专利名称：装甲车发动机工作状态检测方法
技术领域：
本发明属于信号处理与应用技术领域，尤其涉及一种装甲车发动机工作状态检测 方法。
背景技术：
随着我国部队机械化程度不断提高，军用装甲车辆的使用日益广泛。由于装甲车 负荷较重，装甲车的发动机需要定期进行维护、保养，以确保其使用安全。但这种定期的维 护过程需要对装甲车进行部分拆卸和安装，非常的麻烦，并且往往不能及时的发现发动机 出现的故障，导致在维护发现故障时已经问题已经出现恶化，加大了维修、护理的难度，增 加了维护成本；同时，由于维护时多采用人工依据其经验来发现故障，使得检测故障的人为 因素很大，容易造成判断错误。这些因素都直接影响到装甲车的维护质量和驾驶安全。目前，国内外也有一些针对发动机故障检测的技术研究，例如通过检测发动机的 密封性、气缸压力及其平衡性、曲轴箱窜气量、尾气排放和起动系的测试等手段判断发动机 的工作状态，但这些手段存在信号采集难、精度难以保证等缺点，并且这些特征都仅能反映 发动机的局部特征，无法体现发动机的整体工作性能，实际应用受到局限。
发明内容
针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种装甲车发动机工作 状态检测方法，将装甲车发动机的振动信号作为检测特征，以即时的检测其发动机是否出 现故障。本发明目的是这样实现的一种装甲车发动机工作状态检测方法，采用加速传感 器采集发动机的振动信号，依次经过放大、滤波和采样的预处理后输入计算机，由计算机进 行检测；具体包括如下步骤
a)采集装甲车正常工作状态时发动机的振动信号，经预处理后输入计算机进行后续计
算；
b ) 计算所采集振动信号的幅值均方根 O ；振动信号的幅值的物理意义即为发动机振动时的加速度大小，加速度信号的获取手段 成熟、误差率低，以加速度来衡量发动机的振动情况，也能很好的体现发动机的振动性能； 该幅值均方根将作为判断发动机工作状态的原始基准；
c)计算所采集的振动信号的自功率谱函数，并求得其功率分布均值这；自功率谱函
数直观的反映了振动信号在不同频率的功率分布，其功率与所在频率上振幅的平方和成正 比；由于发动机的振动是由多种固有因素驱动引起的，不同的固有因素对应于不同的频率，
并且通常情况下，固有因素所在频率的功率分布会超过半功率分布均值0. 5 Gtt ,而小于半功率分布均值的频率振动则认为是由装甲车身颠簸、晃动等随机干扰因素引起的振动；因 此，以装甲车正常工作状态时发动机的振动信号的自功率谱函数作为判别发动机是否出现 新增周期振动因素的基准；振动信号的自功率谱函数，可以通过求振动信号的自相关函数 后取傅里叶变换而得到，也可以采用韦尔奇(Welch)法获得；
d)存储步骤b)和c)获得的数据，作为模板数据；
e)设定单位时长巾以及阈值；单位时长C用于确定采集检测信号的时间间隔长 度，其取值太小会增加装甲车身颠簸、晃动等干扰因素对计算结果的影响，导致重复性差， 同时也不能很好的反映发动机的真实振动情况；而1取值过大，一方面可能会导致新增周 期振动因素被淹没而使得状态检测存在延迟，另一方面也使得每次检测信号的数据量巨大 而导致系统效率降低；因此，综合考虑，单位时长”的取值满足100S/jS80000这一条
件为宜，其中J*为采样频车 的取值为125 8000Hz ；阈值< 是初始判断发动机是否有可 能已经出现故障的临界值；
f)模板数据和参数确定后，在装甲车运行期间，采集单位时长二内发动机的振动信号，
作为检测信号，经预处理后输入计算机进行后续计算；
g)如果发动机出现故障，且体现为存在新的周期振动分量，则新的周期分量会直接体 现在检测信号中，使得检测信号整体的幅值均方根增加，因此，计算检测信号的幅值均方根
~ ,若其增量明显，则表明发动机很可能已经出现故障，需要进一步确认；判断检测信号的 幅值均方根增量是否明显，采用与模板数据中的幅值均方根“《ο比较的方式，若~/ D Siffi ，则判定该单位时长ζ内发动机工作正常；S W/ D> Ara,则需要进一步确认发动机是否 确实已经存在故障，因此继续进行步骤h)；
h)对检测信号进行自相关分析，获取其中所有的周期频率分量，并与模板数据中的自 功率谱函数进行对比，若检测信号所有的周期频率分量在模板数据中的自功率谱函数中对
应的功率值均大于或等于0. 5这，就表明这些周期频率分量是发动机正常工作时固有的，
则可以认为检测信号的幅值均方根的增大是由于装甲车身颠簸、晃动等其它随机干扰因素
引起的，因而判定该单位时长&内发动机工作正常；若检测信号的周期频率分量中有一个
或多个在模板数据中的自功率谱函数中对应的功率值小于0.5这，这表明在检测信号中出
现了一个或多个新的周期振动分量，也就意味着产生了新的振动驱动因素，这种新的驱动 因素极可能是发动机故障产生的，因而判定发动机出现故障，提醒工作人员进行检修。作为进一步的优化方案，上述步骤可以周期性的循环重复进行，从而实现对发动 机工作情况的在线检测；此外，如果通过某次检测信号判断出发动机已经故障，则还可以计
算每次检测信号中幅值绝对值超过t · ^ll0的概率乓，用以为发动机受力情况分析提供数据依据。相比于现有技术，本发明具有如下有益效果
1)由于正常情况下，发动机是在多种固有因素驱动下工作的，其振动信号在时域和频域上的功率分布均较为固定；如果发动机中某一部件存在故障，很容易导致驱动因素的变 化，从而直观的体现在其振动信号中，也就是说发动机出现故障时其振动情况随之改变的 几率相当高。本发明采用振动信号作为检测特征，更够从整体上获取发动机的工作状态，可 靠性高；并且振动信号(即加速度信号)的获取手段成熟、误差率低，将其作为发动机状态检 测的基础条件，增强了本发明方法的可操作性。2)在本发明的检测过程中，仅在计算出检测信号的幅值均方根出现异常时 ( W/ Q>弋时)才启动自相关分析以及自功率谱函数对比分析，避免了频繁的进行数据库 调用和对比计算，在整体检测流程上提高了系统工作效率，一方面为发动机工作状态的实 时检测提供了良好的条件，另一方面也降低了计算机的硬件要求，使得将本发明方法应用 到车载的实时检测系统中成为可能。3)借助检测信号的自相关分析以及与模板数据中自功率谱函数的对比分析，能够 有效避免将装甲车身颠簸、晃动等随机干扰因素引起的振动误检测为发动机故障，提高了 抗干扰能力。4)本发明方法的故障检出准确率高，维护人员只需要在检出故障后对发动机进行 检修维护，避免了发动机的频繁定期检修，减小了维护人员的工作量。5)在判定发动机出现故障后，还可以计算检测信号中幅值绝对值超过& Jlrt的概
率，该概率值可以为发动机受力情况分析提供数据依据。
图1为本发明方法的流程框图2为本发明实施例中装甲车正常工作状态时发动机的振动信号； 图3为图2所示振动信号的功率密度谱函数曲线图； 图4为本发明实施例中的一段检测信号； 图5为图4所示检测信号的自相关函数曲线图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。实施例
本发明方法的流程图如图1所示。在本实施例中，采用本发明方法检测一装甲车的发 动机工作状态。a)首先，利用加速传感器采集装甲车在正常工作状态时的发动机振动信号，采集 时长为IOs ；然后将采集的信号经放大、滤波和采样的预处理后输入计算机，其中采样频率 为5000Hz，再用计算机执行后续计算。b)利用下列公式计算所采集振动信号的幅值均方根S,
权利要求
装甲车发动机工作状态检测方法，其特征在于采用加速传感器采集发动机的振动信号，依次经过放大、滤波和采样的预处理后输入计算机，由计算机进行检测；具体包括如下步骤a)采集装甲车正常工作状态时发动机的振动信号，经预处理后输入计算机进行后续计算；b)计算所采集振动信号的幅值均方根；c)计算所采集的振动信号的自功率谱函数，并求得其功率分布均值；d)存储步骤b)和c)获得的数据，作为模板数据；e)设定单位时长，以及阈值；f)在装甲车运行期间，采集单位时长内发动机的振动信号，作为检测信号，经预处理后输入计算机进行后续计算；g)计算检测信号的幅值均方根，并与模板数据中的幅值均方根比较，若，则判定该单位时长内发动机工作正常；若，则进行步骤h)；h)对检测信号进行自相关分析，获取其中所有的周期频率分量，并与模板数据中的自功率谱函数进行对比，若检测信号所有的周期频率分量在模板数据中的自功率谱函数中对应的功率值均大于或等于0.5，则判定该单位时长内发动机工作正常；若检测信号的周期频率分量中有一个或多个在模板数据中的自功率谱函数中对应的功率值小于0.5，则判定发动机出现故障。dest_path_image001.jpg,525250dest_path_image002.jpg,dest_path_image003.jpg,317756dest_path_image004.jpg,97493dest_path_image003.jpg,dest_path_image005.jpg,368069dest_path_image001.jpg,182441dest_path_image006.jpg,942587dest_path_image003.jpg,dest_path_image007.jpg,84986dest_path_image002.jpg,283886dest_path_image008.jpg,890448dest_path_image002.jpg
2.根据权利要求1所述装甲车发动机工作状态检测方法，其特征在于所述预处理中 的采样频率/为125 8000Hz，且所述单位时长ζ的取值满足100 /·石 80000。
3.根据权利要求1所述装甲车发动机工作状态检测方法，其特征在于所述阈值I的 取值为1.05 1. 10。
4.根据权利要求1所述装甲车发动机工作状态检测方法，其特征在于在步骤h)之后 还包括i)重复步骤f)1)，在线检测发动机的工作情况。
5.根据权利要求1所述装甲车发动机工作状态检测方法，其特征在于在步骤h)之后 还包括i')若根据检测信号判定发动机出现故障，计算检测信号中幅值绝对值超过的 概率芎。
6.根据权利要求5所述装甲车发动机工作状态检测方法，其特征在于在步骤工)之后 还包括J')重复步骤f) ι')，在线检测发动机的工作情况。
全文摘要
本发明提供了一种装甲车发动机工作状态检测方法，该方法将装甲车发动机的振动信号作为检测特征，通过计算机计算振动信号的幅值均方根以及自功率谱函数，对比分析装甲车发动机在实际运行中与正常运行中的振动情况，以即时的检测其发动机是否出现故障。本发明方法可操作性强，具有较好的抗干扰能力，故障检出准确率高，维护人员只需要在检出故障后对发动机进行检修维护，减小了维护人员的工作量；同时，本发明方法在整体检测流程上提高了系统工作效率，一方面为发动机工作状态的实时检测提供了良好的条件，另一方面也降低了计算机的硬件要求，使得将本发明方法应用到车载的实时检测系统中成为可能。
文档编号G01M15/00GK101936812SQ201010262509
公开日2011年1月5日 申请日期2010年8月25日 优先权日2010年8月25日
发明者杨万均, 林晓钢, 苏艳, 郭永彩, 高潮 申请人:重庆大学