полученный расчетным путем график зависимости отношения z''/ξ'' от коэффициента апериодичности ψ при высокочастотном резонансе для амплитуды возбуждения q=10 мм при различных значениях силы трения F_тр в подвеске легкового автомобиля. Кривой 1 соответствует F_тр=300 Н; кривой 2 - F_тр=150 H; 3 - F_тр=50 H. Данный график позволяет учитывать влияние силы трения F_тр в подвеске автомобиля при определении коэффициента апериодичности ψ по отношению z''/ξ''.

На фиг.3 изображена встроенная система контроля технического состояния гасящих устройств.

На фиг.4 изображена экспериментально полученная осциллограмма ускорений подрессоренной z'' и неподрессоренной массы ξ'' при исправном амортизаторе, а именно график зависимости ускорений кузова и колес от времени, где 1 - ξ''; 2 - z''.

На фиг.5 изображена экспериментально полученная осциллограмма ускорений подрессоренной z'' и неподрессоренной массы ξ'' при неисправном амортизаторе, а именно график зависимости ускорений кузова и колес от времени, где 1 - ξ''; 2 - z''. Из него видно, что при неисправном амортизаторе происходит резкое возрастание ускорений неподрессореннои массы ξ'' и соответственно уменьшение отношения z''/ξ'', что доказывает эффективность предлагаемого способа контроля технического состояния гасящих устройств.

Так как запись ускорений ведется в численном виде благодаря использованию АЦП (аналогово-цифровой преобразователь), то соответственно является технически легко выполнимым провести расчет средней величины отношения z''/ξ'' за время эксперимента t:

И_ср=∑(|z''|)/∑(|ξ''|), по величине которого делается вывод о техническом состоянии гасящего устройства подвески автомобиля.

Способ контроля технического состояния гасящих устройств основан на одновременном измерении ускорений подрессоренной z'' и неподрессоренной массы ξ'' и определении отношения И_ср=∑(|z''|)/∑(|ξ''|), по величине которого делается вывод о техническом состоянии гасящего устройства подвески автомобиля. Соответственно, чем меньше величина И_ср=∑(|z''|)/∑(|ξ''|) при высокочастотном резонансе, тем хуже техническое состояние гасящего устройства подвески автомобиля.

При осуществлении способа контроля технического состояния гасящих устройств подвески автотранспортных средств монтируют датчики ускорения на неподрессоренную и подрессоренную массу автомобиля и по величине полученного усредненного значения отношений ускорений подрессоренной z'' и неподрессоренной массы ξ'' И_ср=∑(|z''|)/∑(|ξ''|) за время испытаний t при частоте f, близкой или равной высокочастотному резонансу колес (11-15 Гц) делают вывод о техническом состоянии гасящего устройства подвески автомобиля, которая оценивается коэффициентом апериодичности ψ. При этом в качестве эталонной зависимости для определения ψ используется зависимость ψ от z''/ξ'' (И_эт), полученная расчетным методом или путем испытаний. Соответственно, по этой зависимости, зная величину И_ср=∑(|z''|)/∑(|ξ''|) при высокочастотном резонансе, определяют ψ, значения которого при хорошем техническом состоянии гасящего устройства подвески должны находится в диапазоне 0.25-0.5. При ухудшении технического состояния гасящего устройства подвески автомобиля величина ψ снижается. Это можно обнаружить по полученной при эксперименте величине И_ср, которая будет снижена по сравнению с эталонной.

Заявленный способ может быть реализован как на стенде, так и на встроенной системе самодиагностики автотранспортного средства.

При осуществлении способа в процессе стендовых испытаний производят следующие действия.

Датчики устанавливаются на поворотные кулаки автомобиля и кузов автомобиля временно при проведении инструментального контроля технического состояния гасящего устройства. Затем автомобиль устанавливают на стенд, предпочтительно с жестким возбуждением, и производят запись ускорений кузова и колес при установившейся частоте колебаний в зоне высокочастотного резонанса на промежутке времени порядка 30 сек. После этого производят вычисление средней величины отношения z''/ξ'' И_ср=∑(|z''|)/∑(|ξ''|), по величине которого делается вывод о техническом состоянии гасящего устройства подвески автомобиля.

Как известно, коэффициент апериодичности ψ в подвеске при хорошем техническом состоянии гасящего устройства должен находится в пределах 0.25-0.5. Соответственно отношения z''/ξ'' и И_ср=∑(|z''|)/∑(|ξ''|) должны находиться при хорошем техническом состоянии гасящего устройства в пределах 0.056-0.125 (видно из графика на фиг.2, полученного аналитическим путем для автомобиля ВАЗ 2101-2107), для других автомобилей данная зависимость также может быть получена аналитическим путем или путем испытания автомобилей с исправными амортизаторами. При этом следует отметить, что для всех автомобилей эта зависимость имеет идентичный характер, т.е. при ухудшении технического состояния амортизатора величина отношения z''/ξ'' уменьшается, так же как и рассчитываемая по результатам испытаний для использования в качестве диагностического параметра И_ср=∑(|z''|)/∑(|ξ''|), за промежуток времени, на котором проводится контроль технического состояния).

Имеется возможность использовать для реализации предложенного способа любой стенд (в том числе и тормозной - создав искусственную неровность на беговом барабане), способный возбуждать колебания колес, т.к. измерительная аппаратура не требует согласования с аппаратурой стенда и монтируется непосредственно на сам автомобиль.

Для реализации заявленного способа при использовании встроенной системы контроля технического состояния гасящих устройств, поясненной на фиг.3, производят следующие действия.

На автомобиле 5 стационарно устанавливаются датчики ускорений кузова 1 и колес 4, аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) 2 и бортовой компьютер 3. При движении автомобиля бортовой компьютер проводит анализ отношений И_ср=∑(|z''|)/∑(|ξ''|) за период времени для всех четырех амортизаторов автомобиля. При этом, оценивая разницу в величинах И_ср между разными амортизаторами автомобиля, а также сравнивая значения И_ср с эталонными, полученными путем аналитического расчета для данного типа автомобилей, или по результатам испытаний автомобиля, гасящие устройства которого соответствуют ТУ, возможно сделать вывод о техническом состоянии каждого конкретного гасящего устройства автомобиля. Такая система самодиагностики позволит своевременно выявлять снижение технического состояния амортизатора, что позволит повысить безопасность движения.

Способ контроля технического состояния гасящих устройств подвески автотранспортного средства, заключающийся в том, что монтируют датчики ускорения на неподрессоренную и подрессоренную массу автотранспортного средства, затем возбуждают его колебания с частотой возбуждения f, близкой или равной высокочастотному резонансу колес, при этом одновременно измеряют и записывают величины ускорений подрессоренной z'' и неподрессоренной массы ξ'' по времени t_исп. для каждого из всех четырех гасящих устройств автотранспортного средства, затем вычисляют величину усредненного значения И_ср=∑(|z''|)/∑(|ξ''|) отношений ускорений подрессоренной z'' и неподрессоренной массы ξ'' за указанное время испытаний t, а вывод о техническом состоянии гасящего устройства подвески автотранспортного средства делают по значению коэффициента апериодичности ψ, при этом эталонную зависимость ψ_эт от И_эт=z''/ξ'' предварительно получают расчетным или экспериментальным путем, с указанной зависимостью сравнивают И_ср=∑(|z''|)/∑(|ξ''|) при высокочастотном резонансе и определяют ψ, значения которого при хорошем техническом состоянии гасящего устройства подвески должны находиться в диапазоне 0,25-0,5.