一種基于振動速度信號識別最大壓力升高率的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及內(nèi)燃機(jī)燃燒特征參數(shù)預(yù)估，具體設(shè)及一種基于振動速度信號識別最大 壓力升高率的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 最大壓力升高率是表征內(nèi)燃機(jī)燃燒過程的重要參數(shù)之一，其一般通過缸內(nèi)壓力曲 線獲得，但缸壓傳感器的工作環(huán)境具有一定的局限性，難W實(shí)車普及應(yīng)用。內(nèi)燃機(jī)缸蓋表面 振動信號中包含有豐富的缸內(nèi)燃燒狀態(tài)信息，且振動信號檢測簡便，若能基于振動信號實(shí) 時獲取壓力升高率相關(guān)的信息，將會為內(nèi)燃機(jī)燃燒過程控制策略的制定提供有效的依據(jù)。
[0003] 研究工作中發(fā)現(xiàn)，實(shí)測的缸蓋表面振動速度信號中，燃燒激勵響應(yīng)信號的信噪比 很低，往往被淹沒在非燃燒激勵響應(yīng)信號中；另外，信號中還混雜有因傳感器頻響不足及截 斷誤差引起的高頻噪聲信號。
[0004] 本方法對實(shí)測振動速度信號進(jìn)行了預(yù)處理，提高了燃燒激勵響應(yīng)信號的信噪比， 提出基于處理后的振動速度信號識別最大壓力升高率的新方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種基于振動速度信號識別最大壓力升高率的 方法，本發(fā)明可W實(shí)現(xiàn)基于缸蓋表面振動速度信號對最大壓力升高率的進(jìn)行識別，有利于 評價內(nèi)燃機(jī)燃燒過程，可為優(yōu)化內(nèi)燃機(jī)燃燒過程控制策略提供參考。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0007] 一種基于振動速度信號識別最大壓力升高率的方法，包括W下步驟：
[000引 （1)對實(shí)時測量的振動速度信號進(jìn)行預(yù)處理，去除高頻干擾；
[0009] (2)利用模式識別方法去除低頻干擾；
[0010] (3)利用一階擬合曲線獲取最大壓力升高率；
[0011] (4)利用一階平均擬合曲線，依據(jù)振動速度和缸壓曲線得到的最大壓力升高率；
[0012] (5)利用缸蓋表面振動速度識別最大壓力升高率。
[0013] 所述步驟（1)中，利用二階己特沃斯低通濾波器，濾除了實(shí)測振動速度信號中高 頻噪聲；濾波后，利用曲軸轉(zhuǎn)角信號及相位信號將振動速度信號和缸壓信號從時域轉(zhuǎn)換到 了曲柄轉(zhuǎn)角域，對往復(fù)慣性力激勵響應(yīng)信號建模，采用模式識別方法識別模型參數(shù)，預(yù)估并 將低頻擾動信號去除。
[0014] 所述步驟（1)中，所述二階己特沃斯低通濾波器的截止頻率為2000化。
[001引所述步驟似中，低頻擾動主要由往復(fù)慣性力引起，往復(fù)慣性力激勵信號描述為：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于振動速度信號識別最大壓力升高率的方法，其特征是：包括以下步驟： (1) 對實(shí)時測量的振動速度信號進(jìn)行預(yù)處理，去除高頻干擾； (2) 利用模式識別方法去除低頻干擾； (3) 利用一階擬合曲線獲取最大壓力升高率； (4) 利用一階平均擬合曲線，依據(jù)振動速度和缸壓曲線得到的最大壓力升高率； (5) 利用缸蓋表面振動速度識別最大壓力升高率。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種基于振動速度信號識別最大壓力升高率的方法，其特征 是：所述步驟（1)中，利用二階巴特沃斯低通濾波器，濾除了實(shí)測振動速度信號中高頻噪 聲；濾波后，利用曲軸轉(zhuǎn)角信號及相位信號將振動速度信號和缸壓信號從時域轉(zhuǎn)換到了曲 柄轉(zhuǎn)角域，對往復(fù)慣性力激勵響應(yīng)信號建模，采用模式識別方法識別模型參數(shù)，預(yù)估并將低 頻擾動信號去除。
3. 如權(quán)利要求2所述的一種基于振動速度信號識別最大壓力升高率的方法，其特征 是：所述步驟（1)中，所述二階巴特沃斯低通濾波器的截止頻率為2000Hz。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種基于振動速度信號識別最大壓力升高率的方法，其特征 是：所述步驟（2)中，低頻擾動主要由往復(fù)慣性力引起，往復(fù)慣性力激勵信號描述為：
式中，是往復(fù)慣性力，m代表往復(fù)運(yùn)動質(zhì)量，r是曲柄半徑，ω為曲柄旋轉(zhuǎn)角速度，α 代表曲柄轉(zhuǎn)角，λ為連桿比。
5. 如權(quán)利要求1所述的一種基于振動速度信號識別最大壓力升高率的方法，其特征 是：所述步驟（2)中，將往復(fù)慣性力激勵信號進(jìn)行牛頓二項(xiàng)式定理展開得：
式中，是往復(fù)慣性力，m代表往復(fù)運(yùn)動質(zhì)量，r是曲柄半徑，ω為曲柄旋轉(zhuǎn)角速度，α 代表曲柄轉(zhuǎn)角，λ為連桿比，Ap A2i分別表示第1及2i階次諧量幅值。
6. 如權(quán)利要求1所述的一種基于振動速度信號識別最大壓力升高率的方法，其特征 是：所述步驟（2)中，假設(shè)內(nèi)燃機(jī)機(jī)體振動系統(tǒng)為線性系統(tǒng)，往復(fù)慣性力激勵響應(yīng)信號與往 復(fù)慣性力信號導(dǎo)數(shù)間在相位與幅值上存在變化，則往復(fù)慣性力激勵引起的振動速度響應(yīng)信 號％可表不為：
式中，Cp C2i分別表示第1及2i階次諧量的幅值畸變因數(shù)，a i、a 2i分別表示第l、2i 階次諧量的相位滯后角； 由⑶式可得：
式中，Btl、B1、B2i、B2i+1即為需辨識的模型參數(shù)。
7. 如權(quán)利要求1所述的一種基于振動速度信號識別最大壓力升高率的方法，其特征 是：所述步驟（2)中，利用實(shí)測數(shù)據(jù)，在模型類中選取最滿足準(zhǔn)則要求的模型，從而進(jìn)一步 確定系統(tǒng)模型參數(shù)的方法； 其中V為實(shí)測的振動速度信號，M為參與模型參數(shù)辨識的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)， "
， 依據(jù)多元函數(shù)Q(B2i，B2i+1)取得極值的必要條件
求解B2i、B2i+1，進(jìn)而可 利用式（4)推求往復(fù)慣性力激勵引起的振動速度響應(yīng)信號。
8. 如權(quán)利要求1所述的一種基于振動速度信號識別最大壓力升高率的方法，其特征 是：所述步驟（3)中，去除低頻擾動信號后，振動速度信號與壓力升高率曲線間的相關(guān)性顯 著提高，所采用的振動速度信號均經(jīng)過濾波并去除了低頻擾動干擾，令F表示缸蓋在某一 時刻所受的外力，^表示該時刻缸蓋相應(yīng)的變形量，力與變形之間的關(guān)系描述為： F = f(x) (5) 如果此時缸蓋所受外力增加 Δ F，則缸蓋也會相應(yīng)產(chǎn)生Δ X的附加變形量，將F在？處 作泰勒級數(shù)展開，BP
注意到F = f 〇〇，則AF可以表示為： Δ F = Ii1 Δ x+k2 Δ x2+k3 Δ X3+". (7) 式中，kp k2, 1^3可視為與機(jī)體振動特性相關(guān)的系數(shù)。
9. 如權(quán)利要求1所述的一種基于振動速度信號識別最大壓力升高率的方法，其特征 是：所述步驟（3)中，考慮到缸壓激勵的導(dǎo)數(shù)是壓力升高率，位移的導(dǎo)數(shù)是振動速度，因此， 壓力升高率與缸蓋表面振動速度信號之間關(guān)系可表示為： pir = k^+^v^kgV3+··· (8) 式中，Pir為壓力升高率，V為振動速度，系數(shù)匕可由壓力升高率和實(shí)測振動速度之間 的關(guān)系推求獲得，令
(9) 其中：M為參與參數(shù)辨識的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)，/>匕,.為由壓力信號計(jì)算得到的第i點(diǎn)的壓 力升高率，為根據(jù)式（4)由振動速度信號推求得到的壓力升高率；依據(jù)多元函數(shù) QGi1, k2, k3…）取得極值的必要條件
求解kp k2, k3···。
10. 如權(quán)利要求1所述的一種基于振動速度信號識別最大壓力升高率的方法，其特征 是：所述步驟（4)中，選擇一階平均擬合曲線對最大壓力升高率進(jìn)行辨識。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于振動速度信號識別最大壓力升高率的方法，包括以下步驟：對實(shí)時測量的振動速度信號進(jìn)行預(yù)處理，去除高頻干擾，利用模式識別方法去除低頻干擾；利用一階擬合曲線獲取最大壓力升高率；利用一階平均擬合曲線，依據(jù)振動速度和缸壓曲線得到的最大壓力升高率；利用缸蓋表面振動速度識別最大壓力升高率。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)基于缸蓋表面振動速度信號對最大壓力升高率的進(jìn)行識別，有利于評價內(nèi)燃機(jī)燃燒過程，可為優(yōu)化內(nèi)燃機(jī)燃燒過程控制策略提供參考。
【IPC分類】G06F17-50
【公開號】CN104866671
【申請?zhí)枴緾N201510274428
【發(fā)明人】程勇, 趙秀亮, 王麗梅
【申請人】山東大學(xué)
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年5月26日