SE451904B - Forfarande och anordning for framstellning av beslutsunderlag for val av ur brensleekonomisk synpunkt gynnsamma driftsbetingelser for explosionsmotordrivna fordon - Google Patents

Description

451 904 l Dessutom har en andel av bränslets_energiinneràll utnyttjas för att förändra bilens rörelse och lägesenergi.

Denna energi har ännu ej förbrukats, bara omvandlats från kemisk till mekanisk upplagrad energi som står till buds för att rulla bilen utan ytterligare bränsleförbrukning.

I de fall det finns möjlighet att välja driftsparametrar (tex genom val av olika utväxling eller genom omsättning till andra temporärt lagringsbara energislag) ger en indikator som visar de verkliga förlusterna möjlighet till , korrigering av driftsförhàllanden så att att verkningsgraden blir den bästa möjliga. Förbrukad energi för en given nyttofunktion (tex transportsträcka) beräknas som förbrukat drivmedel minskat med den del av tillfälligt upplagrad energi av varje annat slag som kan utnyttjas för nyttofunktioner. Omräkningsfaktorn mellan drivmedelsmängd och upplagrad energi väljes exempelvis för vad som motsvarar motorns och transissionens bästa verkningsgrad. xnf. Ändamålet med uppfinningen är att i varje ögonblick för föraren presentera sådan information som är till god ledning vid val av sådana driftsparametrar för motorn att avsevärd drivmedelsbesparing under skiftande körför- hàllanden kan åstadkommas. De data som bäst är ägnat att ge ledning vid val av driftsparametrarna utgöres av en uppskattning av förbrukad totalenergi per körd vägsträcka.

Det önskade resultatet erhålles genom ett förfarande enligt patentkrav 1 eller en anordning enligt patentkrav 7.

En utföringsform av uppfinningen beskrives närmare i det följande med hänvisning till bifogade ritningar. I Fig 1 visar principexempel på typisk bensinmotors specifika bränsleförbrukning (g/kWh) som funktion av varvtal och vridmoment. Dataunderlaget för denna figur är hämtat ur ref 1 för det principiella utseendet och ur ref 2 för de faktiska siffervärdena i ett fåtal punkter.

Fig 2 är en schematisk framställning av sensorer, datavägar, manöverorgan, beräkningsenhet och presentationsorgan enligt föreliggande uppfinning.

Principen för förfarandet enligt uppfinningen är att sensorer inhämtar data om fordonets inre och yttre variabler, dessa behandlas i en beräkningsenhet och resultatet, förbrukad energi per körd vägsträcka = IND, presenteras på en indikator för föraren.

Eeräkningssambandet redovisas i ekv.1 Ekv.1: IND = (B-b)/s - K2v(m/så/1-ds - K3-U-I-t/s- 5 2. L 1 Ä -K2~H-(v1 -vO)/s - K2-Z-(n1 - nO )/s - K6........

IND är indikatorutslaget som presenteras för föraren s är under mätintervallet körd sträcka B är under mätintervallet till förgasaren eller motsvarande levererat bränsl e . b är under mätintervallet i förgasaren tillfälligt upplagrat bränsle (tex i aceelerationspumpen) K2 är omvandlingsfaktorn mellan mekanisk energi och bränslemängd 451 904 få m är fordonets totala massa, eventuellt ökat med en virtuell massa svarande mot hjulens tröghetsmoment.

A är fordonets acceleration plus jordaccelerationens komponent i vägplanet. Vid förenklat förfarande och i vissa tillämpningar kan jordaccelerationens komponent uteslutas, därvid försummas fordonets potentiella energi. I detta fall beräknas term 2 enklare enligt formeln KZ-(vïz -vÜU m/2.

K3 är funktion av batterispänning etc, och innefattar laddningsverkningsgrad och omvandlingsfaktor U är batterispänning.

I är batteriladdningsström. t är mätintervall i tid H är hjulens etc summerade tröghetsmoment. v1 är fordonets hastighet i slutet av mätintervallet. v0 är fordonets hastighet i början av mätintervallet.

Z är tröghetsmoment för motorns roterande delar. n1 är motorvarvtalet slutet av mätintervallet. n0 är motorvarvtalet i början av mätintervallet.

Term 1 utgör den konventionella förbrukningen.

Term 2 ger förändringen i suman av potentiell och kinetisk energi per körd sträcka.(I vissa fall kan den potentiella energin försummas).

Term 3 år i batteriet upplagrad energi per körd sträcka. Denna term kan i många fall försummas, men där den har betydelse måste hänsyn tas till batteriets laddningsmottaglighet och verkningsgrad.

Term H Ändring i kinetisk energi per körd sträcka i form av rotationsenergi hos hjul etc. Kan ofta approximeras med att en virtuell massa adderas till fordonets totala massa m. Vid backtagning ger denna approximation ett felbidrag som dock oftast kan försummas.

Term 5 Ändring i rotationsenergi hos motorns roterande delar per körd sträcka. Till den del denna upplagrade energi skulle kunna driva fordonet frammåt utan ytterligare bränsletillförsel skall den medtagas. Normalt har motorn så stor inre friktion att motorn istället verkar bromsande varför termen ej medtages.

Term 6 etc Ytterligare former av i intervallet upplagrad energi som senare kan nyttiggöras varvid bränsle sparas.

För ett utförande enligt patentkrav 7 väljes att i beräkningarna ta med termerna 1,2 och 3. Term U approximeras med en virtuell massa som adderas till fordonets massa.

Bränsleflödet till motorn uppmätes av bränslemätaren 1 som alstrar binära elektriska pulser, där varje puls representerar ett bestämt kvantum bränsle, av storlekordningen 0,1 ml. 451 904 4 Beräkningsenhet 2 innehåller register varav register Ä utnyttjas för att ackumulera totalantalet bränslepulser 3, och register 5 utnyttjas för att räkna under mätintervallet inkommande bränslepulser 3. - Körd väg uppmätes med en magnetisk eller optisk givare 6 monterad mellan hastighetsmätarkabeln och hastighets- mätaren. Givaren 6 avger en binär elektrisk vägpuls 7 varje gång en kugg på ett på hastighetsmätarkabeln anbringat kugghjul passeras. Varje vägpuls 7 representerar en körd vägsträcka ds. Vägpulserna 7 ackuuleras dels totalt i register 8, dels ackumuleras de under ett mätintervall inkommande vägpulserna 7 i register 9, allt i beräkningsenhet 2.

Accelerometer 10 är monterad och injusterad så att den endast mäter accelerationen längs en axel parallell med markplanet och längs fordonets längdaxel. Utsignalen 11 från accelerometer 10 är ett binärkodat 8 bitars ord inklusive tecken.

För varje gång en vägpuls 7 anländer till beräknings- enheten 2 avläses accelerometersignalen 11 och adderas till innehållet i register 12 i beräkningesenheten 2.

För en korrekt beräkning av förbrukat bränsle måste korrektion ske med den bränslemängd som finns i en eventuell accelerationspump. På pumpen monteras en lägesgivare 13 som omvandlar pumpmembramets läge till en binär signal 1U med H bitars upplösning. Pumpmembramets läge avläses av beräkningsenheten 2 vid slutet av varje mätintervall.

Register 18 i beräkningsenheten 2 är realtidsklocka som utnyttjas för styrning.

För val av program i beräkningsenheten 2 och för inmatning av aktuella parametrar är en manöverpanel 15 ansluten till beräkningsenheten 2.

Indikering av valt program sker via signaler från beräkningsenheten 2 till ett antal indikeringslampor 16.

Resultatet av beräkningarna som sker i beräkningsenheten 2 presenteras i form av siffror pà digital presentations- enhet 17.

Beräkningsenheten kan ha flera olika program. Vid uppstartning av systemet kan eventuella ändringar av beräkningsparametrar läggas in i härför avsedda register genom ett speciellt program som väljes med manöverpanel 15. Den parameter som kan behöva justeras ofta är fordonets totalvikt som ju varierar med lasten. Vikten justeras ex.vis med ett tal motsvarande avvikelsen från en normalvikt. Även mätintervallets tidsutsräckning dt x 2” sek specificeras med exponenten n som läggas i ett register 20. Mätintervallet uträknas och lägges i register 19.

I det följande skall dock endast redogöras för principen för det program som beräknar den momentana totala energiförbrukningen per körd km.

Vid start kopieras intervalltiden 19 till register 18.

Detta register räknas sedan ned genom en neddelad klookpuls varje dt sek.

Vid starten nollställes: register H för totala antalet bränslepulser, register 5 för antalet bränslepulser under intervallet, register 12 för aocumulerad acceleration, register 8 för totala antalet vägpulser och register 9 för antalet vägpulser under mätintervallet.

R 4bà 904 ~x Nu börjar mätintervallet och under detta räknas bränslepulserna 3 i register H och 5, vägpulserna i register 8 och 9. För varje tidpuls som inkommer stegas register 18 ner en enhet samt adderas - accelerationssignalen 11 till det accumulerade värdet i register 12. Dessutom testas register 18. Om det är lika med noll skall beräknings och presentationscykeln inledas.

Annars fortsätter insamlingsfasen varvid bränslepulser 3, vägpulser 7 och tidspulser registreras.

Beräknings och presentationscykeln inledes med att register 18 har blivit noll. Därefter inväntas nästa bränslepuls, under det att även vägpulser registreras. Detta eliminerar kvantiseringfelet som annars kunde vara betydande pga tämligen stor mängd bränsle per puls. Genom val av så litet ds att antalet vägpulser under mätintervallet blir tillräckligt stort kan vägkvantiseringsfelet reduceras i tillräcklig grad i förhållande till övriga osäkerheter och önskad noggrannhet. När den väntade bränslepulsen inkommit finns önskad information i beräkningsenhetens register och den önskade uppskattingen av energiförbrukning per km erhålles genom beräkning enligt ekv.1 varefter siffervärdet på energiförbrukningen matas ut på indikatorenheten 17 och får kvarstå där under påföljande beräkningsintervall. Detta beräkningsintervall inledes med att de berörda registren initieras till sina startvärden enligt ovan och cykeln upprepas.

Exempel: Under en snabb acceleration när motorn arbetar med 70%-90% av maximalt moment har motorn sin bästa verkningsgrad, dvs största möjliga andel av bränslets energiinnehåll omvandlas till mekaniskt arbete vid drivhjulen. Av detta mekaniska arbete åtgår huvuddelen agg till att öka fordonets rörelseenergi och finns kvar. Den föreslagna uppfinningen skulle indikera en relativt låg förbrukning av energi/km, eftersom den tar hänsyn till att en stor del av det förbrukade bränslet omvandlats till rörelseenergi som finns upplagrad i fordonet och som står till disposition att driva fordonet frammåt utan att ytterligare bränsle förbrukas. En konventionell bränsleförbrukningsmätare skulle visa på en mycket stor bränsleàtgång/km under accererationsfasen. Om vi utnyttjar den konventionella bränsleförbrukningsmätaren för att köra "snålt" förleds man att i istället accelererar fordonet mycket långsamt varvid bränsleförbrukningsmätaren visar lågt utslag (medan däremot uppfinningen komer att visa ett högre utslag än i första fallet).

Under dessa förhållanden arbetar motorn endast med låg dellast och har därför dålig verkningsgrad. Endast en mindre del av bränslets energiinnehåll har omvandlats till nyttigt mekaniskt arbete vid drivhjulen. Dvs för ett visst utfört nyttigt arbete har det átgâtt mera bränsle än i första fallet när motorn fick arbeta med bästa verkningsgrad. Detta exempel indikerar att informationen fràn den föreslagna uppfinningen ger föraren möjlighet till val av sådant körsätt (växel, gaspådrag etc) att motorn arbetar under sådana förhållanden att den omvandlar mesta möjliga av bränslets energiinnehåll till nyttigt mekaniskt arbete. 451 904 , Den erforderliga korrigeringen av värdena från en konventionell bränsleförbrukningsmätare, för att erhålla energiförbrukningen, kan vara betydande. Exempelvis visar en datasimulering av uppfinningen tillämpad på en Saab 95 att vid nästan full acceleration på Hans växel visar en konventionell bränsleförbrukningsmätare vid 80km/tim ca 1,1 liter/mil medan uppfinningen skulle visa ca 0,5 liter/mil. Korrektionen för rörelseenergin är som synes betydande. Simulering av startförlopp upptill 50 km/tim visar 25% variation i förbrukat bränsle över en sträcka pá' H00 m vid olika körstrategier samt att körstrategi baserad på uppfinningen ger låg förbrukning. Hed uppfinningen erhålles alltså sådan information att den som manövrerar motorn kan välja sådana arbetsbetingelser för motorn att en avsevärd bränslebesparing åstadkommes. lf;

Claims (1)

.pl PATENTKRAV 1) Förfarande vid motorfordon för framställning av ett sàdant beslutsunderlag som ger föraren möjlighet till val av sadana driftsparametrar för motor och fordon under dynamiska körförhallanden att en bränslebesparing mëjliggöres, där beslutsunderlaget erhalles genom behandling av inkommande mätsignaler i en beräkningsenhet och utgöres av i beräkningsenheten framräknat värde pà momentant förbrukad energi per körd längdenhet, kännetecknat av, att under ett mätintervall körd väg uppmätes, att under samma mätintervall till motorn leverarat bränsle uppmätes, varigenom en första approximation av fordonets momentana energiförbrukning per körd längdenhet beräknas, att under samma matintervall fordonets hastighetsändring i körriktningen uppmätes varigenom genom lämplig behandling en beräkning av i fodonet upplagrade eller avgiven rörelseenergi erhàlles, att mätvärdena tillföres en beräkningsenhet (E), att beräkningsenheten anordnas att minska respektive öka den genom bränslemängdmätningen erhallna första approximationen av momentant förbrukad energi per körd längdenhet med en term som svarar mot den ur hastighetsändringsmätningen gjorda beräkningen av i fordonet upplagrade respektive avgivna rörelseenergin per körd längdenhet. 2) Förfarande enligt krav 1, kännetecknat av, att under samma mätintervall fordonets höjdvinst uppmätes varigenom en beräkning av i fordonet upplagrad eller avgiven potentiell energi göres, att mätvärdena tillföres beräkningsenheten (E), att beräkningsenheten anordnas att minska respektive öka den enligt patentkrav 1 gjorda beräkningen av momentant förbrukad energi per körd längdenhet med en term som svarar mot den genom mätningen av fordonets höjdvinst gjorda beräkningen av i fordonet upplagrade respektive avgivna potentiella energin per körd längdenhet. 3) Förfararande enligt krav 1, kännetecknat av. att under mätintervallet fordonets acceleration i körriktningen plus jordaccelerationens komponent i vägplanet parallellt med färdriktningen uppmätes varigenom genom lämplig behandling en beräkning av i fordonet under mätintervallet upplagrad eller avgiven summa av rörelseenergi och potentiell energi erhålles, att mätvärdena tillföres beräkningsenheten (E), 451 904 <2 U att beräkningsenheten anordnas att minska respektive öka den genom bränslemängdsmätningen erhallna första approximationen av momentant förbrukad energi per körd längdenhet med en term som svarar mot den ur accelerationsmätningen gjorda beräkningen av under mätintervallet i fordonet upplagrade respektive avgivna summan av rörelseenergi och potentiell energi per körd längdenhet. 4) Förfarande enligt nagot av föregaende krav, kännetecknat av, att under mätintervallet förändringarna i upplagrat bränsle mellan givaren för bränslemängd och motorns cylindrar uppmätes, att mätvärdena tillföres beräkningsenheten CE), att beräkningsenheten anordnas att korrigera den framräknade beräkningen av momentant förbrukad energi per körd längdenhet med en term som svarar mot per körd längdenhet upplagrad eller avgiven mängd bränsle mellan givaren för bränslemängd och motorns cylindrar. 5) Förfarande enligt nagot av föregaende krav, kännetecknat av, att under mätintervallet till eller fran fordonets accumulatorbatterier förd laddningsmängd och batterispänning Uppmätes, att mätvardena tillföras beräkningsenheten (E), att beräkningsenheten anordnas att minska W; respektive öka den framräknade momentana energiförbrukningen per körd längdenhet med en term som svarar mot ur mätningarna av batteriernas laddningstillförsel och spänning gjord beräkning av per körd längdenhet upplagrad respektive avgiven elektrisk energi i batterierna. 6) Anordning för utförande av förfarande enligt krav 1, kännetecknad av, att den innefattar tidgivare, att den innefattar givare (6) ur vars signal körd vägsträcka kan beräknas, att den innefattar givare (1) ur vars signal bränsleflödet till motorn kan be*äknas, att den innefattar givare (1Ü alternativt 6) ur vars signal fordonets hastighetsändring kan beräknas, att den innefattar don för överförande av givarsignalerna till en beräkningsenhet (E) att beräkningsenheten (E) är anordnad att utgaende fran ovan angivna givarsignaler under varje matintervall beräkna av fordonet förbrukad' energimängd per körd langdenhet, där förbrukad energi beräknas som förbrukad bränsleenergi minska respektive ökad med i fordonet i form av rörelseenergi opplagrad respektive avgiven energi. m! ä) ~~ 451 904 k.) 7) Anordning för utförande enligt krav 6, kännetecknad av. att den även innefattar givare (IÜJ ur vars signal fordonets acceleration plus jordaccelerationens komponent i vägplanet parallellt med körrikt- ningen kan beräknas, att beräkningsenhet (E) är anordnad att utgående fran ovan angivna givarsignaler under varje mätintervall beräkna av fordonet förbrukad energimängd per körd längdenhet där förbrukad energi beräknas som förbrukad bränsleenergi minskad respektive ökad med i fordonet upplagra. respektive avgiven summa av rörelseenergi och potentiell energi. '\J 8) Anordning enligt krav 6 eller kännetecknad av, att den även innefattar givare ur vars signal förändringar i energin i de elektriska accumulatorbatterierna kan beräknas, att den innefattar don för överförande av givarsignalerna till en beräkningsenhet (2), att beräkningsenheten (El är anordnad att utgående fràn ovan angivna givarsignaler korrigera den enligt krav 6 eller 7 under varje mätintervall beräknade av fordonet förbrukad energimängd per körd längdenhet med en term som svarar mot förändringen per körd längdenhet av batteriernas energiinnehåll. 9) Anordning enligt krav 6, 7 eller 8, lsífsiaesšeaí, att till beräkningsenheten (E) är kopplat en presentationsanordning (17) av analog eller digital typ, att denna visar resulterande beräkning av under mätintervallet förbrukad energi per körd längdenhet. Referenser:

1. AIP Conference Proceedings no 25 Efficient use of Energy fig 4.3 E. Reparationshandbok för Saab 95.