汽油机爆震特征提取与诊断研究

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1、摘要火花点火式汽油机广泛应用于各种汽车。汽油机爆震的存在制约了其动力性和经济性能的改善。研究有效的爆震信号特征的提取方法，进而准确的诊断爆震的强度，一方面可以避免爆震的危害，另一方面为控制汽油机工作在爆震边界区以提高其动力性和经济性能奠定基础。本文主要针对爆震特征的提取方法、爆震强度指标和诊断策略进行研究。分析了短时傅立叶变换(STFT),Wigner-Ville分布(WVD)和离散小波变换(DWT)在处理非平稳信号时的优势和不足。给出了各自的离散化算法。分析了Wigner-Ville分布中产生交叉项的原因，并着重研究了抑制交叉项的方法，即平滑伪Wigne

2、r-Ville分布(SPWD)。结果表明:SPWD可以有效地抑制交叉项。对STFT,SPWD和DWT三种时频分析方法处理非稳态信号的有效性进行了仿真研究，论证了三种方法提取冲击特征的有效性。将STFT,SPWD和DWT三种时频分析方法应用于汽油机缸内压力信号和缸盖上的振动信号的处理，对三种方法进行了爆震特征提取的实际应用研究，应用和分析结果表明:STFT和SPWD两种方法不但能从汽油机缸内压力信号中有效提取爆震特征，而且还能从缸盖上的振动信号中有效提取爆震特征。SPWD方法计算量大，耗时长。STFT和SPWD只有在适当滤掉低频成分的前提下，才能有效地提取爆

3、艇特征。DWT方法可以直接从缸内压力信号和机体振动信号中有效地提取爆震特征。提出了两种基于DWT的爆震强度指标，即信号DWT结果特征域上信号的平均能量(KI)和峰值(Amax)。这两种强度指标作为压力信号和振动信号统一的强度指标，实用性较高。提出了一种以检测信号的爆震指标与爆震指标的参考值之间的差值来衡量爆震强弱的诊断方法。应用该方法诊断某型HYUNDAI汽油机的爆震，结果表明，该方法能够较准确的评价爆震的强弱程度。该诊断方法不仅适用于缸内压力信号，而且同样适用于机体振动信号。关键词汽油机;爆震:特征提取;小波变换;爆震强度AbstractSparkign

4、itionengineshavebeenwidelyusedonvariouscars.Knocklimitstheimprovementofpowerandfueleconomyofcarengines.Itisofgreatsignificancetofindanefectivemethodtobeusedtoextracttheknockfeaturefromameasuredsignal,andamethodtobeusedtodiagnosetheknockintensityexactly.Thesearethefocusofthisthesis

5、.TheefectivenessandshortcomingsoftheshorttimeFouriertransform(STFT),theWigner-Villedistribution(WVD)andthediscretewavelettransform(DWT)inprocessingnon-stationarysignalsarestudied.Thediscretealgorithmsofthethreemethodsarepresented.Thecauseofcross-termsinheresinWVDisstudied.Besides,

6、thesmoothpseudoWigner-Villedistribution(SPWD)whichisusedtosuppressthecross-termsinWVDisana!yzed.Itisshownthatthecross-termsaresuppressedefectivelyinSPWD.Inordertodemonstratethefactthatthethreemethods,thatis,STFT,SPWDandDWT,areefficientinprocessingnon-stationarysignals,simulationsa

7、reimplemented.Thentheefectivenesstoextractshockfeaturefromanon-stationarysignalbythethreemethodsisdemonstrated.TheapplicationsofSTFT,SPWDandDWTtoextractknockfeaturefromboththepressuresignalsmeasuredfromanenginecylinderandthevibrationsignalsmeasuredonanengineheadisstudied.Theresult

8、sareasfollow.STFTandSPWDcanextrac