Способ контроля технического состояния колесных транспортных средств с гибридной, электрической силовой установкой на стендах с опорными роликами в условиях эксплуатации и устройство для его осуществления Российский патент 2024 года по МПК G01M17/07 G01L5/13 

Способ относится к машиностроению, в частности к технической диагностике колесных транспортных средств с гибридной, электрической силовой установкой. Способ и реализующее его оборудование предназначено для диагностики и контроля колесных транспортных средств с гибридной или электрической силовой установкой, оценки их технического состояния через измерение и анализ параметров энергопотребления электрической силовой установки, параметров двигателя внутреннего сгорания, а также через измерение и анализ угловой скорости и реализуемых продольных реакций на колесах.

Существуют способы контроля технического состояния колесных транспортных средств и стендовое оборудование для реализации этих способов.

Известен способ и реализующее его оборудование, при котором производится контроль технического состояния колесных транспортных средств, реализуемый американской фирмой MTS с использованием оборудования Flat-Trac Dynamometer Roadway

(https://www.mts.corn/eri/products/automotive/fall-vehicle-test-system/flat-trac-dynamometer). Общими признаками являются задание тестовых режимов и измерение продольных реакций на колесах транспортных средств. Недостатком рассматриваемого оборудования являются его большая конструктивная сложность и массивность, большие габариты и очень высокая стоимость, что делает невозможным его широкое применение в условиях эксплуатации.

Известен способ и реализующее его оборудование LPS 2020 4WD [Описание типа средств измерений для Государственного Реестра № 34784-07 - Стенды роликовые мощностные торговой марки СARTEC серии LPS модели: 2020, 2020 4WD, 2510, 2510 4WD], предназначенное для контроля тягово-динамических качеств колесных транспортных средств. Общими признаками с заявляемым устройством является наличие нагружающего устройства в виде электродинамического тормоза, наличие опорных роликов, пневматической системы, выталкивающей колеса контролируемого транспортного средства.

Недостатком данного устройства являются отсутствие возможности измерять силовые параметры на колесах в режиме разгона, выбега и рекуперации мощности. К тому же, в конструкции стенда, реализующей контактный метод измерения силовых параметров при помощи тензометрических датчиков, не предусмотрено возможности измерения тяговых усилий индивидуально на каждом колесе транспортного средства, что приводит к невозможности контролировать техническое состояние транспортных средств, имеющих индивидуальные электрические мотор-колеса.

Известен способ и реализующее его оборудование (патент № 2755626, МПК G01L 5/13, опубликовано 30.12.2020), принятое за прототип и предназначенное для контроля технического состояния динамической системы курсовой стабилизации автомобиля на стендах с беговыми барабанами. Общими признаками данного устройства с предлагаемым устройством является конструкция устройства, а именно: наличие двух блоков опорных роликов с бесконтактными измерителями продольных реакций для каждого колеса транспортного средства, датчиков скорости опорных роликов, датчиков скорости колеса, маховых инерционных масс и электродинамического тормоза, выполняющих роль нагружающих устройств. К недостаткам прототипа можно отнести отсутствие возможности измерения параметров энергопотребления электрической силовой установки колесного транспортного средства, что ограничивает диагностический функционал устройства, а именно исключает возможность полноценной диагностики и контроля технического состояния силовых установок гибридных и электрических колесных транспортных средств.

Наличие новой совокупности существенных отличительных от прототипа признаков в заявляемом изобретении позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию «новизна».

Проведенный дополнительный сопоставительный анализ патентной и научно-технической информации не выявил источники, содержащие сведения об известности совокупности отличительных признаков заявляемого изобретения, что свидетельствует о его соответствии критерию «изобретательский уровень».

Технический результат предлагаемого способа заключается в задании тестового режима диагностирования гибридных и электрических силовых установок колесных транспортных средств путем измерения продольных реакций на каждом колесе транспортного средства, измерения и анализа параметров энергопотребления электрических силовых установок и частоты вращения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания.

Технический результат достигается способом контроля технического состояния колесного транспортного средства с гибридной, электрической силовой установкой на стенде с опорными роликами в условиях эксплуатации, заключающийся в том, что устанавливают транспортное средство на опорные ролики испытательного стенда, задают тестовый режим диагностирования путем разгона при помощи силовой установки инерционных масс стенда и колес транспортного средства, установленных на опорных роликах стенда, согласно изобретению, в процессе контроля технического состояния колесного транспортного средства регистрируют ток, протекающий по высоковольтным проводам и потребляемы силовой установкой, регистрируют частоту вращения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания, а также измеряют угловые скорости и продольные реакции на ведущих колесах транспортного средства, анализируют полученные результаты и оценивают техническое состояние силовой установки колесного транспортного средства.

Технический результат предлагаемого устройства заключается в расширении диагностического функционала, который заключается в способности контролировать техническое состояние и осуществлять диагностику гибридных и электрических силовых установок колесных транспортных средств через измерение параметров энергопотребления электрической силовой установки и частоты вращения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания.

Технический результат достигается устройством контроля технического состояния колесного транспортного средства с гибридной, электрической силовой установкой в условиях эксплуатации включающее стенд, содержащий два блока с опорными роликами и четырьмя маховиками, кинематически связанными между собой посредством валов, муфт и цепных передач, ролики следящих систем, с датчиками предназначенными для измерения скорости вращения колес, а также датчики для измерения продольных реакций на колесах автомобиля, расположенные на валах привода опорных роликов, согласно изобретению, содержит датчик регистрирующий частоту вращения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания и токоизмерительные датчики для регистрации протекающего по высоковольтным проводам тока, потребляемого силовой установкой.

Схема устройства и систем измерения для реализации способа диагностики колесных транспортных средств с гибридной, электрической силовой установкой, изображена на фиг. 1 и фиг. 2;

На фиг. 3 изображен внешний вид колесного транспортного средства с гибридной силовой установкой «Toyota Prius» на полноопорном стенде;

На фиг. 4 изображен внешний вид колесного транспортного средства с электрической силовой установкой «КIА SOUL» на полноопорном стенде;

На фиг. 5 изображена осциллограмма процесса функционирования колесного транспортного средства с гибридной силовой установкой на полноопорном стенде, включающего разгон до скорости 60 км/ч и выбег с повышенной рекуперацией;

На фиг. 6 изображена осциллограмма процесса функционирования колесного транспортного средства с гибридной силовой установкой на полноопорном стенде, включающего разгон до скорости 60 км/ч с повышенной рекуперацией (момент старта),

где:

1 - датчик частоты вращения опорного ролика; 2 - маховик; 3 - цепная передача привода; 4 - соединительная муфта; 5 - бесконтактный датчик силы; 6 - передний опорный ролик;7 - датчик частоты вращения ролика следящей системы; 8 - ролик следящей системы; 9 - задний опорный ролик; 10 - цепная передача; 11 - датчик силы торможения электродинамического тормоза; 12 - вихретоковые лопасти электродинамического тормоза; 13 - карданный вал привода опорных роликов; 14 - редуктор; 15 - электродинамический тормоз;

16 - датчик частоты вращения ротора электродинамического тормоза;

17 - передний блок опорных роликов; 18 - задний блок опорных роликов; 19 - датчики для регистрации энергопотребления электрической силовой установки; 20 - датчик для регистрации частоты вращения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания.

Стенд состоит из двух блоков 17 и 18, в которых установлены по две секции с опорными роликами 6 и 9, между которыми расположены ролики следящей системы 8. Связь опорных роликов 6 и 9 осуществляется цепной передачей 10. Крутящий момент от пары роликов 6 и 9 передается на бесконтактный датчик 5. Далее на соединительную муфту 4, и через цепную передачу 3 на маховик 2. Левая пара роликов в одном блоке связана с правой парой посредством карданных передач 13 и редукторов 14, которые образуют кинематическую связь между передним и задним блоками стенда, при этом поток мощности передается через электродинамический тормоз 15.

Система измерения устройства для реализации способ контроля технического состояния колесных транспортных средств с гибридной, электрической силовой установкой представлена в виде датчиков частоты вращения опорных роликов 1, бесконтактных датчиков силы 5, датчиков частоты вращения ролика системы слежения 7, датчика силы торможения электродинамического тормоза И, датчика частоты вращения ротора электродинамического тормоза 16, датчиков для регистрации энергопотребления электрической силовой установки 19, датчик для регистрации частоты вращения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания 20. Сигналы каждых датчиков обрабатываются усилителями и преобразователями, с последующей обработкой в АЦП-ЦАП и ПК. Программный комплекс осуществляет обработку сигналов, их индикацию и сравнение с нормативными значениями.

Предлагаемый способ и реализуемое его оборудование отличается от прототипа тем, что дополнительно содержит систему измерения параметров энергопотребления электрической силовой установки и систему измерения частоты вращения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания колесного транспортного средства, что позволяет расширить диагностический функционал, повысить эффективность, информативность и оперативность контроля технического состояния колесных транспортных средств с гибридной, электрической силовой установкой.

Предлагаемый способ контроля технического состояния колесных транспортных средств с гибридной или электрической силовой установкой на стенде с опорными роликами реализуется с применением описанного устройства и заключается в следующем: диагностируемое колесное транспортное средство устанавливают колесами на опорные ролики диагностического стенда; затем фиксируют кузов транспортного средства к раме стенда стяжными ремнями, исключая перемещение кузова относительно рамы стенда; далее на колесное транспортное средство устанавливается дополнительное диагностическое оборудование, а именно: датчик на основе эффекта холла под позицией 20 - для регистрации искры зажигания в первом цилиндре двигателя внутреннего сгорания и, как следствие, регистрации частоты вращения коленчатого вала; токоизмерительные датчики под позицией 19 - для регистрации фаз тока, протекающих по высоковольтным силовым проводам, которые расположены между электродвигателем-генератором, инвертором и высоковольтной тяговой батареи. После этого колесами транспортного средства разгоняют опорные ролики под позицией 6 и 9, а следовательно, и маховые массы под позицией 2 стенда до заданной угловой скорости. В процессе разгона производится измерение продольных сил на колесах транспортного средства бесконтактными датчиками под позицией 5. Измерение угловых скоростей опорных роликов под позицией 6 и 9 реализуется датчиками под позицией 1, скоростей колес - датчиками роликов следящей системы под позицией 7. Скорость имитируемой «дороги» контролируется датчиком под позицией 16. Имитируемая тормозом сила нагрузки измеряется датчиком под позицией 11.

Предлагаемый способ отличается от прототипа тем, что в процессе контроля технического состояния колесных транспортных средств с гибридной или электрической силовой установкой проводится измерение параметров электрической силовой установки, двигателя внутреннего сгорания, а также через измерение и анализ реализуемых продольных реакций на колесах транспортного средства с гибридной или электрической силовой установкой, что позволяет применять предлагаемый способ и реализуемое его оборудование для контроля технического состояния и диагностики колесных транспортных средств гибридной или электрической силовой установкой в условиях эксплуатации КТС.

Экспериментально получены осциллограммы процесса функционирования колесного транспортного средства с гибридной силовой установкой на опорных роликах полноопорного стенда до скорости 60 км/ч с последующем выбегом в режиме повышенной рекуперацией. На представленных осциллограммах отображены зависимости момента ведущих колес, скорости автомобиля, угловой скорости коленчатого вала, тока, протекающего по высоковольтным проводам гибридной силовой установки от времени. Полученные зависимости позволяют количественно оценивать техническое состояние агрегатов силовой установки колесных транспортных средств (фиг. 5).

Для более наглядного представления, на данном графике продемонстрирован увеличенный фрагмент начала движения колесного транспортного средства с гибридной силовой установкой на полноопорном стенде. По данным графикам можно проводить анализ характеристик функционирования ГСУ (фиг. 6).

Испытания, подтверждающие корректность способа и функциональные возможности устройства, проведены в Научно-исследовательской лаборатории контроля технического состояния и диагностики автомобилей на базе ИрНИТУ.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к технической диагностике колесных транспортных средств. Предложен способ контроля технического состояния колесного транспортного средства с гибридной, электрической силовой установкой на стенде с опорными роликами 6, 9 в условиях эксплуатации, согласно которому устанавливают транспортное средство колесами на опорные ролики 6, 9 испытательного стенда, задают тестовый режим диагностирования путем разгона при помощи силовой установки колес транспортного средства и инерционных масс 2 стенда. В процессе испытания посредством датчиков 19 регистрируют ток, протекающий по высоковольтным проводам и потребляемый силовой установкой, посредством датчика 20 регистрируют частоту вращения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания, а также датчиками 1, 14 измеряют угловые скорости и продольные реакции на ведущих колесах транспортного средства, анализируют полученные результаты и оценивают техническое состояние силовой установки колесного транспортного средства. Также предложено устройство для реализации описанного способа. Техническое решение позволяет расширить диагностический функционал, повысить эффективность, информативность и оперативность контроля технического состояния колесных транспортных средств с гибридной или электрической силовой установкой. 2 н.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ контроля технического состояния колесного транспортного средства с гибридной, электрической силовой установкой на стенде с опорными роликами в условиях эксплуатации, заключающийся в том, что устанавливают транспортное средство на опорные ролики испытательного стенда, задают тестовый режим диагностирования путем разгона при помощи силовой установки инерционных масс стенда и колес транспортного средства, установленных на опорных роликах стенда, отличающийся тем, что в процессе контроля технического состояния колесного транспортного средства регистрируют ток, протекающий по высоковольтным проводам и потребляемый силовой установкой, регистрируют частоту вращения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания, а также измеряют угловые скорости и продольные реакции на ведущих колесах транспортного средства, анализируют полученные результаты и оценивают техническое состояние силовой установки колесного транспортного средства.

2. Устройство контроля технического состояния колесного транспортного средства с гибридной, электрической силовой установкой в условиях эксплуатации, включающее стенд, содержащий два блока с опорными роликами и четырьмя маховиками, кинематически связанными между собой посредством валов, муфт и цепных передач, ролики следящих систем, с датчиками, предназначенными для измерения скорости вращения колес, а также датчики для измерения продольных реакций на колесах автомобиля, расположенные на валах привода опорных роликов, отличающееся тем, что содержит датчик, регистрирующий частоту вращения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания, и токоизмерительные датчики для регистрации протекающего по высоковольтным проводам тока, потребляемого силовой установкой.