CN107667212A - 用于表征噪声的爆震传感器网络系统和方法 - Google Patents

用于表征噪声的爆震传感器网络系统和方法 Download PDF

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Abstract

一种分析噪声信号的方法包括，经由本地发动机控制单元(ECU)，接收由设置在往复式装置中的爆震传感器感测到的噪声信号。方法还包括，经由本地ECU、远程ECU或外部系统中的至少一个来处理噪声信号。处理包括预处理噪声信号，以得出预处理的噪声信号，且对预处理的噪声信号应用ADSR波封。处理另外包括从预处理的噪声信号中提取音调信息，且基于ADSR波封、音调信息或它们的组合，来建立噪声信号的指纹。

Description

用于表征噪声的爆震传感器网络系统和方法
技术领域
本文公开的主题涉及爆震传感器，且更特别地，涉及适合表征某些噪声的网络化爆震传感器。
背景技术
发动机(诸如燃烧发动机)典型地燃烧含碳燃料(诸如天然气、汽油、柴油等)，且使用对应的膨胀的高温和高压气体来对发动机的某些构件(例如，设置在汽缸中的活塞)施加力，以使构件移动一定距离。各个汽缸可包括一个或多个阀，其与含碳燃料的燃烧相关联地打开和关闭。例如，进气阀可将诸如空气的氧化剂引导到汽缸中，然后氧化剂与燃料混合且燃烧。燃烧流体(例如热气)，然后可被引导成经由排气阀离开汽缸。因此，含碳燃料转化成可用于驱动负载的机械运动。例如，负载可为产生电功率的发电机。
爆震传感器可用来监测多汽缸燃烧发动机。爆震传感器可安装到发动机汽缸的外部上，且用来确定发动机是否如期望的那样工作。有时爆震传感器检测在当时可能无法识别的噪声。具有一种表征噪声的办法将是合乎需要的。
发明内容
在下面概述在范围上与初始请求保护的发明一致的某些实施例。这些实施例不意于限制请求保护的发明的范围，而是这些实施例仅仅意于提供本发明的可行形式的简要概述。实际上，本发明可包含可类似于或不同于下面阐述的实施例的各种各样的形式。
在第一实施例中，分析噪声信号的方法包括，经由本地发动机控制单元(ECU)，接收由设置在往复式装置中的爆震传感器感测到的噪声信号。方法还包括，经由本地ECU、远程ECU或外部系统中的至少一个来处理噪声信号。处理包括，预处理噪声信号以得出预处理的噪声信号，以及对预处理的噪声信号应用ADSR波封。处理另外包括，从预处理的噪声信号中提取音调信息，且基于ADSR波封、音调信息或它们的组合来建立噪声信号的指纹。
在第二实施例中，一种系统包括构造成控制往复式装置的发动机控制器。控制器具有处理器，处理器构造成接收由构造成设置在往复式装置中的爆震传感器感测到的噪声信号。处理器另外构造成，基于噪声信号来建立本地指纹，将噪声信号传输到第二发动机控制器以从外部发动机控制器接收远程指纹，或它们的组合。处理器进一步构造成通过应用本地指纹、远程指纹或它们的组合来对发动机问题归类。
在第三实施例中，一种包括可执行指令的非暂时性计算机可读介质，可执行指令在执行时使处理器接收由构造成设置在往复式装置中的爆震传感器感测到的噪声信号。指令进一步构造成使处理器基于噪声信号来建立本地指纹，将噪声信号传输到第二发动机控制器以从外部发动机控制器接收远程指纹，或它们的组合。指令另外构造成使处理器通过应用本地指纹、远程指纹或它们的组合，来对发动机问题归类。
附图说明
当参照附图来阅读以下详细描述时，本发明的这些和其他特征、方面和优点将变得更好理解，在附图中，相似的符号贯穿附图表示相似的部分，其中：
图1是根据本公开的方面，具有网络化发动机控制单元(ECU)的发动机驱动的功率产生系统的一部分的实施例的框图；
图2是根据本公开的方面，在图1中显示的往复式发动机的汽缸内的活塞组件的实施例的侧截面视图；
图3是根据本公开的方面，由图2中显示的爆震传感器测得的数据的发动机噪声标图的实施例；
图4是根据本公开的方面，图3中显示的样本发动机噪声标图的标度化的版本的实施例；
图5是根据本公开的方面，图4中显示的样本标度化的发动机噪声标图的实施例，其中叠加了四原理参数的起音、衰减、延持、释音(ADSR)波封；
图6是根据本公开的方面，图5中显示的标度化的发动机噪声标图和ASDR波封的实施例，其中叠加了提取的音调；
图7是显示了根据本公开的方面的用于表征噪声的过程的实施例的流程图；
图8是显示了根据本公开的方面的用于识别图7中显示的指纹的过程的实施例的流程图；以及
图9是显示了适合本地和/或远程处理噪声数据的过程的实施例的流程图。
具体实施方式
将在下面描述本发明的一个或多个具体实施例。为了致力于提供这些实施例的简洁描述，在说明书中可不描述实际实施方式的所有特征。应当理解，在任何这种实际实施方式的开发中，如在任何工程或设计项目中，必须进行许多针对实施方式的决定来实现开发者的具体目标，诸如符合与系统有关和与商业有关的约束，约束可能从一个实施方式到另一个实施方式而改变。此外，应当理解，这种开发努力可能是复杂和耗时的，但对于具有本公开的好处的普通技术人员而言，将不过是设计、加工和制造的例行工作。
当介绍本发明的各种实施例的元件时，冠词“一个”、“一种”、“该”和“所述”意于表示存在一个或多个元件。用语“包括”、“包含”和“具有”意于为包括性的，且表示除了列出的元件之外可存在额外的元件。
当使用爆震传感器来监测往复式装置(例如，燃烧发动机)时，有时候爆震传感器系统记录噪声，诸如在当时不可识别的异常噪声或不希望有的噪声。不是忽略和丢弃不可识别的噪声，而是保存不可识别的噪声的记录供稍后分析可为有利的。然而，具有在很大程度上无法拣选的未表征的不可识别的噪声的日志会降低数据集的效用。因而，将为有益的是对收集到的不可识别噪声进行表征和/或分类，使得可更容易地分析它们，从而使得在未来(或当下)分析噪声更加容易。
有利地，本文描述的技术可建立某些发动机声音或噪声的声音“指纹”。可分析声音指纹，且/或将其存储在网络的一个或多个位置，包括一个或多个发动机控制单元(ECU)和/或外部计算系统，诸如基于云的系统、工作站、大型机、膝上型电脑、笔记本电脑、平板电脑、手机等。如下面更详细地描述的那样，提供用于经由起音-衰减-延持-释音(ASDR)波封和/或联合时间-频率技术来识别和归类噪声的网络化系统和方法。联合时间-频率技术可包括倒谱技术、类频率技术、线性调频小波技术和/或小波技术，以开发未知噪声的声学模型或指纹，如下面更详细地描述的那样。
转到附图，图1示出发动机驱动的功率产生系统8的一部分的实施例的框图。如下面详细描述的那样，系统8包括发动机10(例如，往复式内燃机)，其具有一个或多个燃烧室12(例如，1、2、3、4、5、6、7、8、10、12、14、16、18、20个或更多个燃烧室12)。虽然图1显示了燃烧发动机10，但应当理解的是，可使用任何往复式装置。空气供应14构造成对各个燃烧室12提供加压氧化剂16，诸如空气、氧、富氧空气、减氧空气、或它们的任何组合。燃烧室12还构造成从燃料供应19接收燃料18(例如，液态和/或气态燃料)，且燃料-空气混合物点燃且在各个燃烧室12内燃烧。热的加压燃烧气体使各个燃烧室12附近的活塞20在汽缸26内线性地移动，且将由气体施加的压力转换成旋转运动，这使轴22旋转。另外，轴22可联接到负载24上，负载24经由轴22的旋转而获得功率。例如，负载24可为可经由系统10的旋转输出来产生功率的任何适当的装置，诸如发电机。另外，虽然以下论述将空气称为氧化剂16，但任何适当的氧化剂都可用于公开的实施例。类似地，燃料18可为任何适当的气态燃料，诸如例如天然气、相关联的石油气、丙烷、生物气、沼气、填埋气、煤矿气。
本文公开的系统8可适合在固定应用中(例如，在工业功率产生发动机中)或移动应用中(例如，在汽车或飞机中)使用。发动机10可为两冲程发动机、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还可包括任何数量的燃烧室12、活塞20和相关联的汽缸(例如，1-24个)。例如，在某些实施例中，系统8可包括大型工业往复式发动机，汽缸中有4、6、8、10、16、24个或更多个活塞20往复。在一些这样的情况下，汽缸和/或活塞20可具有近似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可具有近似10-40cm之间、15-25cm之间、或大约15cm的直径。系统10可产生范围从10kW至10MW的功率。在一些实施例中，发动机10可按低于近似1800转每分钟(RPM)运行。在一些实施例中，发动机10可按低于近似2000RPM、1900RPM、1700RPM、1600RPM、1500RPM、1400RPM、1300RPM、1200RPM、1000RPM、900RPM或750RPM运行。在一些实施例中，发动机10可在近似750-2000RPM之间、900-1800RPM之间、或1000-1600RPM之间运行。在一些实施例中，发动机10可按近似1800RPM、1500RPM、1200RPM、1000RPM或900RPM运行。示例性发动机10可包括例如GeneralElectric公司的Jenbacher发动机(例如，Jenbacher类型2、类型3、类型4、类型6或J920FleXtra)或Waukesha发动机(例如，Waukesha VGF、VHP、APG、275GL)。
被驱动的功率产生系统8可包括适合检测发动机“爆震”的一个或多个爆震传感器23。爆震传感器23可为构造成感测由发动机10引起的振动(诸如由于爆炸、预点燃和轻度爆震引起的振动)的任何传感器。显示了爆震传感器23，其通信地联接到控制器、发动机控制单元(ECU)25上。在运行期间，来自爆震传感器23的信号传送到ECU 25，以确定是否存在爆震状况(例如，轻度爆震)。然后ECU 25可调节某些发动机10参数，以减轻或消除爆震状况。例如，ECU 25可调节点燃定时，且/或调节增加压力来消除爆震。如本文进一步描述的那样，爆震传感器23可另外得出，应当进一步分析和分类某些振动，以检测例如不希望有的发动机状况。设置在发动机系统8上的ECU 25可通信地与设置在其他发动机系统8中的一个或多个ECU 25以及外部系统27联接。外部系统27可包括一个或多个基于云的系统、工作站、大型机、膝上型电脑、笔记本电脑、平板电脑、手机等，可提供它们作为远程监测中心的一部分。例如，有线通道(诸如以太网通道、控制器局域网络(CAN)总线通道、机载诊断II(OBDII)通道、串行通道、光纤通道等等)可用来联接ECU 25和外部系统27。用于联接ECU 25和外部系统27的无线通道可包括IEEE 802.11x、无线网状网络、Zigbee™、蓝牙™、WiFi™等等。
在运行期间，声音指纹可建立和/或存储在任何一个或多个ECU 25和/或外部系统27中。因此，可设立基于机群的爆震传感器23网络。例如，可经由ECU 25和外部系统27使成机群的特定类型的发动机系统8网络化，以共享经由爆震传感器23提供的数据。描绘的发动机系统8可经由爆震传感器23来感测未知噪声，且将噪声指纹或原始噪声数据提交给外部ECU 25和/或外部系统27供进一步分析。因此，网络(例如，所有ECU 25和/或外部系统27)可用来分析所描绘的本地ECU 25之前未发现或不知道的噪声。同样，通过使若干发动机系统8网络化，可提供机群噪声数据的更准确分析，且在成机群的发动机系统8的所有部件之中共享数据。这样，可提供改进的噪声表征和分析。
图2是活塞组件25的实施例的侧截面视图，活塞组件25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。汽缸26具有限定柱状腔体30(例如钻孔)的环形内壁28。活塞20可由轴向轴线或方向34、径向轴线或方向36、以及周向轴线或方向38限定。活塞20包括顶部部分40(例如，顶部槽脊)。顶部部分40大体阻挡燃料18和空气16、或燃料-空气混合物32在活塞20的往复式运动期间从燃烧室12泄漏。
如显示的那样，活塞20经由连接杆56和销58附接到曲柄轴54上。曲柄轴54将活塞24的往复式线性运动转换成旋转运动。随着活塞20移动，曲柄轴54旋转以对负载24(在图1中显示)提供功率，如上面论述的那样。如显示的那样，燃烧室12定位在活塞24的顶部槽脊40附近。燃料喷射器60对燃烧室12提供燃料18，且进气阀62控制空气16到燃烧室12的输送。排气阀64控制来自发动机10的排气的排出。然而，应当理解是，可使用适合对燃烧室12提供燃料18和空气16和/或排出排气的任何元件和/或技术，且在一些实施例中，不使用燃料喷射。在运行中，燃料18与空气16在燃烧室12中燃烧使活塞20以往复式方式(例如，来回地)沿轴向方向34在汽缸26的腔体30内移动。
在运行期间，当活塞20处于汽缸26中的最高点时，其处于所谓的上死点(TDC)的位置。当活塞20处于汽缸26中的最低点时，其处于所谓的下死点(BDC)的位置。随着活塞20从顶部移动到底部，或从底部移动到顶部，曲柄轴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实施例可包括两冲程发动机、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冲程的发动机。
在发动机10运行期间，典型地发生包括进气过程、压缩过程、做功过程和排气过程的系列。进气过程使得诸如燃料和空气的可燃混合物能够被拉到汽缸26中，从而进气阀62打开且排气阀64关闭。压缩过程将可燃混合物压缩到较小的空间中，所以进气阀62和排气阀64两者关闭。做功过程点燃压缩的燃料-空气混合物，这可包括通过火花塞系统进行火花点火，以及/或通过压缩热进行压缩点火。由于燃烧而引起的压力然后将活塞20推到BDC。排气过程典型地使活塞20回到TDC，同时使排气阀64保持打开。因而排气过程将用过的燃料-空气混合物通过排气阀64排出。要注意的是，可对每个汽缸26使用不止一个进气阀62和排气阀64。
所描绘的发动机10还包括曲柄轴传感器66、爆震传感器23和发动机控制单元(ECU)25，ECU包括处理器72和存储器74。曲柄轴传感器66感测曲柄轴54的位置和/或旋转速度。因此，可得出曲柄角或曲柄定时信息。即，当监测燃烧发动机时，常常用曲柄轴54角表示定时。例如，四冲程发动机10的完整循环可测量为720°循环。爆震传感器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/或移动的任何其他传感器。在其他实施例中，传感器23可能不是按传统观念的爆震传感器，而是可感测振动、压力、加速度、偏转或移动的任何传感器。
由于发动机10的撞击性质，所以即使安装在汽缸26的外部时，爆震传感器23也可能能够检测到标志。然而，爆震传感器23可设置在汽缸26中或其周围的各种位置处。另外，在一些实施例中，例如，一个或多个相邻汽缸26可共用单个爆震传感器23。在其他实施例中，各个汽缸26可包括一个或多个爆震传感器23。显示了曲柄轴传感器66和爆震传感器23，其与发动机控制单元(ECU)25处于电子通信。ECU 25包括处理器72和存储器74。存储器74可存储可由处理器72执行的计算机指令。ECU 25监测发动机10的运行，且通过例如调节燃烧定时、阀62、64、定时，调节燃料和氧化剂(例如，空气)的输送等，来控制发动机10的运行。
有利地，本文描述的技术可使用ECU 25来从曲柄轴传感器66和爆震传感器23接收数据，然后通过标绘爆震传感器23数据对曲柄轴54位置来建立“噪声”标志。然后ECU 25可经历分析数据的过程，以得出正常(例如，已知和期望的噪声)和异常标志(例如，未知或意外的噪声)。然后ECU 25可表征异常标志，如下面更详细地描述的那样。ECU 25还可将包括原始数据和经处理的数据(例如，噪声标志)的数据提交给其他ECU 25和/或外部系统27。通过提供标志分析，本文描述的技术可使得能够最佳且更高效地操作和维护发动机10。
图3-6是例如可经由关于图7和8更详细地描述的过程来经历数据处理的数据的示意图。图3-6的数据可包括经由爆震传感器23和曲柄角传感器66传输的数据。数据可另外在本地ECU 25处被处理，且/或传输到其他外部ECU 25和/或外部系统27。例如，图3是由爆震传感器23测得的噪声数据得出(例如，由ECU 25和/或外部系统27)的原始发动机噪声标图75的实施例，其中x轴76是曲柄轴54位置，它与时间相互关联。当ECU 25和/或外部系统27组合在发动机10的运行期间从爆震传感器23和曲柄轴传感器66接收的数据时产生标图75。在描绘的实施例中，用幅度轴线78显示爆震传感器23信号的幅度曲线77。即，幅度曲线77包括对曲柄角标绘的经由爆震传感器23感测到的振动数据(例如，噪声、声音数据)的幅度测量。应当理解，这仅仅是样本数据集的标图，且不意于限制由ECU 25和/或外部系统27产生的标图。曲线77然后可标度化以供进一步处理，如图4中显示的那样。
图4是可由ECU 25和/或外部系统27得出的标度化的发动机噪声标图79的实施例。在标度化的标图79中，来自图3中显示的幅度标图75的原始发动机噪声已经标度化，以得出标度化的幅度曲线80。在该情况下，已经对各个数据点应用单个乘数，使得标度化的幅度曲线80的最大正值为1。注意，为了产生最大正值1而对曲线80的各个点应用的乘数可产生小于或大于-1的负值。即，最大负值可为-0.5，或它可为-1.9，如图4中显示的标度化的发动机噪声标图79中所显示的那样。
图5是标度化的发动机噪声标图81的实施例，在标图的顶部叠加了四原理参数的起音、衰减、延持、释音(ADSR)波封82。ADSR波封82典型地在音乐合成器中使用，以便模仿乐器的声音。有利地，本文描述的技术对爆震传感器23数据应用ADSR波封82，以更快速和高效地提供某些噪声分析，如下面进一步描述的那样。ADSR波封的四原理参数是起音83、衰减84、延持85和释音86。起音80从噪声开始到标度化的曲线80的峰值幅度87出现。衰减84从峰值幅度变弱到规定延持85水平出现，规定延持85水平可为最大幅度的一些规定百分比。应当理解，四参数的顺序不必是起音、衰减、延持和释音。例如，对于一些噪声，顺序可为起音、延持、衰减和释音。在这样的情况下，将应用ASDR波封而非ADSR波封。为了简明起见，这将称为“ADSR波封”，但应当理解的是，该用语适用于噪声，不管参数的顺序如何。延持85水平是噪声的持续时间期间的主要水平。在一些实施例中，延持85水平可在最大幅度的55%处出现。在其他实施例中，延持85水平可为最大幅度的35%、40%、45%、50%、60%或65%。用户、ECU25和/或外部系统27可通过确定延持85水平是否保持标志的持续时间的至少15%，来检查延持水平是否如期望的那样。如果延持85持续超过标志的持续时间的15%，则延持85水平如期望的那样设置。释音86在从延持85水平变弱为零期间出现。
图6显示叠加了某些音调的图4和5中显示的相同的标度化的发动机噪声标图79。在应用ADSR波封82之后，ECU 25和/或外部系统27可提取噪声中的三到五个最强频率且将它们转换成音乐音调。例如，可使用查找表将频率范围映射成音乐音调。另外或备选地，基于典型地感觉到音高是同等乐律调音系统的频率的对数的观察，可使用的公式，或用于其他音乐乐律系统的公式。在其他实施例中，可提取或多或少的频率。在图6中显示的标图81中，三个主(例如，提取的)音调是C#5、E4和B3。然而，应当理解的是，这三个音调仅仅是可行音调的示例且不意于限制记录的噪声中可能存在哪些音调。
图7是显示用于表征噪声(诸如经由爆震传感器23感测到的噪声)的过程88的实施例的流程图。通过表征异常噪声或不可识别的噪声，可记录和拣选噪声供分析，包括未来分析和/或实时分析。过程88可实现为计算机指令或可执行代码，其存储在存储器74中且可由ECU 25的处理器72和/或外部系统27中的处理器和存储器执行。在框90中，使用爆震传感器23和曲柄轴传感器66来获得数据的样本。例如，传感器66、23收集数据，且然后将数据传输到本地ECU 25。然后本地ECU 25记下数据收集开始和数据收集结束时的曲柄轴54角，以及处于最大(例如，幅度87)和最小幅度的时间和/或曲柄轴角。然后该噪声和曲柄轴角数据可通过本地ECU 25传输到其他ECU 25和/或外部系统27供进一步处理，或处理可经由本地ECU25完成。
在框92中，ECU 25和/或外部系统27预处理爆震传感器23数据。该框92包括标绘原始爆震传感器23数据对曲柄轴54位置。样本原始发动机噪声标图在图3中显示为幅度标图75。该框92包括使原始发动机噪声数据标度化。为了使数据标度化，ECU 25和/或外部系统27确定乘数，乘数将使得最大幅度为正1。应当注意，最大负值对乘数选择没有影响。然后ECU 25和/或外部系统27用乘数乘以各个数据点(例如，幅度曲线77中的数据点)，以得出标度化的幅度曲线80，如图4中显示的那样。应当理解，图4中显示了标度化的幅度曲线80的标度化的发动机噪声标图79仅仅是示例，且不意于将本公开的范围局限于看上去与标度化的发动机噪声标图79相同或相似的标图。
在框94中，ECU 25和/或外部系统27对发动机噪声信号应用ASDR波封82。在描述图5时论述该框中的处理。ASDR波封82用来将噪声数据集分成四不同的参数或阶段(起音83、衰减84、延持85、释音86)。如前面论述的那样，应当理解，四参数的顺序不必是起音、衰减、延持和释音。例如，对于一些噪声，顺序可为起音、延持、衰减和释音。为了简明起见，这将被称为“ADSR波封”，但应当理解的是，该用语适用于噪声，不管参数的顺序如何。传统上，ASDR波封82用于再现像喇叭一样的乐声的过程。然而，在本文描述的技术中，ASDR波封可用来分类和表征噪声，使得可对它们分类和拣选，供稍后分析、实时分析，或一些其他目的。ADSR波封82的四原理参数是起音83、衰减84、延持85和释音86。起音83从噪声开始到峰值幅度87出现。衰减84从峰值幅度87变弱到规定延持85水平出现，规定延持85水平是最大幅度的一些规定百分比。延持85水平是噪声的持续时间期间的主要水平。在一些实施例中，延持85水平可在最大幅度的55%处出现。在其他实施例中，延持85水平可为最大幅度的35%、40%、45%、50%、60%或65%。用户、ECU 25和/或外部系统27可通过确定延持85水平是否保持了标志的持续时间的至少15%，来检查延持水平是否如期望的那样。如果延持85持续超过标志的持续时间的15%，则延持85水平如期望的那样设置。释音86在从延持85水平变弱到零期间出现。在框94中，ECU 25和/或外部系统27测量从零到最大幅度87(最大幅度的值应为1)的时间。然后ECU 25和/或外部系统27测量从最大幅度87到规定延持水平85的变弱时间。然后ECU 25和/或外部系统27测量噪声延持的水平和时间。最后，ECU 25和/或外部系统27测量噪声从延持水平85变弱到零所花的时间。然后ECU 25和/或外部系统27记下限定ADSR波封82的ADSR向量或节段。
在框96中，ECU 25和/或外部系统27从数据中得出音调信息(例如，音乐音调)。在图6的描述中论述该框。在该框期间，ECU 25和/或外部系统27从数据中提取音调信息，从而识别数据中的三到五个最强音调。图6显示了从信号中得出的三个音调，C#5、E4和B3。ECU25和/或外部系统27可从数据中得出五个或更多个音调。虽然图6显示了音调C#5、E4和B3，但应当理解，这些音调是示例，且ECU 25和/或外部系统27可从数据中得出任何音调。然后ECU 25和/或外部系统27记下得出的音调信息，得出的音调信息可包括得出的基础音调(即，最低频率音调)的频率、得出的基础音调的顺序、得出的谐波音调的频率(即，具有是基础频率的整数倍数的频率的音调)、得出的谐波音调的顺序、和任何其他有关的音调信息。
在框98中，ECU 25和/或外部系统27基于ASDR波封82和框94和96中得出的音调信息来建立指纹100。指纹100包括异常噪声或不可识别噪声的表征，从而将噪声分成其成分部分(例如，ADSR波封82成分83、84、85、86)，且量化那些部分，使得可对噪声进行编排、分类和拣选。在过程的该点处，指纹100大部分基于在框94中的ADSR波封和在框96中得出的音调信息。
在框102中，识别和检查指纹100。使用将在后面描述的多种技术，可修改或和添加指纹100，然后再次检查指纹100。
图8是显示识别图7中描绘的指纹100的过程102的实施例的更多细节的流程图。过程102可实施为计算机指令或可执行代码，它们存储在存储器74中且可由ECU 25的处理器72和/或外部系统27的存储器和处理器执行。在决策104中，ECU 25和/或外部系统27确定噪声信号是否调制(即，从一个音调改变至另一个音调)。如果信号不调制(决策104)，则ECU25和/或外部系统27移动到框112且试图找到匹配小波。小波(有效地是波的片或成分)，是波状振荡，其幅度开始为零，增大、减小或它们两者，然后回到零。可通过调节频率、幅度和持续时间来修改小波，这使得它们在信号处理时非常有用。例如，在连续小波变换中，可通过对各种修改的频率成分求积分来重建给定信号。常用的“母”小波包括Meyer小波、Morlet小波和墨西哥帽小波。然而，如果母小波不拟合，也可建立新小波。
如果声音调制(决策104)，则ECU 25和/或外部系统27移动到决策108，且确定噪声信号是否拟合线性调频小波。线性调频脉冲是其中频率随时间提高或降低的信号。正如小波是波的片那样，线性调频小波是线性调频脉冲的片。很像小波，线性调频小波的特性是可修改的，且然后多个线性调频小波组合(即，线性调频小波变换)，以便近似信号。线性调频小波可向上或向下调制(即，改变频率)。在决策108中，ECU 25和/或外部系统27可调节线性调频小波的调制，以便拟合线性调频小波至噪声信号。如果在调节线性调频小波的调制之后，ECU 25和/或外部系统27可调节线性调频小波来拟合噪声信号，则ECU 25和/或外部系统27记录是否存在拟合信号的线性调频小波、(且如果存在)线性调频小波的第一频率、线性调频小波的第二频率以及按频率/(曲柄角)或每秒频率的线性调频小波调制速率。然后ECU 25和/或外部系统27移动到框110，其中ECU 25和/或外部系统27使噪声信号移相，以便检查指纹100。在框110中，ECU 25和/或外部系统27基于ASDR波封82向量或其他成分、提取的音调信息和线性调频小波或小波拟合来建立产生的噪声信号。然后ECU 25和/或外部系统27使产生的信号异相地转移180度(框110)。如果噪声信号的表征是正确的，则相移产生的噪声信号应当抵消噪声信号。
如果噪声信号不拟合线性调频小波(决策108)，则ECU 25和/或外部系统27移动到框112，且试图拟合小波至噪声信号。在框112中，ECU 25和/或外部系统27选择可拟合噪声信号的一个或多个小波。选择的一个或多个小波可为Meyer小波、Morlet小波、墨西哥帽小波或一些其他已知的小波。在决策114中，ECU 25和/或外部系统27确定选择的一个或多个小波是否拟合噪声信号。如果选择的小波拟合(决策114)，则ECU 25和/或外部系统27记录存在小波拟合、母小波类型、小波的第一标度范围和小波的第二标度范围。如果小波拟合(决策114)，则ECU 25和/或外部系统27移动到框110，其中ECU 25和/或外部系统27使噪声信号移相，以便检查指纹100。如果选择的小波中的一个不拟合噪声信号(决策114)，则ECU25和/或外部系统27可移动到框116且建立小波。在决策118中，ECU 25和/或外部系统27确定新建立的小波是否拟合噪声信号。如果建立的小波拟合(决策118)，则ECU 25和/或外部系统27记录存在小波拟合、小波的第一标度范围和小波的第二标度范围。如果建立的小波拟合噪声信号(决策118)，则ECU 25和/或外部系统27移动到框110，其中ECU 25和/或外部系统27使噪声信号移相，以便检查指纹100。如果新小波不拟合(决策118)，则ECU 25和/或外部系统27移动到框120，其中它将噪声信号表征为宽带噪声。
现在回到框110，如果ECU 25和/或外部系统27发现拟合噪声信号的线性调频小波或小波，则ECU 25和/或外部系统27将通过试图抵消噪声来检查拟合。因此，在框110中，ECU25和/或外部系统27基于ASDR波封82向量或其他成分、提取的音调信息和线性调频小波或小波拟合来建立产生的噪声信号。然后ECU 25和/或外部系统27使产生的信号转移(框110)180度。然后ECU 25和/或外部系统27确定(决策122)转移的信号在期望残留容限内抵消初始噪声信号。如果转移的信号在期望残留容限内抵消(决策122)初始噪声信号，则ECU 25和/或外部系统27确定指纹100是“良好”指纹126且移动到框128，其中ECU 25和/或外部系统27记录系数和相关联的数据，其可包括信号的均方根(RMS)值或RMS误差。ECU 25和/或外部系统27也可记录其他数据，包括(但不限于)信号开始或结束时的曲柄轴角、ASDR波封82向量或其他ADSR成分、基础频谱音调、谐波频谱音调、频谱音调的顺序、谐波音调的顺序、线性调频小波是否拟合、第一线性调频小波频率、第二线性调频小波频率、线性调频小波调制的速率、小波是否拟合、母小波类型、小波的第一标度范围、小波的第二标度范围、最大幅度值和时间、最小幅度值和时间、信号的RMS值、信号对产生的信号的RMS误差，以及噪声是否被归类为宽带噪声。该记录数据和记录的其他数据允许ECU 25和/或外部系统27对最未知的噪声进行表征和分类，所以这些噪声可存储在ECU 25的存储器构件74和/或外部系统27上，也许传输到一些其他存储器装置，且然后在数据库中记录和拣选供未来分析。另一方面，如果ECU 25和/或外部系统27确定(决策122)转移的信号未在残留容限内抵消初始噪声信号，则ECU 25和/或外部系统27移动到框124，其中噪声信号被表征为宽带噪声。要理解的是，上面显示的过程88和过程102可由本地ECU 25、由一个或多个外部ECU 25、和由外部系统27、或由它们的组合执行。因此，本文描述的技术可提供成ECU 25的网络，它们全部都可处理噪声数据来得出指纹100，且然后指纹100可由任一个或多个ECU 25、外部系统27或它们的任何组合识别(例如，过程88的框102)。
现在转到图9，该图是适合建立和识别包括若干发动机系统8的网络中的指纹的过程150的流程图。过程150可实施为计算机指令或可执行代码，它们存储在存储器74中，且可由ECU 25的处理器72和/或外部系统27的处理器和存储器执行。在描绘的实施例中，来自爆震传感器23的噪声数据或信号可由本地ECU 25接收(框152)。然后本地ECU 25可处理噪声数据(框154)。另外或备选地，本地ECU 25可将噪声数据传送到外部ECU 25和/或外部系统27，以供外部处理(框156)。因此，可得出本地指纹158、远程指纹160或它们两者。为了得出指纹158、160，可执行过程88和/或102。因此，指纹158、160中的各个可对应于指纹100、指纹126或它们两者。
因此，本地ECU 25可通过使用本地指纹158、远程指纹160或使用它们两者来在本地对发动机8问题归类(框162)。实际上，本地ECU 25可通信地联接到远程ECU 25和/或外部系统27上，且接收远程指纹160，以用于对发动机8问题归类。另外或备选地，发动机8问题可远程地归类(框164)。例如，本地指纹158、远程指纹160或它们两者可由远程ECU 25和/或外部系统27处理，以远程地对发动机问题归类(框164)。对发动机问题归类(框162和/或框164)可涉及在已知标志之中比较标志158和/或160。已知标志可表示某些问题，诸如阀62、64系问题、汽缸26问题、活塞20问题、凸轮轴54问题等等。通过比较指纹158和/或160与已知指纹标志，过程150可检测各种各样的发动机8状况。
本发明的技术效果包括表征噪声信号和从噪声信号中得出标志，技术效果可另外包括预处理噪声信号，对噪声信号应用ASDR波封，从噪声信号中提取音调信息(例如，音乐音调)，以及拟合噪声信号至线性调频小波和/或小波。可经由本地ECU、远程ECU、外部系统(例如，基于云的系统、工作站、大型机、膝上型电脑、笔记本电脑、平板电脑、手机等)来完成对噪声信号的处理，其可提供作为远程监测中心的一部分。可比较标志与已知标志，以得出各种各样的发动机状况。
该书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，且还使本领域任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，以及实行任何包含的方法。本发明的可申请专利的范围由权利要求限定，且可包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例具有不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或如果它们包括与权利要求的字面语言无实质性差异的等效结构元件，则这些其他示例意于处在权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种分析噪声信号的方法，包括：
经由本地发动机控制单元(ECU)，接收由设置在往复式装置中的爆震传感器感测到的噪声信号；
经由所述本地ECU、远程ECU或外部系统中的至少一个来处理所述噪声信号，其中所述处理包括：
预处理所述噪声信号，以得出预处理的噪声信号；
对所述预处理的噪声信号应用ADSR波封；
从所述预处理的噪声信号中提取音调信息；以及
基于所述ADSR波封、所述音调信息或它们的组合来建立所述噪声信号的指纹。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，建立所述指纹包括，经由所述本地ECU来建立所述指纹，以及将所述指纹传输到所述远程ECU、所述外部系统或它们的组合。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法包括，经由所述远程ECU、所述外部系统或它们的组合来分析所述指纹，以得出发动机问题，且将所述发动机问题传送到所述本地ECU。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，建立所述指纹包括，经由所述远程ECU、所述外部系统或它们的组合来建立所述指纹，以及将所述指纹或通过使用所述指纹而得出的发动机问题传输到所述本地ECU。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括，经由所述远程ECU、所述外部系统或它们的组合来建立第二指纹，其中建立所述指纹包括经由所述本地ECU来建立所述指纹；以及使用所述指纹和所述第二指纹来对发动机问题归类。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，应用ADSR波封包括：
测量所述预处理的噪声信号的开始和所述预处理的噪声信号达到最大幅度的时间之间的第一时段；
测量所述预处理的噪声信号达到所述最大幅度的所述时间和所述噪声信号变弱到延持水平的第二时间之间的第二时段；
测量所述预处理的噪声信号延持所处期间的第三时段；以及
测量所述预处理的噪声信号从所述延持水平变弱到零所处期间的第四时段。
7. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括，通过下者来拟合所述预处理的噪声信号至线性调频小波：
确定所述预处理的噪声信号向上还是向下调制；以及
调节所述线性调频小波的调制速率，直到所述线性调频小波拟合所述噪声信号为止。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述音调信息包括音乐音调。
9.一种系统，包括：
发动机控制器，其构造成控制往复式装置，其中所述发动机控制器包括处理器，所述处理器构造成：
接收由构造成设置在所述往复式装置中的爆震传感器感测到的噪声信号；
基于所述噪声信号来建立本地指纹，将所述噪声信号传输到第二发动机控制器以从外部发动机控制器接收远程指纹，或它们的组合；以及
通过应用所述本地指纹、所述远程指纹、或它们的组合来对发动机问题归类。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述发动机控制器构造成通过将所述本地指纹传送到所述远程ECU来对所述发动机问题归类，以及从所述远程ECU接收所述发动机问题。
11.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述发动机控制器构造成将所述噪声信号传输到外部系统，以及从所述外部系统接收基于所述噪声信号的第二远程指纹，以及其中所述发动机控制器构造成通过应用所述本地指纹、所述远程指纹、所述第二远程指纹或它们的组合，来对所述发动机问题归类。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述外部系统包括基于云的系统、工作站、大型机、膝上型电脑、笔记本电脑、平板电脑、手机或它们的组合。
13.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述发动机控制器构造成：
预处理所述噪声信号，以得出预处理的噪声信号；
对所述预处理的噪声信号应用ADSR波封；
从所述预处理的噪声信号中提取音调信息；以及
基于所述ADSR波封、所述音调信息或它们的组合，来建立所述噪声信号的本地指纹。
14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述发动机控制器构造成：
通过下者来拟合所述预处理的噪声信号至线性调频小波：
确定所述预处理的噪声信号向上还是向下调制；以及
调节所述线性调频小波的调制速率，直到所述线性调频小波拟合所述噪声信号为止。
15.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述控制器构造成：
测量所述往复式装置噪声信号的开始和所述往复式装置噪声信号达到最大幅度的时间之间的第一时段；
测量所述往复式装置噪声信号达到最大幅度的所述时间和所述往复式装置噪声信号变弱到规定延持水平的时间之间的第二时段；
测量所述规定延持水平；
测量所述往复式装置噪声延持所处期间的第三时段；以及
测量所述往复式装置噪声信号从所述延持水平变弱到零所处期间的第四时段，以应用所述ADSR波封。
16.一种包括可执行指令的非暂时性计算机可读介质，所述可执行指令在执行时使处理器进行：
接收由构造成设置在往复式装置中的爆震传感器感测到的噪声信号；
基于所述噪声信号来建立本地指纹，将所述噪声信号传输到第二发动机控制器以从外部发动机控制器接收远程指纹，或它们的组合；以及
通过应用所述本地指纹、所述远程指纹或它们的组合来对发动机问题归类。
17.根据权利要求16所述的包括可执行指令的非暂时性计算机可读介质，其特征在于，所述可执行指令在执行时使所述处理器通过将所述本地指纹传送到所述远程ECU来对所述发动机问题归类，以及从所述远程ECU接收所述发动机问题。
18.根据权利要求16所述的包括可执行指令的非暂时性计算机可读介质，其特征在于，所述可执行指令在执行时使所述处理器进行：
将所述噪声信号传输到外部系统，以及从所述外部系统接收基于所述噪声信号的第二远程指纹，以及通过应用所述本地指纹、所述远程指纹、所述第二远程指纹或它们的组合，来对所述发动机问题归类。
19.根据权利要求16所述的包括可执行指令的非暂时性计算机可读介质，其特征在于，所述可执行指令在执行时使所述处理器进行：
预处理所述噪声信号，以得出预处理的噪声信号；
对所述预处理的噪声信号应用ADSR波封；
从所述预处理的噪声信号中提取音调信息；以及
基于所述ADSR波封、所述音调信息或它们的组合，来建立所述噪声信号的本地指纹。
20.根据权利要求19所述的包括可执行指令的非暂时性计算机可读介质，其特征在于，所述可执行指令在执行时使所述处理器进行：
测量所述往复式装置噪声信号的开始和所述往复式装置噪声信号达到最大幅度的时间之间的第一时段；
测量所述往复式装置噪声信号达到最大幅度的所述时间和所述往复式装置噪声信号变弱到规定延持水平的时间之间的第二时段；
测量所述规定延持水平；
测量所述往复式装置噪声延持所处期间的第三时段；以及
测量所述往复式装置噪声信号从所述延持水平变弱到零所处期间的第四时段，以应用所述ADSR波封。
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