CN106872721A - 一种基于电瓶正极电压的发动机转速计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电瓶正极电压的发动机转速计算方法，由于发动机工作时，会通过皮带带动发电机发电，给电瓶充电，电瓶正极电压信号中蕴含发电机的交流信号；本发明通过采集电瓶的正极电压经相应信号处理，从而计算得到电瓶正极电压的频率，该频率即为发电机的发电频率，发电机与发动机通过皮带传动，进而根据传动比以及发电频率即可计算出发动机的转速。相对现有技术，本发明方法不需要额外安装传感器，可以减少成本，可快速直接采集电瓶正极电压即可测量出发动机转速。

Description

一种基于电瓶正极电压的发动机转速计算方法

技术领域

本发明属于工程机械测量技术领域，具体涉及一种基于电瓶正极电压的发动机转速计算方法。

背景技术

工程机械广泛用于建筑、水利、电力、道路、矿山、港口和国防等工程领域，工程机械一般由发动机为液压系统提供动力，发动机是工程机械的心脏。发动机转速的高低，关系到单位时间内做功次数的多少或发动机有效功率的大小，转速是发动机的重要指标。工程机械大部分发动机故障都会在转速上体现出来，所以对发动机转速的测量很关键。

目前测量发动机转速大部分采用安装在曲轴上的信号盘来测量的，有三种类型，分别为电磁脉冲式、霍尔效应式和光电式，其基本原理都是信号盘转动时，传感器会输出脉冲信号，由脉冲的频率计算出发动机转速。这种方法很直接有效，但是需要在发动机特定位置安装传感器，一方面安装复杂、一方面成本高。

发明内容

为了解决现有发动机转速测量方法安装复杂和成本高的缺点，本发明提供了一种基于电瓶正极电压的发动机转速计算方法，所述发动机工作时会通过皮带带动发电机发电，进而为电瓶充电；

所述发动机转速计算方法，包括如下步骤：

(1)对电瓶的正极电压进行隔直处理，采集电瓶正极电压的交流分量得到电压数组A1，进而对所述电压数组A1进行低通滤波后得到电压数组A2；

(2)对所述电压数组A2进行快速傅里叶变换得到频谱数组B；

(3)对所述频谱数组B进行波峰检测得到多个波峰簇，所述波峰簇由一波峰元素及其在频谱数组B中的序号组成；

(4)使各波峰簇按波峰元素大小降序排列后组成波峰簇数组C；

(5)根据波峰簇数组C中的前两个波峰簇计算出电瓶正极电压的频率，该频率即为发电机的发电频率；由于发电机与发动机通过皮带传动，进而根据传动比以及所述发电频率计算得到发动机的转速。

所述步骤(1)中以一定的采样频率和采样时长对电瓶正极电压的交流分量进行采集，得到由n个电压值元素所组成的电压数组A1，并对其中各电压值元素按采样时刻依次编号，n为大于1的自然数。

所述步骤(3)中对频谱数组B进行波峰检测的具体方法为：对于频谱数组B中的任一元素B_i，若元素B_i比前一元素B_i-1大同时也比后一元素B_i+1大，则元素B_i即为波峰元素，进而使元素B_i及其在频谱数组B中的序号i组合成一个波峰簇{B_i,i}；依此遍历频谱数组B中的所有元素，得到多个波峰簇。

所述步骤(5)中计算电瓶正极电压频率的具体过程如下：

a.记波峰簇数组C中的前两个波峰簇分别为{B_x,x}和{B_y,y}，其中B_x和x分别为组成第一个波峰簇的波峰元素及其在频谱数组B中的序号，B_y和y分别为组成第二个波峰簇的波峰元素及其在频谱数组B中的序号；

b.计算数值M＝max(x,y)/min(x,y)，若Dthreshold≤M≤Uthreshold，则记为True，否则记为False；其中Uthreshold和Dthreshold分别为设定的上限阈值和下限阈值，max()表示取最大值，min()表示取最小值；

c.若步骤b中的判断结果为True，则电瓶正极电压的频率F＝2min(x,y)；若步骤b中的判断结果为False，则电瓶正极电压的频率F＝2x。

与现有技术相比，本发明方法的优点如下：

(1)不需要额外安装传感器，可以减少成本。

(2)可快速直接采集电瓶正极电压即可测量出发动机转速。

附图说明

图1为电瓶正极电压隔直后的电压波形图。

图2为对隔直后的电压数组进行滤波后的电压波形图。

图3为对滤波后的电压数组进行FFT频谱分析后的频谱图。

具体实施方式

为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明。

挖机发动机工作时，会通过皮带带动发电机发电，给电瓶充电，电瓶正极电压信号中蕴含发电机的交流信号，所以把电瓶正极电压接到控制器中，控制器首先对电瓶电压隔直处理，采集处理后的交流部分，采样频率为5000Hz，采样时长为0.5s，采集得到电压数组A1，电压数组A1中包含2500个元素，如图1所示，然后对电压数据进行分析，通过以下算法得到当次电瓶电压的频率F，这个频率也是发电机的发电频率，发电机和发动机通过皮带传动，传动比为1：2，那么发动机的转速N＝30F，这样即可计算得到发动机转速N。

下面我们以神钢SK250挖机为例，具体介绍本发明算法过程如下：

步骤一：对采集得到的电压数组A1进行滤波处理，使用截止频率为150Hz的低通滤波器，滤波后得到电压数组A2，电压数组A2也有2500个元素，如图2所示。

步骤二：对步骤一中滤波后得到的电压数组A2进行FFT(快速傅里叶变换)频谱分析，得到频谱数组B，频谱数组B中包含1250个元素，如图3所示。

步骤三：对步骤二中的频谱数组B进行波峰查找，即对数组中的每个元素与前一个元素和后一个元素进行比较，如果该元素B_i比前一个元素B_i-1大同时也比后一个元素B_i+1大，那么该元素B_i即是波峰元素，此时把该元素B_i以及该元素下标序号i组合成一个波峰簇{B_i,i}，对频谱数组B的每一个元素进行比较后得到波峰簇数组C1，本实施方式中得到的波峰簇数组C1为[{0.00019191,2}、{0.000157649,5}、{0.000326852,9}、…]。

步骤四：对步骤三中的波峰簇数组C1中各波峰簇按波峰元素大小排序，由大到小排序后得到新的波峰簇数组C2，波峰簇数组C2为[{0.00183897,38}、{0.00110011,76}、{0.000478537,114}、…]。

步骤五：取出步骤四中波峰簇数组C2中的前两个波峰簇，即{B_i,i}和{B_j,j}，然后计算M＝max(i,j)/min(i,j)；本实施方式中前两个波峰簇分别为{0.00183897,38}和{0.00110011,76}，则M＝max(38,76)/min(38,76)＝2。

步骤六：对步骤五中得到的M进行判断，1.8≤M≤2.2，记为True；否则记为False。

步骤七：如果步骤六中判断为True，那么电瓶电压的频率F＝2min(i,j)；如果步骤六中判断为False，那么频率F＝2i；由于本实施方式中1.8≤M＝2≤2.2判断为True，那么电瓶电压的频率F＝2min(38,76)＝76Hz。

步骤八：由于发电机和发动机通过皮带传动，传动比为1：2，那么发动机的转速N＝30F，则本实施方式中发动机转速N＝30*76＝2280r/min。

上述对实施例的描述是为便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对上述实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于电瓶正极电压的发动机转速计算方法，所述发动机工作时会通过皮带带动发电机发电，进而为电瓶充电；其特征在于，所述发动机转速计算方法包括如下步骤：

(1)对电瓶的正极电压进行隔直处理，采集电瓶正极电压的交流分量得到电压数组A1，进而对所述电压数组A1进行低通滤波后得到电压数组A2；

(2)对所述电压数组A2进行快速傅里叶变换得到频谱数组B；

(3)对所述频谱数组B进行波峰检测得到多个波峰簇，所述波峰簇由一波峰元素及其在频谱数组B中的序号组成；

(4)使各波峰簇按波峰元素大小降序排列后组成波峰簇数组C；

(5)根据波峰簇数组C中的前两个波峰簇计算出电瓶正极电压的频率，该频率即为发电机的发电频率；由于发电机与发动机通过皮带传动，进而根据传动比以及所述发电频率计算得到发动机的转速。

2.根据权利要求1所述的发动机转速计算方法，其特征在于：所述步骤(1)中以一定的采样频率和采样时长对电瓶正极电压的交流分量进行采集，得到由n个电压值元素所组成的电压数组A1，并对其中各电压值元素按采样时刻依次编号，n为大于1的自然数。

3.根据权利要求1所述的发动机转速计算方法，其特征在于：所述步骤(3)中对频谱数组B进行波峰检测的具体方法为：对于频谱数组B中的任一元素B_i，若元素B_i比前一元素B_i-1大同时也比后一元素B_i+1大，则元素B_i即为波峰元素，进而使元素B_i及其在频谱数组B中的序号i组合成一个波峰簇{B_i,i}；依此遍历频谱数组B中的所有元素，得到多个波峰簇。

4.根据权利要求1所述的发动机转速计算方法，其特征在于：所述步骤(5)中计算电瓶正极电压频率的具体过程如下：

a.记波峰簇数组C中的前两个波峰簇分别为{B_x,x}和{B_y,y}，其中B_x和x分别为组成第一个波峰簇的波峰元素及其在频谱数组B中的序号，B_y和y分别为组成第二个波峰簇的波峰元素及其在频谱数组B中的序号；

b.计算数值M＝max(x,y)/min(x,y)，若Dthreshold≤M≤Uthreshold，则记为True，否则记为False；其中Uthreshold和Dthreshold分别为设定的上限阈值和下限阈值，max( )表示取最大值，min( )表示取最小值；

c.若步骤b中的判断结果为True，则电瓶正极电压的频率F＝2min(x,y)；若步骤b中的判断结果为False，则电瓶正极电压的频率F＝2x。