CN108985188B - 一种基于多次喷射条件下分析燃烧噪声的信号处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的是一种基于多次喷射条件下分析燃烧噪声的信号处理方法。一：对柴油机二次喷射条件下的缸压信号进行三层平稳小波包分解，并重构小波包子信号；二：根据预主喷时刻对各个频段下的小波包子信号进行时域分割，在时域上将子信号分为预喷影响部分和主喷影响部分；三：将步骤二所分割的预主喷影响部分提取出来，并分别计算每个子信号预主喷阶段的平稳小波包能量，将其作为燃烧噪声能量进行对比分析。本发明不仅在时域上将预主喷的影响分开研究，而且平稳小波包的平移不变性也实现了频谱的精确分割，从时频域细化预主喷对燃烧噪声影响；具有直观、准确分析预主喷对燃烧噪声影响的优点，并且可为多次喷射降低柴油机燃烧噪声提供参数优化方法。

Description

一种基于多次喷射条件下分析燃烧噪声的信号处理方法
技术领域
本发明涉及的是一种信号处理方法，具体地说是一种柴油机多次喷射条件下分析预主喷对燃烧噪声影响的信号处理方法。
背景技术
为了应对当前严苛的排放法规，许多柴油机燃烧技术被相继提出与应用。其中柴油机PPCI-LTC(部分预混压燃-低温燃烧)模式下结合预喷射的控制策略不仅可以实现低排放和高效率的目标，还能够缩短点火延迟从而降低燃烧噪声。在此条件下选择合适的预喷参数能够有效降低燃烧噪声，因此评价不同喷射参数对燃烧噪声影响的方法至关重要。
通过对柴油机二次喷射的缸压信号进处理，可以得出预主喷对燃烧噪声的影响规律，从而选择使燃烧噪声最小的喷射策略。王平在论文《预喷射对柴油机燃烧噪声的影响》中通过压升率和缸内压力级来评估预喷对燃烧噪声的影响从而得出最优预喷策略。但由于预、主喷燃烧过程存在很大的差异，当喷射参数发生较大改变时二者的压升率变化可能会相反，从而无法得出燃烧噪声的变化规律。而缸内压力级方法虽然能够获得整个频谱的噪声值，但由于没有时域信息，所以无法分别区分预主喷对燃烧噪声的影响。Qinghui Zhang在论文《高负荷条件下缸内直喷柴油机多次喷射条件下的压力振荡特性及影响因素》中利用时频分析的方法对多次喷射的缸压信号进行处理，通过时频图可以清晰地观察到不同工况下每段喷射的压力振荡分布。但尽管如此，仍无法将每段喷射对燃烧噪声的影响整体化，从而更有效地对燃烧噪声进行评估。因此针对上面问题，提出一种更精确分析预主喷对燃烧噪声影响的方法成为柴油机减振降噪领域需要考虑的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够直观、准确分析预主喷对燃烧噪声影响，并且可以为多次喷射降低柴油机燃烧噪声提供参数优化的基于多次喷射条件下分析燃烧噪声的信号处理方法。
本发明的目的是这样实现的：
步骤一：对柴油机二次喷射条件下的缸压信号进行三层平稳小波包分解，并重构小波包子信号；
步骤二：根据预主喷时刻对各个频段下的小波包子信号进行时域分割，在时域上将子信号分为两部分：预喷影响部分和主喷影响部分；
步骤三：将步骤二所分割的预主喷影响部分提取出来，并分别计算每个子信号预主喷阶段的平稳小波包能量，将其作为燃烧噪声能量进行对比分析。
本发明还可以包括：
1.步骤一具体包括：
对柴油机二次喷射条件下的缸压信号x(t)进行三层平稳小波包分解，第i层第k个子频带的平稳小波包系数为
Figure BDA0001711086920000021
其中fi,k(τ)为第i层第k个子频带的平稳小波包滤波器，其长度Li＝(2i-1)(L-1)+1，平稳小波包滤波器组由小波滤波器和尺度滤波器组成，其中小波滤波器hi(τ)为
Figure BDA0001711086920000022
尺度滤波器gi(τ)为
Figure BDA0001711086920000023
均由上一层滤波器隔点插零获得，平稳小波包变换在第i层第k个子频带的信号分量为
Figure BDA0001711086920000024
在第i层，将分解的信号进行重构，重构结果为
Figure BDA0001711086920000025
2.小波基函数选为db10，并对子带重新划分。
3.步骤二具体包括：
预喷时刻开始到主喷时刻开始为预喷影响部分，主喷时刻开始到燃烧结束为主喷影响部分。
4.步骤三具体包括：
利用
Figure BDA0001711086920000026
计算步骤二分解的信号中预主喷阶段的平稳小波包能量，并将其作为燃烧噪声能量，其中j为小波包分解子信号的信号长度，k为子信号中每个点的代号，i为小波分解层数，n表示小波包子信号的代号。
本发明提出一种有效分析多次喷射条件下，预主喷对柴油机燃烧噪声影响的方法。首先利用抗混淆性能更好的平稳小波包变换将柴油机二次喷射缸压信号分解成频段不同的子信号；再根据预主喷的喷油时刻将各个小波包子信号分割成两部分：受预喷影响和受主喷影响的部分；最后计算每部分的燃烧噪声能量。本发明方法利用平稳小波包变换和时域分割的方法将预主喷对燃烧噪声的影响在时频域进行区分，从而解决现有的燃烧噪声分析方法无法直观、准确地分析多次喷射条件下预、主喷对燃烧噪声影响规律的问题。
与现有技术相比，本发明优点与积极效果在于：不仅在时域上将预主喷的影响分开研究，而且平稳小波包的平移不变性也实现了频谱的精确分割，从时频域细化预主喷对燃烧噪声影响。相比于现有的燃烧噪声分析方法，本发明方法具有直观、准确分析预主喷对燃烧噪声影响的优点，并且可以为多次喷射降低柴油机燃烧噪声提供参数优化方法。
附图说明
图1是本发明的总体框图；
图2是三层平稳小波包示意图；
图3是子信号时域分割示意图。
具体实施方式
下面举例对本发明做更详细的描述。
结合图1，本发明的具体步骤如下：
步骤一：依据附图2对柴油机二次喷射条件下的缸压信号x(t)进行三层平稳小波包分解，第i层第k个子频带的平稳小波包系数为
Figure BDA0001711086920000031
其中fi,k(τ)为第i层第k个子频带的平稳小波包滤波器，其长度Li＝(2i-1)(L-1)+1。平稳小波包滤波器组由小波滤波器hi(τ)和尺度滤波器gi(τ)组成，二者均由上一层滤波器隔点插零获得
Figure BDA0001711086920000032
Figure BDA0001711086920000033
在第i层第k个子频带的信号分量为
Figure BDA0001711086920000034
在第i层，将分解的信号进行重构
Figure BDA0001711086920000035
此外为了进一步降低小波包分解时的频率混淆现象，小波基函数选为消失矩较大的‘db10’。对子带重新划分，消除频带交错现象。
步骤二：根据试验条件确定预主喷时刻，并依附图3对子带信号进行时域分割，将平稳小波包变换分解和重构的每个子信号分为两部分：预喷影响部分和主喷影响部分。预喷时刻开始到主喷时刻开始为预喷影响部分，主喷时刻开始到燃烧结束为主喷影响部分。
步骤三：利用公式(6)计算步骤二分解的信号中预主喷阶段的平稳小波包能量③，并将其作为燃烧噪声能量。
Figure BDA0001711086920000041
其中j为小波包分解子信号的信号长度，k为子信号中每个点的代号，i为小波分解层数，n表示小波包子信号的代号。

Claims (5)

1.一种基于多次喷射条件下分析燃烧噪声的信号处理方法，其特征是：
步骤一：对柴油机二次喷射条件下的缸压信号进行三层平稳小波包分解，并重构小波包子信号，具体包括：
对柴油机二次喷射条件下的缸压信号x(t)进行三层平稳小波包分解，第i层第k个子频带的平稳小波包系数为
Figure FDA0003046269340000011
其中fi,k(τ)为第i层第k个子频带的平稳小波包滤波器，其长度Li＝(2i-1)(L-1)+1，平稳小波包滤波器组由小波滤波器和尺度滤波器组成，其中小波滤波器hi(τ)为
Figure FDA0003046269340000012
尺度滤波器gi(τ)为
Figure FDA0003046269340000013
均由上一层滤波器隔点插零获得，平稳小波包变换在第i层第k个子频带的信号分量为
Figure FDA0003046269340000014
在第i层，将分解的信号进行重构，重构结果为
Figure FDA0003046269340000015
步骤二：根据预主喷时刻对各个频段下的小波包子信号进行时域分割，在时域上将子信号分为两部分：预喷影响部分和主喷影响部分；
步骤三：将步骤二所分割的预主喷影响部分提取出来，并分别计算每个子信号预主喷阶段的平稳小波包能量，将其作为燃烧噪声能量进行对比分析。
2.根据权利要求1所述的基于多次喷射条件下分析燃烧噪声的信号处理方法，其特征是：小波基函数选为db10，并对子带重新划分。
3.根据权利要求1或2所述的基于多次喷射条件下分析燃烧噪声的信号处理方法，其特征是步骤二具体包括：
预喷时刻开始到主喷时刻开始为预喷影响部分，主喷时刻开始到燃烧结束为主喷影响部分。
4.根据权利要求1或2所述的基于多次喷射条件下分析燃烧噪声的信号处理方法，其特征是步骤三具体包括：
利用
Figure FDA0003046269340000016
计算步骤二分解的信号中预主喷阶段的平稳小波包能量，并将其作为燃烧噪声能量，其中j为小波包分解子信号的信号长度，k为子信号中每个点的代号，i为小波分解层数，n表示小波包子信号的代号。
5.根据权利要求3所述的基于多次喷射条件下分析燃烧噪声的信号处理方法，其特征是步骤三具体包括：
利用
Figure FDA0003046269340000021
计算步骤二分解的信号中预主喷阶段的平稳小波包能量，并将其作为燃烧噪声能量，其中j为小波包分解子信号的信号长度，k为子信号中每个点的代号，i为小波分解层数，n表示小波包子信号的代号。
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