Система автоматического управления режимами работы двигателя транспортного средства
Изобретение относится к транспортной тематике, в частности к системам автоматического управления по критерию минимума расхода топлива, а также к системе диагностики работы двигателя. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей управления режимами работы транспортного средства и уменьшение расхода топлива. Система управления содержит датчик частоты вращения вала двигателя , датчик загрузки двигателя, измеритель расхода топлива на единицу мощности, датчик расхода топлива, которые через соответствующие логические блоки связаны через усилитель мощности с исполнительным механизмом. 2 ил.
CQIO3 СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
« .. Ы,1754506 Al
{sl)s В 60 К 41/04
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯ1Л И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Зв чк
ы ткР чы к
Ф ч
Изобретение относится к транспортной через ключ соединен с исполнительным метематике, в частности к системам,-осущест- ханизмом, Второй выход блока умножения вляющим оптимизацию по критерию мини- соединен с одним из входов блока сравне- ъ мального расхода топлива, т.е. выбор ния, второй входкоторогосоединенсзадатоптимального рабочего режима движения.. чиком мощности двигателя, Выход этого у
В процессе работы транспортного средства . блока сравнения соединен с сигнальным д может быть использовано в автомобилест- входом ключа, выход которого соединен c роении, в частности в системах автоматиче- одним из входов исйожлнйтельного механизского управления двигателем, а также в ма. Выход датчика скорости движения сое- системе диагностики качества работы дви- динен с одним из входов блока сравнения, О гателя. второй вход которого соединен с задатчиНаиболее близкой по технической Сущ- ком скорости движения. Один из выходов ности и достигаемому результату является блока формирования команд управления система автоматического управления режи- связан с блоком умножения, другой с управмами работы транспортного средства, со- ляющим.входом ключа, третий с управляюдержащая датчик расхода топлива, выход - щим входом другого ключа, через который которого соединен с одним из входов опти-. . первый выход блока сравнения соединен с мизатора. Выходы датчиков крутящего мо-;: вторым входом исполнительного механизмента, датчика оборотов коленчатого вала ма. Четвертый. выход блока формирования соединены с входами блока умножения, : команд управления связан с входом управодин из выходов которого соединен с вто- ляющего ключа, Второй выход датчика оборым входом оптимизатора, выход которого ротов коленчатого вала соединен с одним из (21) 4805337/11 (22) 21.03.90 (46) 15.08,92. Бюл, М 30 (71) Ульяновский политехнический институт (72) А.M.Êàçàêîâ и И.Ф,Дьяков (56) Авторское свидетельство СССР
N 958152, кл. В 60 К 41/04, 1967. (54) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ РЕЖИМАМИ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА (57) Изобретение относится к транспортной тематике, в частности к системам автоматического управления по критерию минимума расхода топлива, а также к системе диагностики работы двигателя. Цель изобретения — расширение функциональных . возможностей управления режимами работы транспортного средства и уменьшение расхода топлива. Система управления содержит датчик частоты вращения вала двигателя, датчик загрузки двигателя, измеритель расхода топлива на единицу мощности, датчик расхода топлива, которые через соответствующие логические блоки связаны через усилитель мощности с исполнительным механизмом. 2 ил.
1754506 входов блока формирования команд управ- уменьшение расхода топлива при движеления, другой вход которого соединен с ре- нии. гулирующим органом бесступенчатой Цель достигается тем, что в устройстве, передачи, а третий вход — со вторым входом содержащем датчик расхода топлива, датблока сравнения. Выход исполнительного 5 чик частоты вращения коленчатого вала, исмеханизма соединен с рейкой топливного полнительный механизм, датчик скорости, насоса, а выход исполнительногО механиз- устройство сравйения, "введены дополнима управления. регулирующим органом свя- тельно йервь1й формирователь напряжения, зан с регулирующим органом вход которогО соединен с выходом датчика бесступенчатой передачи, второй выход ко- 10 частоты вращения коленчатого вала, а выторого связан с входом задатчика мощности ход с входом датчика загрузки двигателя., двигателя. Вход блока определения знака -: выход которого соединен с йервым входом приращения сигнала соединен с оптимиза- первого цифроаналогового преобразоватетором, а выход — с четвертым входом блока ля, второй вход которого через выход-вход формирования команд. Выход исполнитель- 15 второго формирователя напряжения соединогомеханизмауправления рейкойтоплив- нен с выходом датчика скорости, а выход ного насоса соединен с входом блока цифроайалогового преобразователя соедиопределения направления перемещения нен с первым входом первбго аналого-цифисполнительного механизма управления рового преобразователя, второй вход рейкой топливного насоса, выход которого 20 которого соединен с первым выходом генесоединен с пятым входом блока формирова- ратора временных интервалов, а второй выния командуправления. .-:: .":.:.:.. : . ход с . первым входом второго
Недостатком данного устройства явля- аналого-цифрового преобразователя, втоется, то что, оно может работать только на рой вход которого соединен через вход-вытранспортном средстве с бесступенчатой 25 ход масштабного усилителя с индикатором коробкой передач. Причем это устройство . распада топлива на едйницу мощности и с работает с использованием заданных стати- " выходом второго цифроаналогового преобческих характеристик работы транспортно- разователя, первый вход которого соединен го средства, а именно, задается скорость с выходом датчика расхода топлива, а втодвижения транспорта, мощйость"двигателя, -30 рой вход — с входом второго постоянного по этим двум показателям определяется ре- запоминающего устройства и выходом пержим работы двигателя совместно с бессту- вого аналого-цифрового преобразователя, пенчатой коробкой передач. Кроме того; в выход второго аналого-цифрового преобраприведенном устройстве не учитйвается на- . зователя через вход-выход второго постоянгрузочная характеристика двигателя при 35 ного запоминающего устройства соединен движении транспорта по дороге напомина- с первым входом сравнивающего устройстющей "стиральную доску". При движении ва, второй вход которого соединен с выхопо такой дороге возрастает нагрузка на дви- дом второго постоянного запоминающего гатель, а это означает что должна быть уве- устройства, а выход сравнивающего устрой- . личена подача топлива, в приведенной 40 ства соединен через вход-выход цифроанасистеме этого не происходит до тех пор, логовбго преобразователя с входом пока частота вращения вала не уменьшится усилителя мощности, выход которого соеди- ... до минимально допустимой, одновременно нен с исполнительным механизмом, наприпроисходит уменьшение скорости, пере- .мер шаговым двигателем, который может ключается наувеличениепередаточноечис- 45 воздействовать на органы управления ло бесступенчатой передачи, частота транспортным средством. " вращения вала двигателя увеличитСя до На фиг.1 приведена структурная схема максимума; т.е. увеличится подача топлива, предлагаемого устройства; на фиг.2 — схема но так как-скорость меньше заданной, то аналого-цифрового преобразователя. снова происходит переключение на умень- 50 . Формирователь HGllряжения 5 (аналишение передаточного числа бесступенчатой затор "ход-стоп") представляет из себя мас коробки передач, т.е. произойдет как бы штабный операционный усилитель с
"рысканье" транспортного средства. Кроме постоянным порогом смещения, Так, если того, оптимальный расходтоплива в даййой на входе формирователя действует напрясистеме осуществляется только при устано- 55 жение U1, то на его выходе будет напряжевившемся движении транспортйого средст- ние ва, -: U2 = K1{U1 + EcM}
Цель изобретения — расширение функ- где К1 — масштабирующий коэффициент; циональных"возможностей управления реЖимами работы трайспортных средств и
1754506
20
30 двигателя; лекторе двигателя
40
50
Есм — напряжение смещения, определяющее величину энергии, расходуемое транспортным средством в режиме "Стоп".
Аналого-цифровой умножитель 12 может быть реализован на базе м/с 572 ПА 1 (фиг.2), на аналоговый вход которого подается сигнал с датчика расхода топлива 13, а на цифровой вход — код с аналого-цифрового преобразователя 7, на выходе блока 12 имеется аналоговое напряжение, пропорциональное расходу топлива на единицу мощности.
Устройство автоматического управления режимами работы транспортного средства содержит датчик частоты вращения коленчатого вала 1, формирователи напряжения 2,.5, датчик загрузки двигателя 3, цифроаналоговый преобразователь 4,масштабный усилитель 10, измеритель расхода топлива на единицу мощности, аналогоцифровые преобразователи 7, 9, генератор временных интервалов 8, аналого-цифровой умножитель 12, два постоянных запоминающих устройства 14, 15, сравнивающее устройство 16, цифроа«алоговый преобразователь 17, усилитель мощности 18.
Выход датчика частоты вращения коленчатого вала 1 через вход-выход формирователя напряжения 2 соединен с входом датчика загрузки двигателя 3, выход которого соединен с первым входом цифроаналогового преобразователя 4, второй вход которого через выход-вход формирователя напряжения 5 соединен с датчиком оборотов колеса 6, выход цифроаналогового преобразователя 4 соединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя 7, второй вход которого соединен с одним из выходов генератора временнь<х интервалов 8, другой выход которого соединен с одним из входов аналого-цифрового преобразователя 9, другой вход соединен через вход-выход масштабного усилителя 10 с измерителем расхода топлива на единицу мощности 11 и выходом цифроаналогового преобразователя 12, один вход которого соединен с выходом датчика расхода топлива
13, а другой с выходом аналого-цифрового преобразователя 7,.и входом второго постоянного запоминающего устройства 14, выход аналого-цифрового преобразователя 9 через вход-выход первого постоянного запоминающего устройства 15 соединен с одним из входов сравнивающего устройства
16, другой вход которого соединен с выходом второго постоянного запомина<ощего устройства 14, а выход с входом цифроаналогового преобразователя 17, выход которого соединен с входом - усилителя мощности 18, выход которого соединен с
6 исполнительным механизмом, например шаговым двигателем, который может воздействовать на органы управления транспортного средства.Устройство работает следующим образом.
Во время движения транспортного средства напряжения с датчика оборотов колеса 6, выполненного на основе тахогенератора, подается на вход преобразователя напряжения 5, выполняющего роль анализатора "ход-стоп". С выхода блока 5 напряжение поступает на вход перемножителя.
Сигнал с датчика 1 оборотов коленчатого вала поступает на формирователь напряженил 2, выходное напряжение которого записывает потенциометрический датчик разряжения (датчик загрузки) 3, с выхода которого напряжение подается на другой перемно>китель. На выходе перемножителя имеем напряжение
0в<<х = К<(<(п«)+ EcMj Г2(пдв) f3(550 — Л Рк), (1) где К1 — масштабирующий коэффициент;
Е < — напряжение смещения, определяющее величину энергии, расходуемой транспортным средством в режиме "Стоп";
f(nz«) — функция зависимости напряжения от числа оборотов в коленчатого вала
1з(550 — Л Рх) — функция зависимости напряжения от разряжения в впускном колНапряжение U«<
N< = т4(живых). (2) fq(N<) = 1<, (3} где N< — цифровой код на выходе блока 7, соОтветствующий энергии в момент времени ц;
li — энергия, затраченная транспо ртным средством в момент времени т<
Поскольку каждому значению затраченной энергии при оптимальном режиме работы двигателя транспортного средства соответствует определенный расход топлива, то на выходе постоянного запоминающего устройства 14 при подаче íà его адресные выходы кода N< имеется цифровой код расхода топлива N<><, соответствующий оптимальному при энергии, затраченной в
55 момент времени т< транспортным средством, т.е.
No< = й(<" <<). (4)
В постоянное запоминающее устройство 14 записаны коды, соответствующие фун1754506
7 кции (3). С другой стороны код Ns подается на цифровой вход перемножающего цифроаналогового преобразователя 12, на аналоговый вход которого подается сигнал UTs c выхода датчика расхода топлива 13, на вы- 5 ходе блока 12 имеется сигнал Ups, который эквивалентен реальному расходу топлива при затраченной энергии транспортным средством в момент времени ts, т.е.
Ои = fv(Ni).. (5) 10
Сигнал Ups подается на вход масштабного усилителя, в котором масштабируется, и подается на индикатор расхода топлива на единицу затраченной энергии при работе транспортного средства (л/кВт ч) в опти- 15 мальном режиме.Кроме того, сигнал Ups подается на аналоговый вход аналого-цифрового преобразователя 9, на выходе которого имеется цифровой код Nps, соответствующий реаль- 20 ному расходу топлива
Nps = fajfv(Ns)). . (6)
Код Nps с помощью постоянного запоминающего устройства 15, как и в постоянном запоминающем устройстве 14, 25 преобразуется в эквивалентный код N>s.
Коды Nas u Mps подаются на вход сравнивающего устройства 16, на выходе которого имеется код рассогласовайия Кр
Kps = fgj)f7(Ms)) (f6(Ms) f ) . (7)
Код Kps с помощью цифроаналогового преобразователя 16 преобразуется в аналоговый сигнал, который усиливается усилителем мощности 18 и подается на 35 исполнительный механизм (шаговый, линейный двигатель), который управляет регулятором подачи топлива. Исполнительный механизм с помощью регулятора подачи топлива отрабатывает таким образом, что- 40 бы разница Кр стремилась к "0", в результате этого расход топлива стремится к оптимальному при энергии, расходуемой транспортным средством в данный момент времени ts. Из формулы (7) видно, что при 45 изменении любого, параметра транспортного соедства система стремится K тому, чтобы сигнал на входе исполнительного механизма стремился к "0".
Генератор временных интервалов необ- 50 ходим для того, чтобы обеспечить синхрон ную, работу аналого-цифрового преобразователя 7 и 9.
Во щ>емя запуска двигателя транспортного средства устройство работает следую- 55 щим образом, Пусть регулятор подачи топлива находится, например, в положении большой подачи топлива, Когда стартер начинает раскручивать поршневую группу двигателя, то на выходе аналого-цифрового преобразователя 7 имеется цифровой код Ns, который эквивалентен li приведенной затраченной энергии, но при оптимальной работе транспортно средства каждому значению затраченной" энергии соответствует определенный расход топлива, этот код Ns подается на адресный вход постоянного запоминающего устройства 14, в котором каждому адресу соответствует код расхода топлива при оптимальном режиме работы с выхода блока 14. Этот код M<,s подается на один из входов сравнивающего устройства
16. С другой стороны цифровой код Ns поступает на цифровой вход перемножающего цифроаналогового преобразователя 12, а на аналоговый с датчика расхода топлива поступает сигнал, соответствующий реальному расходу топлива; который зависит от положения регулятора подачи топлива. Таким образом на выходе блока 12 имеется сигнал реального расхода топлива от затраченной энергии Is, Этот сигнал с помощью второго аналого-цифрового преобразователя 9 преобразуется в цифровой код Nps, который соответствует реальному расходу топлива, подается на адресные входы первого запоминающего устройства 15. В по- . стоянном запоминающем устройстве 15, как и в постоянном запоминающем устройстве 14, происходит преобразование входного цифрового кода в выходной код.
Выходной код устройства 15 подается на другой вход сравнительного устройства 16.
На выходе блока 16 имеется код рассогласования Kps, эквивалентный разнице расхода топлива при оптимальном режиме, и реальном, зависящем от положения регулятора подачи топлива. Этот код с помощью цифроаналогового преобразователя 17 преобразуется в аналоговый сигнал, который усиливается усилителем мощности 18 и подается на исполнительный механизм (шаговый двигатель, линейный двигатель), который установит регулятор расхода топлива таким образом, чтобы сигнал рассогласования был равен "0", т.е. происходитуменьшение подачи топлива. Таким образом, двигатель транспортного средства вы-ходит на оптимальный режим работы, аналогичная ситуация возникает при работе, когда регулятор подачи топлива находится в положении малой подачи топлива.
Использование предлагаемого изобретения в сравнении с известными устройствами обеспечивает непрерывное отслеживание энергии, расходуемой транспортным средством. В результате этого непрерывно оптимизируется расход топлива, вследствие чего возрастает топливная эко1754506
9 номичность двигателя, двигатель работает все 8p8Mfl в оптимальном режиме, что обеспечивает минимальный износ кинематических пар. Во время работы двигателя оператору нет необходимости воздейство- 5 вать на систему подачи топлива, кроме того, предлагаемое устройство значительно проще по сравнению с известным, Предлагаемое устройство не склонно к "рысканью" при движении по дороге типа "стиральная 10 доска", так как отслеживание расходуемой энергии и воздействие на регулятор расхода топлива идет непрерывным процессом.
Формула изобретения
Система автоматического управления 15 режимами работы двигателя транспортного средства, содержащая датчик расхода топлива, датчик частоты вращения коленчатого вала, исполнительный механизм, датчик скорости, устройство сравнения, о т л и ч а- 20 ю щ а я с я тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей управлейия режимами работы транспортного средства и уменьшения расхода топлива, она снабжена датчиком загрузки двигателя, двумя ана- 25 лого-цифровыми преобразователями, двумя цифроаналоговыми преобразователя, двумя формирователями напряжения, генератором временных интервалов, масштабным усилителем, двумя постоянными за- 30 поминающими устройствами, усилителем мощности, первьил формирователем напряжения, вход которого соединен с выходом датчика частоты вращения коленчатого вала, а выход — с датчиком загрузки двигателя, выход которого соединен с первым входом первого цифроаналогового преобразователя, второй вход которого соединен через выход-вход второго формирователя напряжения с выходом датчика скорости, выход первого цифроаналогового преобразователя соединен с первым входом первого аналого-цифрового преобразователя, второй вход которого соединен с первым входом генератора временных интервалов, второй вход которого соединен С первым входом второго аналого-цифровЬго преобразователя, второй вход которого соединен через вход-выход масштабного усилителя с индикатором расхода топлива на единицу мощности и выходом второго цифроаналогового преобразователя, один вход которого соединен с выходом датчика расхода топлива, а другой — с входом второго постоянного запоминающего устройства и выходом первого аналого-цифрового преобразователя, выход второго аналого-цифрового преобразователя соединен с входом первого постоянного запоминающего устройства, выход которого связан с одним из входов сравнивающего устройства, другой вход которого соединен с выходом второго постоянного запоминающего устройства, а выход сравнивающего устройства через вход-выход вто рого циф роа налогового преобразователя соединен с выходом усилится мощности, выход которого- соединен с исполнительным механизмом управления, 1754506
Корректор Т.Вашкович
Заказ 2856 " Тираж Подписное
- ЙНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж 35, Раушская наб., 4/5
Произвбдственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101!
4 Редактор Ю.Петрушка е
Составитель И. Дьяков
Техред М.Моргентал
