Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ современных методов диагностирования и испытаний электрооборудования автомобиля
1.1. Методы эксплуатационной диагностики 11
1.2. Техническая диагностика 22
1.3. Цель и задачи исследования 27
2. Комплексные исследования переходных процессов в электрических цепях автомобильного электрооборудования 28
2.1. Классификация автомобильного электрооборудования 29
2.2. Подробный анализ переходных процессов в электрических цепях автомобильного электрооборудования при коммутации 30
2.3. Разработка метода диагностирования электрооборудования автомобиля 36
2.4. Разработка алгоритма диагностирования электрооборудования автомобиля 39
2.5. Выбор технических средств диагностирования 42
2.6. Выводы 44
3. Экспериментальные исследования 46
3.1. Объект исследования и его технические характеристики 46
3.2. Постановка задачи и выбор плана экспериментального исследования, описание лабораторной установки и разработка программы эксперимента 56
3.3. Экспериментальное диагностирование модуля зажигания 62
3.4. Выводы 72
4. Статистический анализ и рекомендации по использованию диагностического комплекса 73
4.1. Статистические характеристики измерительного процесса 73
4.2. Метод статистической оценки пригодности измерительного процесса 78
4.3. Статистическая оценка экспериментального диагностирования 97
4.4. Выводы 103
Основные выводы и результаты 104
Литература 106
Приложения 114
- Методы эксплуатационной диагностики
- Подробный анализ переходных процессов в электрических цепях автомобильного электрооборудования при коммутации
- Постановка задачи и выбор плана экспериментального исследования, описание лабораторной установки и разработка программы эксперимента
- Метод статистической оценки пригодности измерительного процесса
Введение к работе
Актуальность темы. Жесткая конкурентная борьба в автомобильной промышленности требует непрерывного совершенствования систем управления и контроля качества продукции. Одним из методов повышения качества, а значит и конкурентоспособности отечественного автомобиля, как на внутреннем, так и на мировом рынке, является применение сплошного выходного контроля. Однако, в условиях массового производства автомобилей, когда производительность лимитирована ритмом сборочного конвейера, в виду длительности процесса диагностирования всего комплекса автомобильного электрооборудования, сплошной выходной контроль его качества существенно затруднен.
Таким образом, становится актуальной важная научно-техническая задача повышения качества и оперативности диагностирования автомобильного электрооборудования, решение которой позволит ввести сплошной выходной контроль в массовом производстве, обеспечивая выпуск качественной продукции в отечественном автомобилестроении.
Цель работы - повышение качества и оперативности диагностирования автомобильного электрооборудования путем использования параметров переходных процессов.
Задачи исследований, обеспечивающие реализацию поставленной цели:
Методы эксплуатационной диагностики
Блоки ВБГ проверяются подсоединением концов омметра к шине "+" (или "-") и корпусам теплоотводов или выводам, предназначенным для подсоединения обмоток фаз (рис. 1.5, б).
Для автомобильного стартера наиболее характерными являются следующие неисправности: замыканий между собой секций ротора и пластин коллектора, замыкания обмоток якоря на корпус, короткозамкнутых секций [4,5]. Диагностируются они на специализированных стендах Э236 или Э242 (рис. 1.2, табл. 1.1) аналогично генераторной установке, но также в разобранном виде. Для испытания электростартера применяются также стенды Э240, Э211, 532М.
Вопросы диагностирования систем зажигания подробно рассматривались в работах Блохина О.Л., Вишнякова В.В., Махновского Е.Е., Ютта В.Е., Вишнякова В.В. и других исследователей. Основной метод диагностирования контактных систем зажигания заключается в сравнении переходных процессов, происходящих в различных узлах, с эталонными. Идея метода состоит в том, что характерные кривые напряжений переходных процессов выводят на экран осциллографа и, сравнивая полученные формы кривых с эталонными, выявляют практически любую неисправность системы. Для облегчения анализа изображений осциллограф снабжается специальным устройством, позволяющим получать на экране одновременно несколько изображений (по числу цилиндров двигателя), развернутых на весь экран и расположенных друг над другом или наложенных друг на друга. По осциллограммам можно определить техническое состояние катушки зажигания, конденсатора, первичное и вторичное напряжение, угол замкнутого и разомкнутого состояний контактов прерывателя и др. Широко распространенным стендом для диагностирования систем зажигания является стенд СПЗ-12М [3,6-8]. Наблюдая на экране осциллографа за кривыми изменения напряжение в системе, можно с определенной точностью судить как о состоянии контактной системы зажигания в целом, так и об отдельных элементах.
На рис. 1.6 приведены эталонная кривая напряжения на контактах прерывателя (а) и соответствующая ей кривая напряжения на вторичной обмотке катушки зажигания (б).
К несомненным преимуществам этого метода следует отнести удобство и быстроту диагностирования, поскольку для диагностирования не требуется демонтировать элементы систем зажигания с автомобиля. Недостатками этого метода, очевидно, являются необходимость высокой квалификации оператора - диагноста и неоднозначность диагноза, которая объясняется одинаковыми изменениями в осциллограммах при различных неисправностях элементов систем зажигания.
Для диагностирования бесконтактных систем зажигания (БСЗ) использование метода, основанного на сравнении осциллограмм переходных процессов с эталонными, не дает однозначного ответа о техническом состоянии данных систем. Это связано, прежде всего, с тем, что процессы, происходящие в электронных блоках, в указанных осциллограммах не проявляются. Более того, наличие неисправностей в электронных блоках, приводящих к полному нарушению функционирования системы зажигания, исключает применение осциллограмм вообще. Поэтому для обеспечения достоверной оценки технического состояния БСЗ существующая диагностическая аппаратура должна комплектоваться специальными средствами технического диагностирования электронных блоков (коммутатора, контроллера и т. д.). Применение электронных блоков в системе зажигания позволит осуществить систему тестового диагностирования, т. е. специальную организацию входных воздействий с одновременной регистрацией выходных ответов блоков. Система тестового диагностирования позволяет производить поиск и локализацию неисправностей в системе зажигания даже при неработающем двигателе. Разработан ряд устройств и приборов для диагностирования электронных блоков и связанных с ними датчиков бесконтактных систем зажигания. К ним относятся: прибор проверки коммутатора (ППК), тестер микропроцессорной системы зажигания (тестер МСУАД), многофункциональный прибор контроля коммутатора (ПКК) и прочие мотор - тестеры. Как правило, мотор - тестеры комплектуются диагностическими таблицами и графиками. Так, например, для мотор - тестеров чешского производства JT 300.1, JT 251 A, JT 254, JT 302 даны параметры диагностирования вторичной цепи катушки зажигания, приведенные в таблице 1.2 [88]. Таблица 1.2
Подробный анализ переходных процессов в электрических цепях автомобильного электрооборудования при коммутации
При приемосдаточных испытаниях и оценке надежности готовой продукции, а также диагностировании электрооборудования в условиях производства, выборочный контроль является основным, но не единственным методом. В условиях опытного и серийного производства автомобилей комплекс электрооборудования может быть подвергнут и сплошному контролю.
В настоящее время все ведущие автомобильные компании применяют статистические методы для анализа и контроля качества произведенной продукции. В действующей системе международных стандартов статистические методы объединяются аббревиатурой «SPC» от англоязычного термина «Statistical Process Control» (статистический контроль управления процессом). Успешно внедряются методы SPC на ОАО «АВТОВАЗ», расширяется сфера их применения. Активно разворачиваются работы по внедрению идеи статистического приемочного контроля, понятной и обоснованной в документах стандартов серии ISO 9000 идеологии построения взаимоотношений между производителем продукции и ее потребителем.
В связи с этим выявляется актуальность разработки нового метода диагностирования электрооборудования, исключающего указанные ранее недостатки. Разработке такого метода и предполагается посвятить данное научное исследование.
Выполненный анализ современных методов диагностирования электрооборудования автомобиля позволяет сформулировать цель диссертационной работы как повышение качества и оперативности диагностирования автомобильного электрооборудования путем использования параметров переходных процессов. Для достижения поставленной в работе цели необходимо решить следующие задачи: - провести анализ современных методов диагностирования электрооборудования автомобиля; - провести комплексные исследования переходных процессов в электрических цепях автомобильного электрооборудования и разработать метод и алгоритм его диагностирования; - разработать устройство, реализующее новый алгоритм диагностирования и провести его экспериментальные исследования; - оценить пригодность нового метода диагностирования с помощью статистического анализа и дать рекомендации по его применению. электрических цепях автомобильного электрооборудования Переходный процесс в электрической цепи возникает в том случае, если появляются причины, стремящиеся изменить величину запаса электрической энергии в этой цепи. Электрическая энергия может быть запасена в форме магнитного или электрического поля; таким образом, лишь при наличии в электрической системе реактивности (индуктивности, емкости или той и другой вместе) возможен переходной процесс. Сущность этого процесса состоит в том, что новое энергетическое состояние системы, вызываемое причинами, изменяющими запас энергии, не может возникнуть сразу, т. е. одновременно с возникновением этих причин, а значит, не может следовать во времени закону их изменения. Поэтому закон изменения электрического состояния системы отличается от закона изменения причины, вызвавшей этот процесс. Также он отличается и от закона, который описывает конечное состояние системы. Таким образом, рассматриваемый процесс является промежуточным, переходным между начальным и конечным состояниями системы. Неизбежность существования переходного процесса при наличии в цепи реактивностей следует из того, что изменение электрического или магнитного поля не может происходить мгновенно, а, следовательно, величина запасаемой энергии не может изменяться мгновенно. Изменение запаса электрической энергии возможно осуществить как изменением приложенного к электрической цепи напряжения, так и путем изменения величины любого из параметров этой цепи (в том числе и активного сопротивления). Таким образом, установившийся процесс в электрической цепи — процесс, происходящий в ней спустя такой промежуток времени после последнего изменения ее состояния (изменение величины приложенного напряжения или параметров цепи), что при принятой точности измерения можно пренебречь затухающей частью процесса. Запас энергии в цепи при установившемся процессе остается постоянным в любой момент времени. Переходный (или неустановившийся процесс) — процесс, возникающий в электрической цепи при переходе от одного установившегося состояния к другому в результате изменений величины приложенного напряжения или значений параметров цепи. Как было указано выше, при наличии переходного процесса форма выходного сигнала отличается от формы входного сигнала, однако это отличие не всегда является достаточным признаком переходного процесса.
Постановка задачи и выбор плана экспериментального исследования, описание лабораторной установки и разработка программы эксперимента
Работа оператора с программным обеспечением (ПО) носимого пульта осуществляется в режиме диалога.
При тестировании устройств электрооборудования ПО выдает команды на включение устройства, а оператор выполняет их. На экран выводится индикатор выполнения текущего теста. ПО запускает модуль тестирования, который производит измерение параметров, в соответствии с методикой тестирования текущего устройства электрооборудования. Проводит требуемый расчет, сравнивает измеренные и/или вычисленные величины с предельными значениями и записывает результат теста. По окончании теста ПО дает команду на выключение устройства и включение следующего. Тестирование электронных систем управления (электронной системы управления двигателем (ЭСУД), электроусилителя рулевого управления (ЭУРУ), системы автоматического управления климатической установкой (САУКУ) и др.) и их компонентов происходит в фоновом режиме и начинается с момента подключения адаптера автомобильных интерфейсов к колодке диагностики автомобиля. Технология заключается в следующем: считываются идентификационные данные контроллера системы управления; идентификационные данные проверяются на соответствие комплектации автомобиля; считывается память кодов неисправностей; тестируются датчики систем управления; производится запись идентификационных характеристик автомобиля; производится запись кода разблокировки в контроллер системы надувной подушки безопасности; производится активация регистратора параметров эксплуатации двигателя и автомобиля в контроллер ЭСУД; тестируются компоненты системы управления, управление которыми возможно по диагностическому протоколу. Этот процесс, в основном, происходит без участия оператора. При необходимости ПО выводит команду оператору на дисплей носимого пульта для проведения каких-либо действий. работоспособности разработанного диагностического комплекса, подтверждение теоретических выводов и получение экспериментальных данных для дальнейшего статистического анализа. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: - провести тестовое диагностирование заведомо исправного и неисправного изделий автомобильного электрооборудования с помощью диагностического комплекса и лабораторной установки, и оценить погрешность полученных результатов; - провести серию тестов одного и того же изделия (пяти образцов) с помощью диагностического комплекса (двумя операторами), и по полученным данным построить контрольные карты измерительного процесса. Для применения теории планирования эксперимента примем следующие допущения: - функция отклика содержит в своем составе неслучайную и случайную составляющие (Многие показатели качества автоматизированных систем обработки информации носят случайный характер. Это требует многократного повторения опытов в одних и тех же условиях в целях получения статистически устойчивых результатов, а получаемые оценки показателей должны обладать свойствами состоятельности, эффективности, несмещенности и достаточности. Оценки типовых показателей формируются путем усреднения результатов наблюдений. Поэтому при достаточно большом количестве наблюдений можно считать, что случайная составляющая распределена по нормальному закону с нулевым математическим ожиданием, что позволяет получить несмещенную оценку математического ожидания функции отклика в конкретной точке плана. Результаты, полученные путем усреднения повторных опытов в каждой точке плана, также представляют собой независимые, нормально распределенные случайные величины); - факторы эксперимента измеряются с пренебрежительно малой ошибкой по сравнению с ошибкой в определении величины отклика (Ошибка в определении значения функции отклика объясняется не столько погрешностью измерений, сколько влиянием на результат работы системы неучтенных или случайных факторов); - дисперсии среднего значения функции отклика в различных точках равны друг другу, то есть выборочные оценки дисперсии однородны. Указанные допущения позволяют использовать для расчетов коэффициентов полинома отклика метод наименьших квадратов, который дает эффективные и несмещенные оценки коэффициентов и обеспечивает простоту проведения расчетов. План эксперимента выбираем с использованием каталога планов близкий к оптимальному, а именно рототабельный второго порядка [38,39].
Метод статистической оценки пригодности измерительного процесса
Под измерительным процессом подразумевается не только средство измерения, а совокупность измеряемого образца, средств измерительной техники и другого оборудования, оператора, окружающей среды и соответствующей методики выполнения измерений [68].
Статистический анализ измерительных процессов проводится на основании данных, полученных в результате специально проводимого экспериментального исследования, заключающегося в многократном измерении образцовых деталей различными операторами.
Перед проведением исследования измерительного процесса все средства измерительной техники, входящие в состав измерительного процесса, должны пройти поверку (калибровку). Разрешающая способность прибора должна позволять осуществлять измерение с точностью, равной, по крайней мере, одной десятой ожидаемой изменчивости характеристики процесса (ширины поля допуска на измеряемый параметр).
Отбор образцов автомобильного компонента необходимо выполнять в соответствии со следующими требованиями: - образцы должны быть отобраны из значимого цикла производства; - образцы должны наиболее полно представлять весь существующий диапазон изменчивости параметра автомобильного компонента. При выборе операторов, осуществляющих сбор данных об измерительном процессе, следует, по возможности, привлекать как операторов, имеющих большой стаж работы, так и новых операторов, чтобы при исследованиях получить наибольшую изменчивость результатов измерений разными операторами. Заключение о приемлемости измерительного процесса выдается на основании оценивания его статистических характеристик: - изменчивости результатов измерений (выраженной количественно через дисперсионные характеристики результатов измерений); - изменчивости измеряемого параметра (выраженной через аналогичные дисперсионные характеристики, либо через допуск на параметр). Первоначальное оценивание статистических характеристик измерительных процессов для параметров автомобильных компонентов, а также параметров процессов их производства осуществляется в следующем порядке (рис. 4.7): - исследование измерительного процесса на стабильность; - в случае если измерительный процесс нестабилен - устранение особых причин изменчивости, внесение соответствующих изменений в процесс измерения; - оценивание смещения и линейности смещения измерительного процесса; - оценивание сходимости и воспроизводимости результатов измерений; - в случае неприемлемых сходимости и воспроизводимости результатов измерений - анализ причин повышенной изменчивости, проведение корректирующих действий, повторное оценивание сходимости и воспроизводимости; подготовка отчета об анализе измерительного процесса. При достаточно высокой разрешающей способности измерительной системы результаты серии повторных измерений подвержены значительному, отчетливо наблюдаемому рассеиванию. Причем, если измерительный процесс находится в стабильном статистически контролируемом состоянии, то рассеивание, как правило, подчиняется закону, близкому нормальному. На этом основании для статистической обработки и анализа результатов повторных измерений используется статистические методы и приемы обработки выборки из нормальной совокупности. Основное содержание решаемых при оценке пригодности измерительного процесса задач сводится к оценке параметров распределения, оценке однородности совокупности и ее подгрупп, корреляционному и регрессионному анализу взаимосвязей между случайными величинами. Для большей простоты и оперативности анализа измерительных и контрольных процессов непосредственно в производственных подразделениях применяются контрольные карты, например карта Шухарта. Для оценки стабильности измерительного процесса применяются контрольные карты средних и размахов (контрольные карты Шухарта). Образец автомобильного компонента, отобранный для оценки стабильности измерительного процесса, должен удовлетворять следующим требованиям: — образец должен быть отобран из значимого цикла производства; - значение измеряемого параметра отобранного образца должно быть близко к середине поля допуска на него. В зависимости от специфики измерительного процесса, временных и денежных затрат на него, определяется периодичность проведения измерений параметра образца (ежедневно, ежемесячно, ежечасно и т.д.), а также необходимое количество измерений Q (от трех до десяти раз) в одном цикле измерений. Рекомендуемое количество циклов измерений (для получения достоверных свидетельств стабильности измерительного процесса во времени) Т=25. Однако, возможно уменьшение числа циклов (с целью сокращения времени эксперимента), но не менее 10. По окончании эксперимента массив данных должен содержать ровно Т циклов повторных измерений образца по Q измерений (попыток) в каждом, в котором каждое значение xjk - результат к-ого измерения (попытки) образца в /-цикле. Таким образом, индекс / обозначает номер цикла измерений и изменяется от 1 до Т, к - обозначает номер измерения (попытки) образца в цикле и изменяется от 1 до Q.
