Диагностика электрооборудования автомобилей и тракторов

ДИАГНОСТИКА 
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ 
АВТОМОБИЛЕЙ 
И ТРАКТОРОВ

В.А. Набоких

2-е издание

Рекомендовано 
Межрегиональным учебно-методическим советом 
профессионального образования в качестве учебного пособия 
для студентов высших учебных заведений, 
обучающихся по укрупненной группе специальностей и направлений 
23.03.00 «Техника и технологии наземного транспорта» 
(протокол № 7 от 15.04.2019)

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Москва                                        2020

ИНФРА-М

УДК 62-83(075.8)
ББК 39.33-04я73
 
Н14

Набоких В.А.
Н14  
Диагностика электрооборудования автомобилей и тракторов : 
учебное пособие / В.А. Набоких. — 2-е изд. — Москва : ФОРУМ : 
ИНФРА-М, 2020. — 287 с. — (Высшее образование: Бакалавриат).

ISBN 978-5-91134-952-3 (ФОРУМ)
ISBN 978-5-16-010189-7 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-108151-8 (ИНФРА-М, online)

В учебном пособии рассмотрены системы технического обслуживания; 
диагностирования изделий и систем электрооборудования в процессе эксплуатации, а также комплекс материально-технических, экономических, 
организационных и социальных мероприятий, которые обеспечивают 
поддержание транспортных машин в работоспособном состоянии. В приложении даны лабораторные работы.
Предназначено для студентов высших учебных заведений, обучающихся по укрупненной группе направлений подготовки 23.03.00 «Техника и технологии наземного транспорта».

УДК 62-83(075.8)
ББК 39.33-04я73

Р е ц е н з е н т ы:
Малеев Р.А. — кандидат технических наук, профессор кафедры 
электрооборудования автомобилей и тракторов Московского политехнического университета;
Еременко В.Г. — доктор технических наук, профессор кафедры электротехнических комплексов автономных объектов Национального исследовательского университета «МЭИ»

ISBN 978-5-91134-952-3 (ФОРУМ)
ISBN 978-5-16-010189-7 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-108151-8 (ИНФРА-М, online)

© Набоких В.А., 2013
© Набоких В.А., 2015, 
с изменениями
© ФОРУМ, 2015

Введение

Автомобили и тракторы играют существенную роль в народном
хозяйстве страны, регулярно обслуживая предприятия и организации
всех форм собственности, крестьянские и фермерские хозяйства,
предпринимателей и населения страны. Автомобильный парк Российской Федерации составляет примерно более 30 млн ед., причем
более 85 % легковых и грузовых автомобилей находится в личной
собственности граждан, а около 3 млн ед. тракторов и сельскохозяйственной техники, в том числе примерно 30 %, принадлежат фермерским хозяйствам.
По статистическим данным автотранспортную деятельность в
России осуществляет свыше 230 тыс. предприятий различной формы
собственности и 144 тыс. физических лиц, на которые приходится
75...77 % объемов перевозки грузов и 53...56 % перевозки пассажиров
(без индивидуального легкового транспорта). Регулярными автомобильными перевозками в РФ охвачено около 1,3 тыс. городов и
79 тыс. сельских населенных пунктов. Общее число автобусных маршрутов превышает 32 тыс., в том числе из них 30 % — городские,
49 % — пригородные и 21 % — междугородные и международные.
Уровень работоспособности автомобилей и тракторов определяется их техническим состоянием и деятельностью транспортных и сельскохозяйственных организаций, а также надежностью их конструкции
и мерами по обеспечению их работоспособности в процессе эксплуатации и от климатических условий последней. Работоспособность
электрооборудования транспортных средств автопарков и сельскохозяйственных предприятий обеспечивается системой технической эксплуатации. Техническая эксплуатация — это комплекс технических,
экономических, организационных и социальных мероприятий, которые связаны между собой и обеспечивают поддержание транспортных
средств в работоспособном состоянии при рациональных затратах тру

довых и материальных ресурсов, нормативных уровнях дорожной и
экологической безопасности и нормируемых параметрах труда персонала.
В зависимости от вида и рода транспортной деятельности организации техническая эксплуатация выступает в качестве производственной структуры. Она поддерживает транспортные средства в работоспособном состоянии или в качестве независимого хозяйственного
объекта, оказывающего платные услуги владельцам транспортных
средств любых форм собственности.
Одним из элементов технической эксплуатации является сервисная система, которая понимается как совокупность средств, способов
и методов представления платных услуг по приобретению, эффективному использованию, обеспечению работоспособности, дорожной и
экологической безопасности в течение всего срока службы транспортных средств.
Техническая эксплуатация и сервис включает в себя следующие
основные виды работ и услуг:
• подбор и поставку необходимого оборудования для обеспечения технического обслуживания и диагностики, запасных частей и материалов;
• предпродажное обслуживание и гарантийный ремонт;
• заправку, мойку, уборку и хранение;
• техническое обслуживание и ремонт в процессе эксплуатации;
• инструментальный технический контроль и осмотр;
• модернизацию, переоборудование и дооснащение дополнительным оборудованием, тюнинг;
• сбор и утилизацию отходов эксплуатационных материалов, отказавших изделий и т. д.;
• информационное обеспечение владельцев и производителей
транспортных средств;
• обучение и консультацию предприятий, предпринимателей,
физических лиц — владельцев транспортных средств.
Электрооборудование и электронные системы автоматического
управления являются наиболее важным элементом обеспечения безопасности движения транспортных машин, экологической безопасности и повышения производительности труда водителей и трактористов. Надежность работы изделий электрооборудования во многом
определяют аварийность в процессе дорожного движения автомобиля, его экологическую безопасность, экономичность и динамику,

4
Введение

а для тракторов — своевременное проведение транспортных, технологических и других работ в сжатые сроки при минимальных расходах
топлива и смазочных материалов.
Основным руководящим документом, регламентирующим требования к техническому состоянию автотранспортных средств и их составных элементов в части, относящейся к обеспечению безопасности
движения (в том числе к изделиям и системам электрооборудования),
является ГОСТ 25478—91 «Автотранспортные средства. Требования к
техническому состоянию по условиям безопасности движения». К изделиям электрооборудования, оказывающим влияние на безопасность движения автотранспорта, относят фары головного и рабочего
освещения, фарыпрожекторы, прожекторы, указатели, фонари, опознавательные знаки автопоезда, катафоты, противотуманные фары и
фонари, габаритные огни, сигналы торможения, фонари освещения
номерного знака, аварийную сигнализацию (внешние световые приборы). Кроме того — сигнализаторы, стеклоочистители и стеклоомыватели, звуковой сигнал, устройства обогрева и обдува ветрового стекла, противоугонные устройства, спидометры и тахометры, а также
жгуты проводов.
Другим руководящим документом, регламентирующим требования к транспортным средствам, оборудованным антиблокировочной
системой тормозов с электронным управлением, является ГОСТ
Р 41.13—99 «Единообразные предписания, касающиеся официального утверждения транспортных средств в отношении тормозов». Он соответствует международным Правилам ЕЭК ООН 13 и Приложению
13, касающихся единообразных технических предписаний для колесных транспортных средств, оборудованных антиблокировочными
системами (АБС).
Требования по экологии транспортных средств регламентируют:
ОСТ 37.001.054—86, ГОСТ 17.2.2.03—87 и ГОСТ 21393—75, которые
соответствуют Правилам ЕЭК ООН 83 для автомобилей с бензиновыми и дизельными двигателями и Правилам ЕЭК ООН 49 для
автомобилей с дизельными двигателями. Европейский Союз объявил о введении ужесточенных требований по экологии с 2012 г. —
нормы «Евро5». Без применения электронных систем управления
бензиновым, дизельным и газовым двигателями, систем зажигания
высокой энергии искрового разряда, комплексных микропроцессорных систем управления двигателями внутреннего сгорания и др.
обеспечить эти требования практически невозможно. Для обеспечеВведение
5

ния технической эксплуатации таких сложных электронных систем
они должны иметь встроенные диагностические разъемы и диагностические интерфейсы, соответствующие международному стандарту ISO 9141, OBDII и EОВD.
В процессе эксплуатации автотранспорта в экстремальных природноклиматических условиях изделия и системы электрооборудования, особенно при низких температурах, увеличивается количество
отказов, возрастает трудоемкость их устранения. Это связано, вопервых, с возрастанием момента сопротивления прокручиванию двигателя внутреннего сгорания в период его запуска, увеличением времени
прогрева в режиме холостого хода; вовторых, ухудшением энергетических возможностей аккумуляторной батареи (так как уменьшается
ее емкость и снижается эффективность процесса заряда от генераторной установки, происходит более глубокий разряд, увеличивается
число включенных потребителей электроэнергии и сокращается время подзарядки от генераторной установки изза короткой продолжительности светового дня, снижаются скорости движения, и уменьшается зарядный ток от генератора); втретьих, увеличиваются пробивные напряжения на свечах зажигания, и возрастает электрическая
нагрузка на высоковольтные детали системы зажигания и т. д.
Применение внешних источников для облегчения запуска холодного двигателя может приводить к электрическим пробоям электронных изделий и их комплектующих.
Эксплуатация транспортных средств в горных условиях и при высоких температурах окружающей среды может приводить к увеличению отказов изделий и систем электрооборудования, особенно при
нарушениях инструкций по эксплуатации или при неквалифицированном техническом обслуживании.
Повышенная влажность воздуха в горных условиях (субтропиках)
вызывает ускоренную коррозию клемм электропроводки, а в зонах
аридных пустынь изза нехватки влаги резко увеличивается температура, ухудшающая условия охлаждения.
Поскольку функционирование изделий и систем электрооборудования основано на использовании электрических, электромагнитных, электронных, магнитных, механических, оптических и других
процессов, происходящих внутри конструкции, то в деталях изделий
протекают процессы отвода и рассеивания тепла, поглощения магнитных и электрических полей, изменения размеров и неупругих де6
Введение

формаций и т. д. Эти процессы бывают обратимыми и необратимыми.
В случае обратимых процессов, вызывающих сбои или неустойчивую работу, параметры изделий восстанавливаются до первоначальных значений, а в случае необратимых процессов происходит износ деталей изделий или их старение. При старении возникает процесс необратимых изменений параметров изза деградации физической
структуры материалов и комплектующих изделий в процессе эксплуатации. При изнашивании происходит разрушение элементов изделия
изза механического трения или вследствие действия электрического
тока (электрическая эрозия).
Таким образом, к причинам и последствиям изменения технического состояния в процессе эксплуатации можно отнести: нагрузку
элементов изделия, взаимное перемещение элементов, воздействие
тепловой и электрической энергии, воздействие химически активных
компонентов, воздействие внешней среды, воздействие водителя
(тракториста), и т. д.
Для определения технического состояния изделий и систем электрооборудования применяют прямой и косвенный методы измерения
текущих значений конструктивных параметров (размеры, зазоры,
электрические характеристики, угловые и линейные перемещения
и т. д.).
Прямой метод обладает преимуществами в точности, наглядности, достоверности, применении достаточно простого инструмента и
простой технологии измерений. К недостаткам его следует отнести:
необходимость частичной или полной разборки изделия, нарушение
приработки деталей, невозможность комплексного контроля сложных систем.
Диагностический метод позволяет: не разбирать изделия или системы, производить контроль с меньшей трудоемкостью, оперативно
получать результат контроля и контролировать сложнейшие электронные системы управления агрегатами транспортного средства.
К недостаткам диагностического метода относятся: сложность диагностического оборудования, высокая стоимость самого оборудования
и контроля, высокая квалификация проведения метрологического
контроля оборудования и обслуживающего персонала (оператора).
Изменение технического состояния и параметров изделий и систем электрооборудования можно зафиксировать несколькими диагностическими параметрами, из которых целесообразно выбирать наибоВведение
7

лее эффективный параметр. Эффективность параметра зависит от его
однозначности (кривая его изменения монотонна и не имеет перегибов), стабильности, чувствительности и информативности (комплексное свойство, которое при определении технического состояния объекта диагностирования сведет к минимуму возможность принять фактически неисправный по техническому параметру объект
диагностирования за исправный и наоборот).
Различают два способа диагностирования. Первый характеризуется тем, что в процессе диагностирования на объект диагностирования, который может находиться в неработоспособном состоянии,
производят определенные механические, электрические или другие
воздействия и с помощью датчиков фиксируется его реакция в виде
диагностического сигнала.
Второй способ заключается в том, что объект диагностирования
выводят на заданный, тестовый режим работы и с помощью датчиков
от него анализируют информацию, которая может быть преобразована в цифровую или иную форму. Она сравнивается с эталоном или
образцом, записанным в память процессора или в таблицу, и отображает ее на дисплее и/или в виде распечатки.
На практике прямой и диагностический методы взаимодействуют
и дополняют друг друга. Предпочтение отдается методу, имеющему
наименьшую продолжительность процедуры и оперативно позволяющему выявить и устранить отказ изделия, системы или их элемента.
Для предупреждения неисправностей и отказов изделий и систем
электрооборудования, предъявления рекламационных претензий изготовителю или продавцу необходимо знать причины, механизм их
возникновения и проявления, т. е. знать закономерности изменения
их технического состояния.
Процессы, происходящие в изделиях во время эксплуатации, могут быть выражены в виде функциональных зависимостей или иметь
случайный характер. Для функциональных зависимостей характерна
жесткая связь между функцией и аргументом, например, зависимость
пройденного пути от времени движения или износа шестерни привода стартера от количества включений (пусков двигателя) и т. д. Для
случайных процессов характерно то, что они происходят в зависимости от многих переменных факторов, которые часто неизвестны по
величине. А это означает, что результаты носят вероятностный характер и могут принимать различные количественные значения (в виде
рассеяния или вариации). Эксплуатация имеет случайную природу

8
Введение

процессов, происходящих в изделиях, и случайные значения изменения их конструкционных параметров.
Умение оценить случайные величины в эксплуатации позволяет с
определенной вероятностью предвидеть и предупредить отказы и неисправности, обеспечить предупредительное обслуживание и ремонт
изделий и систем, что повышает качество и эффективность эксплуатации транспортного средства.
Для обеспечения работоспособности изделий электрооборудования в эксплуатации применяют метод поддержания заданного уровня
работоспособности с помощью технического обслуживания (ТО), метод восстановления утраченной работоспособности путем ремонта (Р) и комбинированным методом, включающим ТО и Р.
Под техническим обслуживанием понимают профилактические
мероприятия, которые предупреждают и отдаляют момент достижения изделием электрооборудования и их элементами предельного состояния (отказа и неисправности).
Различают ТО: контрольнодиагностичекое, электротехническое,
регулировочное, ежедневное, сезонное и регламентное.
К особенностям ТО следует отнести поддержание технических
характеристик изделия в заданных пределах (например, силу света
передних габаритных огней в пределах не менее 2 и не более 60 кд);
регулярность и плановость ТО при определенной наработке (пробеге), называемой периодичностью (от 3 до 25 тыс. км), влияющей на
безотказность, долговечность, экономичность (расход топлива) и
экологию (количество выбросов вредных веществ в отработавших газах). К особенностям относят выполнение ТО без разборки или с минимальной разборкой изделия, малую трудоемкость и продолжительность операций.
Формирование системы ТО очень сложная задача и требует больших инвестиций, сложна для отдельных, даже крупных автохозяйств
и компаний. Это определило несколько направлений по формированию системы ТО: на государственном или отраслевом уровне в РФ;
на уровне объединений производителей транспортных машин, в том
числе транснациональных, или на уровне крупнейших производителей электрооборудования (компании «Бош», «Сименс» и др.) создаются структуры и базовые нормативные документы и технологии в
соответствии с законодательством; добровольно исполняются другими автотранспортными предприятиями и фирмами, которые в завиВведение
9

симости от условий эксплуатации и уровня организации вносят в
нормативы коррективы и уточнения.
Для обеспечения выполнения международных Правил и отечественных стандартов на борту автомобилей появились системы встроенной бортовой диагностики первого и второго поколения.
К особенностям встроенных систем бортовой диагностики относят: выполнение их в виде сигнальной аппаратуры — световых индикаторов на электролампах или светодиодах. Микропроцессорная
техника и мультиплексирование информации в бортовых сетях автомобилей позволили существенно облегчить выполнение законодательных норм по токсичности отработавших газов тепловых двигателей внутреннего сгорания и обеспечить контроль гибридных силовых
приводов автомобилей.
Основным показателем изделий электрооборудования в условиях
эксплуатации является надежность. Надежность — это свойство изделия сохранять в процессе наработки в заданных пределах значения
своих электрических, механических, магнитных и других параметров,
определяющих способность выполнять требуемые функции (по назначению). Часто понимают под надежностью качество изделия, развернутое во времени.
Надежность изделия или системы электрооборудования включает
в себя безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость.
Для оценки безотказности применяют: вероятность безотказной
работы Р(Т), среднюю наработку до отказа и между отказами Т0, интенсивность отказов для невосстанавливаемых изделий Λ(Т), гаммапроцентная наработка до отказа Тγ %.
Для оценки долговечности используют: гаммапроцентный ресурс
или гаммапроцентный срок службы Трγ %; средний ресурс Тр0; вероятность достижения предельного состояния Р(Тпр).
Для оценки ремонтопригодности задают: вероятность восстановления изделия за время t — P(t), гаммапроцентное время восстановления, время, в течение которого изделие может быть восстановлено
с вероятностью γ/100; среднее время восстановления t0.
Для оценки сохраняемости применяют: средний Tc0 и гаммапроцентный срок Tcγ% сохраняемости изделий.
Показатели надежности изделий и систем, полученные по результатам эксплуатации, используются для корректировки технологии и
организации ТО и диагностики с учетом требований, предъявленных

10
Введение