[发明专利]应用四点能量重心校正法的发动机转速的振动测量方法

说明书

技术领域

本方面涉及动力机械和信号处理领域，特别是涉及应用四点能量重心校正法的发动机转速的振动测量方法，是一种在未知发动机气缸数目的情况下，测试出发动机转速的方法。

背景技术

由于目前绝大多数的在用车均为四冲程发动机，对于四冲程发动机，四冲程发动机指曲轴旋转720°期间内，发动机完成进气、点火、做功、排气四个冲程；1/2谐次为最基本的简谐次；同时通过对发动机的力矩分析可知，对于缸数为i的发动机，其主谐次为(i×m)/2(同上，m为任意正整数)。由于各谐次的振幅随谐次的增大迅速减小，在理想情况下，对于缸数为i的发动机，其i/2谐次的振幅最大(以下称之为第一主谐次)。当发动机转速为n(r/min)时，对应的转频为n/60Hz，设第一主谐次对应的频率f₀，则有如下关系：

f0=n60×i2---(2-1)]]>

目前国内有关基于振动的转速测量系统和方法均是基于式(2-1)进行转速测量的。采用式(2-1)在理论上可以通过分析发动机振动的频谱十分方便地求得发动机的转速，但在实际发动机的转速识别时存在如下问题：(1)需已知发动机的缸数i，通用性差；(2)当频率分辨率较低时，会出现找错第一主谐次f₀的现象；(3)该法的抗噪性能较差，在噪声干扰下常会出现找错第一主谐次f₀的现象；(4)转速测量精度较低，受傅立叶变换频率分辨率的影响，存在30倍的频率分辨率转速测量误差。

发明内容

本发明的目的是针对现有发动机转速测量方法的缺陷，提出一种应用四点能量重心校正法的发动机转速测量方法，以解决当无法预知发动机缸数而不能测出发动机转速的问题，而且测试转速通用性更好、抗噪性能高、结果精确可靠。

对于四冲程发动机，1/2谐次为最基本的简谐次，若能识别出发动机的1/2谐次，在未知发动机缸数的前提下也能迅速得到发动机的转速。在实际发动机轴系扭转振动中，除承受以上分析的气体作用力和运动部件的惯性载荷所产生的激振力矩外，还承受着其他一些干扰力矩，故在实际发动机轴系扭转振动信号中，1/2谐次并不一定均清晰可见，但是频率间隔一定为1/2谐次。所以当对发动机轴系扭转振动信号的幅值谱进行自相关分析时，频率间隔为1/2谐次的相关性质决定了1/2基谐次的幅值大大提高，同理间隔为1、1.5、2等谐次的幅值也会变得明显突出，即各谐次成分按1/2基谐次的间隔在振动信号幅值谱的自相关函数中排列出来。对此信号再进行傅立叶变换时，1/2基谐次的幅值就会成为仅次于零频的最大幅值谐次。另外自相关分析对测量中混入的随机噪声有明显的降噪作用，这也有助于提取发动机振动信号中的1/2基谐次。因为装在缸体上方的加速度传感器测得的发动机振动信号的变化规律与作用在发动机轴系上的激振力矩的变化规律是一致的，故可以通过分析缸体上测得的振动信号提取1/2基谐次的频率。

由于时域截断和频域离散化，只要不是对信号进行整周期时域截断，谐波信号进行离散傅立叶变换所得到的频率、幅值和相位都存在有误差，因此，转速测试中受傅立叶变换频率分辨率的影响，存在30倍的频率分辨率转速测量误差。为提高发动机转速测量的精度，采用抗噪性能高的四点能量重心校正法对所求得的发动机转频进行校正，经过计算得到精度较高的发动机转速。

本发明目的通过如下技术方案实现：

应用四点能量重心校正法的发动机转速的振动测量方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)坐标系建立：建立坐标系O-XYZ，以发动机的和变速器连接点为原点O，Y轴正向指向曲轴前端，Z轴正向竖直向上，按右手定则确定X轴正向；

(2)安装传感器：在发动机缸体表面较平坦和传感器容易布置点处，安装1个单向加速度传感器，测试方向为Z向；传感器连接数据采集器，数据采集器连接便携式计算机；