Система автоматического управления режимами работы двигателя транспортного средства Советский патент 1992 года по МПК B60K41/04 

Изобретение относится к транспортной тематике, в частности к системам, осуществляющим оптимизацию по критерию минимального расхода топлива, т.е. выбор оптимального рабочего режима движения. В процессе работы транспортного средства может быть использовано в автомобилестроении, в частности в системах автоматического управления двигателем, а также в системе диагностики качества работы двигателя.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является система автоматического управления режимами работы транспортного средства, содержащая датчик расхода топлива, выход которого соединен с одним из входов оптимизатора. Выходы датчиков крутящего момента, датчика оборотов коленчатого вала соединены с входами блока умножения, один из выходов которого соединен с вторым входом оптимизатора, выход которого

через ключ соединен с исполнительным механизмом, Второй выход блока умножения соединен с одним из входов блока сравнения, второй вход которого соединен с задат- чиком мощности двигателя. Выход этого блока сравнения соединен с сигнальным входом ключа, выход которого соединен с одним из входов испЬлнительного механизма. Выход датчика скорости движения соединен с одним из входов блока сравнения, второй вход которого соединен с задатчи- ком скорости движения. Один из выходов блока формирования команд управления связан с блоком умножения, другой с управ- ,лающим входом ключа, третий с управляющим входом другого ключа, через который первый выход блока сравнения соединен с вторым входом исполнительного механизма. Четвертый выход блока формирования команд управления связан с входом управляющего ключа. Второй выход датчика оборотов коленчатого вала соединен с одним из

Х|

(Л .N СЯ

О

О

входов блока формирования команд управления, другой вход которого соединен с регулирующим органом бесступенчатой передачи, а третий вход - со вторым входом блока сравнения. Выход исполнительного механизма соединен с рейкой топливного насоса, а выход исполнительного механизма управления регулирующим органом связан с регулирующим органом бесступенчатой передачи, второй выход ко- торого связан с входом задатчика мощности двигателя. Вход блока определения знака приращения сигнала соединен с оптимизатором, а выход - с четвертым входом блока формирования команд. Выход исполнитель- ного механизма управления рейкой топливного насоса соединен с входом блока определения направления перемещения исполнительного механизма управления рейкой топливного насоса, выход которого соединен с пятым входом блока формирования команд управления.

Недостатком данного устройства является, то что, оно может работать только на транспортном средстве с бесступенчатой коробкой передач. Причем это устройство работает с использованием заданных статических характеристик работы транспортного средства, а именно, задается скорость движения транспорта, мощность двигателя, по этим двум показателям определяется режим работы двигателя совместно с бесступенчатой коробкой передач. Кроме того, в приведенном устройстве не учитывается нагрузочная характеристика двигателя при движении транспорта по дороге напоминающей стиральную доску. При движении по такой дороге возрастает нагрузка на двигатель, а это означает что должна быть увеличена подача топлива, в приведенной системе этого не происходит до тех пор, пока частота вращения вала не уменьшится до минимально допустимой, одновременно происходит уменьшение скорости, переключается на увеличение передаточное чис- ло бесступенчатой передачи, частота вращения вала двигателя увеличится до максимума, т.е. увеличится подача топлива, но так как скорость меньше заданной, то снова происходит переключение на умень- шение передаточного числа бесступенчатой коробки передач, т.е. произойдет как бы рысканье транспортного средства. Кроме того, оптимальный расход топлива в данной системе осуществляется только при устало- вившемся движении транспортного средст- ва.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей управления ре- жимам и работы тр ан спортных средств и

уменьшение расхода топлива при движении.

Цель достигается тем, что в устройстве, содержащем датчик расхода топлива, датчик частоты вращения коленчатого вала, исполнительный механизм, датчик скорости, устройство сравнения, введены дополнительно первый формирователь напряжения, вход которого соединен с выходом датчика частоты вращения коленчатого вала, а выход с входом датчика загрузки двигателя, выход которого соединен с первым входом первого цифроаналоговог о преобразователя, второй вход которого через выход-вход второго формирователя напряжения соединен с выходом датчика скорости, а выход цифроаналогового преобразователя соединен с первым входом первого аналого-цифрового преобразователя, второй вход которого соединен с первым выходом генератора временных интервалов, а второй выход с первым входом второго аналого-цифрового преобразователя, второй вход которого соединен через вход-выход масштабного усилителя с индикатором распада топлива на единицу мощности и с выходом второго цифроаналогового преобразователя, первый вход которого соединен с выходом датчика расхода топлива, а второй вход - с входом второго постоянного запоминающего устройства и выходом первого аналого-цифрового преобразователя, выход второго аналого-цифрового преобразователя через вход-выход второго постоянного запоминающего устройства соединен с первым входом сравнивающего устройства, второй вход которого соединен с выходом второго постоянного запоминающего устройства, а выход сравнивающего устройства соединен через вход-выход цифроаналогового преобразователя с входом усилителя мощности, выход которого соединен с исполнительным механизмом, например шаговым двигателем, который может воздействовать на органы управления транспортным средством,

На фиг.1 приведена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - схема аналого-цифрового преобразователя.

Формирователь напряжения 5 (анализатор ход-стоп) представляет из себя масштабный операционный усилитель с постоянным порогом смещения. Так, если на входе формирователя действует напряжение Ui, то на его выходе будет напряжение

(Ui + ECM), где Ki - масштабирующий коэффициент;

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, пропор- циональное 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, аналога- цифровые преобразователи 7, 9, генератор временных интервалов 8, аналого-цифровой умножитель 12, два постоянных запоминающих устройства 14, 15, сравнивающее устройство 16, цифроаналоговый преобра- зователь 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 которо- го соединен с первым входом цифроанало- гового преобразователя 4, второй вход которого через выход-вход формирователя напряжения 5 соединен с датчиком оборотов колеса 6, выход цифроаналогового пре- образователя 4 соединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя 7, второй вход которого соединен с одним из выходов генератора временных 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 рабхода топлива 13, а другой с выходом аналого-цифрового преобразователя 7, и входом второго постоянного запоминающего устройства 14, вы- ход 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 выхо- дом второго постоянного запоминающего устройства 14, а выход с входом цифроаналогового преобразователя 17, выход которого соединен с входом усилителя мощности 18, выход которого соединен с

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 тахогене- ратора, 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 напряжения 2, выходное напряжение которого записывает потенциометрический датчик разряжения (датчик загрузки) 3, с выхода которого напряжение подается на другой перемножитель. На выходе перемножителя имеем напряжение:

UDux (nk)(nAB)f3(550-A Рк), (1)

где «ч - масштабирующий коэффициент;

Есм - напряжение смещения, определяющее величину энергии, расходуемой транспортным средством в режиме

f(nAB) - функция зависимости напряжения от числа оборотов в коленчатого вала двигателя;

Тз(550- Д Рк) - функция зависимости напряжения от разряжения в впускном коллекторе двигателя.

Напряжение Увых подается на аналого- цифровой преобразователь 7,на выходе которого имеется цифровой код энергии, затрачиваемой транспортом за время ti, т.е. Ni f4(UBb.x). (2)

f5(N,)li,(3)

где NI - цифровой код на выходе блока 7, соответствующий энергии в момент времени ti;

I - энергия, затраченная транспортным средством в момент времени ti.

Поскольку каждому значению затраченной энергии при оптимальном режиме работы двигателя транспортного средства соответствует определенный расход топлива, го на выходе постоянного запоминающего устройства 14 при подаче на его адресные выходы кода NI имеется цифровой код расхода топлива Not, соответствующий оптимальному при энергии, затраченной в момент времени ti транспортным средством, т.е.

Noi f6(Ni).(4)

В постоянное запоминающее устройство 14 записаны коды, соответствующие функции (3). С другой стороны код NI подается на цифровой вход перемножающего цифро- аналогового преобразователя 12, на аналоговый вход которого подается сигнал UTI с выхода датчика расхода топлива 13, на вы- ходе блока 12 имеется сигнал UPI, который эквивалентен реальному расходу топлива при затраченной энергии транспортным средством в момент времени ti, т.е.

Upi f7(Ni).(5)

Сигнал UPI 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- мальном режиме.

Кроме того, сигнал UPI подается на аналоговый вход аналого-цифрового преобразователя 9, на выходе которого имеется цифровой код NPI, соответствующий реаль- ному расходу топлива

NPI (N,).(6)

Код Npi с помощью постоянного запоминающего устройства 15, как и в постоянном запоминающем устройстве 14, преобразуется в эквивалентный код N0i.

Коды Noi и NPI подаются на вход сравнивающего устройства 16, на выходе которого имеется код рассогласования KPI

1 -

Kpi-f9 ff7(N,)| -jfe(Ni)J,(7)

Код KPI с помощью цифроаналогового преобразователя 16 преобразуется в аналоговый сигнал, который усиливается усилителем мощности 18 и подается на исполнительный механизм (шаговый, линейный двигатель), который управляет регулятором подачи топлива. Исполнительный механизм с помощью регулятора подачи топлива отрабатывает таким образом, что- бь разница KPI стремилась к О, в результате этого расход топлива стремится к оптимальному при энергии, расходуемой транспортным средством в данный момент времени ti. Из формулы (7) видно, что при изменении любого параметра транспортного соедства система стремится к тому, чтобы сигнал на входе исполнительного механизма стремился к О.

Генератор временных интервалов необ- ходим для того, чтобы обеспечить синхронную работу аналого-цифрового преобразователя 7 и 9.

Во запуска двигателя транспортного средства устройство работает следую- 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 NI, который эквивалентен I приведенной затраченной энергии, но при оптимальной работе транс- портно средства каждому значению затраченной энергии соответствует определенный расход топлива, этот код NI 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 Noi подается на один из входов сравнивающего устройства 16. С другой стороны цифровой код NI 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 li. Этот сигнал с помощью второго аналого-цифрового преобразователя 9 преобразуется в цифровой код NPJ, который соответствует реальному расходу топлива, подается на адресные входы первого запоминающего устройства 15. В постоянном 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 KPI, эквивалентный разнице расхода топлива при оптимальном режиме, и реальном, зависящем от положения регулятора подачи топлива. Этот код с помощью цифро- аналогового 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 О, т.е. происходит уменьшение подачи топлива. Таким образом, двигатель транспортного средства выходит 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 экономичность двигателя, двигатель работает все время в оптимальном рехшме, что обеспечивает минимальный износ кинематических пар. Во время работы двигателя оператору нет необходимости воздейство- 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 доска, так как отслеживание расходуемой энергии и воздействие на регулятор расхода топлива идет непрерывным процессом. Формула изобретения Система автоматического управления режимами работы двигателя транспортного средства, содержащая датчик расхода топлива, датч ик частоты вращения коленчатого вала, исполнительный механизм, датчик скорости, устройство сравнения, о т л и ч а- ю щ а я с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей управления режимами работы транспортного средства и уменьшения расхода топлива, она снабжена датчиком загрузки двигателя, двумя аиа- лого-цифровыми преобразователями, двумя цифроаналоговыми преобразователя, двумя формирователями напряжения, генератором временных интервалов, масштабным усилителем, двумя постоянными за- поминающими устройствами, усилителем мощности, первым 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-цифрового 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 второго цифроаналогового преобразователя соединен с выходом усилителя мощности, выход которого соединен с исполнительным механизмом управления.

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.

Фи&.1

Редактор Ю.Петрушка

Составитель И. Дьяков Техред М.Моргентал

Корректор Т.Вашкович