一种基于振动速度信号识别最大压力升高率的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及内燃机燃烧特征参数预估，具体设及一种基于振动速度信号识别最大 压力升高率的方法。
【背景技术】
[0002] 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W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。
[0003] 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。
[0004] 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。
【发明内容】
[0005] 本发明为了解决上述问题，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，本发明可W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。
[0006] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0007] 一种基于振动速度信号识别最大压力升高率的方法，包括W下步骤：
[000引 （1)对实时测量的振动速度信号进行预处理，去除高频干扰；
[0009] (2)利用模式识别方法去除低频干扰；
[0010] (3)利用一阶拟合曲线获取最大压力升高率；
[0011] (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；
[0012] (5)利用缸盖表面振动速度识别最大压力升高率。
[0013] 所述步骤（1)中，利用二阶己特沃斯低通滤波器，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。
[0014] 所述步骤（1)中，所述二阶己特沃斯低通滤波器的截止频率为2000化。
[001引所述步骤似中，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：
【主权项】
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：
式中，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：
式中，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，Ap 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％可表不为：
式中，Cp C2i分别表示第1及2i阶次谐量的幅值畸变因数，a i、a 2i分别表示第l、2i 阶次谐量的相位滞后角； 由⑶式可得：
式中，Btl、B1、B2i、B2i+1即为需辨识的模型参数。
7. 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，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； 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。
8. 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（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，^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 Δ F，则缸盖也会相应产生Δ X的附加变形量，将F在？处 作泰勒级数展开，BP
注意到F = f 〇〇，则AF可以表示为： Δ F = Ii1 Δ x+k2 Δ x2+k3 Δ X3+". (7) 式中，kp k2, 1^3可视为与机体振动特性相关的系数。
9. 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（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 = k^+^v^kgV3+··· (8) 式中，Pir为压力升高率，V为振动速度，系数匕可由压力升高率和实测振动速度之间 的关系推求获得，令
(9) 其中：M为参与参数辨识的数据点数，/>匕,.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 QGi1, k2, k3…）取得极值的必要条件
求解kp k2, k3···。
10. 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（4)中，选择一阶平均拟合曲线对最大压力升高率进行辨识。
【专利摘要】本发明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。
【IPC分类】G06F17-50
【公开号】CN104866671
【申请号】CN201510274428
【发明人】程勇, 赵秀亮, 王丽梅
【申请人】山东大学
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年5月26日