Diagnostyka

Diagnozowanie pojazdów samochodowych dotyczy bieżącej oceny stanu technicznego pojazdów funkcjonujących w określonym systemie eksploatacji lub okresowego przeprowadzania badań technicznych tych pojazdów. Bieżąca ocena stanu pojazdu umożliwia m.in. wykrywanie (lokalizację) wad i uszkodzeń, ustalenie zakresu czynności niezbędnych do wykonania, kontrolę wykonanej obsługi lub naprawy czy też prognozowanie stanu technicznego.

Okresowe przeprowadzanie badań technicznych wynika z aktów prawnych obowiązujących w danym kraju i ma na celu określenie, czy pojazd może być dopuszczony do ruchu drogowego z uwagi na jego stan techniczny. Ustalić stan obiektu technicznego, jakim jest pojazd samochodowy, można tylko w wyniku przeprowadzenia mniej lub bardziej złożonych jego badań diagnostycznych. Im struktura pojazdu bardziej rozbudowana, tym trudniejszy, bardziej pracochłonny i kosztowny jest proces diagnostyczny jego badania. Należy racjonalnie zorganizować taki proces i sterować jego przebiegiem. Proces badań diagnostycznych pojazdu samochodowego polega na wykonaniu określonego zbioru sprawdzeń i analizie uzyskanych wyników. Zrealizowanie procesu diagnozowania daje wynik, czyli diagnozę. Wynik sprawdzenia zależy od stanu, w jakim znajduje się pojazd i może być pozytywny lub negatywny.

Zakres diagnozowania podwozia pojazdu samochodowego
Wymagania dotyczące warunków badań pojazdów samochodowych wymusiły określony zakres wyposażenia stanowisk kontrolnych. Rozwój technik pomiarowych, a zwłaszcza coraz szersze wykorzystanie elektroniki, pozwoliło na wprowadzenie nowej generacji urządzeń diagnostycznych w postaci skomputeryzowanych linii diagnostycznych (rys. 1) o budowie modułowej, z automatycznym, centralnie sterowanym przebiegiem kontroli. Stanowiska takie umożliwiają kompleksowe badanie układów podwozia pojazdu istotnie wpływających na bezpieczeństwo jazdy, w krótkim czasie i przy najbardziej ekonomicznym wykorzystaniu wspólnych modułów. Wyniki pomiarów i obliczeń po elektronicznym przetworzeniu są wyświetlane na ekranie monitora w postaci liczbowej i graficznej. Stan techniczny pojazdu ocenia się na podstawie obszernego zbioru wartości parametrów diagnostycznych, porównywanych z ich wartościami nominalnymi. Istnieje możliwość archiwizacji wyników badań. Drukarka umożliwia otrzymanie protokołu z każdego badania. Stosowanie tej klasy urządzeń pozwala uzyskać dużą pewność wyników badań oraz całkowitą zgodność z obowiązującymi wymaganiami prawnymi. Zakres diagnozowania podwozi pojazdów samochodowych obejmuje określenie stanu technicznego układów: napędowego, jezdnego, zawieszenia, kierowniczego oraz hamulcowego. Podstawowe parametry charakteryzujące stan układu napędowego (np. moc na kołach napędowych, drogę wybiegu) można badać na hamowniach podwoziowych. Ocenę stanu technicznego pozostałych układów podwozia wykonuje się obecnie najczęściej za pomocą urządzeń kontrolnych wchodzących w skład linii diagnostycznych. Początkowo na rynku krajowym dostępne były wyłącznie linie diagnostyczne wytwarzane przez producentów zagranicznych. Obecnie dostępne są również linie diagnostyczne do kontroli pojazdów samochodowych oferowane przez polskich wytwórców (Fudim-Polmo, Unimetal, WSOP). Najczęściej spotyka się następujące odmiany linii diagnostycznych: do badania pojazdów o dopuszczalnej masie całkowitej (dmc) do 3,5 t (wersja osobowa), do badania pojazdów o dmc powyżej 3,5 t (wersja ciężarowa) oraz linie umożliwiające badanie pojazdów o dmc zarówno do 3,5 t, jak i powyżej 3,5 t (wersja uniwersalna).

Budowa linii diagnostycznych
Linią diagnostyczną nazywamy zespół kilku urządzeń pomiarowo-kontrolnych zainstalowanych w ciągu technologicznym jednego stanowiska kontrolnego i podłączonych do jednej wspólnej jednostki centralnej, która spełnia funkcję zespołu wskaźnikowo-sterującego tych urządzeń.
Linie diagnostyczne są przeznaczone do badania różnych rodzajów pojazdów, to jest: samochodów osobowych (również z nierozłączalnym napędem na cztery koła), samochodów ciężarowych (także wieloosiowych), autobusów, ciągników rolniczych, motocykli, przyczep i naczep. Ogólną budowę linii diagnostycznych przedstawiono na przykładzie linii uniwersalnej Uniline 5000 Quantum firmy Unimetal (rys. 2). Najbardziej rozbudowana odmiana tej linii zawiera niżej wymienione zespoły składowe:
- centralną jednostkę sterującą CJS (komputer PC, kolorowy monitor LCD 21”, drukarka A4, pilot zdalnego sterowania, szafka przyłączeniowa),
- urządzenie płytowe do wstępnej oceny prawidłowości ustawienia kół jezdnych pojazdu,
- urządzenie do kontroli skuteczności tłumienia drgań zawieszenia pojazdu o dmc do 3,5 t (z wagą),
- urządzenie rolkowe do kontroli działania hamulców z odpowiednim wyposażeniem standardowym (bezprzewodowy miernik siły nacisku na pedał hamulca, bezprzewodowy miernik ciśnienia powietrza w pneumatycznych układach hamulcowych, nakładki do badania motocykli, dodatkowy monitor LCD 42”) oraz wyposażeniem dodatkowym (waga, rolki wolnobieżne mobilne, hydrauliczne urządzenie dociążające osie pojazdu, wyposażenie do badania czasu reakcji hamulców oraz do badania pojazdów z nierozłączalnym napędem 4x4 z funkcją automatycznego rozpoznawania tego napędu),
- urządzenie do wymuszania szarpnięć kołami jezdnymi pojazdu w celu kontroli luzu w elementach zawieszenia i układu kierowniczego (z napędem hydraulicznym),
- inne urządzenia, z którymi linia diagnostyczna może współpracować, na przykład: wieloskładnikowy analizator spalin silników o zapłonie iskrowym, dymomierz do badania zadymienia spalin silników o zapłonie samoczynnym, przyrząd do pomiaru ustawienia i światłości świateł pojazdu, miernik poziomu dźwięku.

Budowa i rozmieszczenie urządzeń kontrolnych linii ciężarowych (rys. 3) są podobne do linii uniwersalnych. Ciężarowe linie diagnostyczne są przeznaczone do badania pojazdów o dmc powyżej 3,5 t i z tego powodu nie wyposaża się ich w urządzenie do badania skuteczności tłumienia drgań zawieszenia i wieloskładnikowy analizator spalin. Jednym z najważniejszych elementów linii diagnostycznej jest centralna jednostka sterująca CJS (rys. 4), która składa się z następujących elementów: zestaw komputerowy z systemem Windows, kolorowy monitor, drukarka atramentowa, pilot zdalnego sterowania, szafka przyłączeniowa oraz sterownik mikroprocesorowy. Centralna jednostka sterująca umożliwia połączenie w linię diagnostyczną urządzeń pomiarowo-kontrolnych zarówno nowo produkowanych, jak i wcześniej zainstalowanych na stanowiskach i działających dotychczas samodzielnie. Jednostka sterująca CJS zapewnia zdalne sterowanie urządzeniami składowymi linii (transmisja radiowa) oraz umożliwia przechowywanie wyników badań w jednej bazie danych. Po uruchomieniu komputera program sterujący włącza się automatycznie. Monitor jest integralną częścią systemu pomiarowego. Operacje związane z włączaniem i wyłączaniem opcji i obsługą programu odbywają się za pomocą myszy lub odpowiednich klawiszy klawiatury. Program komputerowy jednostki centralnej steruje pracą urządzeń wchodzących w skład linii, przetwarza sygnały otrzymane z elektronicznych układów pomiarowych, umożliwia wizualizację prowadzonych badań i dokonuje oceny stanu technicznego badanych układów samochodu (po porównaniu uzyskanych wartości parametrów diagnostycznych z wartościami granicznymi określonymi w przepisach). Struktura programu stwarza możliwość jego rozszerzenia o dodatkowe moduły pomiarowe, a także pozwala na tworzenie dokumentów związanych z wykonywanym badaniem technicznym. Program jest wyposażony w bazę danych pojazdów, w której zawarte są między innymi informacje o przeprowadzonym badaniu oraz otrzymanych wartościach parametrów diagnostycznych. System archiwizacji zapewnia logiczne i szybkie wyszukiwanie danych o pojazdach i ich użytkownikach. Pozwala to na śledzenie zmian stanu technicznego samochodu podczas jego eksploatacji. Procedura pomiarowa może być realizowana w trybie automatycznym lub ręcznym. W trybie automatycznym pomiary są realizowane według wcześniej ustalonego algorytmu. Natomiast tryb ręczny umożliwia prowadzenie badań według dowolnej kolejności w sposób sprawny i bezpieczny. Menu programu jest proste, intuicyjne i łatwe w obsłudze. Dodatkowy komfort zapewniają czytelne, trójwymiarowe ikony w interfejsie użytkownika. Istnieje możliwość wprowadzenia do końcowego raportu informacji tekstowej o stanie luzów w zawieszeniu i układzie kierowniczym, to jest wyników kontroli na urządzeniu szarpiącym. Drukarka zapewnia otrzymanie zbiorczego protokołu (w formacie A4) po zakończeniu procedury pomiarowej.

Zakres badań
Skompletowana (w przedstawiony sposób) uniwersalna linia diagnostyczna Uniline 5000 Quantum w wersji najbardziej rozbudowanej umożliwia wykonanie niżej wymienionych pomiarów i ocen.
1. Oceny wstępnej prawidłowości ustawienia kół jezdnych pojazdu (po zmierzeniu poprzecznego przesunięcia płyty pomiarowej podczas przejazdu jednego koła badanej osi przez płytę). Na tej podstawie obliczane są parametry diagnostyczne, takie jak:
- poślizg boczny koła, tj. wartość poprzecznego przesunięcia płyty pomiarowej odniesiona do długości płyty; wielkość ta (podawana w mm/m lub m/km) określa tendencję koła do zbaczania z wyznaczonego kierunku jazdy pod wpływem siły bocznej działającej w punkcie styku opony z jezdnią,
- wskaźnik prawidłowości ustawienia kół, który jest poślizgiem bocznym koła przeliczonym na umowną średnicę tarczy koła; parametr ten określa się w jednostkach miary liniowej [mm] lub kątowej.
2. Pomiaru nacisku statycznego osi i kół jezdnych.
3. Oceny skuteczności tłumienia drgań zawieszenia pojazdu o dmc do 3,5 t (metoda drgań wymuszonych, test Eusama). Wielkością mierzoną jest siła nacisku statycznego i siła nacisku dynamicznego koła na podłoże podczas tłumienia drgań tego koła w trakcie badań. Umożliwia to obliczenie następujących parametrów diagnostycznych:
- wskaźnika (liczby) Eusama, tj. stosunku minimalnej dynamicznej siły nacisku koła na podłoże do statycznej siły nacisku koła na podłoże (wyrażonego w %),
- względnej różnicy liczb Eusama określonej dla tej samej osi pojazdu,
- bezwzględnej różnicy liczb Eusama określonej dla tej samej osi pojazdu.
4. Oceny stanu technicznego układu hamulcowego na podstawie:
- pomiaru: oporu toczenia kół jezdnych, siły hamowania kół jezdnych, siły nacisku na pedał hamulca (dot. hamulców sterowanych hydraulicznie) lub ciśnienia powietrza w instalacji pneumatycznej (dot. hamulców sterowanych pneumatycznie), spadku ciśnienia powietrza w określonym czasie (ocena szczelności instalacji pneumatycznej), czasu reakcji hamulców,
- obliczenia:
wskaźnika skuteczności hamowania (stosunek sumarycznej siły hamowania uzyskanej ze wszystkich kół do siły ciężkości od dopuszczalnej masy całkowitej badanego pojazdu, wyrażony w %),
różnicy sił hamowania dla hamulca roboczego – jest to różnica zmierzonych sił hamowania kół po obu stronach osi pojazdu odniesiona do siły większej i wyrażona w % (umożliwia ocenę równomierności hamowania),
współczynnika stabilności siły hamowania – jest to różnica największej i najmniejszej siły hamowania zmierzonych podczas jednego obrotu koła przy stałym nacisku na pedał hamulca i wyrażona w % siły większej (umożliwia ocenę owalizacji bębnów hamulcowych lub zmian grubości tarczy hamulcowej na jej obwodzie).
5. Pomiaru kontrolnych i maksymalnych kątów skrętu kół kierowanych (ocena poprawności działania trapezu kierowniczego i minimalnego promienia skrętu).
6. Oceny stanu luzów w układach jezdnym, zawieszenia i kierowniczym (np. piasty kół, sworznie zwrotnic, połączenia kuliste drążków kierowniczych).
7. Pomiaru światłości świateł drogowych, natężenia oświetlenia światłami mijania oraz ustawienia świateł w płaszczyźnie pionowej i poziomej.
8. Pomiaru stężenia w spalinach tlenku węgla CO, węglowodorów CH, dwutlenku węgla CO2, tlenu O2, tlenków azotu NOx (opcja) oraz wartości współczynnika nadmiaru powietrza λ (silniki ZI) lub stopnia zadymienia spalin (dot. silników ZS).
Ze względu na uboższe wyposażenie kontrolno-pomiarowe ciężarowe linie diagnostyczne nie umożliwiają wykonania analizy spalin silników o zapłonie iskrowym i oceny skuteczności tłumienia drgań zawieszenia pojazdu.

Usytuowanie urządzeń linii na stanowisku kontrolnym
Producenci linii diagnostycznych proponują różne możliwości ustawienia urządzeń pomiarowych na stanowisku kontrolnym stacji kontroli pojazdów. W przypadku linii osobowych stosuje się następujące warianty zabudowy urządzeń:
- w posadzce stanowiska we wnękach fundamentowych (rys. 5),
- w rampie najazdowej ustawionej na posadzce stanowiska,
- na obrzeżach kanału przeglądowego.

W dwóch pierwszych przypadkach logicznym uzupełnieniem linii diagnostycznej jest podnośnik, najczęściej nożycowy lub kolumnowy, który służy do przeprowadzania czynności diagnostyczno-regulacyjnych. Umożliwiają to obrotnice do sprawdzania kątów skrętu kół kierowanych oraz urządzenie do wymuszania szarpnięć kołami jezdnymi wbudowane w płyty najazdowe podnośnika. Niektóre rodzaje podnośników są wyposażone w układ poziomowania płyt najazdowych oraz płyty przesuwne tylnej osi, co pozwala wykorzystać podnośnik do kontroli geometrii ustawienia kół i osi jezdnych. Jeżeli urządzenia linii są umieszczone na obrzeżach kanału przeglądowego, to podnośnik nie występuje, a obrotnice i tester do sprawdzania luzów wbudowane są w posadzkę stanowiska. W razie zastosowania ramp najazdowych (rys. 6) linię diagnostyczną można ustawić na dowolnej, utwardzonej powierzchni, gdyż poszczególne moduły rampy są najczęściej wyposażone w układy poziomujące. Wybór między kanałem przeglądowym a podnośnikiem diagnostycznym ma wpływ na wielkość powierzchni i kubaturę pomieszczenia stacji, a także na koszty inwestycyjne. Z dostępnych analiz wynika, że koszt wykonania stanowiska kontrolnego z zastosowaniem kanału jest większy o około 10-20% w porównaniu z wykorzystaniem podnośnika całopojazdowego, który zapewnia przy tym szybszą, bezpieczniejszą oraz wygodniejszą kontrolę pojazdu. Z kolei stanowiska kanałowe, przeznaczone do badania pojazdów o dopuszczalnej masie całkowitej (dmc) do 3,5 t umożliwiają badanie przyczep samochodowych, co w przypadku podnośników diagnostycznych jest praktycznie niemożliwe. Jeżeli na stanowisku kontrolnym będą prowadzone pomiary ustawienia kół i osi, to wygodniej jest wykonywać czynności z tym związane na podnośniku. Urządzenia kontrolne linii ciężarowych i uniwersalnych rozmieszcza się wyłącznie na obrzeżach kanału przeglądowego (rys. 7). Stosuje się wówczas dzielone wykonanie urządzeń pomiarowych podwozia. Urządzenia do diagnozowania układów podwozia wbudowuje się w posadzkę. Stanowiska kontrolne muszą być przelotowe. W przypadku linii uniwersalnych należy zdawać sobie sprawę z tego, że samochody osobowe będą badane na długim stanowisku kanałowym, na urządzeniach przeznaczonych przede wszystkim do kontroli samochodów ciężarowych. Takie uwarunkowania wymagają znacznie większej staranności i uwagi, zarówno pod względem możliwości uszkodzenia badanego samochodu, jak i bezpieczeństwa wykonywanych badań. Należy wówczas przestrzegać zasady, aby podczas badania wymagającego ustawienia osi pojazdu na aktualnie wykorzystywanym urządzeniu osie pozostałe nie obciążały innych urządzeń linii diagnostycznej.
Wybór ustawienia urządzeń linii diagnostycznej na stanowisku kontrolnym stacji wpływa na: koszty eksploatacji obiektu, trwałość urządzeń pomiarowych, czas prowadzenia badań i wiarygodność otrzymanych wyników pomiarów.

dr inż. Kazimierz Sitek