SU1120371A1

SU1120371A1 - Device for simulating internal combustion engine

Info

Publication number: SU1120371A1
Application number: SU833620173A
Authority: SU
Inventors: Михаил Николаевич Родин; Николай Михайлович Купцов; Андрей Андреевич Бельке
Original assignee: Предприятие П/Я Р-6284
Priority date: 1983-07-13
Filing date: 1983-07-13
Publication date: 1984-10-23

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ , содержащее датчик напр жени , пропорционального подаче топлива, сумматор, ограничитель и последовательно соединенные блок задани напр жени , пропорционального внешнему моменту, первый интегратор и блок нелинейности, выход которого соединен с другим входом первого интегратора , выход последнего подключен к управл ющему входу ограничител , выход которого соединен с другим входом блока нелинейности, отличающеес тем, что, с целью повышени точности моделировани , в него введены блок нелинейности типа зона нечувствительности, выполненный в виде диодно-резисторной цепочки, состо щей 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 ограничител и первым входом сумматора, второйвход которого подключен к источнику опорс € ного напр жени , 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 напр жени , пропорционального подаче топлива, а вход квадратора подключен к выходу первого интегратора.A DEVICE FOR MODELING AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE containing a voltage sensor proportional to the fuel supply, an adder, a limiter and a serially connected voltage reference unit proportional to the external moment, the first integrator and the nonlinearity unit whose output is connected to another input of the first integrator, the output of the latter is connected to control input of the limiter, the output of which is connected to another input of the nonlinearity block, characterized in that, in order to increase the accuracy of the simulation, in A non-linearity block of the insensitivity zone type, made in the form of a diode-resistor chain, consisting of a resistor and two diodes, whose cathodes are combined and connected to one output of the resistor, and a quadrant connected in series, the input of the limiter and the first input of the adder, the second inlet of which is connected to the source of the voltage supply, the output of the adder is connected to the second input of the second integrator, the anode of the first diode diode o-resistor chain connected to the output of the second integrator, and the anode of the second diode connected to the third input of the second integrator, the other terminal of the resistor diode-resistor chain connected to the sensor output voltage proportional to the fuel supply, and quad input connected to the output of the first integrator.

Description

f Изобретение относитс к вычислительной технике и может .найти приме нение в тренажефах дл обучени водителей транспортных средств и исследовательских стендах. Известно устройство, дл oдeлировани двигател внутреннего сгорани , содерх ащее первый и второй блоки нелинейности и интегратор 1 .. Известно также устройство дл , моделировани двигател внутреннего сгорани , содержащее датчик педа;ли подачи топлива, сумматор, блок задани внешнего момента, интегратор , блок нелинейности 2j. Наиболее близким к изобретению вл етс устройство дл моделировани двигател внутреннего сгорани содержащее последовательно соединен блок задани напр жени , 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 напр жени , пропорционального расходу топлива, управл емый ограничитель напр жени , информационный вход которого соединен с выходом второго блока нелинейности, а управл ющий вход - с выходом интегратора , выход управл емого огра ничител напр жени соединен с вторьпч входом первого блока нелиней ности з1. Недостатком известных устройств вл етс то, что в них не учитываютс инерционные свойства регул тора ,.в результате чего в переходных режимах погрешности достигают значительных величин. Цель изобретени - повышение точ ности моделировани о Поставленна цель достигаетс тем, что в устройство дл моделиро вани двигател внутреннего сгорани , содержащее датчик напр жени , пропорционального подаче тогшива, сумматор, ограничитель и последова тельно соединенные блок задани напр жени , пропорционального внеш немл моменту, первый интегратор и блок иелинейности, выход которого соединен с другим входом первого 1 интегратора, выход последнего подключен к управл ющему входу ограничител , выход которого соединен с други -1 входом блока нелинейности, введены блок нелинейности типа зона нечувствительности, выполненный в виде диодно-резисторной цепочки, состо щей 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 ограничител и первыъ входом сумматора, второй вход которого подключен к источнику опорного напр жени , 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 напр жени , 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 двигател . Устройство содержит датчик 1 напр жени , пропорционального подаче топлива, квадратор 2, блок 3 задани напр жени ,, 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 св зь которого включена диодно-резисторна 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 двигател ; - углова скорость вала двигател , М (Q, g) - крут щий момент двигател , завис щий от угловой скорости вала двигател и количества топлива; М - внешний момент, приложенный к валу двигател Уравнение решаетс с помощью ин тегратора 7, входными величинами которого вл ютс напр жени , снимаемые с блока 3 (при запуске оно пропорционально моменту стартера, а при работе - величине внешнего м мента, приложенного к валу двигате л ) и блока 10 нелинейности, который формирует напр жение, пропорци нальное величине М ( Q, g). При работе двигател в зависимо ти от приложенного к валу внешнего момента рабоча точка находитс вы ше оси абсцисс - момент внешних сил вл етс моментом сопротивлени . вращени , на оси абсцисс - момент (Внешних сил равен нулю (внутренними потер ми пренебрегаем), ниже ос абсцисс - момент внешних сил - вл етс раскручивающим моментом, так как двигатель работает в тормозном режиме. Управление двигателем осуществ л етс за счет изменени подачи топлива. При незапущенном двигателе нап р жение и, пропорциональное оборо там коленчатого вала, на выходе интегратора 7 равно нулю. В этом случае, напр жение на вы ходе квадратора 2 также равно нулю . Квадратор служит дл формировани положительного напр жени 14 UQ., пропорционального центробежной силе от враи;ен Ш грузиков. Следовательно, напр жение на первом входе интегратора 5 при незапущ .енном двигателе равно нулю. За счет опорного положительного напр жени на втором входе сум-матора 6 напр жение па выходе HFIтегратора 8 равно опорному, но с противоположным знаком. Это напр жение Un пропорционально положению рейки топливного насоса и в данном случае соответствует максимальной подаче топлива. Через ограничитель 9 оно подаетс па второй вход блока нелинейности. В данном случае напр жение Ил не ограничиваетс , так как ограничитель работает ПОотрицательной пол рности по выходу (ограничитель инвертирующий ) . Перед запуском двигател водитель выжимает педаль подачи топлива на определенный угол. При этом с датчика 1 снимаетс отрицательное напр жение Uf,p.j. , пропорциональное положению педали подачи топлива. Это напр жение поступает на диодно-резисторную ц;епочку, котора задает зону нечувствительности интегратора 5 (в данном случае дл положительной пол рности по выходу интегратора 5). В результате этого напр жение на . выходе интегратора по вл етс только тогда, когда напр жение Цц с выхо-да квадратора 2 становитс больше напр жени ° этом случае напр жение на выходе интегратора 5 пропорционально скорости перемещени рейки топливного насоса. Последнее интегрируетс интегратором 8, в результате чего напр жение на выходе интегратора 8 меньшаетс от Uvi до U|,., т.е. двигатель переходит в тормозной режим.- При этом напр жение U(i уменьшаетс до тех пор, пока не наступит равенство и, Оц g , т.е. моделируетс равенство между центробежной сшюй и силой нат жени пружниы регул тора.. Дл изменени чмсла оборотов водитель измен ет положение педали подачи тотшива, в результате чего указанное равновесие нарушаетс . Например , водитель выжал педаль на некоторый угол, т.е. UrinT становитс больше иц Е, . в этом случае зона нечувствительности , определ ема блоком 4, увели шваетс , и напр жение и,ц g на первом входе интегратора 5 не оказывает вли ние на выходное напр жение интегратора 5.f The invention relates to computing and may be used in simulators for training drivers of vehicles and research stands. A device is known for separating an internal combustion engine, comprising first and second nonlinearity blocks and integrator 1. A device for simulating an internal combustion engine containing a ped pedal is also known, including an adder, an external torque reference unit, an integrator, a nonlinearity block 2j. Closest to the invention is a device for simulating an internal combustion engine comprising a voltage setting unit connected in series, proportional to 1 external voltage, integra and a first nonlinearity unit, the output of which is connected to another integrator input connected in series to the adder and second nonlinearity unit, The first and second inputs of the adder are respectively connected to the output of the integrator and the output of a voltage sensor proportional to the fuel consumption controlled by a voltage limiter, the information input of which is connected to the output of the second nonlinearity unit, and the control input to the integrator output, the output of the controlled voltage limiter is connected to the second input of the first nonlinearity unit z1. A disadvantage of the known devices is that they do not take into account the inertial properties of the regulator, as a result of which significant errors are achieved in transient modes. The purpose of the invention is to improve the accuracy of the simulation. The goal is achieved in that a device for simulating an internal combustion engine, comprising a voltage sensor proportional to the supply of blacks, an adder, a limiter and series-connected voltage setting proportional to the external moment, the first integrator and linearity unit, the output of which is connected to another input of the first 1 integrator, the output of the latter is connected to the control input of the limiter, the output of which is connected to the other -1 in the nonlinearity unit house, a dead zone nonlinearity block is introduced, made in the form of a diode-resistor chain, consisting of a resistor and two diodes, the cathodes of which are combined and connected to one output of the resistor, and the sequence1) BUT the connected quadrator, the second integrator and the third the integrator, the output of which is connected to the information input of the limiter and the first input of the adder, the second input of which is connected to the reference voltage source, the output of the adder is connected to the second input of the second integrator, the anode of the first The diode of the diode-resistor circuit is connected to the output of the second integrator, and the anode of the second diode is connected to the third input of the second integrator, another output of the resistor of the diode-resistor circuit is connected to the output of a voltage sensor proportional to the toppiv feed, and the quad input is connected to the output of the first integra. torus FIG. 1 depicts a block diagram of the proposed device; Fig.2 is a block diagram of nonlinearity; in fig. 3 - the field of engine performance. The device contains a voltage sensor 1 proportional to the supply of fuel, a quad 2, a block 3 that specifies a voltage proportional to an external torque to a moment, a nonlinearity block 4 of the non-responsive zone type 1 and in the form of a diode-resistor chain, the second integrator 5, the adder 6, the first 7 and the third 8 integrators, limit the output 9 and non-linearity unit 10, the output of which is connected to the second input of the first integrator 7, the output of the latter through a series-connected quad, 2, integrators 5 and 8, and limiter 9 connected to the second input of the block 10 nonlinearity, the first input of which is connected to the BEJIXOd of the integrator 7, the first input of the connected to the output of block 3. The output of the integrator 8 is connected via adder b to the second input of the integrator 5, in feedback of which a diode-resistor 3 chain is connected, the input of which is connected to the output sensor 1. The device also contains resistors 11, diodes 12, operational amplifiers 13 and to the sensor 14. The device operates as follows. The basic equation, on the solution of which the operation of the device is based, has the form (u.) - S where I is the moment of inertia, reduced to the motor shaft; - angular velocity of the engine shaft, M (Q, g) - engine torque, depending on the angular velocity of the engine shaft and the amount of fuel; M is the external moment applied to the motor shaft. The equation is solved with the help of the integrator 7, whose input values are the voltages taken from block 3 (at start-up it is proportional to the starter moment, and at work it is the amount of the external ment applied to the motor shaft l) and non-linearity unit 10, which forms a voltage proportional to the magnitude of M (Q, g). When the engine is operating, depending on the external torque applied to the shaft, the operating point is above the x-axis — the external force moment is the moment of resistance. rotation, on the x-axis is the moment (External forces are zero (internal losses are neglected), below the axis of abscissas - the moment of external forces - is the unwinding moment, as the engine operates in the brake mode. The engine is controlled by changing the fuel supply When the engine is not running, the voltage and proportional to the RPM of the crankshaft are zero at the output of the integrator 7. In this case, the voltage on you during Quad 2 is also zero. The Quadrature is used to form a positive voltage of 14 UQ. therefore, the voltage at the first input of the integrator 5 when the engine is not started is equal to 0. Due to the positive reference voltage at the second input of the summator 6, the voltage on the output of the HFI integrator 8 is equal to the reference, but with the opposite sign. This voltage Un is proportional to the position of the rail of the fuel pump and in this case corresponds to the maximum fuel supply. Through limiter 9 it is fed to the second input of the nonlinearity unit. In this case, the voltage of the IL is not limited, since the limiter is operated with a negative output polarity (the limiter is inverting). Before starting the engine, the driver squeezes the fuel pedal to a certain angle. At the same time, negative voltage Uf, p.j is removed from sensor 1. proportional to the position of the fuel pedal. This voltage is applied to a diode-resistor; a pinch, which sets the dead zone of the integrator 5 (in this case, for a positive polarity at the output of the integrator 5). As a result, the voltage is on. The output of the integrator appears only when the voltage CC from the output of the quadrant 2 becomes greater than the voltage. In this case, the voltage at the output of the integrator 5 is proportional to the speed of movement of the rail of the fuel pump. The latter is integrated by the integrator 8, as a result of which the voltage at the output of the integrator 8 decreases from Uvi to U |,., I.e. the motor goes into braking mode. In this case, the voltage U (i decreases until equality and, Ots g, i.e., equality between the centrifugal syw and the spring tension of the regulator is simulated. To change the speed the driver changes the position of the total feed pedal, causing the indicated balance to be disturbed. For example, the driver squeezes the pedal by a certain angle, i.e., UrinT becomes larger than his E.E., in this case, the dead zone, as determined by block 4, increases, and voltage i, c g at the first input Grator 5 does not affect the output voltage of the integrator 5.

Поэтому напр жение на выходах интеграторов 5 и 8 определ етс зйачением опорного напр жени на втором входе сумматора 6. т.е. напр жение IS на выходе интегратора 8 и ограничител 9 соответствует максимальной подаче топлива. Следовательно, на второй вход интегратора 7 подаетс напр жение , пропорциональное крут щему моменту двигател , соответствующее работе двигател по внешней характеристике,Therefore, the voltage at the outputs of the integrators 5 and 8 is determined by the detection of the reference voltage at the second input of the adder 6. i.e. IS voltage at the output of integrator 8 and limiter 9 corresponds to the maximum fuel supply. Consequently, the second input of the integrator 7 is supplied with a voltage proportional to the torque of the engine, corresponding to the operation of the engine according to the external characteristic,

В результате напр жение U на выходе интегратора 7, а следовательно и напр жение Ццд на выходе квадратора 2 увеличиваетс .As a result, the voltage U at the output of the integrator 7, and hence also the voltage Tsd, at the output of the quadrant 2 increases.

Данный процесс происходит до тех пор,,пока вновь не наступит равновесие , т.е. установитс новое значение напр жени U(jThis process occurs until, until the equilibrium comes again, i.e. the new value of the voltage U (j

ц.б. ппт пропорциональное оборотам двигател cb PPT proportional to engine speed

Если с блока 3 напр жение равно нулю (двигатель работает без нагрузки ) , то рабоча точка находитс на оси абсцисс. При увеличении значени U;rt6 пропорционального раскручивающему моменту, рабоча точка двигаетс по регул рной характеристике в области тормозного момента, поскольку увеличение U. на выходе интегратора 7 приводит к увеличению напр жени на выходе квадратора 2 иIf from block 3 the voltage is zero (the engine is running without load), then the operating point is on the x-axis. As the value of U; rt6 is proportional to the unwinding moment, the operating point moves along a regular characteristic in the area of the braking moment, since an increase in U. at the output of the integrator 7 leads to an increase in voltage at the output of the quadrant 2 and

на выходе интегратора 8. Если напр жение на выходе интегратора 8 меньше (по абсолютной величине) уровн ограничени ограничител 9, то напр жение с вькода интегратора 8at the output of the integrator 8. If the voltage at the output of the integrator 8 is less (in absolute value) the level of the limiter limiter 9, then the voltage from the code of the integrator 8

проходит без ограничени .passes without restriction.

В этом случае рабоча точка находитс на отрезке АР. В противном случае точка выходит на линию FL, 4TQ соответствует режиму раскруткиIn this case, the operating point is on the segment AP. Otherwise, the point goes to the FL line, 4TQ corresponds to the spin mode.

вала двигател внешним моментом (фиг. 3).motor shaft external torque (Fig. 3).

Таким образом, предложенное устройство моделирует работу дизельного двигател с регул тором, приThus, the proposed device simulates the operation of a diesel engine with a regulator, with

ЭТОМ учитываютс инерционные свойства регул тора. В результате значительно повьшаетс точность моделировани работы двигател , особенно в переходных режимах, которые наиболее характерны дл транспортных средств.This takes into account the inertial properties of the controller. As a result, the accuracy of engine modeling is significantly increased, especially in transients that are most common in vehicles.

Применение предложенного устройства в тренажерах транспортных средств позволит повысить точность моделировани динамики движени транспортных средств и, как следствие , повысить эффективность обучени водителей транспортных средств.The use of the proposed device in vehicle simulators will improve the accuracy of modeling vehicle dynamics and, consequently, increase the efficiency of training for vehicle drivers.

12 1212 12

мm

внешн externally

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

Claims

DEVICE FOR MODELING THE INTERNAL COMBUSTION ENGINE, containing a voltage proportional fuel supply sensor, an adder, a limiter and a series-connected voltage setting unit proportional to the external moment, a first integrator and a nonlinearity block, the output of which is connected to the other input of the first integrator, the output of the latter is connected to the control input a limiter, the output of which is connected to another input of the non-linearity block, which is characterized in that, in order to increase the modeling accuracy, a nonlinearity block of the dead band type, made in the form of a diode-resistor chain consisting of a resistor and two diodes, the cathodes of which are connected and connected to one output of the resistor, and a series-connected quadrator, a second integrator and a third integrator, the output of which is connected to the information input limiter and the first input of the adder, the second input of which is connected to a voltage reference source, the output of the adder is connected to the second input of the second integrator, the anode of the first diode-resistor diode epochki connected to the output of the second integrator, and the anode of the second diode connected to the third input of the second integrator, the other terminal of the resistor diode-resistor chain connected to the output voltage of the sensor proportional to the fuel supply and the input squarer connected to the output of the first integrator.

"