Способ бортового контроля технического состояния системы электроснабжения и пуска автомобилей Российский патент 2024 года по МПК G07C5/08 G01R31/3842 

Предложенное изобретение относится к системе электроснабжения и пуска автомобилей, а именно к устройствам контроля работы автомобильного генератора, стартерной аккумуляторной батареи и электростартера.

Система электроснабжения и пуска относится к числу наиболее важных систем автомобиля, отказы которой приводят к невозможности их дальнейшего использования по прямому назначению. Бортовой контроль ее технического состояния является важным условием безопасной эксплуатации автомобиля.

Известно устройство для контроля системы электроснабжения автомобилей (RU2297639C1), которое содержит индикаторы напряжения генераторной установки, разряженности аккумуляторной батареи и неисправности регулятора напряжения. Технический результат направлен на обеспечение нормальной работы генераторной установки при неисправности регулятора напряжения и определение реального состояния аккумуляторной батареи непосредственно при пуске двигателя автомобиля.

Недостатком данного устройства является необходимость подключения большого числа выводов, в том числе недоступного на современных генераторах вывода обмотки возбуждения. Следовательно, для практического использования данного устройства необходимо вносить изменения в конструкцию автомобильного генератора, что может привести к возникновению короткого замыкания.

Известен патент (US11473545B1) в котором рассматривается метод определения состояния генератора автомобиля с помощью телематического устройства. Метод включает в себя получение максимального напряжения при пуске и временной метки максимального напряжения от транспортного средства через интерфейс телематического устройства; определение технического состояния генератора, если продолжительность между временной меткой максимального напряжения при пуске и временной меткой максимального напряжения устройства превышает пороговое значение. Телематическое устройство включает соответствующее программное обеспечение, записанное на одном или нескольких запоминающих устройствах.

Недостатком данного изобретения является невозможность определения всех неисправностей генератора на основании единственного диагностического параметра – напряжения бортовой сети, так как оно изменяется при вариации скоростного и нагрузочного режима генератора и технического состояния аккумуляторной батареи.

В патенте (US9404466B2) описан метод оценки системы пуска, который включает в себя определение отношения сопротивления стартера к сопротивлению аккумуляторной батареи, нормированного в зависимости от рабочей температуры, во время прокрутки двигателя. Данный метод используется на автомобилях концерна General Motors в системе удаленной диагностики для оценки технического состояния стартера и аккумуляторной батареи. Он предполагает получение и обработку больших объемов информации по технологии «блокчейн».

Недостатками данного метода являются невозможность определения технического состояния системы электроснабжения, а также необходимость наличия больших вычислительных мощностей, что затрудняет использование на небольших транспортных предприятиях.

Известны телематические устройства по патентам (EP3923251A1, US20100026306А1), подключаемые к аккумуляторной батарее автомобиля для удаленного получения информации о ее техническом состоянии, а именно: степени заряженности и степени работоспособности, согласно которым можно оценить успешность запуска двигателя.

Техническое состояние автомобильного генератора и системы электроснабжения в целом в данных патентах не рассматривается.

В патенте (RU2782959) рассмотрен способ оценки технического состояния стартерных аккумуляторных батарей путем измерения напряжения до и в процессе запуска двигателя внутреннего сгорания. Предложено выражение для определения степени функционирования аккумуляторной батареи, скорректированное с учетом температуры электролита.

Положения данного патента были взяты в качестве прототипа для разработки способа бортового контроля технического состояния системы электроснабжения и пуска автомобилей.

Предлагаемый способ бортового контроля технического состояния системы электроснабжения и пуска автомобилей основан на измерении текущих значений токов, напряжений и температуры, а также вычислении расчетных параметров технического состояния автомобильного генератора, стартерной аккумуляторной батареи и электростартера. Данная информация может сохраняться в памяти телеметрического устройства, размещенного на борту транспортного средства и/или передаваться на удаленный сервер посредством GSM-связи. В качестве расчетных параметров, определяющих техническое состояние системы электроснабжения и пуска были приняты: степень функционирования стартерной аккумуляторной батареи, степень работоспособности автомобильного генератора и степень работоспособности электростартера.

Степень функционирования стартерной аккумуляторной батареи согласно патенту (RU2782959) позволяет определить техническое состояние батареи на основании текущих значений напряжений в процессе запуска двигателя:

где SOF – степень функционирования;

U_i – текущее значение напряжения на выводах аккумуляторной батареи, В;

U_max – максимальное значение напряжения, соответствующее полностью заряженной аккумуляторной батареи, В;

U_cr – минимальное напряжение во время запуска двигателя внутреннего сгорания, В;

t – текущая температура электролита, °C;

α, β, γ, δ – эмпирические коэффициенты.

Формула (1) учитывает уменьшение степени функционирования при снижении температуры электролита и увеличении разряженности стартерной аккумуляторной батареи.

Степень работоспособности автомобильного генератора можно рассчитать как отношение его выходного напряжения к номинальному регулируемому напряжению с учетом падения напряжения внутри генератора:

где SOH_Г – степень работоспособности генератора;

U_Гⁱ – текущее значение напряжения генератора, В;

U_Г^ном – номинальное напряжение генератора, В;

r_Г – внутреннее сопротивление генератора, Ом;

I_Гⁱ – сила тока генератора, А.

Внутреннее сопротивление генератора определяется максимальным значением силы тока, указанным заводом-изготовителем.

где k – постоянный коэффициент. Для генераторов с номинальным напряжением 14 В k=1.6, с напряжением 28 В k =3.2;

I _Г ^max – максимальный ток генератора, А.

При работе автомобильного генератора в составе системы электроснабжения важно не его текущее техническое состояние, а то, на сколько его выходное напряжение отличается от напряжения стартерной аккумуляторной батареи. Увеличение разности напряжений ведет к прогрессирующему разряду батареи и потере функциональности автомобильного генератора. В этом случае расчет можно провести по формуле (3), учитывая необходимость заряда стартерной аккумуляторной батареи при любом стечении обстоятельств:

где SOF_Г – степень функционирования генератора;

OCV – напряжение разомкнутой цепи аккумуляторной батареи, В;

k_t – температурный коэффициент изменения напряжения, В/°С.

Процесс эксплуатации электростартера сопровождается его износом и возникновением различных неисправностей, что приводит к увеличению внутреннего сопротивления. Вычисление внутреннего сопротивления на борту автомобиля может быть выполнено с помощью закона Ома для участка цепи. Так как электростартер представляет собой двигатель постоянного тока, то вычисление его внутреннего сопротивления затрудняется наличием противо-ЭДС, возникающей в момент вращения якоря. Следовательно, необходимо выбрать момент времени когда якорь электростартера неподвижен. В процессе запуска двигателя такой момент времени сопровождается экстремальными значениями тока и напряжения: минимальной величиной напряжения U_cr и максимальной силой тока I_cr.

Отношение текущего значения внутреннего сопротивления к сопротивлению нового электростартера может быть использовано для вычисления его степени работоспособности. Тогда степень работоспособности электростартера можно найти по формуле (4):

где I_cr – максимальное значение силы тока электростартера в процессе запуска двигателя, А;

R_ст^new – внутреннее сопротивление нового электростартера, Ом;

I_cr^max – максимальное значение силы тока нового электростартера в процессе запуска двигателя, А;

R_ст – текущее значение внутреннего сопротивления электростартера, Ом.

Указанный технический результат достигается тем, что на основании вычислений по формулам (1), (2), (4), (5) определяется техническое состояние агрегатов системы электроснабжения и пуска и формируется заключение о возможности дальнейшей эксплуатации или необходимости их замены (фиг.2).

Фиг. 1 - Изменение параметров системы электроснабжения и пуска автомобиля в процессе работы.

Фиг. 2 - Алгоритм бортового контроля технического состояния системы электроснабжения и пуска автомобиля.

Таким образом, разработанный способ бортового контроля технического состояния системы электроснабжения и пуска автомобиля позволяет определять пригодность стартерной аккумуляторной батареи к дальнейшей эксплуатации, способность автомобильного генератора к заряду батареи, а также снижение пусковой возможности электростартера на основе оперативного вычисления степени работоспособности (функционирования) указанных агрегатов.

Изобретение относится к системе электроснабжения и пуска автомобилей, а именно к устройствам контроля работы автомобильного генератора, аккумуляторной батареи и электростартера. Способ бортового контроля технического состояния системы электроснабжения и пуска автомобилей основан на измерении текущих значений токов, напряжений и температуры, а также вычислении расчетных параметров технического состояния автомобильного генератора, стартерной аккумуляторной батареи и электростартера. В качестве расчетных параметров, определяющих техническое состояние системы электроснабжения и пуска, приняты: степень функционирования стартерной аккумуляторной батареи, степень работоспособности автомобильного генератора и степень работоспособности электростартера, далее определяется техническое состояние агрегатов системы электроснабжения и пуска и формируется заключение о возможности дальнейшей эксплуатации или необходимости их замены. Технический результат – возможность определять пригодность стартерной аккумуляторной батареи к дальнейшей эксплуатации, способность автомобильного генератора к заряду батареи, а также снижение пусковой возможности электростартера на основе оперативного вычисления степени работоспособности указанных агрегатов. 2 ил.

Способ бортового контроля технического состояния системы электроснабжения и пуска автомобилей, основанный на измерении максимального тока электростартера, текущих значений напряжений стартерной аккумуляторной батареи и автомобильного генератора, а также температуры электролита в момент запуска двигателя, отличающийся возможностью определения технического состояния агрегатов стартерной аккумуляторной батареи, автомобильного генератора, электростартера на борту автомобиля и формирования заключения о возможности дальнейшей эксплуатации или необходимости замены указанных агрегатов на основании разработанного алгоритма, при этом для расчета численных значений технического состояния предложены эмпирические формулы:

- степень работоспособности автомобильного генератора

где SOH_Г – степень работоспособности генератора;

U_Гⁱ – текущее значение напряжения генератора, В;

U_Г^ном – номинальное напряжение генератора, В;

r_Г – внутреннее сопротивление генератора, Ом;

I_Гⁱ – сила тока генератора, А;

- степень функционирования автомобильного генератора

где SOF_Г – степень функционирования генератора;

OCV – напряжение разомкнутой цепи аккумуляторной батареи, В;

k_t – температурный коэффициент изменения напряжения, В/°С;

- степень работоспособности электростартера

где I_cr – максимальное значение силы тока электростартера в процессе запуска двигателя, А;

R_ст^new – внутреннее сопротивление нового электростартера, Ом;

U_cr – минимальное напряжение во время запуска двигателя внутреннего сгорания, В.