汽油机爆震特征提取与诊断研究课件

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1、汽油机爆震特征提取与诊断研究硕士研究生：张建峰导　　　师：杨建国副教授答辩时间：2003年7月7日课题引出课题来源哈工大博士启动基金项目“小波分析在汽油机爆震检测中应用的研究”的一部分。目的研究汽油机爆震特征提取尤其是轻微爆震特征提取的信号处理方法，研究爆震强度指标的表征方法，为汽油机爆震控制以及利用爆震信息控制汽油机点火提前奠定基础。课题引出课题研究意义汽油机广泛应用于各种汽车中。爆震的存在制约了其动力性和经济性能改善。爆震，也叫敲缸，是汽油机的特有的的一种不正常燃烧现象。轻微爆震时，汽油机的经济性与动力性均有所提高；但在强烈爆震时，特别是在高速时发生的强烈爆震将会导致

2、一系列的不良后果，甚至会损坏发动机。若不产生爆震，汽油机可以方便的应用高压缩比或增压的方法来提高功率，改善性能。因此，研究可以很好的提取爆震信号特征的信号处理方法，并给出爆震强度的指标，从而可以准确地判断爆震是否发生，强度大小，进而控制汽油机工作在期望的轻微爆震工况下，意义重大。课题内容时频分析方法的研究汽油机爆震试验研究爆震故障的特征提取爆震强度指标的研究爆震诊断策略的研究时频分析方法的研究汽油机爆震信号的特点分析采用时频分析方法的必要性短时傅立叶变换Wigner-Ville分布小波变换汽油机爆震信号的特点分析非爆震工况下，爆震信号主要是较宽的低频成分。这些低频成分来自

3、气门、缸盖、缸体的振动噪声，对于缸内压力信号，还包含了压力的低频波动。发生爆震时，信号中除了有上述在能量上占主导地位的低频成分外，在爆震发生的频段，还出现了冲击成分。该冲击成分就是爆震的特征。爆震的谐振频率随曲轴转角而改变，有微弱的变频特征。采用时频分析方法的必要性包含瞬态冲击成分的周期性简谐信号FFT无法分辨出隐藏在周期信号中的微弱瞬态冲击成分。采用时频分析方法的必要性变频信号FFT对于变频信号也得不到有用的结果。短时傅立叶变换短时傅立叶变换的定义离散化形式短时傅立叶变换的时频分辨率是固定不变的。短时傅立叶变换从图中可以看出信号中的瞬态信号发生的时刻和频率成分从图中可以

4、看出，随着的时间的推移，信号的频率呈线性规律逐步提高。采用STFT方法分析汽油机爆震信号是有效的。Wigner-Ville分布Wigner-Ville分布的定义两个分量组成的信号Wigner-Ville分布的离散形式平滑伪Wigner-Ville分布Wigner-Ville分布从图中可以看出信号中的瞬态信号发生时刻和频率成分；WVD中存在明显的交叉项；SPWD中交叉项得到很好抑制，但时频分辨率降低。交叉项的抑制和信号项的保持是一对矛盾。Wigner-Ville分布从两图中可以看出随着的时间的推移，信号的频率呈线性规律逐步提高。采用WVD方法分析汽油机爆震信号是有效的。小波

5、变换小波变换小波反变换当尺度增加时，时间窗变宽，而频率窗变窄，适合于提取多频率成分信号中的低频成分；当尺度减小时，时间窗变窄，而频率窗变宽，适合于提取多频率成分信号中的高频成分。因此，小波变换既具有时间局部化能力，也具有频率局部化能力。小波变换Mallat小波分解算法小波变换Mallat小波重构算法小波变换小波分解与单子带重构快速算法小波变换包含瞬态冲击周期信号的DWT从图中可以发现，30Hz、180Hz和400Hz三个频率成分被正确的分解到了相应的频段上，同时得到了各频段上的频谱。在d1频段上，非常有效的提取了淹没在30Hz和180Hz两个频率成分中的瞬态信号，瞬态信号

6、发生在0.125s，这与直接FFT相比，显示出了明显的优越性。小波变换变频信号的DWT从图中可以发现，小波分解后各尺度上提取了有用的信息。以上分析表明，小波变换结合FFT方法，显示出了非常好的效果，特别适合于处理汽油机爆震信号，对提取汽油机爆震故障特征不失为一种先进的方法。汽油机爆震试验研究汽油机试验台试验原理图爆震故障的特征提取对如下爆震信号提取爆震特征正常点火时测得的信号点火提前角增大10º时测得的信号爆震故障的特征提取试验信号经适当截取后的信号正常点火时测得的信号的截取信号点火提前较增大10º时测得的信号的截取信号应用短时傅立叶变换提取爆震特征正常点火时测得信号的S

7、TFT点火提前角增大10º时测得信号的STFT对实际的缸内压力信号和缸盖上的振动信号直接实施STFT，由于低频成分在能量上占主要地位所以很难提取爆震特征，但对适当滤波后的信号(滤掉在能量上占主要地位的低频成分)实施STFT则能够很好地提取爆震特征。a)b)c)d)a)b)c)d)应用平滑伪Wigner-Ville分布提取爆震特征正常点火时测得信号的SPWD点火提前角增大10º时测得信号的SPWD对实际的缸内压力信号和缸盖上的振动信号直接实施SPWD，由于低频成分在能量上占主要地位所以很难提取爆震特征，但对适当滤波后的信号(滤掉