Диагностика электрооборудования автомобилей и тракторов

ДИАГНОСТИКА 
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ 
АВТОМОБИЛЕЙ 
И ТРАКТОРОВ

В.А. Набоких

2-е издание

Рекомендовано Учебно-методическим советом СПО 
в качестве учебного пособия для студентов учебных заведений, 
реализующих программу среднего профессионального образования 
по специальностям 23.02.02 «Автомобиле- и тракторостроение», 
23.02.03 «Техническое обслуживание и ремонт 
автомобильного транспорта»

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Москва                                        2020

ИНФРА-М

УДК 62-83(075.32)
ББК 39.33-04я723
 
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. — (Среднее профессиональное образование).

ISBN 978-5-00091-591-2 (ФОРУМ)
ISBN 978-5-16-014128-2 (ИНФРА-М)

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.
Для студентов учреждений среднего профессионального образования, 
обучающихся по УГС 23.02.00 «Техника и технологии наземного транспорта».

УДК 62-83(075.32)
ББК 39.33-04я723

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 978-5-00091-591-2 (ФОРУМ)
ISBN 978-5-16-014128-2 (ИНФРА-М)
© Набоких В.А., 2013, 2014
© ФОРУМ, 2013

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 трудовых 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

производителям изделий. Новые экономические условия в РФ позволили как производителям электрооборудования, так и станциям ТО и
сервиса использовать изделия и комплектующие других стран и
фирм, которые в свою очередь наладили производство изделий для
отечественных автомобилей.
Взаимосвязь показателей надежности изделий с отказами в процессе эксплуатации позволяет осуществлять процесс восстановления
работоспособности (устранения отказов и неисправностей). При
этом организация ТО и диагностики должна осуществляться на базе
закономерности процессов восстановления, что частичной или полной замене подлежат только отказавшие детали.
Опыт некоторых ведущих западных фирм по восстановлению изделий электрооборудования заслуживает внимания. Восстановление
осуществляется по технологической схеме:
• полная разборка изделия на отдельные детали; тщательная очистка деталей с соблюдением предписаний по охране окружающей среды;
• проведение полного визуального, инструментального и электрического контроля с применением методов статистического
контроля;
• замена всех изношенных деталей на абсолютно новые компоненты производства фирмы; сборка по технологии сборки нового изделия; контроль работоспособности и электрических характеристик.
Таким образом, техническое состояние и методы обеспечения работоспособности изделий и систем электрооборудования поддерживаются с помощью сформировавшихся систем технического обслуживания и диагностики.

Введение
11

Глава 1
УСЛОВИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ АВТОМОБИЛЕЙ
И ТРАКТОРОВ

Условия эксплуатации автомобилей и тракторов определяют режимы работы изделий электрооборудования, ускоряя или замедляя
изменение параметров их технического состояния. В различных условиях эксплуатации показатели надежности изделий и систем электрооборудования будут отличаться при одинаковом пробеге машины
или времени ее работы. Это определило не только применяемые в изделиях комплектующие и материалы, но и конструктивное, климатическое исполнение. Например, изготовленные для умеренного климата изделия обозначают «У», для холодного климата — «ХЛ», для
тропиков — «Т» и для всех климатических зон — «О». При этом для
каждого климатического исполнения применяют различные материалы, покрытия и методы технического обслуживания в процессе
эксплуатации.

1.1. Влияние электрооборудования на техническое
состояние автомобилей и тракторов

В зависимости от своего функционального назначения системы
электрооборудования подразделяются на:
• систему электроснабжения, состоящую из генераторной установки с регулятором напряжения, встроенного в генератор, или
генератора с выносным регулятором, аккумуляторной батареи
(АКБ) и пучка соединительных проводов;
• систему пуска двигателя внутреннего сгорания, включающую
электростартер, реле управления стартером, АКБ (иногда с применением молекулярного накопителя — суперконденсатора) и
дополнительные устройства предпускового подогрева (электрофакельные подогреватели, воздушный или жидкостный подогреватели). Для ряда автомобилей в настоящее время спроектирован, осваивается или находится в производстве стартергенератор. Он интегрирован в маховик двигателя и управляется
электронным модулем (режим стартера или генератора и функцию системы «стоп—старт»);
• систему зажигания, включающую искровые свечи зажигания,
высоковольтные провода и свечные наконечники, экранированные или неэкранированные, а также прерывательраспределитель или датчикраспределитель, катушку зажигания
одно, двух, четырехвыводную или индивидуальную на каждую свечу зажигания, транзисторный коммутатор и добавочный резистор;
• систему освещения и световой и звуковой сигнализации, состоящую из фар головного освещения, указателей поворота,
задних и передних фонарей, фонаря освещения номерного зна
ка, габаритных огней, плафонов освещения салона, световых
табло;
• систему электропривода, состоящую из электродвигателя отопителя; электровениляторов; стеклои фароочистителей; стеклоподъемникой; блокировки дверей; моторедукторов антенны,
зеркал заднего вида и сидений водителя и пассажиров;
• систему коммутации и проводки, состоящую из выключателей,
переключателей, кнопок управления, электромагнитных и
электронных реле; блока предохранителей и реле; выключателя
зажигания (замка зажигания); пучка проводов; разъемов и соединителей. В случае применения на транспортном средстве
мультиплексной проводки в системе коммутации появляются
интеллектуальные ключи, электронный блок управления с центральным процессором и согласующие шины CANпротокола
связи (Controller Area Network) и локальные модули;
• систему информации и контроля параметров автомобиля, трактора и их агрегатов, включающую датчики давления масла, температуры охлаждающей жидкости, скорости автомобиля; спидометр; тахометр; счетчик моточасов; указательные приборы;
щитки приборов и диагностические панели или дисплеи; сигнализаторы аварийных значений контролируемых параметров;

1.1. Влияние электрооборудования на техническое состояние...
13