[发明专利]一种火花点火式发动机超级爆震监测系统

权利要求书

1.一种火花点火式发动机超级爆震监测系统，其特征在于：包括爆震检测区域选取模块、信号处理模块、爆震计算判定模块、判定阈值修正模块以及背景振动评估模块；信号处理模块与超级爆震检测区域选取模块的输入端相连，爆震检测区域选取模块和信号处理模块的输出端与背景振动评估模块和判定阈值修正模块的输入端相连，背景振动评估模块和判定阈值修正模块的输出端与爆震计算判定模块的输入端相连；爆震检测区域选取模块根据点火提前角位置及点火提前角前后区域确定爆震检测区域，爆震计算判定模块用以将爆震功率信号输出到爆震判定模块对爆震强度进行判定，判定阈值修正模块用以预判超级爆震的发动机运行参数阈值，背景振动评估模块用以估算背景振动值；通过获取缸体振动信号，并根据爆震强度，判定发动机在规定的运行区间内是否发生超级爆震，并输出控制信号；

所述信号处理模块包括转速传感器与发动机转速信号处理器、凸轮轴位置传感器与凸轮轴位置信号处理器、曲轴位置传感器与曲轴位置信号处理器、火花点火时刻传感器与火花点火时刻信号处理器、发动机负荷传感器与发动机负荷信号处理器；发动机转速信号处理器、凸轮轴位置信号处理器、曲轴位置信号处理器、火花点火时刻信号处理器以及发动机负荷信号处理器的输入端分别与布置在发动机上的转速传感器、凸轮轴位置传感器、曲轴位置传感器、火花点火时刻传感器以及发动机负荷传感器的输出端相连，发动机转速信号处理器、凸轮轴位置信号处理器、曲轴位置信号处理器、火花点火时刻信号处理器以及发动机负荷信号处理器的输出端与微控制器相连；信号处理模块输出发动机转速信号、凸轮轴位置信号、火花点火时刻信号以及发动机负荷信号；

所述爆震检测区域选取模块包括爆震时刻分析单元、曲轴位置信号分析单元、点火提前角设定单元、点火提前角区域选取单元和爆震监测区域选取单元；爆震时刻分析单元、曲轴位置信号分析单元、点火提前角设定单元的输入端与信号处理模块的输出端相连，点火提前角区域选取单元的输入端与点火提前角设定单元的输出端相连，爆震时刻分析单元、曲轴位置信号分析单元、点火提前角设定单元的输出端与点火提前角区域选取单元的输入端相连，进而确定爆震监测区域控制信号；爆震时刻分析单元、曲轴位置信号分析单元、点火提前角设定单元根据信号处理模块输出的信号即发动机转速信号处理器输出的发动机转速信号、凸轮轴位置信号处理器输出的凸轮轴位置信号、曲轴位置信号处理器输出的曲轴位置信号、火花点火时刻信号处理器输出的火花点火时刻信号以及发动机负荷信号处理器输出的发动机负荷信号进行分析，分别得到爆震发生时刻，曲轴位置信息和点火提前角区域的设定，根据点火提前角位置及点火提前角前后区域确定爆震检测区域；

所述背景振动评估模块包括快速傅里叶变换(FFT)单元、功率转换单元、高频带通滤波器、低频带通滤波器、背景振动强度计算单元和爆震强度计算单元；爆震信号处理器的输出端分别与爆震检测区域选取模块和爆震判定阀值修正模块的输入端相连；爆震检测区域选取模块分别与发生爆震时的快速傅里叶变换(FFT)单元、功率转换单元的输入端以及未发生爆震时的快速傅里叶变换(FFT)单元、功率转换单元的输入端相连；发生爆震情况下的快速傅里叶变换(FFT)单元、功率转换单元的输出端与高频带通滤波器的输入端相连；未发生爆震时的快速傅里叶变换(FFT)单元、功率换单元的输出端与低频带通滤波器的输入端相接；高频带通滤波器的输出端与微控制器上的爆震强度计算单元的输入端相接，低频带通滤波器的输出端与微控制器上的背景振动强度计算单元的输入端相接；背景振动强度计算单元的输出端与爆震强度计算单元的输入端相接；根据爆震检测区域选取模块输出的爆震监测区域信号，微控制器获得爆震监测区域的范围，确定爆震与未爆震的时间窗口，将截取到的振动信号输入到快速傅里叶变换(FFT)单元、功率转换单元、高频带通滤波器和低频带通滤波器，将低频振动信号输入背景振动强度计算单元，将高频振动信号和获得的低频信号强度输入微控制器上的爆震强度计算单元，从而获得除去背景振动的爆震强度信号；

所述爆震计算判定模块包括爆震功率信号积分单元、爆震功率信号最大值选取单元与爆震功率信号比较单元；背景振动评估模块的输出端分别与爆震功率信号积分单元和爆震功率信号最大值选取单元的输入端相接，爆震功率信号积分单元、爆震功率信号最大值选取单元的输出端分别与各自的爆震功率信号比较单元的输入端相接；将背景振动评估模块获得的除去背景振动的爆震强度信号分别输入爆震功率信号积分单元、爆震功率信号最大值选取单元，获得爆震功率信号积分值与爆震功率信号最大值，再通过各自的爆震功率信号比较单元，将爆震功率信号积分值与爆震功率信号最大值与基线值和阈值的比较来确定是否发生爆震；爆震传感器将爆震信号输入微控制器，微控制器中包含爆震强度计算部和爆震判定部；爆震强度计算部利用快速傅里叶变换模块(FFT)、功率转换单元、高频带通滤波器、低频带通滤波器将爆震频率信号转变成爆震信号的功率值，将爆震功率信号输出到爆震判定部；爆震判定部基于爆震信号功率的爆震算法对爆震强度进行判定；爆震信号经过快速傅里叶变换模块(FFT)得到振动频率信号，再利用功率转换单元，根据功率谱密度得到爆震信号的功率随频率的变化情况，利用参数化功率谱估计算法准确估计爆震特征频率；将爆震信号通过频带过滤器，按照频率段不同，分出背景振动信号与爆震信号，微控制器计算得到除去背景振动的爆震信号，随后得到每个工作循环的爆震信号的功率峰值即爆震峰值和爆震信号的功率积分值即爆震能量；将爆震峰值与预定义的不同转速下的阈值进行比较；如果某工作循环下爆震峰值除以预定义的比值系数大于基线值，同时爆震能量除以预定义的比值系数大于基线值，此外爆震峰值必须超过相应转速下的绝对阈值，则此循环判定为爆震。