一种内燃机缸内压力信号时域转角度域的系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及内燃机缸内压力信号的测试方法，具体涉及一种基于插值算法的内燃 机缸内压力信号时域转角度域的系统及方法。
【背景技术】
[0002] 内燃机缸内压力信号蕴含了缸内燃烧过程的丰富信息，这些信息能够为内燃机的 研发及性能改进提供重要的参考依据。内燃机每720度曲轴转角为一个工作循环，对缸内 压力信号进行采集和分析时都是以曲轴转角为基准展开的。为此，现有的缸内压力信号测 试系统多采用外时钟采样方式测试缸内压力。这种测试方法需要采用编码器提供触发信 号，用于控制测试系统按特定的角度步长进行数据采集。使用过程中需要将编码器的壳体 连接至发动机的机体上，将编码器的转轴连接至发动机的曲轴。编码器固定后，当发动机 工作时曲轴带动编码器转轴旋转，编码器通过光电转换原理将曲轴的转动量转换成脉冲信 号，用于触发采集系统采集缸内压力信号。
[0003] 这种方法需要在发动机的自由端寻找合适位置固定编码器，由于目前发动机自由 端部件多、集成度高，编码器的固定难度大。编码器转轴与曲轴同步旋转，要求两者的同心 度高，如果两者中心有偏差，容易造成编码器输出信号丢失，甚至编码器转轴断裂等问题， 对整个测试系统的可靠工作产生不利的影响。此外，编码器输出为高频脉冲信号，该信号送 入测试系统中进行整形处理后，用于触发采样，发动机实验现场存在测功器等多种干扰，容 易导致测试系统误采样。
[0004] 根据上述对目前已有缸内压力信号测试方法的分析可知，现有方法存在传感器安 装不便，易受干扰影响等问题；且由于编码器安装困难，目前该方法只能适用于实验室测试 的场合，对于车用发动机，由于发动机自由端空间所限，很难实现缸内压力的测试。
【发明内容】
[0005] 为解决现有技术存在的不足，本发明公开了一种利用内时钟采集系统测试缸内压 力信号，进而通过插值算法将采集的时域信号转换为角度域信号的方法。该方法不再采用 编码器触发采样，而是在发动机飞轮端安装脉冲信号测试传感器，通过内时钟采集系统同 时采集缸内压力信号及脉冲信号。采集完毕后以脉冲信号为基准对缸内压力信号进行插值 处理，实现时域信号与角度域信号的转换。该方法采用的脉冲信号传感器只需要安装在飞 轮齿圈附近即可，安装要求低，容易实现；采用内时钟采样方式采集信号，消除了外时钟采 样方式容易受到干扰信号误触发导致的采样异常问题。
[0006] 为实现上述目的，本发明的具体方案如下：
[0007] -种内燃机缸内压力信号时域转角度域的系统，包括：缸压测量装置及脉冲信号 测量装置，所述缸压测量装置及脉冲信号测量装置将采集的缸内压力信号及飞轮齿圈对应 的脉冲信号传送至内时钟采集系统，所述内时钟采集系统将接收的数据进一步传送至处理 器进行处理；
[0008] 在处理器中，通过插值算法获得脉冲信号测量装置输出电压为零的点即过零点， 根据过零点的数据得到相邻两齿间的时间间隔，进一步通过插值算法得到两个齿间任意角 度对应的数据。
[0009] 进一步的，所述缸压测量装置包括缸压传感器，所述缸压传感器安装在发动机缸 盖上，通过测压通道连接至发动机的燃烧室。
[0010] 进一步的，所述脉冲信号测量装置安装在发动机飞轮端，脉冲信号测量装置前端 距离飞轮齿圈的齿顶约1_，发动机工作时，飞轮齿圈的每个齿经过该传感器时，均会触发 传感器产生一个脉冲信号。
[0011] 更进一步的，所述脉冲信号测量装置采用磁电式传感器。
[0012] 进一步的，所述内时钟采集系统为以内时钟采样方式工作的多通道高速数据采集 卡，多通道高速数据采集卡的数据传输方式采用USB接口或PCI接口高速数据传输接口与 处理器通信。
[0013] -种内燃机缸内压力信号时域转角度域的方法，包括：
[0014] 通过插值算法得到脉冲信号测量装置的输出电压为零的点即过零点的时刻 Tstart及Tend ;角标信号即脉冲信号测量装置测试的信号；
[0015] 时刻Tstart及Tend这两个时刻之间即为发动机飞轮齿圈一个齿对应的持续时 间，时刻Tstart及Tend两个时刻间对应的角度为一个齿的持续角度Θ ;
[0016] 根据Tstart及Tend两个时刻、一个齿的持续角度Θ及将缸内压力信号由时域转 化为角度域后的角度间隔Θ 确定角度域缸内压力信号相邻点间的时间步长Tstap;
[0017] 根据采样间隔Tstep、当前齿起始时刻Tstart及当前齿内插值得到的第一个角度域 点与当前齿起始时刻Tstart间的角度偏差T ciff得到转化为角度域对应的时刻T η，η = 0,1， 2,3···；
[0018] 根据得到的角度域对应时刻T η，η = 0,1，2，3…，则转化为角度域的各点缸内压 力数值yn，η = 0,1，2，3…通过该点前后实测的时域缸内压力信号线性插值得到。
[0019] 进一步的，通过插值算法得到脉冲信号测量装置的输出电压为零的点即过零点 时，采用3次Newton插值方法，首先获得过零点前后各两个点，（x Q，y。）、（Xpy1)、（x2，y2)及 (x 3, y3)，其中，X。~X 3为各采样点的采样序号，由于四个点为连续的采样点，相邻各点的间 隔均相差1个采样点时刻；而yc~y 3则指过零点前后两点的脉冲信号采样结果，将Newton 插值公式中所有的X、y都颠倒使用，令y等于零，得到对应的X值。
[0020] 进一步的，时刻Tstart及Tend两个时刻间对应的角度Θ : Θ = 360° CA/飞轮 齿圈的齿数。
[0021] 进一步的，间隔时间差为T step:
[0022]
[0023] 式中，Θ为飞轮齿圈一个齿持续的角度；θ 为设定的转化为角度域的相邻两 点的角度间隔；Tstart和I^nd为通过插值得到的过零点时刻数据。
[0024] 进一步的，角度域的各时刻对应的时刻Tn (η = 0,1，2，3 ...)的表达式为：
[0025] Tn= Tstart+nXT step+Toff
[0026] 式中，Tciff为当前齿内插值得到的第一个角度域点与当前齿起始时刻Tstart间的 角度偏差。
[0027] 本发明的有益效果：
[0028] 1)本发明提出了一种在发动机飞轮齿圈附近安装脉冲信号传感器，并用于实现缸 内压力信号采集的新方法。脉冲信号传感器的安装要求低，容易实现；有效的解决了传统缸 压测试方法中采用编码器时存在的编码器固定困难及需要保证编码器转轴与曲轴高度同 心的难度。
[0029] 2)本发明提出的缸内压力信号测试方法先通过内时钟采集方法将缸内压力信号 及脉冲信号当做模拟信号进行采集，而后通过插值算法确定脉冲信号的精确过零点，在此 基础上实现缸内压力信号由时域到角度域的转换；该方法有效避免了传统测试方法中由于 编码器信号丢失或受到干扰而出现误触发的问题，有效的提高了数据采集过程的可靠性。
【附图说明】
[0030] 图1为本发明的硬件结构示意图；
[0031] 图2(a)为实测的5个循环的缸内压力信号及脉冲信号对比曲线；
[0032] 图2(b)为通过本发明提出的插值算法将时间域缸内压力信号转化为角度域的信 号曲线图；
[0033] 图3为本发明的采样过程得到的脉冲信号传感器的过零点时刻示意图；
[0034] 图4为本发明的缸内压力信号时域转角度域原理。
【具体实施方式】：
[0035] 下面结合附图对本发明进行详细说明：
[0036] 本发明鉴于目前缸内压力信号测试方法存在的编码器安装