基于振动信号的汽油机爆震特征提取与强度评价研究

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1、天津大学硕士学位论文基于振动信号的汽油机爆震特征提取与强度评价研究ResearchonGasolineEngineKnockFeatureExtractionandIntensityEvaluationusingVibrationSignal一级学科：动力工程及工程热物理学科专业：动力机械及工程作者姓名：韩璞指导教师：毕凤荣副教授天津大学机械工程学院二零一四年十二月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表

2、或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签

3、名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日中文摘要爆震是制约汽油机小型化和热效率提高的重要因素。准确的爆震始点检测和强度评估是保证汽油机临界爆震燃烧从而改善其动力性和经济型的前提。基于机体振动信号的汽油机爆震检测是目前应用范围最广的爆震检测方法，但是，振动信号的低信噪比使得爆震识别相对于基于缸压信号的方法准确性难以保障。论文针对利用机体振动信号识别爆震的方法进行系统研究，旨在提高爆震识别精度，并有效识别爆震始点和爆震强度。在研究功率谱密度估计爆震特征频率的基础上，针对传统的小波变换小波基函数选择对分解结

4、果有较大影响的问题，将集总经验模态分解EEMD(EnsembleEmpiricalModeDecomposition)引入到爆震特征提取中，并利用爆震特征进行了爆震始点检测和爆震强度评价的研究。功率谱密度反映了信号的功率随频率的变化情况，据此提出了利用参数化功率谱估计算法准确估计爆震特征频率的方法。在确定了爆震特征频率范围后，利用EEMD算法对汽油机机体振动信号进行了分解，并选取合适的小波基，利用连续小波变换对分解得到的各个本征模态函数IMF(IntrinsicModeFunction)进行了时频分析，选取

5、了包含爆震特征的IMF分量进行爆震始点和强度评价研究。将爆震特征分量中幅值的突变点作为爆震始点对多个不同爆震循环进行了爆震始点识别计算，并使用基于缸压信号的爆震始点识别方法对结果进行了验证。表明该方法可以准确识别爆震始点。为了提高爆震检测的精度并优化计算过程，论文提出了一种基于爆震窗口内能量均值的爆震强度评价指标K。在确定了爆震始点后，利用该参数K研究了不同爆震窗口宽度对爆震强度评价结果的影响。在选定了最佳的爆震窗口宽度后，对不同工况、不同强度的爆震循环进行了爆震强度评价参数K的计算，并利用VDO算法计算爆

6、震因子KF(KnockFactor)对其进行了验证。结果表明，基于振动的汽油机爆震强度评价参数K与基于缸压信号的爆震因子KF有着较好的线性相关性，可以准确地对爆震强度进行评价。关键词：汽油机；爆震始点；爆震强度；经验模态分解；特征提取IAbstractKnockhasbecomeakeyfactorthatstopsthegasolineenginefromdownsizingandimprovingefficiency.Accurateknockdetectioncannotonlykeeptheengi

7、nerunatapropercondition,butalsoimprovethepowerandfueleconomy.Usingthevibrationsignalofthecylinderblocktodetecttheknockisawidelyusedsolutiononagasolineengine.However,comparedtomethodsbasedoncylinderpressure,theaccuracyoftheresultacquiredfromvibrationsignalc

8、annotbeguaranteedbecauseofitslowsignal-to-noiseratio.Inthispaper,theresearchisfocusedonthedataprocessingmethodofthevibrationsignal.Afterthefeaturedknockfrequencybandwasevaluatedusingpowerspectrumdensityestima