CN105971729A - 爆振传感器信号的联合时频和小波分析 - Google Patents

爆振传感器信号的联合时频和小波分析 Download PDF

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Abstract

一种方法，包括接收由设置在燃机的燃烧室中或附近的爆振传感器感测到的噪音信号、预先调节噪音信号以生成预先调节的噪音信号，以及处理预先调节的噪音信号来确定燃机的燃烧室中的峰值焚烧压力的位置、时间或它们的组合。

Description

爆振传感器信号的联合时频和小波分析
技术领域
本文公开的主题涉及往复式发动机，并且更具体地涉及用于经由联合时频分析和/或小波分析处理来自往复式发动机(例如，内燃机)的爆振传感器的系统和方法。
背景技术
燃机通常燃烧含碳燃料，诸如天然气、汽油、柴油等，且使用高温和高压的气体的对应膨胀来将力施加到发动机的某些构件(例如，设置在发动机的汽缸中的活塞)上，以使构件移动一定距离。因此，含碳燃料转化成机械运动，其用于驱动负载。例如，负载可为产生电功率的发电机。
在某些构造中，燃机的各种操作或状态(例如，峰值焚烧压力)的定时可使用传统技术监测和估计。然而，传统监测技术可能不太准确，且使用传统监测技术的燃机的校正措施可降低发动机的效率。因此，峰值焚烧压力(和/或其它操作事件)的改善的监测可为有用的。
发明内容
下文归纳了在范围上等同于原来提出的发明的某些实施例。这些实施例不旨在限制提出的发明的范围，而相反，这些实施例仅旨在提供本公开内容的可能形式的简要概述。实际上，本公开内容可涵盖可类似于或不同于下文阐明的实施例的多种形式。
在第一实施例中，一种方法包括接收由设置在燃机的燃烧室中或附近的爆振传感器感测到的噪音信号、预先调节噪音信号来生成预先调节的噪音信号，以及处理预先调节的噪音信号来确定燃机的燃烧室中的峰值焚烧压力的位置、时间或它们的组合。
在第二实施例中，一种系统包配置成监测燃机的燃烧室的峰值焚烧压力的发动机控制系统。发动控制系统包括处理器，其配置成接收由设置在燃机的燃烧室中或附近的爆振传感器感测到的噪音信号、预先调节噪音信号来生预先调节的噪音信号，以及处理预先调节的噪音信号来确定峰值焚烧压力的位置、时间或它们的组合。
在第三实施例中，一种非暂时性计算机可读介质包括可执行指令，其在执行促使处理器接收由设置在燃机中或附近的爆振传感器感测的噪音信号，预先调节噪音信号来生成预先调节的噪音信号，将变换函数应用于预先调节的噪音信号来生成变换的信号，以及分析变换的信号来确定燃机的燃烧室中的峰值焚烧压力的位置、时间或它们的组合。
本发明的第一技术方案提供了一种方法，包括：接收由设置在燃机的燃烧室中或附近的爆振传感器感测到的噪音信号；预先调节噪音信号来生成预先调节的噪音信号；以及处理预先调节的噪音信号来确定燃机的燃烧室中的峰值焚烧压力的位置、时间或它们的组合。
本发明的第二技术方案是在第一技术方案中，包括将变换函数应用于预先调节的噪音信号来生成变换的信号，其中确定峰值焚烧压力的位置、时间或它们的组合包括分析变换的信号。
本发明的第三技术方案是在第二技术方案中，分析变换的信号包括生成和分析量图，以确定变换的信号的中心，其中中心的位置坐标与峰值焚烧压力的位置、时间或它们的组合相关。
本发明的第四技术方案是在第三技术方案中，位置坐标为时间单位、曲轴位置单位或它们的组合。
本发明的第五技术方案是在第二技术方案中，将变换函数应用于预先调节的噪音信号来生成变换的信号包括应用小波变换函数来导出三维表示。
本发明的第六技术方案是在第五技术方案中，应用小波变换函数包括应用墨西哥帽小波函数、Meyer小波函数或Morelet小波函数。
本发明的第七技术方案是在第二技术方案中，将变换函数应用于预先调节的噪音信号以生成变换的信号包括应用联合时频变换函数，以及其中分析变换的信号包括在时域和频率两者中同时分析变换的信号。
本发明的第八技术方案是在第七技术方案中，应用联合时频变换函数包括应用维格纳-威利分布函数、伽柏变换函数、蔡-威廉斯分布函数、锥形分布函数或科恩分布函数。
本发明的第九技术方案是在第一技术方案中，预先调节噪音信号来生成预先调节的噪音信号包括以低通、带通或高通滤波器过滤信号、对噪音信号积分，或以上两者。
本发明的第十技术方案提供了一种系统，包括：配置成监测燃机的燃烧室的峰值焚烧压力的发动机控制系统，其中发动机控制系统包括处理器，其配置成：接收由设置在燃机的燃烧室中或附近的爆振传感器感测的噪音信号；预先调节噪音信号来生成预先调节的噪音信号；以及处理预先调节的噪音信号以确定峰值焚烧压力的位置、时间或它们的组合。
本发明的第十一技术方案是在第十技术方案中，包括配置成感测曲轴的位置的曲轴传感器，其中处理器进一步配置成：从曲轴传感器接收表现曲轴的位置的曲柄角信号；以及使预先调节的噪音信号与曲柄角信号相关，以确定峰值焚烧压力的位置，其中峰值焚烧压力的位置包括曲轴的位置。
本发明的第十二技术方案是在第十技术方案中，处理器进一步配置成将变换函数应用于预先调节的噪音信号以生成变换的信号，其中确定峰值焚烧压力的位置、时间或它们的组合包括分析变换的信号。
本发明的第十三技术方案是在第十二技术方案中，将变换函数应用于预先调节的噪音信号来生成变换的信号包括应用小波变换函数。
本发明的第十四技术方案是在第十三技术方案中，应用小波变换函数包括应用墨西哥帽小波函数、Meyer小波函数或Morelet小波函数。
本发明的第十五技术方案是在第十二技术方案中，将变换函数应用于预先调节的噪音信号以生成变换的信号包括应用联合时频变换函数，以及其中分析变换的信号包括在时域和频率两者中同时分析变换的信号。
本发明的第十六技术方案是在第十五技术方案中，应用联合时频变换函数包括应用维格纳-威利分布函数、伽柏变换函数、蔡-威廉斯分布函数、锥形分布函数或科恩分布函数。
本发明的第十七技术方案是在第十二技术方案中，处理器进一步配置成确定变换的信号的中心，其中峰值焚烧压力的位置、时间或它们的组合对应于变换的信号的中心的位置和/或时间坐标。
本发明的第十八技术方案是在第十技术方案中，预先调节噪音信号来生成预先调节的噪音信号包括以低通、带通或高通滤波器过滤信号、对噪音信号积分，或以上两者。
本发明的第十九技术方案是在第十技术方案中，处理器配置成通过直接地分析预先调节的噪音信号来确定峰值焚烧压力的位置、时间或它们的组合，而不使用小波变换函数或联合时频变换函数。
本发明的第二十技术方案提供了一种非暂时性计算机可读介质，包括可执行指令，其在执行时促使处理器：接收由设置在燃机的燃烧室中或附近的爆振传感器感测到的噪音信号；预先调节噪音信号来生成预先调节的噪音信号；将变换函数应用于预先调节的噪音信号以生成变换的信号；以及分析变换的信号来确定燃机的燃烧室中的峰值焚烧压力的位置、时间或它们的组合。
附图说明
在参照附图阅读以下详细描述时，本发明的这些及其它特征、方面和优点将变得更好理解，在附图中相似的标号表示附图各处相似的零件，在附图中：
图1为按照本公开内容的方面的往复式发动机的实施例的框图；
图2为按照本公开内容的方面的包括在具有爆振传感器的图1的往复式发动机中的汽缸和活塞组件的实施例的示意性截面视图；
图3为按照本公开内容的各方面的由图2中所示的爆振传感器测得的原始数据的发动机噪音图的实施例；
图4为按照本公开内容的各方面的具有由图2中所示的爆振传感器测得的原始数据和原始数据的过滤版本的发动机噪音图的实施例；
图5为按照本公开内容的各方面的在将小波变换应用于图4的原始数据的过滤版本之后的量图或谱图的实施例；
图6为按照本公开内容的各方面的在将维格纳-威利(Wigner-Ville)分布函数应用于图4的原始数据的过滤版本之后的量图或谱图的实施例；
图7为按照本公开内容的各方面的具有由图2中所示的爆振传感器测得的原始数据和原始数据的积分版本的发动机噪音图的实施例；
图8为按照本公开内容的方面的在将小波变换应用于图7的原始数据的积分版本之后的量图或谱图的实施例；
图9为按照本公开内容的方面的在将维格纳-威利分布函数应用于图7的原始数据的积分版本之后的量图或谱图的实施例；以及
图10为按照本公开内容的方面的示出确定图2的往复式发动机的燃烧室中的峰值焚烧压力的位置的方法的工艺流程图的实施例。
具体实施方式
下文将描述本发明的一个或更多个特定实施例。为了提供这些实施例的简要描述，实际的实施方式的所有特征可能未在说明书中描述。应当认识到的是，在任何此类实际实施方式的开发中，如任何工程或设计项目中那样，必须进行许多实施方式特有的决定来实现开发者的特定目标，诸如符合系统相关和商业相关的约束，这可从一个实施方式到另一个不同。此外，应当认识到的是，此开发工作可能是复杂且耗时的，但对于受益于本公开内容的普通技术人员仍是进行设计、制作和制造的常规任务。
当介绍本发明的各种实施例的元件时，词语"一个"、"一种"、"该"和"所述"旨在表示存在一个或更多个元件。用语"包括"、"包含"和"具有"旨在为包含性的，且意思是可存在除所列元件之外的附加元件。
本公开内容针对往复式发动机，并且更具体地涉及用于经由联合时频分析和/或小波分析处理设置在往复式发动机中的爆振传感器的信号的系统和方法。例如，下文将参照附图详细描述的往复式发动机(例如，诸如柴油机的内燃机)包括汽缸和设置在汽缸内的活塞。往复式发动机包括点火特征，其点燃活塞附近的燃烧室内(例如，汽缸内且活塞上方)的燃料-氧化剂(例如，燃料-空气)混合物。由燃料-空气混合物的点燃生成的热燃烧气体驱动汽缸内的活塞。具体而言，热燃烧气体膨胀且相对于活塞施加压力，使得活塞在膨胀冲程期间从汽缸的顶部移动到底部。活塞将由燃烧气体施加的压力(和活塞的线性运动)转换成旋转运动(例如，经由联接到活塞和曲轴上且在活塞和曲轴之间延伸的连杆)，其驱动一个或更多个负载，例如，发电机。
大体上，往复式发动机还包括配置成检测(例如，监测)往复式发动机的构件的振动(例如，噪音、声音或移动)的爆振传感器，以及配置成检测(例如，监测)连同汽缸内的活塞的线性移动而移动(例如，旋转)的往复式发动机的曲轴的地点或位置(例如，曲柄角)的曲轴传感器。由曲轴传感器监测的曲柄角和由爆振传感器监测的振动可关联、比较或以其它方式处理，以确定往复式发动机的操作参数。例如，按照本实施例，振动(例如，振动轮廓)和曲柄角可被监测和/或处理来确定峰值焚烧压力(例如，燃烧期间燃烧室内的最高压力)发生的位置(例如，以曲柄角)。然而，应当注意的是，振动轮廓可相对于时间而不是曲柄角来监测，因为时间与操作的往复式发动机中的曲柄角相关联。
有利地，本文所述的技术可使用相对于原始曲轴传感器信号绘制(或相对于时间绘制)的原始爆振传感器信号的联合时频分析、小波分析、线调频小波分析(chirplet analysis)、滤波、积分或它们的组合。换言之，按照本实施例，一定时间(或曲柄角)内绘出的振动轮廓可经由联合时频分析、小波分析、线调频小波分析、滤波或积分中的一个或更多个处理，以确定峰值焚烧压力发生在燃烧室中的位置(以曲柄角或时间测量)。
转到附图，图1示出了发动机驱动的发电机系统8的一部分的实施例的框图。如下文详述所述，系统8包括具有一个或更多个燃烧室12(例如，1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20个或更多燃烧室12)的发动机10(例如，往复式内燃机)。空气供应源14构造成将加压氧化剂16(诸如空气、氧、富氧空气、少氧空气或其任何组合)提供至各个燃烧室12。燃烧室12还构造成接收来自燃料供应源19的燃料18(例如，液体和/或气态燃料)，且燃料空气混合物在各个燃烧室12内点燃且燃烧。热加压燃烧气体引起邻近于各个燃烧室12的活塞20在汽缸26内线性移动，且将由气体施加的压力转换成旋转运动，其引起轴22旋转。此外，轴22可联接到负载24上，负载24经由轴22的旋转供能。例如，负载24可为可经由系统10(诸如发电机)的旋转输出生成功率的任何适合的装置。此外，尽管以下论述提到了空气作为氧化剂16，但任何适合的氧化剂都可结合公开实施例来使用。类似地，燃料18可为任何适合的气态燃料，例如，诸如天然气、相关联的石油气、丙烷、生物气体、沼气、垃圾气体、煤矿气体。
本文公开的系统8可适用于静止应用(例如，工业发电发动机)或移动应用(例如，汽车或飞行器中)。发动机10可为二冲程发动机、三冲程发动机、四冲程发动机、五冲程发动机或六冲程发动机。发动机10还可包括任何数目的燃烧室12、活塞20和相关联的汽缸(例如，1-24)。例如，在某些实施例中，系统8可包括具有在汽缸中往复的4,6,8,10,16,24个或更多活塞20的大规模工业往复式发动机。在一些此类情况中，汽缸和/或活塞20可具有大约13.5-34厘米(cm)之间的直径。在一些实施例中，汽缸和/或活塞20可具有大约10-40cm之间、15-25cm之间或大约15cm的直径。系统10可生成10kW到10MW范围的功率。在一些实施例中，发动机10可在小于大约1800转每分钟(RPM)下操作。在一些实施例中，发动机10可在小于大约2000 RPM, 1900 RPM, 1700 RPM, 1600 RPM, 1500 RPM, 1400 RPM, 1300 RPM, 1200 RPM, 1000 RPM, 900 RPM或 750 RPM下操作。在一些实施例中，发动机10可在大约750-2000RPM、900-1800RPM或1000-1600RPM之间操作。在一些实施例中，发动机10可在大约1800RPM、1500RPM、1200RPM、1000RPM或900RPM下操作。例如，示例性发动机10可包括General Electric公司的Jenbacher发动机(例如，Jenbacher2型、3型、4型、6型或J920 FleXtra)或Waukesha发动机(例如，Waukesha VGF、VHP、APG、275GL)。
驱动的发电系统8可包括适用于检测发动机"爆振"的一个或更多个爆振传感器23。爆振传感器23可为配置成感测由发动机10引起的振动(诸如由爆燃、预先点火和/或轻度爆震引起的振动)的任何传感器。爆振传感器23示为通信地联接到发动机控制单元(ECU)25上。在操作期间，来自爆振传感器23的信号传输至ECU25以确定爆振状态(例如，轻度爆震)是否存在。ECU25然后可调整某些发动机10参数来改善或消除爆振状态。例如，ECU25可调整点火定时和/或调整升压来消除爆振。如本文进一步所述，爆振传感器23还可导出某些振动应当进一步分析和分类来检测例如非期望的发动机状态。
图2为具有设置在往复式发动机10的汽缸26(例如，发动机汽缸)内的活塞20的活塞组件25的实施例的侧部截面视图。汽缸26具有限定圆柱形腔30(例如，开孔)的内环形壁28。活塞20可由轴向轴线或方向34、径向轴线或方向36和周向轴线或方向38限定。活塞20包括顶部40(例如，端环槽脊)。顶部40大体上阻挡燃料18和空气16或燃料空气混合物32在活塞20的往复运动期间逸出燃烧室12。
如图所示，活塞20经由连杆56和销58附接到曲轴54上。曲轴54将活塞24的往复线性运动转化成旋转运动。当活塞20移动时，如上文所述，曲轴54旋转来对负载24(图1中所示)供能。如图所示，燃烧室12定位邻近于活塞24的端环槽脊40。燃料喷射器60将燃料18提供至燃烧室12，且进气阀62控制空气16输送至燃烧室12。排气阀64控制排气从发动机10排出。然而，应当理解的是，可使用用于将燃料18和空气16提供至燃烧室12和/或用于排放排气的任何适合的元件和/或技术，且在一些实施例中，没有使用燃料喷射。在操作中，燃料18与空气16在燃烧室12中燃烧引起活塞20以往复方式(例如，来回)沿轴向方向34在汽缸26的腔30内移动。
在操作期间，当活塞20处于汽缸26中的最高点时，其位于称为上死点(TDC)的位置。当活塞20处于汽缸26中的其最低点时，其处于称为下死点(BDC)的位置。当活塞20从顶部移动到底部或从底部移动到顶部时，曲轴54旋转半圈。活塞20从顶部到底部或从底部到顶部的各次移动称为冲程，且发动机10实施例可包括二冲程发动机、三冲程发动机、四冲程发动机、五冲程发动机、六冲程发动机或更多。
在发动机10操作期间，通常发生包括进气过程、压缩过程、动力过程和排气过程的程序。进气过程允许诸如燃料和空气的可燃混合物吸入汽缸26中，因此进气阀62开启且排气阀64闭合。压缩过程将可燃混合物压缩到较小空间中，所以进气阀62和排气阀64两者都关闭。动力过程点燃压缩的燃料空气混合物，其可包括通过火花塞系统的火花点火和/或通过压缩加热的压燃。从燃烧所得的压力然后将活塞20推至BDC。峰值焚烧压力描述了动力过程期间燃烧室12中的最高压力。按照本实施例，如下文参照以下附图详细所述，峰值焚烧压力的位置可由ECU25监测。排气过程通常使活塞20回到TDC，同时保持排气阀64开启。因此，排气过程经由排气阀64排出用过的燃料空气混合物。将注意的是，一个以上的进气阀62和排气阀64可用于每个汽缸26。
绘出的发动机10还包括曲轴传感器66、爆振传感器23和发动机控制单元(ECU)25，其包括处理器72和存储器74。曲轴传感器66感测曲轴54的位置和/或转速。因此，曲轴角或曲轴定时信息可导出。即，当监测燃机时，定时常常依据曲轴54角(例如，曲柄角)表示。例如，四冲程发动机10的整个循环可测量为720°循环。爆振传感器23可为压电加速计、微机电系统(MEMS)传感器、霍尔效应传感器、磁致伸缩传感器，和/或设计成感测振动、加速度、声音和/或移动的任何其它传感器。在其它实施例中，传感器23可能不是传统意义上的爆振传感器，而是可感测振动、压力、加速度、偏转或移动且可用于检测发动机"爆振"的任何传感器。
由于发动机10的冲击性质，爆振传感器23可即使在安装在汽缸26(例如，汽缸组)的外部时也能够检测噪音。然而，爆振传感器23可设置在汽缸26中或周围的各种位置处。此外，在一些实施例中，单个爆振传感器23可例如由一个或更多个相邻的汽缸26共用。在其它实施例中，各个汽缸26均可包括一个或更多个爆振传感器23。曲轴传感器66和爆振传感器23示为与发动机控制单元(ECU)25电子通信。ECU25包括处理器72和存储器74。存储器74可储存可由处理器72执行的计算机指令。ECU25监测和控制发动机10的操作，例如，通过调整燃烧定时(例如，点火定时)、阀62,64的定时、调整燃料和氧化剂(例如，空气)的输送等。
有利地，本文所述的技术可使用ECU25接收来自曲轴传感器66和爆振传感器23的数据，且然后通过绘出相对于曲轴54位置的爆振传感器23数据来创建噪音轮廓(例如，声音轮廓、振动轮廓等)。ECU25然后可经历分析数据的过程，以确定何时发生某些操作事件和状态(诸如峰值焚烧压力)。例如，ECU25可预先调节噪音轮廓，将变换函数应用于预先调节的噪音轮廓，以及定位表现峰值焚烧压力的预先调节的噪音轮廓的变换版本中(或预先调节的噪音轮廓自身中)的特征。
图3为由爆振传感器34测量的噪音数据(例如，由ECU25)导出的原始发动机噪音图75的实施例，其中x轴线76为时间，但在一些实施例中，可为由曲轴传感器66监测的曲轴54的位置(例如，以曲柄角)，借此时间与曲轴54的位置相关。当ECU25(或其它计算装置)组合发动机10的操作期间从爆振传感器23和曲轴传感器66接收到的数据时，生成图75。在绘出的实施例中，示出了爆振传感器23信号的振幅曲线77(例如，噪音轮廓)，其中y轴线78为振幅。即，振幅曲线77包括经由爆振传感器23感测且相对于曲柄角绘制的振动数据(例如，噪音、声数据)的振幅测量结果。应当理解的是，这仅为样本数据集的图，而不旨在限制由ECU25生成的图。如前文所述和下文详细阐释那样，例如，所示样本数据集可由ECU25生成，以确定峰值焚烧压力的位置(例如，以时间或曲柄角度数)。
图4为由爆振传感器23测得的原始噪音数据的过滤版本的(例如，由ECU25)导出的预先调节的噪音图90的实施例，其中x轴线76为时间，但在一些实施例中，可为如由曲轴传感器66监测的曲轴54的位置(例如，以曲柄角度数)。除过滤的曲线92之外，预先调节的噪音图90包括图3的原始振幅曲线77。如前文所述，原始振幅曲线77从在发动机操作期间由爆振传感器记录(例如，感测或检测)的原始噪音数据生成。因此，关于燃烧室12中的峰值焚烧压力的信息可嵌入原始振幅曲线77和过滤的曲线92中。过滤的曲率92通过将滤波器应用于振幅曲线77来导出(例如，由ECU25或其它计算装置)。例如，在所示实施例中，低通滤波器(例如，小于2kHz)应用于(例如，通过ECU25)振幅曲线77来导出过滤的曲线92。低通滤波器过滤带有低于截频(例如，2kHz)的频率的信号部分，且衰减带有高于截频的频率的信号部分，由此衰减无关数据。
应当注意的是，在某些实施例中，可使用不同的低通滤波器，可使用带通滤波器，或可使用高通滤波器。应用于振幅曲线77的滤波器的类型可取决于爆振传感器23安装在其中的特定发动机系统10。此外，应用于振幅曲线77的滤波器的类型可取决于监测的操作事件或状态。例如，在所示实施例中，振幅曲线77和过滤的曲线92包括表示至少一个操作状态(诸如峰值焚烧压力)的一个或更多个部分。应当注意的是，在一些实施例中，在过滤的曲线92从振幅曲线77导出之后，振幅曲线77可不连同过滤的曲线92绘出。此外，在某些实施例中，预先调节的噪音图90可包括除振幅曲线77和过滤的曲线92之外或替代其的其它曲线，诸如积分的或积分曲线。积分的曲线和其它特征将在下文中参照下图来详细描述。
如前文所述，原始发动机噪音图75和预先调节的噪音图90包括分别代表时间(或曲柄角)和振幅的轴线76,78。因此，图75,90示出了时域中的(多个)信号。令人遗憾的是，频率成分可能不容易从以时域表示的许多非稳定信号推导出。此外，尽管信号的频率成分可通过应用傅里叶变换和绘出信号的频率-振幅表示来导出，但时间成分不可容易地从以频域表示的许多非稳定信号推导出。换言之，如按照本公开内容应用的时间成分和频率成分的分析可由海森伯测不准原理(Heisenberg's uncertainty principle)界定，其限制了可同时观察时间和频率的精度。因此，按照本实施例，时频变换函数可应用于过滤的曲线92(或其它预先调节的曲线)。换言之，在导出过滤的曲线92之后，时频变换函数(例如，小波变换或分布变换函数)可应用于过滤的曲线92，以导出在信号的时间-振幅和/或频率-振幅表示中不容易可用的信息。因此，如下文所述，ECU25可同时以时域和频域来分析变换的信号。
例如，图5为通过将小波变换应用于图4的过滤的曲线92导出的量图100(例如，谱图)的实施例(但在其它实施例中，如下文所述，小波变换可应用于原始振幅曲线77、原始振幅曲线77的积分或过滤的曲线92的积分)。应当注意的是，量图100可仅为代表三维空间的图的一个非限制性实例，但任何其它适合的三维表示(诸如瀑布图)，或任何其它适合的图形、表格或数字矩阵表示可按照本实施例使用。如在下面详细地描述的，所示量图100可包括表示时间的x轴线76、表示频率(或在某些实施例中，"规模"或频率的倒数)的y轴线78，以及表示小波的系数的z轴线(例如，颜色分量，如所示实施例中所示)。此外，应当注意的是，按照本实施例，其它类型的变换函数(例如，维格纳-威利分布函数)可应用于过滤的曲线92，且将在参照下图详细描述。
在所示实施例中，小波变换在ECU25确定或导出基本"拟合"过滤的曲线92的母小波(mother wavelet)之后由ECU25应用于过滤的曲线92。例如，ECU25可从例如储存在ECU25的存储器74中的母小波的小波组选择母小波，或可基于储存的母小波导出变体。小波组可包括任何数目的母小波，诸如雷克(Ricker)小波(例如，墨西哥帽小波(Mexican hat wavelet))、Meyer小波、Morlet小波，或一些其它的母小波。ECU25可分析各个母小波，直到确定用于过滤的曲线92的适合的母小波，或直到已经分析所有的母小波，且确定一个母小波最佳拟合。ECU25还可改变现有的母小波来更好地拟合数据。
在选择或改变母小波之后，ECU25将母小波应用于过滤的曲线92的节段(例如，窗口)，以确定用于各个节段的小波系数，例如在节段处小波系数扩大、缩小或以其它方式将母小波尺寸确定为处理的过滤的曲线92的特定节段。小波系数可物理地代表特定时间的特定频率的振幅，或能量密度。在一些实施例中，系数代表母小波拟合过滤的曲线92的各个特定节段有多好的额定值。大体上，小波系数储存在ECU25的存储器74中，且如前文所述，应用为量图10的z轴线(或所示实施例中的颜色分量)。
在生成量图100(或适用于表现小波变换的信号的一些其它图)之后，ECU25依据颜色分量(例如，z轴线)确定量图100上的变换的信号的"最热"部分110(例如，中心、聚焦点、焦点等)，且确定最热部分110的时间坐标114(例如，在x轴线76上)。例如，最热部分110可为红色部分111。ECU25将量图100上的最热部分110的时间坐标114(例如，在x轴线76上)确认为峰值焚烧压力的位置。换言之，ECU25将时间坐标114确认为峰值焚烧压力发生在燃烧室12中的时间。在一些实施例中，量图100上的变换的信号的最热部分110可包括量图100上的区域。因此，ECU25确定位于最热部分110中的中心点112，且确定中心点112的x轴线76坐标114。此外，在一些实施例中，x轴线76可包括曲轴54(例如，曲柄角)的位置，使得ECU25确定曲柄角坐标114(例如，x轴线76上)而不是时间坐标114，且将曲柄角坐标114确认为燃烧室12中的峰值焚烧压力的位置。
如前文所述，替代小波变换或除小波变换之外，其它时频变换函数也可使用。例如，图6中示出了将维格纳-威利分布函数应用于图4的过滤的曲线92之后的量图100(例如，谱图)的实施例。应当注意的是，量图100仅为表现三维空间的图的一个非限制性实例，但诸如瀑布图的任何其它适合的三维表示也可按照本实施例使用。所示的量图100包括表示时间(或曲柄角)的x轴线76、表示频率(或在某些实施例中，"规模"或频率的倒数)的y轴线78，以及表示振幅、强度或能量分布的z轴线(例如，颜色分量)。
维格纳-威利分布函数为用于从包括一定时间内变化频率的信号变换和导出信息的双线性时频分布函数。应当注意的是，按照本实施例，替换维格纳-威利分布函数或除其之外，可使用其它适合的分布函数，诸如伽柏变换、崔-威廉斯(Choi-Williams)分布函数、锥形分布函数或科恩分布。按照本实施例，ECU25将维格纳-威利分布函数应用于过滤的曲线92以生成过滤的曲线92的时频表示。在生成量图100(或适用于表现变换的信号的一些其它图)之后，ECU25依据颜色分量(例如，z轴线)确定量图100上的"最热"部分110(例如，中心、聚焦点、焦点等)，且确定最热部分110的时间坐标114(例如，在x轴线76上)。ECU25将量图100上的最热部分110的时间坐标114(例如，在x轴线76上)确认为峰值焚烧压力的位置。换言之，ECU25将时间坐标114确认为峰值焚烧压力发生在燃烧室12中的时间。如前文所述，在一些实施例中，x轴线76可包括曲轴54的位置(例如，以曲柄角)，使得ECU25确定曲柄角坐标114(例如，x轴线76上)，而不是时间坐标114，且将曲柄角坐标114确认为燃烧室12中的峰值焚烧压力的位置。此外，如前文所述，最热部分110可包括量图100上的区域，且ECU25可确定最热部分110中的中点112，且将中点112的时间或曲柄角坐标114分配为峰值焚烧压力的位置。
在一些实施例中，除参照图4-6描述的(多个)滤波器之外或替代其，振幅曲线77(例如，如图3中所示)可预先调节。例如，图7示出了由爆振传感器23测得的原始噪音数据的积分的版本的(例如，由ECU25)导出的预先调节的噪音图116(例如，类似于图4中的预先调节的噪音图90)的实施例，其中x轴线76为时间，但在一些实施例中，可为由曲轴传感器66监测的曲轴54的位置(例如，以曲柄角)。预先调节的噪音图116包括除积分的曲线120之外的原始振幅曲线118(例如，类似于图4中的原始振幅曲线77)。ECU25可通过在一定时间内或在曲轴54位置上对原始振幅曲线118积分来生成积分的曲线120。如前文所述，预先调节原始振幅曲线118可包括滤波、积分或两者。
应当注意的是，在一些实施例中，峰值焚烧压力的位置可直接地由积分的曲线120确定，而不变换积分的曲线120。例如，峰值焚烧压力大体上位于积分的曲线120的最陡的节段处，诸如具有最高斜率的节段。ECU25可确定积分的曲线120的哪个节段最陡(例如，经由斜率分析)，确定最陡节段的时间坐标或曲轴54位置坐标(例如，x轴线76上)，且确认x轴线76上的时间或曲轴54位置坐标处的峰值焚烧压力的位置。如果节段在x轴线76坐标范围内表示，则ECU25可选择最陡节段上的焦点(例如，中点)，且将所述焦点分配为峰值焚烧压力的位置。
然而，在一些实施例中，可更准确地变换积分的曲线120，且通过分析变换的信号的时频表示来确定峰值焚烧压力的位置。例如，小波变换函数或一些其它时频变换函数(例如，分布函数，诸如维格纳-威利分布函数)可应用于积分的曲线120来生成时频表示。图8为将小波变换应用于图7的积分的曲线120之后的谱图或量图130(类似于图5和6中的量图100)的实施例，且图9为将维格纳-威利分布函数应用于图7的积分的曲线120之后的量图130(例如，谱图)的实施例。在两个实施例中，如参照图5和6所述，ECU25可依据图8的量图130、图9的量图130或两者中的颜色分量确定最热部分(例如，中心、焦点、聚焦点等)，且将峰值焚烧压力的位置确认为(多个)量图130上的最热部分110(或最热部分110内的中点112)的x轴线76坐标114(例如，时间或曲轴54位置)。
图10为示出确定图2的往复式发动机10的燃烧室12中的峰值焚烧压力的位置的方法150的工艺流程图的实施例。在所示的实施例中，方法150包括经由爆振传感器23检测由往复式发动机10经由爆振传感器23发射的噪音(框152)。如前文所述，爆振传感器23可为用于检测噪音、振动、加速度、压力或偏转的任何适合的传感器。此外，时间或曲轴54位置可由曲轴传感器66(或一些其它适合的传感器)记录，使得噪音可相对于时间或曲轴54位置(例如，曲柄角)绘出。
方法150还包括预先调节爆振传感器信号(例如，图3中的振幅曲线77)(框154)。预先调节振幅曲线77,118可包括过滤振幅曲线77,118(如参照图4所述)，对振幅曲线77,118积分(如参照图7所述)，或两者。在一些实施例中，ECU25可在显示器上绘出振幅曲线77,118和(多个)预先调节的曲线(例如，过滤的曲线92和/或积分的曲线120)以用于查看。在一些实施例中，如前文所述，峰值焚烧压力的位置可通过定位积分的曲线120的最陡点、节段或部分且确定最陡点、节段或部分的时间或曲轴54位置坐标来直接地从积分的曲线120确定。
按照本实施例，方法150还包括使用(多个)联合时频变换函数来变换预先调节的信号(框156)。例如，小波变换函数可应用于预先调节的信号，或分布函数(例如，维格纳-威利分布函数)可应用于预先调节的信号。如上文所述，变换的信号可由ECU25例如在显示器上绘出以用于查看。
方法150还包括确定峰值焚烧压力158的位置(框158)。例如，如前文所述，ECU25分析变换的信号(例如，在量图100,130上)，以确定变换的信号的最热部分110。在一些实施例中，最热部分110可为量图100,130上的变换的信号的区域。因此，ECU25可确定最热部分110中的中点112。ECU25然后可确定最热部分110的x轴线76坐标114(例如，时间坐标114或曲柄角坐标114)或最热部分110中的中点112，且将x轴线76坐标114分配为峰值焚烧压力的位置。
本书面描述使用了实例来公开包括最佳模式的发明，且使本领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制作和使用任何装置或系统，且执行任何并入的方法。本发明的专利范围由权利要求限定，且可包括本领域的技术人员想到的其它实例。如果这些其它实例具有并非不同于权利要求的书面语言的结构元件，或如果这些其它实例包括与权利要求的书面语言无实质差别的等同结构元件，则这些其它实例将意图在权利要求的范围内。

Claims (10)

1. 一种方法，包括：
接收由设置在燃机的燃烧室中或附近的爆振传感器感测到的噪音信号；
预先调节所述噪音信号来生成预先调节的噪音信号；以及
处理所述预先调节的噪音信号来确定所述燃机的所述燃烧室中的峰值焚烧压力的位置、时间或它们的组合。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括将变换函数应用于所述预先调节的噪音信号来生成变换的信号，其中确定所述峰值焚烧压力的位置、时间或它们的组合包括分析所述变换的信号。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，分析所述变换的信号包括生成和分析量图，以确定所述变换的信号的中心，其中所述中心的位置坐标与所述峰值焚烧压力的位置、时间或它们的组合相关，以及其中所述位置坐标为时间单位、曲轴位置单位或它们的组合。
4. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将所述变换函数应用于所述预先调节的噪音信号来生成所述变换的信号包括应用小波变换函数来导出三维表示。
5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，应用所述小波变换函数包括应用墨西哥帽小波函数、Meyer小波函数或Morelet小波函数。
6. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将所述变换函数应用于所述预先调节的噪音信号以生成所述变换的信号包括应用联合时频变换函数，以及其中分析所述变换的信号包括在时域和频率两者中同时分析所述变换的信号。
7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，应用所述联合时频变换函数包括应用维格纳-威利分布函数、伽柏变换函数、蔡-威廉斯分布函数、锥形分布函数或科恩分布函数。
8. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，预先调节所述噪音信号来生成所述预先调节的噪音信号包括以低通、带通或高通滤波器过滤所述信号、对所述噪音信号积分，或以上两者。
9. 一种系统，包括：
配置成监测燃机的燃烧室的峰值焚烧压力的发动机控制系统，其中所述发动机控制系统包括处理器，其配置成：
接收由设置在所述燃机的燃烧室中或附近的爆振传感器感测到的噪音信号；
预先调节所述噪音信号来生成预先调节的噪音信号；以及
处理所述预先调节的噪音信号以确定所述峰值焚烧压力的位置、时间或它们的组合。
10. 根据权利要求9所述的系统，其特征在于，包括配置成感测曲轴的位置的曲轴传感器，其中所述处理器进一步配置成：
从所述曲轴传感器接收表现所述曲轴的位置的曲柄角信号；以及
使所述预先调节的噪音信号与所述曲柄角信号相关，以确定所述峰值焚烧压力的位置，其中所述峰值焚烧压力的位置包括所述曲轴的位置。
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