Metody badania urządzeń kontrolno-pomiarowych stosowanych w samochodach osobowych

Transkrypt

1 STYŁA Sebastian 1 Metody badania urządzeń kontrolno-pomiarowych stosowanych w samochodach osobowych WSTĘP Współczesne pojazdy samochodowe mają coraz większą ilość różnego rodzaju obwodów elektrycznych i elektronicznych, które odpowiedzialne są przede wszystkim za bezpieczeństwo i komfort podróżowania. Z uwagi na bezpieczeństwo, kierowca powinien otrzymywać informacje o uszkodzeniach podzespołów samochodu, parametrach ruchu czy też parametrach pracy silnika. Informacje tego typu dostarczane są przez układ kontrolno-pomiarowy pojazdu umieszczony na tablicy rozdzielczej. Zastosowanie tego typu rozwiązania daje możliwość szybkiego powiadomienia kierowcy o stanie pracy wybranego obwodu w samochodzie. Aby to osiągnąć, na desce rozdzielczej zainstalowane są różnego rodzaju wskaźniki, sygnalizacje świetlne oraz dźwiękowe, a w ostatnich latach coraz częściej można spotkać wyświetlacze ciekłokrystaliczne. Standardowy układ pomiarowy obwodu kontrolno-pomiarowego składa się z czujnika reagującego na kontrolowany parametr oraz wskaźnika. Bardziej rozbudowane obwody posiadają własne układy sterująco diagnostyczne, które zarządzają całą deską rozdzielczą samochodu. W zależności od rodzaju informacji wyświetlanej na panelu kontrolno-pomiarowym stosowane są różne sposoby ich prezentacji. Szczególnie dotyczy to sygnalizowania usterek oraz ich priorytetu. Realizowane jest to poprzez zróżnicowanie barwy lampek kontrolnych (czerwona, pomarańczowa, zielona) lub sygnału dźwiękowego (pojedynczy, podwójny lub potrójny). Urządzenia kontrolno-pomiarowe można podzielić na cztery grupy [1, 3, 6]: przyrządy kontrolujące pracę obwodów elektrycznych i elektronicznych (kontrolka włączenia świateł, kontrolka ładowania akumulatora, itp.); przyrządy kontrolujące pracę silnika (wskaźnik temperatury silnika, wskaźnik ilości paliwa, itp.); przyrządy służące do pomiaru prędkości i przebytej drogi (prędkościomierz, obrotomierz, itp.); inne urządzenia kontrolno-pomiarowe (wskaźnik ciśnienia w oponach, wskaźnik zapięcia pasów, itp.). Tak jak każdy obwód pojazdu, także urządzenia kontrolno-pomiarowe powinny być co pewien czas diagnozowane. Niektóre, tak jak lampki kontrolne, testowane są podczas uruchamiania silnika poprzez chwilowe zaświecenie. Inne elementy obwodu należy sprawdzić z wykorzystaniem mierników uniwersalnych, oscyloskopu lub narzędzi informatycznych pracujących w standardzie OBD. 1 OBWÓD URZĄDZEŃ KONTROLNO-POMIAROWYCH Uszkodzenia poszczególnych elementów obwodu kontrolno-pomiarowego można zaliczyć do jednej z czterech grup [2, 3, 4]: uszkodzenie czujnika, uszkodzenie wskaźnika lub lampki kontrolnej, uszkodzenie lub brak połączenia przewodów,. Głównymi i niezbędnymi elementami tego obwodu są [1, 3, 6]: układ do pomiaru poziomu paliwa, układ do pomiaru ciśnienia oleju, 1 Politechnika Lubelska, Wydział Elektrotechniki i Informatyki, ul. Nadbystrzycka 38A, Lublin, s.styla@pollub.pl 10095

2 układ do pomiaru temperatury cieczy chłodzącej silnik, układ do pomiaru prędkości jazdy (prędkościomierz), układ do pomiaru obrotów silnika (obrotomierz), układ do sygnalizacji włączenia kierunkowskazów, układ do sygnalizacji zaciągniętego hamulca ręcznego, układ do sygnalizacji włączenia świateł mijania i drogowych, układ do sygnalizacji zamknięcia drzwi lub zapięcia pasów, układ do pomiaru ciśnienia w kołach. 1.1 Objawy i przyczyny uszkodzeń obwodu urządzeń kontrolno-pomiarowych W dzisiejszych czasach na tablicy rozdzielczej samochodu znajduje się wiele kontrolek i wskaźników informujących kierowcę o stanie technicznym pojazdu. Niesprawne działanie tego elementu instalacji elektrycznej może prowadzić do uszkodzenia podzespołów samochodu (np. silnika) lub nawet prowadzić do pogorszenia bezpieczeństwa jazdy. W tabeli 1 przedstawiono objawy i możliwe przyczyny ich wystąpienia dla niektórych, podstawowych układów obwodu urządzeń kontrolno-pomiarowych. Tab. 1. Najczęściej występujące w samochodzie objawy i przyczyny uszkodzeń urządzeń kontrolnopomiarowych Lp. Objawy Przyczyny Wskazówka wychyla się do maksymalnej wartości po włączeniu stacyjki Wskazówka wskaźnika stoi w miejscu (na 0 ) po włączeniu stacyjki Lampka kontrolna nie gaśnie, wskaźnik nie wskazuje wzrostu ciśnienia po uruchomieniu silnika Lampka kontrolna gaśnie tylko przy większych obrotach silnika Lampka kontrolna nie zapala się po włączeniu zapłonu układ do pomiaru poziomu paliwa układ do pomiaru ciśnienia oleju zwarcie do masy przewodu łączącego zużyty olej lub pompa olejowa mała ilość oleju uszkodzenie zaworu regulacji ciśnienia oleju zużyty olej zużycie elementów silnika zabrudzony filtr oleju uszkodzona lampka kontrolna 10096

3 układ do pomiaru temperatury cieczy chłodzącej 6. Wskaźnik nie działa Wskaźnik pokazuje za niską temperaturę Wskaźnik pokazuje za wysoką temperaturę uszkodzenie termostatu uszkodzenie wyłącznika termicznego wentylatora przegrzanie silnika zwarcie przewodów do masy uszkodzenie wyłącznika termicznego wentylatora układ do pomiaru prędkości jazdy (prędkościomierz) 9. Wskaźnik nic nie wskazuje 10. Wskazówka waha się 11. uszkodzenie czujnika uszkodzenie wskaźnika poluzowanie przewodów układ do pomiaru obrotów silnika (obrotomierz) Wskaźnik nie wychyla się pomimo wzrostu prędkości obrotowej silnika 1.2 Algorytm stanu technicznego obwodu urządzeń kontrolno-pomiarowych Na rysunku 1 przedstawiony został algorytm sprawdzania stanu technicznego obwodu urządzeń kontrolno-pomiarowych. Jak wynika z algorytmu, każdy układ kontrolno-pomiarowy bada się w podobny sposób. Sprawdza się wtedy cztery podstawowe elementy [6, 8] Wskaźnik lub lampka kontrolna Przy badaniu tych elementów należy je wymontować z pojazdu i porównać z wzorcem danej wielkości. W przypadku wskaźnika, jeżeli wskazówka nie drgnie lub wskazuje nieprawidłową wartość, należy wyregulować wskaźnik lub wymienić go na nowy. Lampka kontrolna powinna się włączać lub wyłączać odpowiednio powyżej i poniżej pewnej ustalonej granicy. Jeżeli jest inaczej należy ją wymienić Czujnik Czujniki nie występują we wszystkich układach kontrolno-pomiarowych (np. kontrolka świateł mijania lub drogowych). Jednak, gdy dany układ ma taki element, może być on przyczyną niesprawności obwodu. Badanie czujnika polega na wyznaczeniu jego charakterystyki (najczęściej napięcia w funkcji wielkości mierzonej) i porównaniu jej z charakterystyką wzorcową. W razie dużych rozbieżności wyników czujnik należy wymienić

4 Rys. 1. Algorytm stanu kontroli obwodu urządzeń kontrolno-pomiarowych Przewody, styki, wyłączniki, przekaźniki, bezpieczniki Należy przy tym pomiarze sprawdzić ciągłość obwodu między czujnikiem a wskaźnikiem. Zabrudzenia i śniedzenie elementów mają wpływ na zwiększenie rezystancji przejścia, a przez to na zwiększenie spadków napięć, co może być przyczyną niesprawności obwodu Urządzenie sterujące W przypadku wyposażenia pojazdu w urządzenie sterujące wyświetlaniem informacji na desce rozdzielczej należy przeprowadzić badanie obwodu kontrolno-pomiarowego w standardzie OBD. Wykorzystuje się w tym celu urządzenia komputerowe pozwalające na odczyt kodów błędów, a także przeprowadzenie symulacji badanych podzespołów w czasie rzeczywistym. Przyczyna nieprawidłowego działania któregokolwiek z obwodów może być niezwiązana z instalacją elektryczną, ale z samym kontrolowanym obwodem, np. z obiegiem chłodzącym lub smarującym silnik. W takim przypadku wskazywane przez urządzenia kontrolno-pomiarowe informacje będą błędne

5 2 OBIEKTY BADAWCZE Głównym elementem deski rozdzielczej każdego samochodu jest tablica rozdzielcza (rys. 2). Zawiera ona różnego rodzaju wskaźniki i kontrolki, które informują kierowcę o podstawowych parametrach pracy poszczególnych obwodów, istotnych z punktu widzenia niezawodności lub powiadamiają o załączeniu poszczególnych obwodów. Rys. 2. Tablica rozdzielcza samochodu (Skoda Fabia) kontrolki: 1-światła mijania, 2-wspomaganie kierownicy, 3-system sterowania silnikiem, 4-światła drogowe, 5-temperatura silnika, 6-imobilajzer, 7-rezerwa paliwa, 8-ciśnienie oleju silnika, 9-akumulator, 10-hamulec postojowy lub poziom płynu hamulcowego, 11-system AirBag, 12,13-kierunkowskazy Podczas badań laboratoryjnych wykorzystano modele opracowane z użyciem rzeczywistych podzespołów stosowanych w samochodach Opel Vectra B [5] oraz Volkswagen Passat B5 [7]. Pierwszy z modeli posiada wskaźniki: obrotomierza i prędkościomierza sterowane czterofazowym silnikiem krokowym oraz wskaźniki poziomu paliwa i temperatury płynu chłodniczego działające na zasadzie mierników magnetoelektrycznych. Drugi z modeli posiada elektroniczne urządzenie sterujące (sterownik) pozwalające na przeprowadzenie badań diagnostycznych z wykorzystaniem urządzeń komputerowych pracujących w standardzie OBD. Badania rozszerzono ponadto o diagnostykę i analizę wyników kilkudziesięciu uszkodzonych elementów obwodu kontrolno-pomiarowego występujących w samochodach różnych marek. Miało to na celu określenie przyczyn (symptomów diagnostycznych) niesprawności, które zostały przedstawione w tabeli 1. 3 WYNIKI BADAŃ Podstawowym badaniem wykonywanym podczas każdego uruchomienia silnika spalinowego jest sprawdzenie poprawnego działania kontrolek ostrzegawczych. W trakcie włączania zapłonu wszystkie kontroli powinny się zaświecić na kilka sekund. W przypadku uszkodzenia nie nastąpi żadna reakcja. Wynika z tego, że badanie to wykonywane jest organoleptycznie. Innym sposobem sprawdzenia poprawności działania kontrolek umieszczonych na tablicy rozdzielczej jest użycie urządzenia pracującego w standardzie OBD. Dzięki funkcji sprawdzenia elementów wykonawczych obwodu kontrolno-pomiarowego możliwe jest wymuszenie działania poszczególnych kontrolek, zegarów oraz elementów ostrzegawczych takich jak brzęczyki. W celu sprawdzenia poprawności działania wskaźników poziomu paliwa oraz temperatury płynu chłodzącego silnik w warunkach laboratoryjnych wykonano badania oraz wyznaczono charakterystyki 10099

6 t [ C] Q [l] ilości paliwa Q (rys. 3) oraz temperatury cieczy chłodzącej t (rys. 4) w funkcji doprowadzonego napięcia U ,5 1 1,5 2 2,5 3 U [V] Rys. 3. Charakterystyka ilości paliwa w zbiorniku w funkcji napięcia zasilającego wskaźnik ,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 U [V] Rys. 4. Charakterystyka temperatury silnika w funkcji napięcia zasilającego wskaźnik Aby zweryfikować czy dany wskaźnik jest sprawny czy też nie przedstawione charakterystyki (wartości) należy porównać z danymi katalogowymi producenta. W wyniku przeprowadzonych badań laboratoryjnych z wykorzystaniem modelu fizycznego, został zobrazowany przebieg oscyloskopowy sterujący silnikami krokowymi: obrotomierza i prędkościomierza. Przedstawiono go na rysunku

7 Rys. 5. Sygnał oscyloskopowy sterujący silnikiem krokowym obrotomierza i prędkościomierza W celu dokładnej i pełnej analizy obwodu kontrolno-pomiarowego badania rozszerzono o pomiary przeprowadzone w standardzie OBD. Użyto w tym celu interfejsu diagnostycznnego VAG KKL oraz oprogramowania VCDS (inne możliwe oprogramowanie: VAG-COM, DeltaScan, VW Tool). Po podłączeniu interfejsu diagnostycznego do złącza w pojeździe i nawiązaniu połączenia następuje odczyt danych identyfikacyjnych sterownika (między innymi jego numer, wersja oprogramowania) oraz dane identyfikacyjne pojazdu numer VIN (rys. 6). Rys. 6. Informacje o sterowniku urządzeń kontrolno-pomiarowych Aby możliwe było odczytanie parametrów rzeczywistych obwodu kontrolno-pomiarowego takich jak: prędkość pojazdu, prędkość obrotowa silnika, przebieg, ilości paliwa czy temperatura silnika, należy wybrać blok Meas. Block (rys. 7). Przedstawione w nim są chwilowe wartości parametrów wyświetlanych na desce rozdzielczej samochodu. Na ich podstawie możliwe jest sprawdzenie dokładności wskazań wskaźników oraz kontrolek. Możliwa jest także obserwacja charakterystyk w/w parametrów podczas testów drogowych (rys. 8). Powyższe badania są informacjami/symptomami na podstawie których określany jest stan techniczny, a przede wszystkim poprawność wskazań elementów umieszczonych na desce rozdzielczej samochodu. W przypadku uszkodzenia danego podzespołu tablicy rozdzielczej w pamięci sterownika zapisywany jest kod błędu, który możliwy jest do odczytania z wykorzystaniem przedstawionego interfejsu

8 Rys. 7. Wartości chwilowych parametrów pracy obwodu kontrolno-pomiarowego Rys. 8. Wartości oraz przebiegi czasowe: prędkości samochodu, przebiegu oraz temperatury płynu chłodzącego silnik WNIOSKI Na obecnym poziomie, technika związana z urządzeniami elektrycznymi i elektronicznymi stosowanymi w pojazdach jest podatna na uszkodzenia. Doraźna pomoc na drodze, w większości przypadków jest niemożliwa. Dzięki zastosowaniu komputerowego wspomagania aparatury diagnostycznej można zintegrować w jednym urządzeniu wiele przyrządów potrzebnych do przeprowadzenia badań wielu obwodów samochodu. Niejednokrotnie jest to jedyny sposób diagnozowania podzespołów pojazdu, szczególnie tych elektronicznych. Dlatego niezwykle istotne jest odpowiednie szkolenie przyszłych diagnostów z wykorzystaniem modeli laboratoryjnych. Przedstawione badania pozwoliły określić symptomy oraz przyczyny wystąpienia uszkodzeń dotyczących układu kontrolno-pomiarowego pojazdu. Przeprowadzone badania laboratoryjne dały możliwość porównania sposobów diagnozowania poszczególnych elementów umieszczonych na desce rozdzielczej pojazdu, zarówno metod konwencjonalnych z wykorzystaniem mierników uniwersalnych i oscyloskopów oraz tych które wykorzystują systemy komputerowe pracujące w standardzie OBD. Streszczenie W artykule zaprezentowano metody badania wybranych urządzeń kontrolno-pomiarowych umieszczonych na tablicy rozdzielczej samochodów. Badania obejmują m. in. elementy wykonawcze, takie jak: wskaźniki, wyświetlacze, kontrolki, nastawniki, itp. Wykorzystano w tym celu modele laboratoryjne opracowane na bazie urządzeń występujących w samochodach Opel Vectra B oraz Volkswagen Passat B5. Ponadto wykonano pomiary na pewnej grupie pojazdów, w których obwód wskaźników wykazywał oznaki uszkodzenia. Na 10102

9 podstawie badań określono symptomy decydujące o sprawności lub niesprawności poszczególnych elementów obwodu urządzeń kontrolno-pomiarowych. Jedną z przedstawionych metod jest metoda wykorzystująca urządzenia diagnostyczne wspomagane komputerowo. Methods of test the instrument panel used in passenger cars Abstract The article presents the test methods for the selected instrumental panel placed on the dashboard of cars. The tests include i. a. the components such as indicators, displays, controls, dials etc. For this purpose the models developed on the basis of laboratory equipment in the car Opel Vectra B and the Volkswagen Passat B5 were used. In addition, the measurements were made on a group of vehicles in which the circuit of indicators showed signs of damage. On the basis of these studies, the symptoms connected with the performance or failure of individual circuit elements of the instrumental panel were determined. One of the presented method is a method that uses computer-aided diagnostic equipment. BIBLIOGRAFIA 1. Dziubiński M., Ocioszyński J., Walusiak S., Elektrotechnika i elektronika samochodowa. Wydawnictwo Uczelniane Politechniki Lubelskiej, Lublin Gajek A., Juda Z., Czujniki. WKŁ, Warszawa Herner A., Riehl H. J., Elektrotechnika i elektronika w pojazdach samochodowych. WKŁ, Warszawa Informator techniczny Bosch, Czujniki w pojazdach samochodowych. WKŁ, Warszawa Mazurek O., Model laboratoryjny do badania deski rozdzielczej samochodu. Praca dyplomowa, promotor: A. Boguta, Politechnika Lubelska, Lublin Ocioszyński J., Zespoły elektryczne i elektroniczne w samochodach. WNT, Warszawa Piłat M., Elektroniczne układy sterowania silnikami Diesla. Praca dyplomowa, promotor: W. Pietrzyk, Politechnika Lubelska, Lublin Trzeciak K.: Diagnostyka samochodów osobowych. WKiŁ, Warszawa dr inż. Sebastian Styła - uczestnik projektu "Kwalifikacje dla rynku pracy - Politechnika Lubelska przyjazna dla pracodawcy" współfinansowanego przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego