Стенд для диагностирования автоматической коробки переключения передач транспортного средства
Полезная модель относится к автоматическим системам переключения передач транспортных средств и, в особенности, к стендам диагностирования автоматических или полуавтоматических систем переключения передач транспортных средств. Задачей полезной модели - является расширение функциональных возможностей, за счет: увеличения количества диагностируемых параметров АКПП транспортного средства; возможность его использования для диагностирования АКПП транспортного средства, как в стационарных условиях, так и в процессе его эксплуатации по статическим характеристикам измеряемых параметров, т.е. универсальность стенда; повышения качества диагностирования параметров и быстродействия их считывания и обработки ввиду использования вычислительной математики при анализе измеряемых параметров. Задача достигается тем, что стенд для диагностирования автоматической коробки переключения передач транспортного средства, содержащий датчики диагностируемых параметров, вычислительно-измерительный блок с интерфейсом на выходе, отличающийся тем, что вычислительно-измерительный блок стенда выполнен в трехуровневой микропроцессорной архитектуре построения и содержит верхний, средний и нижний уровень, верхний уровень содержит промышленную ЭВМ, средний уровень содержит блок обработки информации группы автоматической коробки переключения передач, а нижний уровень устройство контроля параметров автоматической коробки переключения передач, причем средний уровень содержит до четырех подблоков обработки информации в зависимости от числа групп автоматической коробки переключения передач и включает в себя микроконтроллер, память энергонезависимую EEPROM, устройства согласующие, предназначенные для согласования сигналов датчиков тока и напряжения группы; высокоскоростной CAN-трансивер, который обеспечивает интерфейс между CAN-протоколом контроллера и физической шиной и предназначен для межуровнего обмена информацией и блок памяти, причем датчики, диагностируемых параметров, через соответствующие устройства согласующие соединены со входами микроконтроллера, к соответствующим входам которых подключены энергонезависимая память EEPROM, высокоскоростной CAN-трансивер, а нижний уровень включает до ста двадцати шести устройств контроля параметров автоматической коробки переключения передач в зависимости от числа автоматических коробок переключения передач, который содержит датчики, диагностируемых параметров, микроконтроллер, память энергонезависимую EEPROM, высокоскоростной CAN-трансивер, блок питания, устройства согласующие, причем датчики диагностируемых параметров через соответствующие устройства согласующие соединены со входами микроконтроллера, к соответствующим входам которых подключены энергонезависимая память EEPROM, а на выход высокоскоростной CAN-трансивер, подключенный к высокоскоростному CAN-трансиверу среднего уровня.
Полезная модель относится к автоматическим системам переключения передач транспортных средств и, в особенности, к стендам диагностирования автоматических или полуавтоматических систем переключения передач транспортных средств.
Известна система и способ управления коробкой передач транспортного средства [Заявка RU 
94039280, В60К 20/00, 10.08.1996], содержащей двигатель с управлением от топливного дросселя, многоступенчатую коробку передач с ведущим валом и ведомым валом, причем коробка передач включает несколько избирательно включаемых передаточных чисел, нежесткую муфту сцепления, расположенную как привод между двигателем и коробкой передач, первый датчик для выдачи первого входного сигнала, показывающего скорость вращения ведущего вала, второй датчик для выдачи второго сигнала, указывающего скорость вращения ведомого вала, средства определения применяемого передаточного числа, исполнительный механизм коробки передач для управления переключением передач и центральный процессорный блок для приема первого и второго сигналов и для их обработки с определением передаточного числа в соответствии с заранее установленными логическими правилами для того, чтобы выдавать сигналы команд, центральный процессорный блок, включающий средства для сопоставления входного сигнала, указывающего скорость вращения ведущего вала с произведением входного сигнала, указывающего скорость вращения ведомого вала на определенное передаточное число для определения результата сопоставления и для управления системой переключения передач на основании результата этого сравнения.
Недостатком данного устройства является ограниченные его возможностями, так как с его помощью невозможно осуществлять диагностирование автоматической коробки переключения передач (АКПП), поскольку информация о техническом состоянии АКПП не формируется. Поэтому возникает необходимость в расширении функциональных возможностей устройства путем обеспечения возможности определения состояния АКПП.
Известно устройство для диагностирования транспортного средства [Патент RU 2011562, В60К 41/00, 30.04.1994], которое содержит датчик мгновенного расхода топлива, выполненный в виде датчика положения рейки топливного насоса дизеля, блок определения среднеквадратического отклонения расхода топлива с измерительным прибором постоянного тока, имеющим на своей шкале отметку предельного значения среднеквадратического отклонения расхода топлива, блок определения среднего значения расхода топлива, выполненный в виде двух последовательно соединенных фильтров низших частот со вторым измерительным прибором постоянного тока, имеющим на своей шкале отметку предельного значения среднего значения расхода топлива. Входами блоки подключены параллельно к выходу датчика положения рейки топливного насоса дизеля.
Недостатком данного устройства является ограниченные его возможности, так как с его помощью не производится диагностирование автоматической коробки передач и полная информация о техническом состоянии АКПП в устройстве не формируется.
Известно устройство для диагностирования гидромеханической коробки передач транспортного средства, содержащее датчики давления, переключатель, вычислительно-измерительный блок определения дисперсии, включающий в себя последовательно соединенные элемент определения среднего значения, квадратор, интегратор, измерительный прибор постоянного тока, имеющий на своей шкале отметку предельного значения дисперсии давления [Техническая эксплуатация автомобилей / Под ред. Г.В.Крамаренко. М.: Транспорт, 1983, с.132-133, рис.6.20].
Недостатком данного устройства является ограниченные его возможности, так как с его помощью производится диагностирование только по давлению в гидромеханической коробке передач. Поэтому возникает необходимость в расширении функциональных возможностей устройства.
Задачей полезной модели - является расширение функциональных возможностей, за счет:
- увеличения количества диагностируемых параметров АКПП транспортного средства;
- возможность его использования для диагностирования АКПП транспортного средства, как в стационарных условиях, так и в процессе его эксплуатации по статическим характеристикам измеряемых параметров, т.е. универсальность стенда;
- повышения качества диагностирования параметров и быстродействия их считывания и обработки ввиду использования вычислительной математики при анализе измеряемых параметров.
Задача достигается тем, что стенд для диагностирования автоматической коробки переключения передач транспортного средства, содержащий датчики диагностируемых параметров, вычислительно-измерительный блок с интерфейсом на выходе, причем вычислительно-измерительный блок стенда выполнен в трехуровневой микропроцессорной архитектуре построения и содержит верхний, средний и нижний уровень, верхний уровень содержит промышленную ЭВМ, средний уровень содержит блок обработки информации группы автоматической коробки переключения передач, а нижний уровень устройство контроля параметров автоматической коробки переключения передач, причем средний уровень содержит до четырех подблоков обработки информации в зависимости от числа групп автоматической коробки переключения передач и включает в себя микроконтроллер, память энергонезависимую EEPROM, устройства согласующие, предназначенные для согласования сигналов датчиков тока и напряжения группы; высокоскоростной CAN-трансивер, который обеспечивает интерфейс между CAN-протоколом контроллера и физической шиной и предназначен для межуровнего обмена информацией и блок памяти, причем датчики, диагностируемых параметров, через соответствующие устройства согласующие соединены со входами микроконтроллера, к соответствующим входам которых подключены энергонезависимая память EEPROM, высокоскоростной CAN-трансивер, а нижний уровень включает до ста двадцати шести устройств контроля параметров автоматической коробки переключения передач в зависимости от числа автоматических коробок переключения передач, который содержит датчики, диагностируемых параметров, микроконтроллер, память энергонезависимую EEPROM, высокоскоростной CAN-трансивер, блок питания, устройства согласующие, причем датчики диагностируемых параметров через соответствующие устройства согласующие соединены со входами микроконтроллера, к соответствующим входам которых подключены энергонезависимая память EEPROM, а на выход высокоскоростной CAN-трансивер, подключенный к высокоскоростному CAN-трансиверу среднего уровня.
В соответствии с ГОСТ 25044-81 (Техническая диагностика. Диагностирование автомобилей, тракторов, сельскохозяйственных, строительных и дорожных машин. Основные положения) диагностирование - это процесс определения технического состояния и перспектив дальнейшей эксплуатации АКПП и ее сборочных единиц без их разборки. В соответствии с ГОСТ 20911-89 диагностический параметр - параметр объекта, используемый при его диагностировании. Для каждого диагностируемого объекта указываются множество параметров, характеризующих его техническое состояние. Их выбирают в зависимости от метода диагностирования, уровня информативности и точности, трудоемкости поддержания и восстановления работоспособности объекта, различных организационно-экономических факторов. К параметрам диагностирования предъявляются следующие требования: однозначность, информативность, технологичность, стабильность. Однозначность предусматривает наличие одного значения параметра выходного процесса. Информативность параметра характеризует объем информации о техническом состоянии диагностируемого объекта. Технологичность параметра оценивается удобством, трудоемкостью и себестоимостью диагностирования. Стабильность характеризует степень рассеивания значений параметра при постоянных условиях измерения.
Основные задачи диагностирования АКПП - проверка работоспособности сборочных единиц и машины в целом, определение потребности выполнения контрольно-регулировочных и ремонтных операций при техническом обслуживании, поиск дефектов и контроль качества ремонта, сбор и обработка информации для прогнозирования остаточного ресурса.
Диагностирование АКПП может проводиться одновременно с выполнением ТО (совмещенное диагностирование). В этом случае передвижные мастерские и специализированные посты ТО оснащаются средствами диагностики. Специализированное диагностирование проводится на специализированных участках баз механизации или с помощью передвижных диагностических установок.
По объему и характеру информации о работоспособности машины диагностика может быть общей (Д-1) и углубленной (Д-2). При Д-1 проверяется работоспособность машины, устанавливается необходимость проведения регулировочных и ремонтных работ. При Д-2 проводится углубленный анализ технического состояния сборочных единиц и систем с выявлением дефектов, устанавливается объем регулировочных работ, определяется остаточный ресурс и качество ТО и ремонта.
Численное значение параметра является его количественной мерой, оно может быть номинальным, допустимым и предельным. Номинальное значение параметра (Uном ) характерно для новых или капитально отремонтированных машин и сборочных единиц и обеспечивает их рациональную эксплуатацию. Значение параметра, обеспечивающего безотказную работу сборочных единиц до очередного диагностирования, называется допустимым (Uдоп). Предельное значение параметра (Uпр ) характеризует экономическую нецелесообразность или опасность дальнейшей эксплуатации машины.
Диагностирование состояния современного автомобиля нового поколения с перспективными системами управления АКПП требует изучения сложных процессов и явлений, происходящих в них, с различными вариантами схем и используемого оборудования, а кроме этого больших затрат средств и времени и в ряде случаев затруднено или невозможно по соображениям безопасности (исследование электротехнических систем в нештатных режимах и экстремальных условиях работы). В этом случае рациональным подходом для исследования и проектирования таких систем является комплексное применение методов физического и математического моделирования реализованных в виде универсальной компьютерной системы.
Предложенная концепция направлена на дальнейшее развитие теории компьютерного моделирования и диагностирования АКПП, а также принципов построения и реализации многоуровневых систем мониторинга сложных объектов в режиме реального времени, определяющих в итоге технико-экономические и эксплуатационные показатели автомобиля. По результатам апробации СД АКПП было реализовано аппаратное и программное обеспечение событийно-ориентированного типа, адаптированное для разработки полномасштабного прикладного программного комплекса по решению задач контроля и диагностирования АКПП.
На фиг.1 представлен общий вид стенда
Стенд для диагностирования автоматической коробки переключения передач содержит вычислительно-измерительный блок стенда, который выполнен в трехуровневой микропроцессорной архитектуре построения и содержит верхний уровень - блок 1, средний уровень - блок 2 и нижний уровень - блок 3. Верхний уровень блок 1 выполнен в виде промышленной ЭВМ, средний уровень блок 2 выполнен в виде блока обработки информации группы автоматической коробки переключения передач БОИ, а нижний уровень блок 3 выполнен в виде устройства контроля параметров автоматической коробки переключения передач УКПА.
В состав блока 2 может входить до четырех в зависимости от числа групп АКПП подблоков 4 БОИ (БОИ1, БОИ2, БОИ3, БОИ4), каждый из которых включает в себя микроконтроллер 5 (МП), память энергонезависимую EEPROM 6 (ПЭН), устройства согласующие 7, 8 (УС1, УС2), предназначенные для согласования сигналов датчиков тока и напряжения группы, высокоскоростной CAN-трансивер 9, который обеспечивает интерфейс между CAN-протоколом контроллера и физической шиной и предназначен для межуровнего обмена информацией, блок памяти 10 БП.
В блоке 2 к соответствующим входам микроконтроллера 5 (МП) подключены соответствующие выходы памяти энергонезависимой EEPROM 6 (ПЭН), устройств согласующих 7, 8 (УС1, УС2), высокоскоростного САN-трансивер 9 и блока питания 10 БП.
В состав блока 3 УКПА нижнего уровня может входить до ста двадцати шести устройств контроля параметров автоматической коробки переключения передач 11 УКПА (УКПА1, УКПА2
УКПА126) в зависимости от числа автоматических коробок переключения передач. Блок 3 содержит датчики 12, диагностируемых параметров ДДП, микроконтроллер 13 МП, память энергонезависимую EEPROM 14 (ПЭН), высокоскоростной CAN-трансивер 15, блок питания 16 БП, устройства согласующие 17, 18 (УС1, УС2), предназначенные для согласования сигналов датчиков диагностируемых параметров контролируемых в АКПП.
В блоке 3 УКПП к соответствующим входам микроконтроллера 13 МП подключены соответствующие выходы памяти энергонезависимой EEPROM 14 ПЭН, высокоскоростного CAN-трансивера 15, блока питания 16 БП и датчики 12 диагностируемых параметров ДДП через соответствующие устройства согласующие 17, 18 (УС1, УС2).
Стенд для диагностирования автоматической коробки переключения передач транспортного средства работает следующим образом. При установке на стенде диагностируемой автоматической коробки переключения передач транспортного средства осуществляется подключение к стенду датчиков 12 диагностируемых параметров (ДДП). При запуске процесса диагностирования по команде с ЭВМ на верхнем уровне блок 1 на нижнем уровне блок 3 УКП АКПП осуществляет через соответствующие устройства согласующие 17, 18 (УС1, УС2) прием сигналов от датчиков 12 диагностируемых параметров (ДДП) для определения значения давления, температуры и напряжения соленоидов и датчиков (на фиг. не показано) АКПП. Прием сигналов и команд для функционирования нижнего уровня 3 от среднего уровня блок 2 осуществляется через высокоскоростной CAN-трансивер 9 БОИ в высокоскоростной САN-трансивер 15 УКПА, а передачу сигналов на верхний уровень блок 1 через высокоскоростной САN-трансивер 15 УКПА в высокоскоростной САN-трансивер 9 БОИ. По принятым командам и сигналам УКП АКПП в субблоке микроконтроллера 13 (МП) выполняет косвенное определение диагностируемых параметров, определение наработки в условно полных циклах (УПЦ) и суммирование УПЦ от начала эксплуатации АКПП; определение остаточного давления; определение остаточного ресурса в УПЦ. Также в субблоке микроконтроллера (МП) 13 реализованы тестовый самоконтроль работоспособности системы контроля параметров и выявление неисправных измерительных каналов по отклонению измерительных или тестовых сигналов за допустимые значения, определение отклонений параметров АКПП от средних или планируемых значений, приближения их к критическому уровню.
На среднем уровне блок 2 БОИ осуществляется прием сигналов от датчиков 12 диагностируемых параметров (ДДП) через устройства согласующие 7, 8 (УС1, УС2). Прием сигналов и команд по управлению средним уровнем блок 2 от верхнего уровня блок 1 осуществляется через высокоскоростной CAN-трансивер 9, с которого производится также передача сигналов на верхний уровень 1. Кроме этого через высокоскоростной САN-трансивер 9 осуществляется связь с высокоскоростным САN-трансивером 15 нижнего уровня блок 3. В микроконтроллере 5 (МП) осуществляется тестовый самоконтроль работоспособности систем контроля параметров и выявление неисправных блоков БОИ и измерительных каналов по отклонению измерительных или тестовых сигналов за допустимые значения.
При этом на верхнем уровне блок 1 в режиме реального времени осуществляется вывод информации на ЭВМ о времени и дате, о текущем режиме работы АКПП, о значениях тока, напряжения. Также автоматически по ситуации (в том числе и аварийной) в режиме реального времени на ЭВМ поступает информация о достижении параметрами АКПП критических значений, о неисправных блоках, субблоках и каналах системы, о необходимости проведения плановых мероприятий, отклонение параметров от планируемых значений. По запросу оператора на экран ЭВМ возможен вывод информации о номерах параметров контроля с максимальным отклонением параметров от средних значений, гистограммы текущих значений параметров и др. При аварийной ситуации осуществляется звуковая и световая сигнализация.
Организация информационного взаимодействия между устройствами стенда СД АКПП приведена структурной схеме CAN-интерфейса на фиг.2. Передача оцифрованных данных производится через гальванически развязанный CAN-интерфейс. Например, для контроля тока можно использовать измерительный прибор М2044 с классом точности 0,2, а контроль температуры производить с помощью цифрового термометра ТМ5230.
ЭВМ имеет двухканальный модуль промышленной шины CAN-bus. По измерительному каналу передаются значения параметров АКПП через устройство связи с объектом (УСО) для пяти штатных УКП. Затем данные попадают в шкаф ЭВМ СД АКПП по каналу MIL-STD-1553B аналогично взаимодействию СД АКПП с другими подобными системами.
Промышленная шина CAN-bus предназначена для подключения PC/104 к резервированному каналу передачи по протоколу CAN. Двухканальная плата сопряжения с интерфейсом CAN-bus имеет восьмиразрядную шину, гальваническую развязку каждого канала. Скорость передачи данных - до 1 Мбит/с и занимает 32 порта ввода/вывода.
Мультиплексный канал MIL-STD-1553B. Интерфейсный модуль TХ1-104 предназначен для подключения IBM PC/AT к резервированной магистрали MIL-STD-1553B. Режим работы терминала (контроллер канала (КК), оконечное устройство (ОУ), монитор канала (МТ)) задается программно.
Значительный выбор режимов работы устройства позволяет пользователю выбрать удобный вариант обмена служебной информацией между TХ1-104 и процессором IBM PC. Разрешена блочная передача данных в двухпортовое ОЗУ. В режиме КК возможно автономное выполнение задания, состоящего из цепочки сообщений.
Интерфейсный модуль TХ1-104, подключенный к мультиплексному каналу, предназначен для передачи информации из СД АКПП на более высокий уровень. Программное обеспечение РМИ работает под управлением операционной системы Windows NT4/XP.
СД АКПП непрерывно регистрирует широкий ряд характеристик (в том числе и ресурс) по каждому АКПП (уникальному по своим параметрам). Имеется возможность краткосрочного наращивания дополнительных блоков и изменения структуры АКПП, что позволяет значительно сократить капиталовложения, сроки проектирования и модернизации, а также повысить надежность автомобиля в целом. Комплексное определение параметров обеспечивает высокую достоверность информации о состоянии АКПП в процессе эксплуатации, благодаря которой впервые стало возможным создание достаточно точных моделей АКПП, позволяющих определять не только качественно, но и количественно характер изменения ее параметров.
Стенд для диагностирования автоматической коробки переключения передач транспортного средства, содержащий датчики диагностируемых параметров, вычислительно-измерительный блок с интерфейсом на выходе, отличающийся тем, что вычислительно-измерительный блок стенда выполнен в трехуровневой микропроцессорной архитектуре построения и содержит верхний, средний и нижний уровни, верхний уровень содержит промышленную ЭВМ, средний уровень содержит блок обработки информации группы автоматической коробки переключения передач, а нижний уровень - устройство контроля параметров автоматической коробки переключения передач, причем средний уровень содержит до четырех подблоков обработки информации в зависимости от числа групп автоматической коробки переключения передач и включает в себя микроконтроллер, память энергонезависимую EEPROM, устройства согласующие, предназначенные для согласования сигналов датчиков тока и напряжения группы; высокоскоростной CAN-трансивер, который обеспечивает интерфейс между CAN-протоколом контроллера и физической шиной и предназначен для межуровнего обмена информацией, и блок памяти, причем датчики диагностируемых параметров, через соответствующие устройства согласующие соединены со входами микроконтроллера, к соответствующим входам которых подключены энергонезависимая память EEPROM, высокоскоростной CAN-трансивер, а нижний уровень включает до ста двадцати шести устройств контроля параметров автоматической коробки переключения передач в зависимости от числа автоматических коробок переключения передач, который содержит датчики диагностируемых параметров, микроконтроллер, память энергонезависимую EEPROM, высокоскоростной CAN-трансивер, блок питания, устройства согласующие, причем датчики диагностируемых параметров через соответствующие устройства согласующие соединены со входами микроконтроллера, к соответствующим входам которых подключены энергонезависимая память EEPROM, а на выход высокоскоростной CAN-трансивер, подключенный к высокоскоростному CAN-трансиверу среднего уровня.
