一种基于振动速度信号识别最大压力升高率的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于振动速度信号识别最大压力升高率的方法，包括以下步骤：对实时测量的振动速度信号进行预处理，去除高频干扰，利用模式识别方法去除低频干扰；利用一阶拟合曲线获取最大压力升高率；利用一阶平均拟合曲线，依据振动速度和缸压曲线得到的最大压力升高率；利用缸盖表面振动速度识别最大压力升高率。本发明专利技术实现基于缸盖表面振动速度信号对最大压力升高率的进行识别，有利于评价内燃机燃烧过程，可为优化内燃机燃烧过程控制策略提供参考。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及内燃机燃烧特征参数预估，具体涉及一种基于振动速度信号识别最大压力升高率的方法。
技术介绍
最大压力升高率是表征内燃机燃烧过程的重要参数之一，其一般通过缸内压力曲线获得，但缸压传感器的工作环境具有一定的局限性，难以实车普及应用。内燃机缸盖表面振动信号中包含有丰富的缸内燃烧状态信息，且振动信号检测简便，若能基于振动信号实时获取压力升高率相关的信息，将会为内燃机燃烧过程控制策略的制定提供有效的依据。研究工作中发现，实测的缸盖表面振动速度信号中，燃烧激励响应信号的信噪比很低，往往被淹没在非燃烧激励响应信号中；另外，信号中还混杂有因传感器频响不足及截断误差引起的高频噪声信号。本方法对实测振动速度信号进行了预处理，提高了燃烧激励响应信号的信噪比，提出基于处理后的振动速度信号识别最大压力升高率的新方法。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题，提出了一种基于振动速度信号识别最大压力升高率的方法，本专利技术可以实现基于缸盖表面振动速度信号对最大压力升高率的进行识别，有利于评价内燃机燃烧过程，可为优化内燃机燃烧过程控制策略提供参考。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于振动速度信号识别最大压力升高率的方法，包括以下步骤：(1)对实时测量的振动速度信号进行预处理，去除高频干扰；(2)利用模式识别方法去除低频干扰；(3)利用一阶拟合曲线获取最大压力升高率；(4)利用一阶平均拟合曲线，依据振动速度和缸压曲线得到的最大压力升高率；(5)利用缸盖表面振动速度识别最大压力升高率。所述步骤(1)中，利用二阶巴特沃斯低通滤波器，滤除了实测振动速度信号中高频噪声；滤波后，利用曲轴转角信号及相位信号将振动速度信号和缸压信号从时域转换到了曲柄转角域，对往复惯性力激励响应信号建模，采用模式识别方法识别模型参数，预估并将低频扰动信号去除。所述步骤(1)中，所述二阶巴特沃斯低通滤波器的截止频率为2000Hz。所述步骤(2)中，低频扰动主要由往复惯性力引起，往复惯性力激励信号描述为：Pj=-mrω2(cosα+λ2cos2α(1-λ2sin2α)12+14λ4sin42α(1-λ2sin2α)32)---(1)]]>式中，pj是往复惯性力，m代表往复运动质量，r是曲柄半径，ω为曲柄旋转角速度，α代表曲柄转角，λ为连杆比。所述步骤(2)中，将往复惯性力激励信号进行牛顿二项式定理展开得：Pj=-mrω2(A1cosα+Σi=1+∞A2icos(2iα))---(2)]]>式中，pj是往复惯性力，m代表往复运动质量，r是曲柄半径，ω为曲柄旋转角速度，α代表曲柄转角，λ为连杆比，A1、A2i分别表示第1及2i阶次谐量幅值。所述步骤(2)中，假设内燃机机体振动系统为线性系统，频带下的往复惯性力激励响应信号与往复惯性力信号导数间仅在相位与幅值上存在变化，则往复惯性力激励引起的振动速度响应信号可表示为：VPj=mrω2(A1C1sin(α+α1)+Σi=1+∞A2iC2isin(2iα+α2i))---(3)]]>式中，C1、C2i分别表示第1及2i阶次谐量的幅值畸变因数，α1、α2i分别表示第1、2i阶次谐量的相位滞后角；由(3)式可得：VPj=n2(B0sinα+B1cosα+Σi=1+∞(B2isin(2iα)+B2i+1cos(2iα)))---(4)]]>式中，B0、B1、B2i、B2i+1即为需辨识的模型参数。所述步骤(2)中，利用实测数据，在模型类中选取最满足准则要求的模型，从而进一步确定系统模型参数的方法；令其中V为实测的振动速度信号，M为参与模型参数辨识的数据点数，依据多元函数Q(B2i,B2i+1)取得极值的必要条件求解B2i、B2i+1，进而可利用式(4)推求往复惯性力激励引起的振动速度响应信号。所述步骤(3)中，去除低频扰动信号后，振动速度信号与压力升高率曲线间的相关性显著提高，所采用的振动速度信号均经过滤波并去除了低频扰动干扰。令F表示缸盖在某一时刻所受的外力，x*表示该时刻缸盖相应的变形量，力与变形之间的关系描述为：F＝f(x)   (5)如果此时缸盖所受外力增加ΔF，则缸盖也会相应产生Δx的附加变形量，将F在x*处作泰勒级数展开，即F+ΔF=f(x*+Δx)=f(x*)+dfdx|x*(Δx)12!d2fdx2|x*(Δx)2+13!d3fdx3|x*(Δx)3+...---(6)]]>注意到F＝f(x*)，则ΔF可以表示为：ΔF＝k1Δx+k2Δx2+k3Δx3+…   (7)式中，k1，k2，k3可视为与机体振动特性相关的系数。所述步骤(3)中，考虑到缸压激励的导数是压力升高率，位移的导数是振动速度，因此，压力升高率与缸盖表面振动速度信号之间关系可表示为：pir＝k1v+k2v2+k3v3+…   (8)式中，pir为压力升高率，v为振动速度，系数ki可由压力升高率和实测振动速度之间的关系推求获得，令Q=Σi=0M(pirpi-pirvi)2---(9)]]>其中：M为参与参数辨识的数据点数，为由压力信号计算得到的第i点的压力升高率，为根据式(4)由振动速度信号推求得到的压力升高率；依据多元函数Q(k1,k2,k3…)取得极值的必要条件…，求解k1，k2，k3…。所述步骤(4)中，选择一阶平均拟合曲线对最大压力升高率进行辨识。本专利技术的有益效果为：(1)实现基于缸盖表面振动速度信号对最大压力升高率的进行识别，有利于评价内燃机燃烧过程，可为优化内燃机燃烧过程控制策略提供参考。(2)利用一阶平均拟合曲线识别最大压力升高率的计算量小，可有效提高运算效率，有利于应用在工程实际中。附图说明图1为本专利技术最大压力升高率识别流程图；图2(a)为滤波前缸盖表面振动速度信号图；图2(b)为图2(a)的滤波前缸盖表面振动速度信号s变换图；图2(c)为滤波后缸盖表面振动速度信号及s变换图；图2(d)为图2(c)的滤波前缸盖表面振动速度信号s变换图；图3(a)为本专利技术提出的预处理前振动速度信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于振动速度信号识别最大压力升高率的方法，其特征是：包括以下步骤：(1)对实时测量的振动速度信号进行预处理，去除高频干扰；(2)利用模式识别方法去除低频干扰；(3)利用一阶拟合曲线获取最大压力升高率；(4)利用一阶平均拟合曲线，依据振动速度和缸压曲线得到的最大压力升高率；(5)利用缸盖表面振动速度识别最大压力升高率。

【技术特征摘要】
1.一种基于振动速度信号识别最大压力升高率的方法，其特征是：包括以下步骤：
(1)对实时测量的振动速度信号进行预处理，去除高频干扰；
(2)利用模式识别方法去除低频干扰；
(3)利用一阶拟合曲线获取最大压力升高率；
(4)利用一阶平均拟合曲线，依据振动速度和缸压曲线得到的最大压力升高率；
(5)利用缸盖表面振动速度识别最大压力升高率。
2.如权利要求1所述的一种基于振动速度信号识别最大压力升高率的方法，其特征是：
所述步骤(1)中，利用二阶巴特沃斯低通滤波器，滤除了实测振动速度信号中高频噪声；滤
波后，利用曲轴转角信号及相位信号将振动速度信号和缸压信号从时域转换到了曲柄转角域，
对往复惯性力激励响应信号建模，采用模式识别方法识别模型参数，预估并将低频扰动信号
去除。
3.如权利要求2所述的一种基于振动速度信号识别最大压力升高率的方法，其特征是：
所述步骤(1)中，所述二阶巴特沃斯低通滤波器的截止频率为2000Hz。
4.如权利要求1所述的一种基于振动速度信号识别最大压力升高率的方法，其特征是：
所述步骤(2)中，低频扰动主要由往复惯性力引起，往复惯性力激励信号描述为：
Pj=-mrω2(cosα+λ2cos2α(1-λ2sin2α)-12+14λ4sin42α(1-λ2sin2α)-32)---(1)]]>式中，pj是往复惯性力，m代表往复运动质量，r是曲柄半径，ω为曲柄旋转角速度，α
代表曲柄转角，λ为连杆比。
5.如权利要求1所述的一种基于振动速度信号识别最大压力升高率的方法，其特征是：
所述步骤(2)中，将往复惯性力激励信号进行牛顿二项式定理展开得：
Pj=-mrω2(A1cosα+Σi=1+∞A2icos(2iα))---(2)]]>式中，pj是往复惯性力，m代表往复运动质量，r是曲柄半径，ω为曲柄旋转角速度，α
代表曲柄转角，λ为连杆比，A1、A2i分别表示第1及2i阶次谐量幅值。
6.如权利要求1所述的一种基于振动速度信号识别最大压力升高率的方法，其特征是：
所述步骤(2)中，假设内燃机机体振动系统为线性系统，往复惯性力激励响应信号与往复惯

\t性力信号导数间在相位与幅值上存在变化，则往复惯性力激励引起的振动速度响应信号可
表示为：
APj=mrω2(A1C1sin(α+α1)+Σi=1+∞A2iC2isin(2iα+α2i))---(3)]]>式中，C1、C2i分别表示第1及2i阶次谐量的幅值畸变因数，α1、α2i分别表示第1、2i阶
次谐量...

【专利技术属性】
技术研发人员：程勇，赵秀亮，王丽梅，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37