Diagnostyka

W poprzedniej części artykułu przedstawiliśmy ogólną budowę i zakres badań linii do diagnozowania samochodów osobowych. Tym razem skupimy się na strukturze i zakresie badań linii ciężarowych i uniwersalnych oraz sposobie zabudowy urządzeń linii na stanowisku kontrolnym.

Uniwersalne linie diagnostyczne
Uniwersalne linie diagnostyczne są przeznaczone do badania różnych rodzajów pojazdów o dopuszczalnej masie całkowitej (dmc) do i powyżej 3,5 t, to jest: samochodów osobowych (również z nierozłączalnym napędem na cztery koła), samochodów ciężarowych (także wieloosiowych), autobusów, ciągników rolniczych, motocykli, przyczep i naczep.

1. Struktura linii uniwersalnej
Ogólną budowę uniwersalnych linii diagnostycznych przedstawiono na przykładzie Uniline 5000 Quantum firmy Unimetal. Najbardziej rozbudowana odmiana tej linii zawiera następujące zespoły (rys. 1):
- centralną jednostkę sterującą (komputer PC, kolorowy monitor LCD, drukarka A4, pilot do 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, mobilne rolki wolnobieżne, hydrauliczne urządzenie dociążające osie pojazdu, wyposażenie do badania czasu reakcji hamulców oraz do badania pojazdów z nierozłączalnym napędem wszystkich kół z funkcją automatycznego rozpoznawania tego napędu), 
- urządzenie do wymuszania szarpnięć kołami jezdnymi pojazdu w celu kontroli luzu w elementach układów: jezdnego, zawieszenia i kierowniczego (z napędem hydraulicznym),
- inne urządzenia, z którymi linia diagnostyczna może współpracować, na przykład: wieloskładnikowy analizator spalin silników o zapłonie iskrowym, dymomierz absorpcyjny do badania zadymienia spalin silników o zapłonie samoczynnym, przyrząd do pomiaru ustawienia i światłości świateł pojazdu, miernik poziomu dźwięku.

Jednym z najważniejszych elementów linii diagnostycznej jest centralna jednostka sterująca CJS, którą tworzą (rys. 2): zestaw komputerowy z kolorowym monitorem, drukarka atramentowa, pilot do zdalnego sterowania, szafka przyłączeniowa, system Windows 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. Zapewnia ona 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 oraz 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 określonymi w przepisach). Struktura programu stwarza możliwość jego rozszerzenia o dodatkowe moduły pomiarowe, pozwala także na tworzenie dokumentów związanych z wykonywanym badaniem technicznym. Program jest wyposażony w bazę danych pojazdów, w której zawarte są m.in. 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 pojazdu podczas jego eksploatacji. 
Procedura pomiarowa może być realizowana w trybie automatycznym lub ręcznym. W trybie automatycznym pomiary są dokonywane według wcześniej ustalonego algorytmu. Natomiast tryb ręczny umożliwia prowadzenie badań w 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 układach podwozia, to jest wyników kontroli na urządzeniu szarpiącym. Drukarka zapewnia otrzymanie zbiorczego protokołu po zakończeniu procedury pomiarowej.

2. Zakres badań linii uniwersalnej
Skompletowana w przedstawiony sposób uniwersalna linia diagnostyczna Uniline 5000 Quantum umożliwia wykonanie następujących pomiarów i ocen:
a) pomiaru poprzecznego przesunięcia płyty pomiarowej podczas przejazdu jednego koła badanej osi przez płytę. Na tej podstawie obliczane są parametry diagnostyczne umożliwiające ocenę wstępną prawidłowości ustawienia kół jezdnych, 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 [O];

b) pomiaru nacisku statycznego osi i kół jezdnych;
c) oceny skuteczności tłumienia drgań zawieszenia pojazdu o dmc do 3,5 t (metoda drgań wymuszonych, test Eusama) – wielkości mierzone to siła nacisku statycznego i siła nacisku dynamicznego koła na podłoże podczas swobodnego tłumienia drgań tego koła wywołanych 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;

d) oceny stanu technicznego układu hamulcowego na podstawie:
- pomiaru: oporu toczenia kół jezdnych, sił hamowania kół jezdnych, siły nacisku na pedał hamulca (dla hamulców sterowanych hydraulicznie) lub ciśnienia powietrza w instalacji pneumatycznej, spadku ciśnienia powietrza w zbiorniku w określonym czasie (ocena szczelności instalacji pneumatycznej), czasu reakcji hamulców (dot. hamulcowych sterowanych pneumatycznie),
- 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);

e) pomiaru kontrolnych i maksymalnych kątów skrętu kół kierowanych (ocena poprawności działania trapezu kierowniczego i minimalnego promienia skrętu);
f) oceny stanu luzów w układach jezdnym, zawieszenia i kierowniczym (np. piasty kół, wahacze, sworznie zwrotnic, połączenia kuliste drążków kierowniczych); 
g) pomiaru światłości świateł drogowych, natężenia oświetlenia światłami mijania oraz ustawienia świateł w płaszczyźnie pionowej i poziomej;
h) pomiaru stężenia w spalinach tlenku węgla CO, węglowodorów CH, dwutlenku węgla CO2, tlenu O2, tlenków azotu NOx (opcja) oraz wartości współczynnika nadmiaru powietrza λ (dla silników ZI) lub stopnia zadymienia spalin (dot. silników ZS).

Linie do diagnozowania samochodów ciężarowych
Budowa i działanie linii diagnostycznych do badania pojazdów ciężarowych są podobne do opisanych linii uniwersalnych. Są one przeznaczone do badania pojazdów o dopuszczalnej masie całkowitej powyżej 3,5 t i dlatego nie wyposaża się ich w urządzenie do badania skuteczności tłumienia drgań zawieszenia i wieloskładnikowy analizator spalin. Obecnie w kraju są dostępne linie do diagnozowania samochodów ciężarowych różnych producentów, np. Cartec, Hofmann, Maha, Unimetal.
W skład linii przeznaczonych do badania samochodów ciężarowych wchodzą najczęściej następujące moduły (rys. 3):
- centralna jednostka sterująca CJS (komputer PC, kolorowy monitor LCD, drukarka, pilot do zdalnego sterowania, szafka przyłączeniowa),
- tester płytowy do wstępnej oceny ustawienia kół jezdnych,
- stanowisko rolkowe do badania hamulców z odpowiednim wyposażeniem (układ wagowy, czujniki do pomiaru ciśnienia w instalacji pneumatycznej, urządzenie dociążające osie pojazdu, mobilne rolki wolnobieżne), 
- urządzenie do wymuszania szarpnięć kołami jezdnymi pojazdu.

Często ciężarową linię diagnostyczną uzupełnia się dodatkowymi przyrządami kontrolnymi, jak przyrząd do sprawdzania świateł, dymomierz absorpcyjny oraz miernik poziomu dźwięku, które mogą współpracować z centralną jednostką sterującą.
Linie diagnostyczne do kontroli samochodów ciężarowych umożliwiają wykonanie:
- oceny wstępnej ustawienia kół jezdnych pojazdu,
- pomiaru nacisków na osie i koła,
- pomiaru wartości ciśnień zasilających i sterujących oraz oceny szczelności w powietrznych układach przenoszących hamulców,
- pomiaru wartości sił hamowania i oporów toczenia kół jezdnych,
- oceny wskaźnika skuteczności hamowania, rozdziału sił hamowania na strony, stabilności siły hamowania, 
- oceny stanu luzów sworzni i połączeń kulistych w układach jezdnym, zawieszenia i kierowniczym.
Ze względu na uboższe wyposażenie kontrolno-pomiarowe ciężarowe linie diagnostyczne nie umożliwiają wykonania oceny skuteczności tłumienia drgań zawieszenia pojazdu i analizy spalin silników ZI.

Usytuowanie urządzeń linii na stanowisku kontrolnym 
Wytwórcy 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,
- w rampie najazdowej ustawionej na posadzce stanowiska,
- na obrzeżach kanału przeglądowego.

W dwóch pierwszych przypadkach logicznym uzupełnieniem linii diagnostycznej jest podnośnik do unoszenia całego pojazdu, 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 pomiarowe 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 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, a także na koszty inwestycji. Z opublikowanych analiz wynika, że koszt wykonania stanowiska kontrolnego z zastosowaniem kanału przeglądowego jest większy o ok. 10-20% [2] 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 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 jezdnych, to wygodniej jest wykonywać czynności z tym związane na podnośniku.
Natomiast urządzenia pomiarowo-kontrolne układów podwozia linii ciężarowych i uniwersalnych rozmieszcza się wyłącznie na obrzeżach kanału przeglądowego. 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 pozostałe osie nie obciążały innych urządzeń linii diagnostycznej. Istotne jest również to, aby badanie układów podwozia na urządzeniach kontrolnych poprzedzało oględziny zewnętrzne. Analiza wyników badań uzyskanych za pomocą urządzeń linii pozwala dokładniej określić zakres oraz stopień szczegółowości kontroli organoleptycznej.
W przypadku uniwersalnych linii diagnostycznych występują następujące możliwości usytuowania urządzenia do kontroli skuteczności tłumienia drgań układu zawieszenia [1]:
- między urządzeniem do wstępnej oceny ustawienia kół jezdnych a urządzeniem rolkowym do kontroli działania hamulców,
- na początku linii diagnostycznej (przed urządzeniem do wstępnej oceny ustawienia kół jezdnych pojazdu),
- w końcowej części linii diagnostycznej (za urządzeniem do wymuszania szarpnięć kołami jezdnymi pojazdu).

Ze względu na technologię prowadzenia badań urządzenie to umieszcza się najczęściej między testerem płytowym do wstępnej oceny ustawienia kół jezdnych a urządzeniem rolkowym do badania hamulców (patrz rys. 1). Takie usytuowanie może jednak utrudnić kontrolę większych pojazdów na stanowiskach o ograniczonej długości (poniżej 27 m). W takim przypadku urządzenie do badania zawieszenia można zamontować w początkowej części linii diagnostycznej (rys. 4) lub w jej części końcowej, za stanowiskiem do wymuszania szarpnięć kołami jezdnymi (rys. 5). Dla większości pojazdów ciężarowych stworzy to możliwość badania sił hamowania osi ustawionej na urządzeniu rolkowym bez obciążania sąsiednią osią urządzenia szarpiącego. Należy wówczas zwracać uwagę, aby podczas badania samochodów ciężarowych na urządzeniu szarpiącym nie obciążać urządzenia do kontroli układu zawieszenia. 
Wybór ustawienia urządzeń linii diagnostycznej na stanowisku kontrolnym wpływa na: koszty eksploatacji obiektu stacji, trwałość urządzeń pomiarowych, czas prowadzenia badań oraz wiarygodność otrzymanych wyników pomiarów na poszczególnych urządzeniach. 

Komputerowa rejestracja i przetwarzanie wyników badań
Zadaniem systemu komputerowego linii diagnostycznej jest wymiana informacji między urządzeniami kontrolnymi a centralną jednostką sterującą oraz przetwarzanie wyników badań. Wszystkie urządzenia wchodzące w skład linii diagnostycznej mogą pracować jako niezależne zespoły. Dzięki zastosowaniu systemu komputerowego układ pomiarowy linii diagnostycznej zostaje połączony w jedną całość. Obecnie w tym systemie nie może jedynie funkcjonować urządzenie do wymuszania szarpnięć kół jezdnych. Zautomatyzowanie i zobiektyzowanie kontroli luzów w układach jezdnym, zawieszenia i kierowniczym wydaje się zbyt trudne do realizacji według obecnego stanu wiedzy i techniki. Natomiast automatyczne wprowadzanie danych ewidencyjnych pojazdu i klienta oraz takież diagnozowanie stanu oświetlenia zewnętrznego pojazdu są już realne do wykonania (przykład to analizator świateł AS opracowany w Instytucie Transportu Samochodowego). 
Odpowiednie oprogramowanie jest miarą nowoczesności oraz przydatności linii diagnostycznych do wymagań, jakie mogą pojawić się w przyszłości. W najbliższym czasie wystąpi konieczność włączenia stacji kontroli pojazdów do ogólnopolskiej komputerowej sieci danych (centralna ewidencja pojazdów i kierowców).
Komputerowy system linii diagnostycznej składa się z jednostki centralnej (komputer klasy PC) z monitorem o dużym rozmiarze i drukarki. Za pomocą magistrali komunikacyjnej centralna jednostka sterująca wymienia dane cyfrowe z podstawowymi modułami pomiarowymi układów podwozia i innymi urządzeniami (np. analizator spalin, dymomierz, przyrząd do kontroli świateł). Wymiana danych w wybranym standardzie transmisji szeregowej umożliwia podłączenie kilkudziesięciu układów peryferyjnych i sprawne zarządzanie nimi przez jednostkę centralną. To rozwiązanie stwarza również producentom możliwość dokonywania zmian w konfiguracji systemu diagnostycznego, poprawiania działania programu i jego aktualizacji. Możliwa jest rozbudowa systemu oraz podłączanie dodatkowych urządzeń kontrolnych. Należy jedynie zapewnić zgodność interfejsu komunikacyjnego i dostępność oprogramowania sterującego. 
Sterowanie linią diagnostyczną można realizować zdalnie, z dowolnego miejsca stacji kontroli pojazdów, za pomocą fal radiowych lub promieniowania podczerwonego. W oprogramowaniu przewidziano możliwość wykonania protokołu z przeprowadzonych badań (w formie opisowej lub graficznej). 
Nowoczesna linia diagnostyczna może współpracować z siecią komputerową stacji kontroli pojazdów i siecią zewnętrzną, jest także przystosowana do pracy metodą diagnozy zdalnej. W przypadku pracy w sieci komputery muszą być w stanie wymieniać dane. Do tego celu konieczny jest odpowiedni osprzęt (przewody łączące, karta sieciowa), oprogramowanie (reguły transmisji danych, protokoły) i właściwa struktura operacyjna (nazwiska użytkowników, uprawnienia dostępu). Spełnienie tych warunków umożliwia przesyłanie danych. Przykładem nowych standardów komunikacji sieciowej w stacji kontroli pojazdów jest system STMnet (rys. 6) firmy Norcom, opracowany wspólnie z innymi firmami w ramach Stowarzyszenia Techniki Motoryzacyjnej. System ten umożliwia komunikację między urządzeniami diagnostycznymi i elementami infrastruktury stacji w celu automatycznego gromadzenia danych, przesyłania i zarządzania nimi oraz zabezpieczenia ich spójności i integralności. 
System STMnet wykorzystuje sieć komputerową – klasyczną przewodową typu ethernet lub bezprzewodową Wi-Fi. Komputery każdej sekcji podłączone są do serwera jako jednostki centralnej całego systemu. Rolę serwera spełnia najczęściej komputer PC znajdujący się w biurze obsługi klienta. Za pomocą odpowiednich interfejsów komunikacyjnych (przewodowych lub bezprzewodowych) wszystkie urządzenia kontrolne (np. płyty do wstępnej oceny ustawienia kół, testery zawieszenia, rolki hamulcowe, przyrządy do kontroli świateł, analizatory spalin, dymomierze, mierniki poziomu dźwięku) łączone są do jednego komputera głównego lub komputera poszczególnej sekcji. Właściwe oprogramowanie zainstalowane w komputerach zapewnia komunikację urządzeń z serwerem oraz dostęp do niezbędnych informacji zarówno w serwerze, jak i w komputerach sekcji.
Po wykonaniu badania pojazdu dane gromadzone są w bazie danych serwera i mogą być przedstawione na jednym wydruku. Możliwa jest również integracja systemu z zewnętrznymi bazami danych. Dane gromadzone przez system STMnet mogą zasilać bazy danych CEPiK (Centralna Ewidencja Pojazdów i Kierowców), można również prowadzić ich weryfikację w dowolny sposób (np. statystycznie).
Obsługę linii diagnostycznych ułatwiają czytelne programy graficzne. Podczas badań na ekranie monitora kolejno pojawiają się okna, w których prezentowane są czynności do wykonania, komunikaty dla diagnosty, wyniki wykonanych pomiarów, zmiana badanych parametrów w postaci zależności funkcyjnych, protokoły z kontroli pojazdu itd. 
W nowych odmianach linii diagnostycznych wprowadza się rozwiązania umożliwiające m.in. osiągnięcie ergonomii, estetyki, nowoczesnej konstrukcji i wzornictwa (rys. 7) zarówno samych urządzeń diagnostycznych, jak i obiektów stacji kontroli pojazdów. 

dr inż. Kazimierz Sitek

Literatura
1. Materiały informacyjne producentów urządzeń diagnostycznych.
2. Praca zbiorowa (red. Bocheński C.): Badania kontrolne samochodów. WKŁ, Warszawa 2000. 
3. Sitek K., Syta S.: Pojazdy samochodowe. Badania stanowiskowe i diagnostyka. WKŁ, Warszawa 2011.