PROGNOZOWANIE ZU YCIA OKŁADZIN CIERNYCH HAMULCÓW TARCZOWYCH W PROCESIE EKSPLOATACJI POJAZDÓW SAMOCHODOWYCH

PROGNOZOWANIE ZU YCIA OKŁADZIN CIERNYCH HAMULCÓW TARCZOWYCH W PROCESIE EKSPLOATACJI POJAZDÓW SAMOCHODOWYCH ANDRZEJ GAJEK Politechnika Krakowska Streszczenie W artykule przedstawiono aktualny stan w zakresie mo liwo ci prognozowania stanu zespołów pojazdu samochodowego. Zaprezentowano nowy algorytm prognozowania okresu u ytkowania okładzin ciernych hamulców tarczowych z uwzgl dnieniem indywidualnych warunków eksploatacji pojazdu. Przedstawiono zasad działania oraz budow czujnika zu ycia okładzin. Konstrukcja czujnika umo liwia zrealizowanie dwóch celów: oszacowania intensywno ci zu ycia okładzin i na tej podstawie obliczenia prawdopodobnego przebiegu pojazdu do ich wymiany oraz zasygnalizowania zu ycia granicznego okładziny. Omówiono strategi sygnalizacji zu ycia granicznego i przebiegu do wymiany okładzin. Przedstawione rozwi zanie pozwala rozszerzy zakres diagnostyki pokładowej pojazdów samochodowych o funkcj prognozowania trwało ci okładzin ciernych. Słowa kluczowe: diagnostyka, prognozowanie, hamulce, czujniki 1. Wprowadzenie Problematyka prognozowania stanu obiektu w diagnostyce pojazdów samochodowych zwi zana jest z dynamicznym rozwojem układów mechatronicznych w budowie samochodów. Praktyczne wprowadzenie algorytmów prognostycznych stało si mo liwe w chwili wprowadzenia do układów sterowania pojazdów sterowników z coraz mocniejszymi procesorami. Natomiast podstawy teoretyczne prognozowania były ju wcze niej opracowywane. Przykładowo, w pracy [11] przedstawiono ogólny algorytm wyznaczania optymalnych procedur rozpoznawania stanu maszyn, zaznaczaj c równocze nie, e procedury rozpoznawania stanu maszyn wi si z przetwarzaniem du ej ilo ci danych pomiarowych, ze zło onymi operacjami numerycznymi, aproksymacj, modelowaniem, czy te predykcj szeregów czasowych w przypadku prognozowania. Nieodzowne jest wi c komputerowe wspomaganie tego procesu w oparciu o odpowiednie oprogramowanie. W pracy [1] zaprezentowano mo liwo ci modelowania prognostycznego w oparciu o tzw. metod szarych szeregów. Przedstawiono metodologi budowy modelu opartego o t metod, przydatnego w prognozowaniu stanu obiektu za pomoc symptomów drganiowych. Metoda ma zastosowanie zarówno przy du ej ilo ci danych wej ciowych, jak i w modelach z niewielk liczb niepewnych danych. Zweryfikowano j w zastosowaniu w dziedzinie drganiowej diagnostyki maszyn, jednouszkodzeniowej, jak i wielouszkodzeniowej. Praca ta zawiera szeroki zestaw ródeł literaturowych analizuj cych teori i zastosowanie metody szarych szeregów. W pracy [10] przedstawiono problematyk dezaktualizacji modelu prognostycznego i metod przeciwdziałania takiemu zjawisku. Według autora najlepsz metod wypracowania decyzji

POLSKIE STOWARZYSZENIE ZARZ DZANIA WIEDZ Seria: Studia i Materiały, nr 68, 2014 83 o doborze modelu jest ledzenie redniego bł du prognozy i na jej podstawie wybór dalszych działa w zakresie obliczania warto ci przyszłych. Analizuj c rozwój metod prognozowania stanu zespołów i elementów pojazdów mo na zauwa- y, e ka de zadanie prognostyczne wymaga indywidualnego podej cia, opracowania specjalnych zestawów czujników i algorytmów obliczeniowych. Analiza danych z czujników wymaga stosowania techniki cyfrowej, a programy diagnostyczne wymagaj sterowników o du ej pami ci zarówno RAM jak i ROM. Zajmuj wi cej pami ci mikroprocesorów ni programy steruj ce. Istotnym problemem jest wiarygodno ocen prognostycznych i niezawodno systemu. U ytkownik pojazdu nie analizuje czy system diagnostyczny działa prawidłowo, lecz stosuje si do jego wskaza. Je eli system działałby nieprawidłowo, to producent pojazdu odpowiadałby za skutki, szkody spowodowane nieprawidłow prognoz. Ten aspekt powoduje ostro no we wprowadzaniu systemów prognostycznych do praktyki eksploatacyjnej pojazdów. 2. Mo liwo ci prognozowania stanu zespołów pojazdu samochodowego Dotychczas w przewidywaniu stanu obiektu na podstawie badania diagnostycznego i prognozowaniu jego trwało ci, decyduj ce znaczenie ma wiedza i do wiadczenie doradcy serwisowego i mechanika. Niemniej obserwuje si tendencj wspomagania tego wnioskowania przez specjalistyczne oprogramowanie. Na podstawie informacji z czujników oraz odpowiedniego oprogramowania obliczany jest czas, po którym wyst pi mo e warto graniczna parametru diagnostycznego. Stosuje si równie algorytmy pozwalaj ce na predykcj warto ci parametru maj cego wpływ na sterowanie obiektem. Jest to szczególnie istotne w układach działaj cych w dynamicznie zmiennych warunkach. Takie mo liwo ci pojawiły si w układach mechatronicznych posiadaj cych sterowniki z bardzo szybkimi mikroprocesorami. Przykładowe systemy prognostyczne w samochodach to układ szacowania przebiegu pojazdu do wymiany oleju w silniku, układ oceny stopnia zatkania filtra cz stek stałych silnika z zapłonem samoczynnym i ustalania sposobu jego regeneracji, algorytm szacowania współczynnika tarcia nawierzchni, na któr wje d a pojazd, układ sygnalizacji zu ycia granicznego okładzin ciernych hamulców i przebiegu pojazdu do ich wymiany. System szacowania okresu wymiany oleju w silniku polega na zbieraniu informacji o ilo ci zimnych rozruchów silnika, czasie pracy w okre lonych zakresach temperatur i obci enia, przebiegu pojazdu i zu yciu oleju przez silnik. Na tej podstawie specjalny algorytm, opracowany na podstawie bada degradacji oleju spowodowanej powy szymi warunkami, oblicza przewidywany przebieg pojazdu do wymiany oleju. W silnikach z zapłonem samoczynnym stosowany jest tzw. dotrysk paliwa w ko cu suwu pracy i w fazie suwu wydechu silnika. Mo e to powodowa przedostawanie si niespalonego oleju nap dowego do skrzyni korbowej silnika i rozrzedzanie oleju smarowego. Taki stan (wzrost poziomu oleju) mierzy elektryczny, lub elektroniczny czujnik poziomu oleju. Na tej podstawie obliczany jest przebieg do koniecznej wcze niejszej wymiany oleju ni wynikałoby to z ogólnych zasad u ytkowania oleju w tym silniku. W układach wydechowych silników z zapłonem samoczynnym stosowane s filtry cz stek stałych (DPF). W zale no ci od stylu jazdy kierowcy ulegaj one zatkaniu przez te cz stki (sadz ) w ró nym stopniu. Stopie tego zatkania jest bie co mierzony przez ró nicowy czujnik ci nienia

84 Andrzej Gajek Prognozowanie zu ycia okładzin ciernych hamulców tarczowych w procesie eksploatacji pojazdów samochodowych i na tej podstawie program diagnostyczny prognozuje sposób i okres regeneracji filtra, czyli wypalania sadzy. Mo e to by regeneracja pasywna, lub aktywna podczas normalnej eksploatacji samochodu, albo konieczno obsługi i regeneracji w serwisie. Skomplikowany algorytm prognostyczny stosowany jest do szacowania współczynnika przyczepno ci przylgowej koła do nawierzchni jezdni, po której porusza si pojazd. Taka informacja jest potrzebna w algorytmach sterowania układem ABS, a szczególnie układem ESP. Przyszło ciowo, ta informacja b dzie niezb dna w układach automatycznego kierowania pojazdem. Opracowana metoda szacowania maksymalnej warto ci współczynnika przyczepno ci koła do jezdni polega na ci głym obliczaniu zale no ci bie cej warto ci współczynnika przyczepno ci w funkcji po lizgu koła s, w okresach nap du pojazdu [7]. Współczynnik przyczepno ci obliczany jest na podstawie znanego na bie co obci enia silnika M e i przeło enia układu nap dowego oraz nacisku koła na jezdni, a po lizg koła nap dzanego s na podstawie jego pr dko ci k towej k, promienia dynamicznego r d i pr dko ci pojazdu v s. Pr dko v s obliczana jest na podstawie pr dko ci k towej koła nienap dzanego kt podczas ruchu prostoliniowego: v s = kt r d Fn ωkrd vs μ =, s = (1) Z v k s Rys. 1. Wyniki pomiarów po lizgu (Slip s) i współczynnika przyczepno ci oraz aproksymacja liniowa zale no ci (s) (po filtracji wyników) na suchym asfalcie i nawierzchni pokrytej niegiem ródło: [7]. Warto ci i s s wyliczane na podstawie mierzonych na bie co warto ci M e, k, bez filtracji. Obliczenie funkcji μ = k ( s δ ) (2) gdzie jest warto ci s dla =0 obliczan na podstawie modelu opony i bie cej siły nap dowej F, wymaga filtracji z zastosowaniem filtra Kalmana o du ej szybko ci działania.

POLSKIE STOWARZYSZENIE ZARZ DZANIA WIEDZ Seria: Studia i Materiały, nr 68, 2014 85 Nachylenie k funkcji (s) jest wyra nie zale ne od współczynnika tarcia nawierzchni, po której porusza si pojazd (rys. 1). Im wi ksza warto nachylenia k tej funkcji tym wi kszy jest współczynnik tarcia nawierzchni, po której porusza si koło. Na podstawie warto ci nachylenia k obliczonego z pomiarów i s do chwili t, szacujemy warto współczynnika tarcia w chwili t. Na tej podstawie prognozujemy jaka b dzie jego warto w chwili t + t, gdzie t~0.01s, stosuj c aproksymacj liniow. Badania przeprowadzone przez autora [5] wskazuj, e mo liwe jest szacowanie współczynnika przyczepno ci przylgowej mi dzy kołem, a nawierzchni jezdni w warunkach hamowania z uruchomionym układem ABS na podstawie analizy przyspieszenia koła d k/dt w czasie pierwszego cyklu odhamowania, przez układ ABS. Metoda ta pozwala oszacowa przedział współczynnika przyczepno ci przylgowej koła do nawierzchni jezdni i prognozowa przyczepno w nast pnym cyklu działania ABS. 3. Mo liwo ci oceny zu ycia okładzin hamulcowych Układ hamulcowy pojazdu jest podstawowym układem decyduj cym o bezpiecze stwie czynnym, a wi c o mo liwo ci unikni cia kolizji, lub wypadku. Z tego wzgl du jego sprawno jest okresowo, obowi zkowo kontrolowana w stacji kontroli pojazdów. Równocze nie, elementy elektryczne i elektroniczne układu ABS s nadzorowane na bie co przez system diagnostyki pokładowej [2, 9]. Natomiast elementy mechaniczne s znacznie trudniejsze do bezpo redniej kontroli i ci gły nadzór nad nimi jest znacznie ograniczony. Nadmierne zu ycie elementów ciernych hamulca ma istotny wpływ na wzrost temperatury pary ciernej i obni enia współczynnika tarcia okładzin. Zmniejszenie grubo ci okładziny hamulcowej powoduje zwi kszenie ilo ci ciepła przenikaj cego do zacisku hamulca i płynu hamulcowego. W sytuacjach dynamicznych jazd autostradowych i jazd górskich istnieje niebezpiecze stwo nagrzewania zacisków hamulcowych do temperatury ponad 150 C i osi gni cie temperatury wrzenia płynu hamulcowego. Taki stan prowadzi do zaniku sił hamuj cych i niebezpiecze stwa gro nego wypadku. Ze wzgl du na coraz wi ksze roczne przebiegi samochodów i normalne, eksploatacyjne zu ycie elementów ciernych hamulców, ich stan techniczny powinien by nadzorowany. Zadanie to spełniaj obecnie czujniki zu ycia okładzin ciernych oraz kontrola stanu hamulców podczas bada okresowych. Czujniki mierz i sygnalizuj osi gni cie zu ycia granicznego okładziny. Realizowane jest to na zasadzie elektrycznej, lub mechanicznej. Rozwi zania konstrukcyjne s ró norodne (rys. 2). Pomiar na zasadzie elektrycznej polega na tym, e w okładzin ciern wklejone, lub wci ni te s jeden lub dwa przewody elektryczne izolowane. Umieszczone s na okre lonej gł boko ci, odpowiadaj cej zu yciu granicznemu. Jeden z przewodów jest zasilany. W rozwi zaniu z jednym przewodem, gdy zu ycie okładziny osi gnie warto graniczn, dotyka on tarczy hamulcowej, czyli obwód jest zwierany do masy. W przypadku dwóch przewodów zwierane s one wzajemnie poprzez materiał tarczy hamulcowej. Zamkni cie obwodu powoduje wł czenie lampki sygnalizacyjnej. Rozwi zanie mechaniczne polega na tym, e do stalowej podkładki korpusu okładziny przymocowany jest metalowy element spr ysty (rys. 2a). Gdy okładzina cierna ulegnie zu yciu do warto ci granicznej, element ten dotyka wiruj cej tarczy hamulcowej, co powoduje charakterystyczny d wi k, słyszalny przez kieruj cego. Innym rozwi zaniem mechanicznym jest widoczny z zewn trz zacisku hamulca wska nik, którego przemieszczenie wzgl dem zacisku wskazuje na stopie zu ycia okładzin i tarczy hamulcowej.

86 Andrzej Gajek Prognozowanie zu ycia okładzin ciernych hamulców tarczowych w procesie eksploatacji pojazdów samochodowych W hamulcach samochodów ci arowych sterowanych elektronicznie (EBS) stosowane s układy ci głego pomiaru zu ycia okładzin ciernych [12, 14]. Przemieszczenie okładziny wzgl dem elementu stałego, spowodowane jej zu yciem, jest przekazywane przez układ rubowy, przekładni ła cuchow, lub trzpie przesuwny na czujnik potencjometryczny. Sygnał z potencjometru jest przekazywany do sterownika hamulców i porównywany z warto ci wyst puj c przy zu yciu granicznym. Porównywane jest równie zu ycie okładzin hamulców koła prawego i lewego nadzorowanej osi pojazdu. W przypadku znacznej ró nicy zu ycia okładzin jednego z kół sterownik ogranicza ci nienie hamowania w hamulcu koła o wi kszym zu yciu okładzin a do wyrównania si zu ycia mi dzy okładzinami hamulca koła prawego i lewego. Ten sposób wyrównywania zu ycia stosowany jest tylko w czasie hamowa łagodnych, mało intensywnych. Rozwi zania te s skomplikowane i dro sze od czujników drutowych sygnalizacji zu ycia granicznego. Stosowane s tylko w hamulcach sterowanych elektronicznie (EBS) [12, 13,14]. Rys. 2. Przykłady czujników zu ycia okładzin ciernych hamulców samochodowych a) czujnik cierny d wi kowy, b) czujniki elektryczne stykowe, do wieloosiowego samochodu ci arowego, c, d) czujniki indukcyjne przemieszczenia, e) czujnik do wzrokowej oceny stopnia zu ycia i sygnalizacji zu ycia granicznego ródło: [12 15].

POLSKIE STOWARZYSZENIE ZARZ DZANIA WIEDZ Seria: Studia i Materiały, nr 68, 2014 87 Prognozowanie stanu układu na podstawie wyników bada diagnostycznych jest zagadnieniem trudnym i jak dotychczas tylko w niewielu systemach pojazdów wprowadzono czujniki i oprogramowanie pozwalaj ce na przewidywanie trwało ci u ytkowanych zespołów lub elementów. Dla u ytkownika pojazdu istotne jest, z jakim prawdopodobie stwem mo emy prognozowa stan obiektu, lub jego elementów. W układach hamulcowych prognozowanie przebiegu pojazdu do wymiany okładzin nie było jak dot d opracowane. 4. Zasada działania czujnika i prognozowania przebiegu pojazdu do wymiany okładzin ciernych Opracowany czujnik posiada cztery, lub trzy izolowane przewody elektryczne umieszczone na ró nej wysoko ci w stosunku do powierzchni ciernej nowej okładziny hamulcowej (rys. 3, 4). Przewody mog by wbudowane w okładzin lub przymocowane do jej kraw dzi (rys. 6, 7). Podł czone s do ródła zasilania o napi ciu U 0 poprzez rezystory R 1.R 4. Przewody 1 i 2 (rys. 3) umieszczone s w okładzinie na tej samej gł boko ci. Przewód 3 jest umieszczony około 2 mm wy ej ni przewód 2, a przewód 4 na gł boko ci odpowiadaj cej granicznemu zu yciu okładziny. Czujnik zasilany jest pr dem stałym o napi ciu około 5V. Zasilanie jest doprowadzane w czasie nacisku na d wigni hamulca. Po pocz tkowym dotarciu i zu yciu nowej okładziny do gł boko ci z 1 (gł boko osadzenia przewodów 1 i 2), nast puje ich zwarcie poprzez materiał tarczy hamulcowej. Na skutek zwarcia wyst puje przepływ pr du przez rezystory R 4 i R 1 (rys. 3). Powoduje to spadek napi cia U 1 na rezystorze R 4. Ten sygnał, rejestrowany przez sterownik ABS, powoduje zapami tanie w programie diagnostycznym sterownika aktualnego przebiegu samochodu s 1 w chwili osi gni cia gł boko ci zu ycia z 1. Po nast pnym okresie eksploatacji hamulców dochodzi do zwarcia przewodów 1 i 3 poprzez materiał tarczy hamulcowej. Odpowiada to zu yciu okładzin do gł boko ci z 2 przy przebiegu s 2. Pr d przepływa przez rezystory R 4, R 1 i R 2 (R 2«R 1), a na rezystorze R 4 nast puje spadek napi cia U 2. Sygnał ten powoduje zapami tanie przebiegu s 2 samochodu w chwili osi gni cia gł boko ci zu ycia z 2. Poniewa znana jest odległo mi dzy ko cami przewodów 2 i 3, mo na obliczy intensywno zu ycia okładziny jako: I z = (z 2 z 1)/(s 2-s 1) [mm/km] (3) z 1 zu ycie okładziny po okresie jej docierania, przy przebiegu s 1 z 2 zu ycie okładziny przy przebiegu s 2, Przewód 4 znajduje si na gł boko ci odpowiadaj cej zu yciu granicznemu z 3. Odległo mi dzy gł boko ci umieszczenia przewodów 3 i 4 jest znana: z= z 3 z 2. Mo na wi c wyliczy przebieg pojazdu s 3, przy którym zostanie osi gni te zu ycie graniczne: z3 z 2 s3 = Δ z / I z + s2 = ( s2 s1) + s2[ km] (4) z 2 z1 z 3 zu ycie graniczne okładziny, s 3 szacowany przebieg pojazdu do granicznego zu ycia okładziny

88 Andrzej Gajek Prognozowanie zu ycia okładzin ciernych hamulców tarczowych w procesie eksploatacji pojazdów samochodowych Przy aktualnym przebiegu pojazdu s 2 pozostaj cy do dyspozycji przebieg do wymiany okładzin wynosi: Δ s = s3 s2'[ km] (5) s 2 bie cy przebieg pojazdu Powy sze zwi zki s wa ne przy zało eniu liniowej zale no ci zu ycia okładzin od przebiegu pojazdu. Zało enie to jest słuszne je eli warunki u ytkowania pojazdu i styl jazdy kieruj cego s podobne w analizowanym okresie eksploatacji pojazdu. Z1 Z2 Z3 Rys. 3. Zasada działania czujnika czteroprzewodowego do sygnalizacji zu ycia granicznego okładzin hamulcowych i szacowania okresu ich wymiany ródło: [3]. W rozwi zaniu uproszczonym czujnik posiada 3 przewody umieszczone w okładzinie, poł czone ze ródłem napi cia poprzez rezystory R 1 R 3 (rys. 4). Drugim przewodem obwodu elektrycznego jest masa samochodu, a obwód zwierany jest poprzez materiał tarczy hamulcowej i elementy zawieszenia. Jest to rozwi zanie mniej pewne, z powodu mo liwo ci pojawienia si przypadkowych rezystancji mi dzy tarcz hamulcow, piast koła, zawieszeniem, nadwoziem i sterownikiem.

POLSKIE STOWARZYSZENIE ZARZ DZANIA WIEDZ Seria: Studia i Materiały, nr 68, 2014 89 Rys. 4. Zasada działania czujnika trójprzewodowego ródło: [3]. Przedstawiona zasada działania czujnika pozwala na indywidualne oszacowanie przebiegu danego pojazdu do wymiany okładzin z uwzgl dnieniem konkretnych warunków jego u ytkowania i stylu jazdy kieruj cego. Drugi cel stosowania czujnika, to sygnalizacja zu ycia granicznego. Zu ycie okładziny do gł boko ci osadzenia przewodu 4 (rys. 3), lub 3 (rys. 4) powoduje zwarcie przewodu 4 z przewodem 1 poprzez tarcz hamulcow (lub zwarcie przewodu 3 z mas pojazdu), przepływ pr du przez rezystor R 3 i sygnalizowanie spadku napi cia U 3 na rezystorze R 4. Jest to sygnał osi gni cia zu ycia granicznego. Przewody 1 4 umieszczone s w okładzinie ciernej (rys. 6), lub zamocowane na niej (rys. 7), a układ elektryczny poza okładzin, np. w sterowniku. Obni a to koszt wykonania czujnika i okładziny z tego typu czujnikiem. Rezystory R 1.R 4 s tak dobrane (R 3«R 2«R 1), e wyst puje wyra na ró nica spadków napi U przy zwieraniu kolejnych przewodów, o około 2 3V. Układ elektryczny działa na zasadzie dzielnika napi cia ze skokowo zmienn rezystancj 1000, 100, 10k. Zasilanie czujnika i pomiar spadku napi cia na rezystorze R 4 jest realizowane poprzez program diagnostyczny w sterowniku ABS. 5. Budowa czujnika W rozwi zaniu polegaj cym na umieszczeniu czujnika w okładzinie, przewody elektryczne umieszczone s w krzy aku 5 (rys. 5), lub w trzpieniu z otworami, wykonanym z tworzywa termoodpornego (rys. 6). Pozwala to odizolowa je od przypadkowego kontaktu z elementami metalowymi w okładzinie hamulca. Drugie rozwi zanie konstrukcyjne polega na zamocowaniu bezpo rednio do kraw dzi okładziny czterech przewodów elektrycznych (rys. 7). Przyci te na odpowiedni długo spełniaj t sam rol co przewody wbudowane wewn trz okładziny. Uło enie przewodów powinno by takie aby ich cieranie nie powodowało wzajemnego zwierania. Mo na to uzyska mocuj c je na ró nych promieniach działania sił tarcia mi dzy okładzin i tarcz hamulcow. Jest to rozwi zanie prostsze i ta sze w produkcji.

90 Andrzej Gajek Prognozowanie zu ycia okładzin ciernych hamulców tarczowych w procesie eksploatacji pojazdów samochodowych a) b) Rys. 5. Czteroprzewodowy czujnik zu ycia okładzin hamulca mocowany wewn trz okładziny a) przekrój, b) widok od strony stalowej płytki mocowania okładziny ciernej, 1, 2, 3, 4 przewody elektryczne, 5 krzy ak, 6 tulejka z kołnierzem, 7 okładzina cierna, 8 stalowa płytka nakładki hamulcowej, 9 izolacja ródło: [3]. Izolacja powinna by termoodporna, a przewody najkorzystniej elastyczne w glowe, ulegaj ce stopniowemu cieraniu i nieniszcz ce tarczy hamulcowej. Mo e to by czujnik 3 lub 4-ro przewodowy. Układ elektryczny tego czujnika jest taki jak dla czujnika wbudowanego w okładzin. Czujniki powinny by umieszczone w okładzinach obu kół przednich, lub wszystkich kół. Zu ycie graniczne okładziny jest sygnalizowane wietlnie błyskowo, po jego osi gni ciu. Prognozowany przebieg do wymiany okładzin mo e by odczytywany poprzez komputer pokładowy, na yczenie kierowcy. Rys. 6. Czujnik zu ycia okładziny i umiejscowienie czujnika w okładzinie hamulcowej ródło: [4].

POLSKIE STOWARZYSZENIE ZARZ DZANIA WIEDZ Seria: Studia i Materiały, nr 68, 2014 91 Rys. 7. Prototyp czteroprzewodowego czujnika zu ycia okładziny z przewodami mocowanymi do bocznej powierzchni okładziny ródło: [4]. 6. Strategia sygnalizacji zu ycia granicznego Nadzorowane diagnostycznie okładziny cierne podlegaj stopniowemu zu yciu degradacji. Przekroczenie warto ci granicznych zu ycia nie powoduje natychmiastowych skutków negatywnych i nie jest zauwa alne przez kierowc w postaci nagłego zmniejszenia skuteczno ci hamowania. Dla tego typu przebiegów, w których pojawienie si uszkodzenia nie powoduje natychmiastowych reakcji, wskazane jest ustalenie z maksymalnym prawdopodobie stwem, e usterka wyst piła. Unikamy przez to wyst pienia tzw. bł dów typu alfa, czyli fałszywych alarmów, to znaczy sygnalizacji niesprawno ci, podczas gdy obiekt jest sprawny. Takie bł dy powoduj zwi kszone koszty niepotrzebnych przegl dów i przestojów. Podwa aj zaufanie do producenta pojazdu i systemu diagnostyki pokładowej. Dla układów degraduj cych si stopniowo mo e by stosowana strategia potwierdzenia symptomu SPS, lub strategia redniej krocz cej z wag [9]. W strategii SPS, w diagnostyce samochodowej, sygnalizacja uszkodzenia nast puje dopiero w drugim cyklu jezdnym, w którym powtórzyła si usterka stwierdzona w cyklu pierwszym. Procedura wykrywania zu ycia okładzin jest procedur warunkow, to znaczy stan okładzin mo e by kontrolowany w cyklu jezdnym, w którym wyst piło hamowanie. W praktyce, w czasie trwania jednego cyklu jezdnego mo e wyst pi wiele hamowa, czyli wiele wyników badania diagnostycznego. W przypadku wykrycia symptomu uszkodzenia, czyli granicznego zu ycia okładziny, system diagnostyczny zapami tuje kod uszkodzenia (kod bł du oczekuj cego) i pr dko pojazdu, przy której wykrył usterk. Kierowca nie jest powiadamiany o tym wykryciu, nawet w sytuacji powtórzenia si wyniku negatywnego w tym cyklu. Je eli symptom tego samego uszkodzenia tej samej okładziny został wykryty w nast pnym cyklu jezdnym, to jest zapami tywany kod bł du zarejestrowanego i uaktywniana jest sygnalizacja wietlna błyskowa, w kilku sekwencjach po kilka impulsów wietlnych. W nast pnych cyklach jezdnych sygnalizacja jest wł czana po wł czeniu zapłonu i ga nie po ruszeniu i przekroczeniu około 8 km/godz. Je eli w nast pnych cyklach jezdnych z hamowaniem symptom tego uszkodzenia nie został wykryty, to sygnał wietlny zostaje wył czony, ale kod bł du zarejestrowanego jest pami tany.

92 Andrzej Gajek Prognozowanie zu ycia okładzin ciernych hamulców tarczowych w procesie eksploatacji pojazdów samochodowych 7. Podsumowanie Podstawowe cele prognozowania diagnostycznego to: szacowanie czasu lub przebiegu do osi gni cia warto ci granicznej obserwowanego parametru, oszacowanie parametru diagnostycznego dla zadanego horyzontu diagnozy. W opracowanej metodzie osi gni to cel pierwszy, to znaczy mo liwo oszacowania przebiegu pojazdu do koniecznej wymiany okładzin hamulcowych. Szybko zu ywania si okładzin hamulcowych zale y przede wszystkim od techniki jazdy oraz od warunków u ytkowania pojazdu. Z tego powodu wyst puj bardzo du e rozbie no ci w przebiegach samochodów do wymiany okładzin. Zalet proponowanego czujnika jest mo liwo indywidualnej oceny intensywno ci zu ywania si okładzin w samochodzie, z uwzgl dnieniem warunków jego u ytkowania i stylu jazdy kierowcy. Wiarygodne przewidywanie terminu koniecznej naprawy jest szczególnie istotne przy u ytkowaniu pojazdu na dalekich dystansach i pozwala unikn nieprzewidzianych, a koniecznych obsług podczas długich podró y. Opracowana zasada działania czujnika stanu okładziny pozwala oszacowa intensywno jej zu ywania i na tej podstawie prognozowa przebieg pojazdu do wymiany okładzin oraz zasygnalizowa zu ycie graniczne okładziny. Opracowane rozwi zanie pozwala rozszerzy dotychczasowy zakres diagnostyki pokładowej układu hamulcowego obejmuj cy elementy elektryczne układu ABS, na elementy mechaniczne tego układu. Bior c pod uwag du e roczne przebiegi samochodów, kontrola pokładowa jest wa nym uzupełnieniem okresowych, stacjonarnych bada hamulców w stacji kontroli pojazdów. Bibliografia 1. Cempel Cz., Tabaszewski M.: Zastosowanie teorii szarych systemów do modelowania i prognozowania w diagnostyce maszyn. Diagnostyka 42/2007. 2. Gajek A.: System diagnostyki pokładowej układów hamulcowych pojazdów samochodowych. Polskie Towarzystwo Diagnostyki Technicznej przy Wydziale Nauk Technicznych PAN. Diagnostyka. Zeszyt 1(45)/2008. 3. Gajek A.: Patent: Czujnik zu ycia okładzin ciernych, zwłaszcza okładzin hamulca tarczowego. Nr P 385990/2013. 4. Gajek A.: Konstrukcja czujnika zu ycia okładziny badania własne, Politechnika Krakowska, Kraków, 2011. 5. Gajek A., Walczak St.: Analiza mo liwo ci oceny współczynnika przyczepno ci mi dzy kołem a jezdni podczas hamowania prostoliniowego. Archiwum Motoryzacji, nr 2/2006. Polskie Towarzystwo Naukowe Motoryzacji, Warszawa 2006. 6. Gronowicz W.: Brake pad wear sensor. US Pat. 6302241. 10/2001. 7. Gustafsson F.: Slip-Based Tire-Road Friction Estimation. Automatica, 33/1997. 8. Jaworski J.: Materiały cierne hamulców i sprz gieł. WKŁ, W-wa 1986. 9. Merkisz J., Mazurek St.: Pokładowe systemy diagnostyczne pojazdów samochodowych OBD. WKŁ, W-wa 2007. 10. Tabaszewski M.: Metody doboru modeli prognostycznych w automatycznych systemach diagnostycznych. Diagnostyk, 30/2004. 11. Tylicki H.: Problemy rozpoznawania stanu maszyn. Diagnostyka, 30/2004.

POLSKIE STOWARZYSZENIE ZARZ DZANIA WIEDZ Seria: Studia i Materiały, nr 68, 2014 93 12. Disc Brake description and function. KNORR-BREMSE 2007. 13. Pneumatic disc brake. KNORR BREMSE 2007, 2013. 14. Continuous wear sensor for air disc brakes. WABCO. www.wabco-auto.com. 15. Brake pad wear indicator for disc brakes with trailers EBS. www.wabco-auto.com. 16. TEBS E. Elektroniczny układ hamulcowy do przyczep WABCO, 2012, www.wabco.info. 17. Vario Compact ABS 2 nd generation, WABCO2007. www.wabco-auto.com. 18. European Braking Systems www. europeanbrakingsystems.co.uk. PREDICTION OF THE DISC BRAKE PADS WEAR DURING EXPLOITATION OF THE VEHICLES Summary The paper presents the possibilities of the diagnostic prediction of the automotive systems. The construction and principle of the disc brake pads wear sensor operation is shown. The algorithm of the mileage calculation to the boundary wear of the brake pads is presented. The strategy of the brake pads wear signalization is shown. The method allows to calculate the intensity of the brake pads wear and to calculate the mileage to the necessity replacement of the pads. Proposed method allows to extend the on board diagnostics system on the mechanical parts of the brakes. Keywords: diagnostic, prediction, brakes, sensors, wear Andrzej Gajek Instytut Pojazdów Samochodowych i Silników Spalinowych Politechnika Krakowska email: gajeka@mech.pk.edu.pl Praca zrealizowana w ramach tematu nr M-4/84/2013/DS. z dotacji MNiSzW