Устройство для моделирования двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1984 года по МПК G06G7/62 

Изобретение относится к вычислительной технике и может найти приме нение в тренажерах транспортных средств. Известно устройство для моделиро вания механической передачи, содержащее последовательно соединенные первый интегратор, второй интеграто инвертирующий усилитель и третий интегратор, последовательно соединенные четвертый интегратор,,блок нелинейности типа сухое трение и пя тый интегратор, а также два мостовы выпрямителя и три инвертора 13. Баиболее близким к изобретению Является устройство для моделирован двигателя внутреннего сгорания, сод жащее. последовательно соединенные датчик температуры масла, первый су матор, блок сравнения, выпрямительньй элемент, интегратор и первый бл нелинейности, выход которого соединен с вторым входом интегратора, вы ход интегратора одновременно соединен с вторым, входом блока сравнения и с первым входом второго сумматора, выход которого через последовательно соединенные втор.ой блок нелинейности и усилитель соединен с в рым входом первого блока нелинейнос ти, вторые входы первого и второго сумматоров соответственно соединены с источником постоянного напряжения и датчиком yrjia поворота педали подачи топлива, а блок задания внеш момента соединен с третьим входом интегратора 21. Недостатком известного устройства является то, что с его помощью не модулируются пусковые характеристик двигателя и тяговые характеристики электростартера, что не позволяет правильно смоделировать процесс запуска двигателя электростартером. Это приводит к тому, что при исполь зовании известного устройства, например,в тренажерах, обучаемому нельзя привить правильные навыки по запуску двигателя электростартером. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства путем моделирования пусковых характеристик двигателя и тяговых характеристик электростартера. Поставленная цель достигается тем, что устройство для моделирования двигателя внутреннего сгорания, содержащее последовательно соединенные датчик темгкфатуры мпсла, ric-p-f вый сумматор, блок сравнения, выпрямительный элемент, интегратор и первый блок нелинейности, ныход интегратора соединен с другим входом блока сравнения и с первым входом второго сумматора, выход которого через последовательно соединенные второй блок нелинейности и усилитель соединен с другим входом первого блока нелинейности, вторые входы первого и второго сумматоров со.единены соответственно с источником постоянного напряжения и выходом датчика напряжения угла поворота педали подачи топлива, а выход блока задания внешнего момента соединен с вторым входом интегратора, дополнительно содержит первый и второй коммутаторы, элемент/задержки, инвертор, последовательно соединенные кнопку запуска и третий блок нелинейности, выход которого соединен с третьим входом интегратора, выход которого через инвертор подключен к второму входу третьего блока нелинейности, третий вход которого соединен с выходом датчика температуры масла, информационный вход и выход первого коммутатора подключены соответственно к выходу первого блока нелинейности и к четвертому вхоДу интегратора, а управляющий вход первого коммутатора соединен с выходом блока сравнения и через элемент задержки - с управляющим входом второго коммутатора, вход и выход которого соответственно соединены с источником опорного напряжения и третьим входом первого сумматора. На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства; на фиг. 2 поле рабочих характеристик двигателя; на фиг. 3-5 - возможные реализации. схем блоков нелинейности. Устройство содержит датчик 1 напряжения угла поворота педали подачи топлива, кнопку 2 запуска, второй сумматор 3, инвертор 4, третий блок 5 нелинейности, блок 6 за-. Дания внешнего момента, датчик 7 температуры масла, второй блок 8 нелинейности, первый коммутатор 9, интегратор 10, выпрямительный элемент 11, первый сумматор 12, элемент 13 задержки, второй коммутатор 14, усилитель 15, первый блок 16 нели)гейнос:ти, блок 17 сравнения, выход кпгоро1Ч) одновременно соединен с управляющим входом первого коммутатора 9, через элемент 13- задержки с управляющим входом второго коммутатора 14 и через выпрямительный элемент 1 с первым входом интегратора .10, выход последнего одновременно соедине с первым входом первого блока 16 нелинейности, с-вторым входом блока 17 сравнения, через инвертор 4 - с вторым входом третьего блока 5.нели нейности и через последовательно со диненные второй сумматор 3, второй блок 8 нелинейности и усилитель 15 с вторым входом первого блока 16 не линейности, выход которого через первый коммутатор 9 соединен с четвертым входом интегратора 10, трети вход которого соединен с выходом блока 6 задания внещних моментов, а четвертый вход - с выходом третье го блока 5 нелинейности, первый вход которого через кнопку 2 соединен с источником опорного напряжения, выход датчика 7 температуры масла 7 одновременно соединен с третьим входом третьего блока 5 нел нейности и с первым входом первого сумматора 12, второй и третий входы которого соединены соответственно с источником опорного напряжения и с выходом второго коммутатора 14, информационный вход которого соединен Систочником опорного напряжения, выход первого сумматора 12 соединен с первым входом блока 17 сравнения, первый вход второго сумматора 3 соединен р выходом датчика 1 напряжения угла поворота педали подачи топлива, который соединен с источником опорного напряжения. Блоки нелинейности включают усилите ли 18, резисторы 19 и диоды 20. Основное уравнение, на котором основана работа устройства, имеет вид .. ,-Мп-Мвн, 3 - момент инерции, приведен ный к валу двигателя; (4 - угловая скорость вращени вала двигателя, крутящий момент двигател зависящий от угловой ско рости вращения ей и от количества подающего топ лива (flf) J (ci(..,T)-крутящий момент стартера-, приложенный к валу двигателя ,. Йо момент сопротивления прокрутки двигателя при час- тотах вращения его вала, при которых не происходит воспламенение топливной смеси и Mjuj, 0; Мцц. - момент сопротивления внешних, сил, приведенный к валу двигателя. Это уравнение решается с помощью интегратора 10, на первый, второй третий и четвертый входы которого поступают соответственно напряжения , UMU ) мвц UMJVT , пропорциональные соответствующим моментам. Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии устройства, соответствующем заглушенному дви ателю, когда кнопка отпущена (кнопка 2 разомкнута) и педаль подачи топлива отпущена (напряжение с датчика 1 равно 0), интегратор 10 разряжен положительным напряжением .с выхода блока 17 сравнения, которое поступает на его -первый вход через выпрямительный элемент 11 и пропорционально. Этим же напряжением по управляющим входам разомкнуты первый 9 и второй 14 коммутаторы. На выходе датчика 7 температуры масла формируется напряжение, соответствующее температуре масла двигателя, это напряжение поступает на первый вход сумматора 12, на второй которрго поступает постоянное напряжение. На выходе сумматора 12 формируется напряжение .пропорциональное минимальной частоте вращения двигателя, .при которой происходит запуск двигателя при указанной температуре МИН5 . При замкнутом коммутаторе 14 (коммутатор замыкается после запуска двигателя) на третий вход сумматора 12 поступает постоянное напряжение, а на его выходе в этом случае формируется напряжение, пропорциональное минимальной частоте вращения двигателя на холостом ходу, также зависящее от температуры масла Р(Т„У(. Для запуска двигателя необходимо выжать на некоторый угол педаль подачи топлива и нажать кнопку 2. При этом на выходе датчика 1 появляется напряжение, которое, пройдя через сумматор 3, блок 8 нелинейности и усилитель 15, преобразуется в напряжение, пропорциональное величине подачи топлива (в данном случае максимальная подача), а с датчика кнопки 2 на первый вход блока 5 нелинейности поступает постоянное напряжение, пропорциональное максимальному Моменту стартера (при (s) 0) . На третий вход блока 5 нелинейности поступает напряжение с выхода датчика 7 температуры масла, которое при заглушенном двигателе соответствует температуре окружающей среды. В результате на выходе блока 5 нелинейности появляется напряжение, пропорциональное Мет и зависящее от температуры окружающей среды (чем больше температура, тем больше момен которое поступает на четвертый вход интегратора 10. На первый вход интегратора 10 поступает напряжение, пропорциональное MO , с блока .17 сравнения через выпрямительный элемент 11, а на третий вход интегратора поступает напряжение, пропорциональное Мб« с блока задания внешних моментов. Если Юмй-г выход интегратора 10 появляется растущее напряжение Uj) , пропорциональное частоте вращения вала двигателя. Напряжение (Jw через инвертор 4, необходимый для согласования напряжения по знаку, поступает на второй вход блока 5 нелинейности, уменьшая при этом напряжение Uai (фиг. 5), что, в свою очередь, влечет за собой уменьшение скорости нарастания напряжения U(jj на выходе интегратора 10, и,при условии Ю„ст1 1ими име«1 заряд интегратора прекращается. Запуск двигателя осуществляется лишь в том случае, если напряжение Utjj, с выхода интегратора 10 становится больше напряжения на выходе сумматора 12, пропорционального минимальной частоте запуска двигателя Свиич При этом на выходе блока 17 сравнения напряжение изменяет свою полярность и выпрямительный элемент 11 не пропускает его на вход интегра тора 10, что эквивалентно уменьшению Мч до нуля. Одновременно напряжением с выхода блока 17 замыкается первый коммутатор 9, на второй вход интегратора 10 поступает напряжение , пропорциональное крутящему моменту двигателя при работе его на внешней характеристике, формируемое на выходе блока 16. В дальнейшем кнопка 2 может быть отпущена, дальнейший заряд интегратора 10 осуществляется за счет наличия на его втором входе напряжения Через время, определяемое временем задержки элемента 13 задержки, замыкается коммутатор 14, на третий вход сумматора 12 поступает постоянное напряжение и на его выходе появляется напряжение, пропорциональное ( у. которое поступает на первый вход блока 17 сравнения. Время задержки элемента 13 выбрано из такого расчета, что напряжение на выходе интегратора 10 успевает вырасти до значения UUD U( В этом случае напряжение на выходе блока 17. сравнения не изменяется, и коммутаторы 9 и 14 остаются замкнутыми, что соответствует запущенному двигателю. Изменяя напряжение на выходе датчика 7 температуры масла, который может представлять собой, например, потенциометр, возможно изменение крутящего момента стартера M(iT и минимальной частоты запуска ММН-З Причем при уменьшении темпе- . ратуры MtT уменьшается, а мщ Увеличивается, что приводит к увеличению времени запуска или даже к невозможности его. После окончания процесса запуска разгон двигателя продолжает осуществляться за счет крутящего номента Аб fc,q . Указанная зависимость формируется с помощью первого блока 16 нелинейности, на первый вход которого подается напряжение с интегратора 10, а на другой - напряжение, пропорциональное величине подачи топлива. Причем разгон в этом случае осуществляется по внешней характеристике. Работа на внешней характеристике определяется тем, что на второй вход блока 16 нелинейности подается максимальное положительное напряе,ние, определяемое напряжением с второго блока 8 нелинейности. Когда напряжение с выхода интегратора 10 становится больше напряжения с выхода датчика 1 угла поворота педали подачи топлива, напряжение на выходе второго сумматора 3 меняет знак. При этом напряжение на выходе второго блока 8 нелинейности,начинает резко уменьшаться, что приводит к снижению напряжения Омдв на выходе первого блока 16 нелинейности, т.е. формируется регуляторная характеристика двигателя. Положение регуляторны характеристик двигателя определяется напряжением с датчика 1. При отсутствии напряжения иц54 пропорционального моменту сопротивления Ц с блока 6 задания внешнего момента, значение напряжения равн нулю. Рабочая точка, определяемая координатами крутящего Момента МАВ и оборотов й(1 , находится на оси оборотов, например в точке А; При ув личении рабочая точка находится на регуляторной характеристике, т.е. напряжение U уменьшается. При дальнейшем увеличении рабочая точка выходит на внешнюю характеристику. В этом случае Uco становится меньше напряжения, снимаемого с датч ка 1. При дальнейшем увеличении (itлъ рабочая точка перемещается по внешней характеристике в сторону уменьше ния оборотов. Если Uмg UMMMIC то происходит заглохание по первой ча ти внешней характеристики. Рассмотрим случай формирования тормозных характеристик. Допустим, рабочая точка находится на регулятор ной характеристике (точка В), В этом случае напряжение ( Ut и Utt)Congt что соответствует уста новившемуся режиму работы двигателя. При изменении напряжения с выхода датчика 1 угла поворота педали подачи топлива в сторону уменьшения подачи топлива напряжение с выхода датчика 1 становится меньше U , При этом меняется знак на выходе второго сумматора 3, что, в свою очередь, приводит к смене знака и резкому увеличению напряжения на выходе блока 8. Последнее через усилитель 15 действует на второй вход первого блока 16 нелинейности и изменяет полярность его выходного напряжения, т.е. рабочая точка переходит по регуляторной характеристике в область тормозных моментов, например в точку С . В этом случае напряжение разряжает интегратор 10, что приводит к снижению UHJ . Это снижение происходит до тех пор, пока 1)(а не сравняется с напряжением с выхода датчика 1 угла поворота педали подачи топлива, т.е. рабочая точка выходит на новую регуляторную характеристику (точка Р ). Таким образом, устройство позволяет моделировать,кроме рабочих режимов, режим запуска двигателя электростартером, причем, в зависимости от желания инструктора можно менять условия запуска, например запуск в летних или зимних условиях. Применение предлагаемого устройства в тренажере для обучения водителей транспортных средств позволяет обучаемому отрабатывать правильные приемы запуска двигателя электростартером в разных климатических условиях, что повьш ает качество обучения водителей транспортных средств.

г/оп

сриг.З (od о

19 М X.

4iZH-4 HВыход2 вход

УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащее последовательно соединенные датчик температуры масла, :первый сумматор, блок сравнения, выпрямительный элемент, интегратор и первый блок нелинейности, выход интегратора соединен с другим входом блока сравнения и с первым входом второго сумматора, выход которого через последовательно соединенные второй блок нелинейности и усилитель соединен с другим входом первого блока нелинейности, вторые входы первого и второго сумматоров соединены соответственно с источником постоянного напряжения и выходом датчика напряжения угла поворота педали подачи топлива, а выход блока задания внешнего момента соединен с вторым входом интегратора, о тличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем моделирования пусковых характеристик двигателя и тяговых характеристик электростартера, оно дополнительно содержит первый и второй коммутаторы, элемент задержки, инвертор, последовательно со.е диненные кнопку запуска и третий блок нелинейности, выход которого соединен с третьим входом интегратора, выход которого через инвертор подключен к второму входу третьего i блока нелинейности, третий вход которого соединен с выходом датчика (Л температуры масла, информационный вход и выход первого коммутатора подключены соответственно к выходу первого блока нелинейности и к четвер- . тому входу интегратора, а управляющий вход первого коммутатора соединен с выходом блока сравнения и через элемент задержки - с управляю- щим входом второго коммутатора, со | вход и выход которого соответственно соединены с источником опорного напряжения и третьим входом первого сумматора.

Фиг.

)(од l uQxod

Зй вход

о Выход фиг5