ENGINEERING AND TECHNOLOGY IN TRANSPORT Diagnostics and repair
Вибрацията в автомобила е доста често срещан проблем. Независимо дали карате нова кола или употребявано превозно средство, може да дойде момент, в който да започнете да усещате странни вибрации, звуци, удари и поднасяне по време на шофиране. Поправката може да бъде нещо сравнително евтино и просто, като завъртане на гума или баланс. Или може да сигнализира за по-сериозни проблеми с автомобила – нещо по-скъпо, като проблеми с кормилното управление или окачването. Диагностицирането на проблемите в ранните им етапи може да ви спаси от по-големи проблеми с колата (и по-големи сметки за ремонт) по пътя.
Спрете, погледнете и се вслушайте
Въпреки че има много възможни причини за вибрации, наблюдението при какви условия се случва вибрацията ще помогне на вас и вашия механик да откриете източника на проблема. Ето някои неща, които трябва да търсите:
- Влошава ли се вибрацията с увеличаване на скоростта?
- Само при определени скорости ли става? Ако да, какви скорости?
- Вибрацията изглежда ли концентрирана?
- Има ли необичаен шум, когато колата се тресе?
- Колата вибрира ли, докато стои неподвижна с работещ двигател?
- Изглежда ли, че движението е концентрирано върху волана?
Нека да разгледаме някои от възможните причини за вибрации.
Проблеми с двигателя
Двигатели, които работят добре и работят гладко на празен ход, показват, че горивото и въздухът, предоставени на двигателя, се смесват при оптимално състояние. Освен това един добре работещ двигател е в състояние да произведе мощността, необходима за работата на жизненоважни системи като охладителната система, кормилното управление, климатика и електрическата система. Грубият празен ход често е това, което кара колата да вибрира. Ако вашето превозно средство има проблеми с празния ход, които причиняват необичайни вибрации или усещане за мудност, иначе известно като груб празен ход, считайте това за вик за помощ от вашия автомобил. Това ви казва, че има компонент, който е повреден или е на път да се повреди и трябва да бъде адресиран скоро. Твърде дългото чакане може да ви остави в безизходица или да се затрудните със скъпи ремонти.
Проблемите с грубия празен ход често водят до лоша производителност, лоша икономия на гориво, затруднено стартиране, високи или ниски обороти и могат да показват сериозни проблеми с двигателя по пътя.
Лоши опори на двигателя
Стойките на двигателя или опорите на двигателя са частите, които поддържат двигателя на вашия автомобил на място. Двигателят е закрепен към шасито на автомобила чрез опори на двигателя, които могат да варират на външен вид в зависимост от размера, формата и здравината, необходими за дадена кола. Стойките на двигателя обикновено са изработени от метал и гума. Металът в стойката на двигателя осигурява структурната цялост, а гумата помага за абсорбиране на вибрациите на двигателя. Разбира се, и двата материала се износват с времето и опорите на двигателя трябва периодично да се сменят. Когато опорите на двигателя са износени, металът вече не осигурява стабилна опора между двигателя и шасито и гумата вече не поема всички вибрации. Това е толкова вероятна причина, колкото и всяка друга, внезапно или постепенно да забележите треперене в предницата на колата си. Ако имате високопроизводителна кола или кола, която е била модифицирана, може да имате високопроизводителни опори на двигателя, които са направени от по-твърд материал и не абсорбират толкова много вибрации. Няма нищо лошо в по-твърдите опори на двигателя, но някои шофьори ги намират за досадни.
Лошите опори на двигателя могат да причинят треперене на автомобила ви, но какво ще стане, ако тези лоши вибрации се появят само когато натиснете спирачките?
Проблем със спирачките
Тези лоши вибрации появяват ли се или се засилват, когато натиснеш спирачките? Ако е така, има голяма вероятност колата ви да работи с изкривен спирачен диск. Дискът може да излезе от форма поради тежко износване – основно прегряване от повече спирания, отколкото може да понесе. Вместо да бъде равномерно плосък по целия път, деформираният диск се повдига или спуска върху част от повърхността си. Челюстите и спирачните накладки, които притискат спирачните дискове, за да накарат колата да спре, не могат да се захванат равномерно към деформиран диск. Следователно, започват вибрации.
Проблеми с полувал и карета
Неуравновесени или огънати оси са друга често срещана причина за вибрациите на автомобила. Осите на вашия автомобил са дългите въртящи се полу валове, които се закрепват към колелата ви и предават мощността от вашата трансмисия към тях. Въпреки че са доста издръжливи, осите могат да бъдат огънати от сблъсъци, или шофиране през неравен път, или през препятствия по пътя. Ако това се случи, ще почувствате как колата ви започва да „блъска“, докато шофирате – и тази вибрация обикновено ще се увеличи по интензитет, докато шофирате по-бързо ( при ускорение). Износените карета попадат в същата категория. Ако „ботушите“ — тези гуми са непокътнати, скобите са сигурни и не изтича смазка, има вероятност те да не са проблемът. Но ако ботушите са скъсани, това означава, че прах и мръсотия от пътя влизат и увреждат ставите.
Разхлабени компоненти на кормилното управление
Компонентите на кормилното управление, подобно на много други части на вашия автомобил, могат да се износят като това се случва толкова постепенно, че вероятно дори няма да забележите. Има много малки движещи се части, които физически свързват вашия волан и четирите колела на земята, и след като тези части започнат да се износват, вашите колела няма да правят точно това, което им казвате. Вашият автомобил все още ще се управлява (при условие, че частите не са напълно изстреляни), но излишната хлабина в тази сложна мрежа може да причини вибрации.
Небалансирани колела
Понякога не гумите на вашия автомобил, а по-скоро колелата, на които са монтирани гумите, карат вашия автомобил да вибрира при шофиране. Небалансираните колела са често срещана причина за вибрациите на автомобила и въпреки че това е труден проблем за диагностициране, сравнително евтино е да ги проверите и балансирате. Потенциалните проблеми включват неправилен баланс на колелата и гумите, неравномерно износване на гумите, отделен протектор на гуми, гуми с кръгла форма, повредени колела и дори разхлабени гайки. Много от тези проблеми могат да бъдат избегнати чрез рутинни прегледи на автомобила, като визуална проверка на колелата и гумите, проверка и регулиране на налягането в гумите и проверка на стегнатостта на гайките. Вашият редовен график за поддръжка трябва да включва поддържане на правилното налягане в гумите, завъртане на гумите и балансиране на колелата. Подравняването на колелата също трябва да се извършва на подходящи интервали.
Проблеми с гумите
Пълният списък от начини, по които проблемите с гумите могат да допринесат за тресенето, тракането и преобръщането на вашето превозно средство, е дълъг. Но ето само някои от основните:
Колата вибрира при определени скорости — изисква баланс на гумите
Гумите имат отделен протектор — изисква смяна на гумата
Неравномерно износване на гумата — изисква завъртане на гумата.
Гумите не са кръгли и се търкалят неравномерно — изисква смяна
на гумите.
Гумите с ниско съпротивление при търкаляне, известни още като гуми с нисък профил , стават все по-често срещани заедно с нарастването на хибридните автомобили и електромобилите. Тези гуми намаляват съпротивлението, което от своя страна повишава оценката за икономия на гориво на EPA, критична мярка за тези видове превозни средства, особено от маркетингова гледна точка. Въпреки това, гумите с ниско съпротивление при търкаляне са по-твърди, отколкото повечето шофьори са свикнали, и просто не са приятни за шофиране, защото не поемат голяма част от несъвършенствата на пътя. Въпреки че те също се наричат гуми с нисък профил, този термин може да бъде объркващ, тъй като „ниският профил“ може да се припише и на други гуми. И в двата случая търсите гуми, които имат по-малко материал или по-твърд материал и следователно гуми, които са по-малко способни да абсорбират неравностите, дупките и текстурата на пътя. Ако вашият автомобил е оборудван с нископрофилни или високопроизводителни гуми, това може да е източникът на вашия проблем с вибрациите. Най-добре е обаче да елиминирате други потенциални причини.
Проследяване на динамичното поведение на превозно средство
Въведение
Този документ представя подреждането на минимален набор от компоненти за проследяване на динамичното поведение на превозното средство, като се използват интерполирани GPS сигнали, CAN мрежа на превозното средство и MEMS инклинометри и акселерометри, прикрепени към един бордови компютър за оценка на маневреността и производителността на автомобила. Всеки движещ се обект произвежда сила, както е посочено в закона на Нютон, векторът на силата (f) е резултат от комбинирането на вектор на ускорението (a) и масата на тялото (m). Това е прост принцип, който може да достигне важно ниво на сложност, когато се анализира механизъм. Няколко маси, различни ускорения, триене, инерция, взаимодействие на масите или дори температурни промени водят до сложна система от динамични сили. Можем да използваме тези принципи, за да моделираме всяко моторизирано превозно средство, прилагайки допълнителни съображения, като ефектите от взаимодействието между превозното средство и пътя, способността на превозното средство да работи при различни условия на натоварване, броя на пътниците или товара. Обикновено се провеждат динамични проучвания върху пълни превозни средства, за да се анализира ефективността на безопасността, комфорта или управлението. Всяка цел изисква специфично разпределение на инструментите. Съвременните превозни средства имат своите данни за състоянието, които се записват непрекъснато от сензори за динамика на движение и се съхраняват поне временно, за да могат да гарантират функционирането на обичайните в момента системи за сигурност и помощ на водача. Сравнението на стойностите, осигурени от вътрешните сензори за динамика на движение с тези, измерени от утвърдени референтни измервателни уреди в обхвата на проучването, ще покаже, че стойностите на сензорите за динамика са в състояние да осигурят важни референтни точки за движението на превозното средство преди сблъсък, които при традиционните реконструкции на произшествия обикновено се определя само чрез оценка.
Цел на анализа
Ефективност на управление – това е резултат от входните данни на кормилното управление на превозното средство, определени от теглото на превозното средство, размерите, механичните свойства на гумата, окачването, рамките на превозното средство и разпределението на теглото между осите. Следователно, редица измервания на ефективността могат да бъдат компилирани, за да се оцени ефективността на маневреността на превозните средства. Най-широко използваните измервания на производителността, свързани с геометричните изисквания, са:
Излизане от следите – всеки път, когато превозно средство с повече от една ос се завърти, задните колела не успяват да следват точния път на предните колела. Проследяването измерва максималното разстояние между траекториите на управляващата ос и оста на задните колела.
Конфигурация на автомобила
Физическите характеристики на автомобила определят неговото динамично поведение. Най-широко признатите ключови фактори са:
Балансиране на ресорната маса
Деформация, причинена от страничната сила
Деформация, причинена от надлъжни сили
Напрежения
Деформация, причинена от динамичните вертикални натоварвания
Подравняване на колелата
Надлъжни сили
Разпределение по осите на ресорната маса
Разпределение по осите на неокачената маса
Разпределение по центъра на тежестта
Разстояние между осите
Център на баланса
Твърдост на волана
Структурна твърдост
Аеродинамични характеристики
Що се отнася до комфорта, основната разлика между пътническия автомобил и тежкотоварния камион е, че седалката на водача на тежкотоварния камион обикновено се поддържа от пасивно окачване, което отговаря за изолирането на вибрациите от пода на кабината. Докато пътническите автомобили са проектирани да осигурят пълен комфорт в кабината. Идентифицирането на влиянието на конкретен компонент в цялостната динамична реакция на автомобила е сложна задача, която изисква специални конфигурации на сензори, за да се измери взаимодействието му.
CAN мрежа
В автомобилната електроника блоковете за управление на двигателя, сензорите, противоплъзгащите (ABS,ESP ) и др. системи са свързани с помощта на CAN битрейт до 1 Mbit/s. Това е издръжлива и икономична мрежа, която позволява на няколко устройства да комуникират и позволява на ECU да имат един интерфейс CAN вместо различни аналогови и цифрови входове за всяко устройство в системата. В зависимост от модела и производителя на автомобила, CAN мрежата може да бъде полезна за събиране на данни за параметрите на спирачните системи, включително антиблокиращи спирачни системи (ABS), скоростно оборудване, системи за управление, окачване и гуми. Тези комбинирани данни могат да се използват, за да се възползват от сензорите на превозното средство, за да се включи по-пълна информация относно динамиката на превозното средство във връзка със събитията, свързани с работата на превозното средство.
Обработка на сигнала
Използването на техники за анализ на честотата и времето може да помогне за получаване на по-широка визия за дизайна и работата на превозното средство. Честотният анализ например често се използва за характеризиране на отговорите на няколко компонента към съответен честотен спектър, например пътни условия за система на окачване, вибрации на двигателя и т.н. В зависимост от отговора на компонента е възможно да се коригира поведението му. Тези корекции се правят, за да се подобри желаната характеристика или да се координира отделният компонент към мрежа от взаимосвързани компоненти. Има сериозен проблем, когато се изучават количеството и взаимодействието. Автомобилните системи се характеризират с огромно количество малки системи, които взаимодействат и влияят на работата на автомобила. Всички подсистеми взаимодействат по полунезависим начин, следователно трябва да се намери подходящо свързване, което да не възпрепятства нейната работа или да повлияе на работата на други подсистеми. Добрият дизайн трябва да вземе предвид всички възможни работни състояния между компонентите и да ги коригира, за да улесни цялостната работа на системата. Честотният анализ обикновено се прилага към механични системи, въпреки че това не е единствената система, която може да бъде изследвана по този начин. Класически пример е системата за окачване, при която различни честоти могат да бъдат усетени от пътника и/или конструкцията. Следователно получаването на информация, която може да се използва за постигане на оптимален дизайн между механични характеристики и комфорт на пътниците, е задължително. От друга страна, техниките за анализ на времето могат да се прилагат за събиране на информация, която честотният анализ не може да получи. Техниките за анализ на времето могат да предложат проницателен поглед върху системата. Основната разлика между времевия и честотния анализ е начинът, по който се разглеждат системите. При честотен анализ отговорът на системата към добре познат вход може да бъде изследван, като системата остава като „черна кутия“.
В съвременните методи за анализ на времето, известни още като анализ на пространството на състоянието, системата се моделира като цяло, т.е. всички нейни части се вземат предвид при създаването на математическо представяне на системата или подсистемата. По този начин може да се установи какво се случва вътре в системата до степен и чрез използване на иновативни математически изчисления, познаване на състоянието, за да се разберат променливи, които иначе биха били невъзможни за разбиране, всички от които могат да повлияят и да бъдат повлияни от входните данни на системата от операторите и текущата среда. Цялата тази информация може да се използва за проектиране, анализ и контрол на работата на цялата система. Може да се каже, че техниките за времеви и честотен анализ се допълват и че чрез съвместното им използване е възможно да се получат по-стабилни и сигурни автомобилни системи.
Постановка
Автомобилът ще бъде оборудван с външни измервателни инструменти, като целта е да бъде записан регистъра на активността на сензорите на преносим компютър по време на движение, и данните от измерванията да бъдат графично представени и сравнени с референтните данни – такива които са представени от производителя на превозното средство. При този тест посредством CAN мрежата, ще бъдат получени и данни за оборотите на двигателя, скоростта на колелата, ъгълът на отклонение, ъгъл на наклон и вертикално и странично ускорение. Позоваването на динамичните резултати към събитията на шофиране на превозно средство е полезно, за да се разбере връзката им, за изследователски, образователни цели или за разработване на нови системи за активна безопасност.
