Устройство для моделирования двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1984 года по МПК G06G7/64 

f Изобретение относится к вычислительной технике и может .найти приме нение в тренажефах для обучения водителей транспортных средств и исследовательских стендах. Известно устройство, для oдeлирования двигателя внутреннего сгорания, содерх ащее первый и второй блоки нелинейности и интегратор 1 .. Известно также устройство для, моделирования двигателя внутреннего сгорания, содержащее датчик педа;ли подачи топлива, сумматор, блок задания внешнего момента, интегратор, блок нелинейности 2j. Наиболее близким к изобретению является устройство для моделирования двигателя внутреннего сгорания содержащее последовательно соединен блок задания напряжения, пропор ц1-гонапьного внешнему моменту, интег и первый блок нелинейности, выход которого соединен с другим вх дом интегратора, последовательно соединенные сумматор и второй блок нелинейности, первый и второй входьГ сумматора соответственно соедин ны с выходом интегратора и выходом датчика напряжения, пропорционального расходу топлива, управляемый ограничитель напряжения, информационный вход которого соединен с выходом второго блока нелинейности, а управляющий вход - с выходом интегратора, выход управляемого огра ничителя напряжения соединен с вторьпч входом первого блока нелиней ности з1. Недостатком известных устройств является то, что в них не учитываются инерционные свойства регулятора,.в результате чего в переходных режимах погрешности достигают значительных величин. Цель изобретения - повышение точ ности моделирования о Поставленная цель достигается тем, что в устройство для моделиро вания двигателя внутреннего сгорания, содержащее датчик напряжения, пропорционального подаче тогшива, сумматор, ограничитель и последова тельно соединенные блок задания напряжения, пропорционального внеш немл моменту, первый интегратор и блок иелинейности, выход которого соединен с другим входом первого 1 интегратора, выход последнего подключен к управляющему входу ограничителя, выход которого соединен с други -1 входом блока нелинейности, введены блок нелинейности типа зона нечувствительности, выполненный в виде диодно-резисторной цепочки, состоящей из резистора и двух диодов, като.ды которых объединены и соединены с одним выводом резистора, и последовател1)НО соединенные квадратор, второй интегратор и третий интегратор, выход которого соединен с информационным входом ограничителя и первыъ входом сумматора, второй вход которого подключен к источнику опорного напряжения, выход сумматора соединен с вторым входом второго интегратора, анод первого диода диодно-резисторной цепочки подключен к выходу второго интегратора, а анод второго диода соединен с третьим входом второго интегратора, другой вывод резистора диодно-резисторьой цепочки подюлючен к выходу датчика напряжения, пропорционального подаче топпива, а вход квадратора подключен к выходу первого интегра.тора На фиг. 1 изобрал;ена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2 схема блока нелинейности; на фиг. 3 - поле рабочих характеристик двигателя. Устройство содержит датчик 1 напряжения, пропорционального подаче топлива, квадратор 2, блок 3 задания напряжения,, пропорционального внешнеГГ моменту, блок 4 нелинейности типа зона нечувствительносвыполненн1 1и в виде диодно-резисторной цепочки, второй интегратор 5, сумматор 6, первый 7 и третий 8 интеграторы, ограничитооть 9 и блок 10 нелимейности, выход которого соединен с вторым входом первого интегратора 7, выход последнего через последовательно соединенные квадратор 2, интеграторы 5 и 8 и ограничитель 9 соединен с вторым входом блока 10 нелинейности,, первый вход которого соединен с BEJIXOдом интегратора 7, первым входом соединенного с выходом блока 3. Выход интегратора 8 через сумматор б соединен с вторым входом интегратора 5, в обратную связь которого включена диодно-резисторная 3 цепочка, вход которой соединен с выходом датчика 1. Устройство содержит также резисторы 11, диоды 12, операционные усилители 13 и к денсатор 14. Устройство работает следующим разом. Основное уравнение, на решении которого основана работа устройства, имеет вид (u.)-S где I - момент инерции, приведе ный к валу двигателя; - угловая скорость вала двигателя, М (Q, g) - крутящий момент двигателя, зависящий от угловой скорости вала двигателя и количества топлива; М - внешний момент, приложенный к валу двигателя Уравнение решается с помощью ин тегратора 7, входными величинами которого являются напряжения, снимаемые с блока 3 (при запуске оно пропорционально моменту стартера, а при работе - величине внешнего м мента, приложенного к валу двигате ля) и блока 10 нелинейности, который формирует напряжение, пропорци нальное величине М ( Q, g). При работе двигателя в зависимо ти от приложенного к валу внешнего момента рабочая точка находится вы ше оси абсцисс - момент внешних сил является моментом сопротивлени .вращения, на оси абсцисс - момент (Внешних сил равен нулю (внутренними потерями пренебрегаем), ниже ос абсцисс - момент внешних сил -является раскручивающим моментом, так как двигатель работает в тормозном режиме. Управление двигателем осуществ ляется за счет изменения подачи топлива. При незапущенном двигателе нап ряжение и, пропорциональное оборо там коленчатого вала, на выходе интегратора 7 равно нулю. В этом случае, напряжение на вы ходе квадратора 2 также равно нулю. Квадратор служит для формирования положительного напряжения 14 UQ., пропорционального центробежной силе от враи;ен Ш грузиков. Следовательно, напряжение на первом входе интегратора 5 при незапущ.енном двигателе равно нулю. За счет опорного положительного напряжения на втором входе сум-матора 6 напряжение па выходе HFIтегратора 8 равно опорному, но с противоположным знаком. Это напряжение Un пропорционально положению рейки топливного насоса и в данном случае соответствует максимальной подаче топлива. Через ограничитель 9 оно подается па второй вход блока нелинейности. В данном случае напряжение Ил не ограничивается, так как ограничитель работает ПОотрицательной полярности по выходу (ограничитель инвертирующий ) . Перед запуском двигателя водитель выжимает педаль подачи топлива на определенный угол. При этом с датчика 1 снимается отрицательное напряжение Uf,p.j. , пропорциональное положению педали подачи топлива. Это напряжение поступает на диодно-резисторную ц;епочку, которая задает зону нечувствительности интегратора 5 (в данном случае для положительной полярности по выходу интегратора 5). В результате этого напряжение на .выходе интегратора появляется только тогда, когда напряжение Цц с выхо-да квадратора 2 становится больше напряжения ° этом случае напряжение на выходе интегратора 5 пропорционально скорости перемещения рейки топливного насоса. Последнее интегрируется интегратором 8, в результате чего напряжение на выходе интегратора 8 меньшается от Uvi до U|,., т.е. двигатель переходит в тормозной режим.- При этом напряжение U(i уменьшается до тех пор, пока не наступит равенство и, Оц g , т.е. моделируется равенство между центробежной сшюй и силой натяжения пружниы регулятора.. Для изменения чмсла оборотов водитель изменяет положение педали подачи тотшива, в результате чего указанное равновесие нарушается. Например, водитель выжал педаль на некоторый угол, т.е. UrinT становится больше иц Е, . в этом случае зона нечувствительности, определяемая блоком 4, увели швается, и напряжение и,ц g на первом входе интегратора 5 не оказывает влияние на выходное напряжение интегратора 5.

Поэтому напряжение на выходах интеграторов 5 и 8 определяется зйачением опорного напряжения на втором входе сумматора 6. т.е. напряжение IS на выходе интегратора 8 и ограничителя 9 соответствует максимальной подаче топлива. Следовательно, на второй вход интегратора 7 подается напряжение , пропорциональное крутящему моменту двигателя, соответствующее работе двигателя по внешней характеристике,

В результате напряжение U на выходе интегратора 7, а следовательно и напряжение Ццд на выходе квадратора 2 увеличивается.

Данный процесс происходит до тех пор,,пока вновь не наступит равновесие, т.е. установится новое значение напряжения U(j

ц.б. ппт пропорциональное оборотам двигателя

Если с блока 3 напряжение равно нулю (двигатель работает без нагрузки) , то рабочая точка находится на оси абсцисс. При увеличении значения U;rt6 пропорционального раскручивающему моменту, рабочая точка двигается по регулярной характеристике в области тормозного момента, поскольку увеличение U. на выходе интегратора 7 приводит к увеличению напряжения на выходе квадратора 2 и

на выходе интегратора 8. Если напряжение на выходе интегратора 8 меньше (по абсолютной величине) уровня ограничения ограничителя 9, то напряжение с вькода интегратора 8

проходит без ограничения.

В этом случае рабочая точка находится на отрезке АР. В противном случае точка выходит на линию FL, 4TQ соответствует режиму раскрутки

вала двигателя внешним моментом (фиг. 3).

Таким образом, предложенное устройство моделирует работу дизельного двигателя с регулятором, при

ЭТОМ учитываются инерционные свойства регулятора. В результате значительно повьшается точность моделирования работы двигателя, особенно в переходных режимах, которые наиболее характерны для транспортных средств.

Применение предложенного устройства в тренажерах транспортных средств позволит повысить точность моделирования динамики движения транспортных средств и, как следствие, повысить эффективность обучения водителей транспортных средств.

12 12

УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащее датчик напряжения, пропорционального подаче топлива, сумматор, ограничитель и последовательно соединенные блок задания напряжения, пропорционального внешнему моменту, первый интегратор и блок нелинейности, выход которого соединен с другим входом первого интегратора, выход последнего подключен к управляющему входу ограничителя, выход которого соединен с другим входом блока нелинейности, отличающееся тем, что, с целью повышения точности моделирования, в него введены блок нелинейности типа зона нечувствительности, выполненный в виде диодно-резисторной цепочки, состоящей из резистора и двух диодов, катоды которых объединены и соединены с одним выводом резистора, и последовательно соединенные квадратор, второй интегратор и третий интегратор, выход которого соединен с информационным входом ограничителя и первым входом сумматора, второйвход которого подключен к источнику опорс € ного напряжения, выход сумматора соединен- с вторым входом второго интегратора, анод первого диода диодно-резисторной цепочки подключен к выходу второго интегратора, а анод второго диода соединен с третьим входом второго интегратора, другой вывод резистора диодно-резисторной цепочки подключен к выходу датчика напряжения, пропорционального подаче топлива, а вход квадратора подключен к выходу первого интегратора.

м

внешняя

fPt/3.J xffpcf/f/77ej 7i/c/7 i/ffa Pe2t// j mop/ 6/e xapa/f/77epi/c/77i//f(/