CN115618521A - 一种基于小波变换的共轨系统压力波动评估方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种基于小波变换的共轨系统压力波动评估方法及系统，属于共轨系统领域。包括以下步骤：采集共轨系统设定位置的压力数据；对采集到的压力数据进行分析、存储，绘制压力数据随时间变化的曲线图；构造小波函数，将小波函数作为输入输出模型；利用小波函数对压力数据随时间变化的曲线图进行小波变换，得到小波分析数据；基于小波分析数据对压力波动进行评估。本发明能够实现求解压力信号在时、频两域的局部特征，明确各种频率信号出现在具体哪一处柴油机循环工况中，大大缩短了压力波动评估周期，减少优化设计耗时，对压力评估有重要作用。

Description

一种基于小波变换的共轨系统压力波动评估方法及系统
技术领域
本发明属于共轨系统领域，尤其涉及一种基于小波变换的共轨系统压力波动评估方法及系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
为应对日益严苛的排放法规以及可能发生的石油危机，高效清洁的内燃机技术一直是研究重点。在柴油发动机、尤其是柴油汽车使用的柴油发动机中，通常采用高压共轨供油，高压共轨是柴油机电控系统中最核心的技术部件之一，它具有高精度、高效的特点。高压共轨是一种可以满足国Ⅵ技术路线的电控燃油喷射技术，在高压油泵、压力传感器和ECU组成的闭环系统中，将燃油喷射压力的产生和燃油喷射过程分离开，由高压油泵把高压燃油输送到公共供油管，通过对公共供油管内的油压实现精确控制，使高压油管压力大小与发动机的转速无关，可以大幅度减小柴油机供油压力随发动机工作变化的程度，因此减小了传统柴油机的缺陷。由ECU控制喷油器的喷油量，喷油量大小取决于公共供油管的压力和电磁阀开启时间的长短。
在柴油机工况剧烈变动时，燃油系统内各处的压力波动也会随之增大，压力波动信号的频率随着时间出现频繁变动，此时需要由ECU调整高压油泵供油速率和供油量以改变共轨中压力。
然而，发明人发现，现有技术中对压力波动信号进行分析时，通常采用傅里叶变换进行信号分析。傅里叶变换把无限长的三角函数作为基函数：
Figure BDA0003910187430000011
经过傅里叶变换之后最终得到了频域数据，但是却无法得知相应的频率信号出现的具体时间、无法得知各种频率信号出现在柴油机循环工况中的何处，因此无法全面评估共轨中各处压力信号的波动特征。
同时，傅里叶变换在处理突变信号时使用大量三角波拟合，对于频率频繁变动的压力波动信号，经过傅里叶变换后的频谱却非常一致，不易区分。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于小波变换的共轨系统压力波动评估方法及系统，能够实现求解压力信号在时、频两域的局部特征，明确各种频率信号出现在具体哪一处柴油机循环工况中，大大缩短了压力波动评估周期，减少优化设计耗时，对压力评估有重要作用。
为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：
本发明第一方面提供了一种基于小波变换的共轨系统压力波动评估方法。
一种基于小波变换的共轨系统压力波动评估方法，包括以下步骤：
采集共轨系统设定位置的压力数据；
对采集到的压力数据进行分析、存储，绘制压力数据随时间变化的曲线图；
构造小波函数，将小波函数作为输入输出模型；
利用小波函数对压力数据随时间变化的曲线图进行小波变换，得到小波分析数据；
基于小波分析数据对压力波动进行评估。
本发明第二方面提供了一种基于小波变换的共轨系统压力波动评估系统。
一种基于小波变换的共轨系统压力波动评估系统，包括：
数据采集模块，被配置为：采集共轨系统设定位置的压力数据；
曲线图绘制模块，被配置为：对采集到的压力数据进行分析、存储，绘制压力数据随时间变化的曲线图；
模型构造模块，被配置为：构造小波函数，将小波函数作为输入输出模型；
小波变换模块，被配置为：利用小波函数对压力数据随时间变化的曲线图进行小波变换，得到小波分析数据；
评估模块，被配置为：基于小波分析数据对压力波动进行评估。
本发明第三方面提供了计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本发明第一方面所述的基于小波变换的共轨系统压力波动评估方法中的步骤。
本发明第四方面提供了电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本发明第一方面所述的基于小波变换的共轨系统压力波动评估方法中的步骤。
以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
(1)本发明创新性的设计了一种基于小波变换的共轨系统压力波动评估方法，基于小波变换对压力信号波动进行评估，对读取到的信号实施小波分析，并得到变换后的时频图，从而解决了传统的傅里叶变换在对非平稳信号分析过程中的不足，实现了求解压力信号在时、频两域的局部特征，满足对时、频两域的分析，相比较现有技术中仅能够获取压力信号的频域特征，本发明能够更好更全面的对压力波动信号进行评估，大大缩短压力波动评估周期，减少优化设计耗时。
(2)与传统的傅里叶变换相比，小波变换具有多分辨率分析的特点，能够根据输入尺度的不同改变时频、幅频分辨率，大大缩短了发动机共轨优化设计周期。
(3)在柴油机工况剧烈变动时，燃油系统内各处的压力波动也会随之增大，压力波动信号的频率随着时间出现频繁变动，现有技术中经过傅里叶变换后的频谱非常一致，无从区分；本发明采用小波分析的系统可以明确各种频率信号出现在柴油机循环工况中的何处，对压力评估具有重要作用。
(4)本发明在发动机工况快速变换时能够有效区分压力信号的频谱特征，将分析结果与ECU中的预存信号相比较，能够有效控制高压油泵供油速率以改变共轨中压力，抑制压力波动，统一各缸喷射规律，提高了共轨系统的稳定性。
(5)本发明的压力波动评估系统相较于柴油机原有的燃油系统而言变化不大，只需要将数据采集模块、曲线图绘制模块、模型构造模块、小波变换模块、评估模块封装后连接在原有燃油系统中，使之采集压力信号，将小波分析后的数据传输到ECU进行比对，进而控制共轨系统工作压力，成本相对较低。
本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为第一个实施例的方法流程图。
图2为第一个实施例的方法得到的时频图。
图3为第二个实施例的系统结构图。
图4为第二个实施例的系统在实际使用中的示意图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明提出的总体思路：
为了在优化设计时更好地评估共轨中各处压力信号的波动特征，本发明旨在设计一种行之有效的评估方法及系统，从而实现大大节约开发成本、缩短开发周期的目的。本发明采用小波变换，利用小波变换分析发动机在工况剧烈变化时燃油系统的压力波动信号，明确各种频率信号出现在发动机循环工况中的何处，对优化发动机压力波动、统一各缸喷射规律具有重要的意义。
实施例一
本实施例公开了一种基于小波变换的共轨系统压力波动评估方法。
不同于傅里叶变换在处理突变信号时使用大量三角波拟合，小波变换是一种自适应三角波，即通过平移、缩放的三角波拟合信号的变换，更好地提取特征。
小波变换的定义为：
Figure BDA0003910187430000051
傅里叶变换变量只有频率ω，而小波变换有两个尺度：尺度a(scale)和平移量τ(translation)。
尺度a控制小波函数的伸缩，平移量τ控制小波函数的平移。尺度就对应于频率(反比)，平移量就对应于时间。尺度a增大时，尺度函数在时域上伸展，小波中心频率降低，在频域上收缩，变换的时域分辨率降低；相反，当a减小时，变换的时域分辨率提高，频域分辨率降低。
所以，小波变换可以根据中心频率的高低改变时频分辨率，而其品质因数保持不变。
如图1-2所示，一种基于小波变换的共轨系统压力波动评估方法，包括以下步骤：
采集共轨系统设定位置的压力数据；
对采集到的压力数据进行分析、存储，绘制压力数据随时间变化的曲线图；
构造小波函数，将小波函数作为输入输出模型；
利用小波函数对压力数据随时间变化的曲线图进行小波变换，得到小波分析数据；
基于小波分析数据对压力波动进行评估。
进一步的，在本实施例中，采集共轨系统设定位置的压力数据，包括采集高压油泵出口和喷油器前入口的压力信号。
在其他实施方式中，可以包含对发动机共轨系统中任意一处的压力信号进行小波分析，不限于本实施例中记载的共轨中高压油泵出口和喷油器入口处的压力信号。
同时，在其他实施方式中，本发明可以针对发动机系统中任意一处随工况而变化的特征信号进行小波变换分析，并不仅仅限于压力波动信号。
进一步的，所述小波函数具体为：
Figure BDA0003910187430000061
其中，a为尺度，τ为平移量，t为时间。
进一步的，利用小波函数对压力数据随时间变化的曲线图进行小波变换，具体为：将压力信号作为模型的输入值，得到模型的时域输出值。
进一步的，所述得到小波分析数据，具体为得到输入压力信号的时频图。
进一步的，还包括进行方差计算，得到方差计算结果，具体为：对输入压力信号进行计算，得到方差、总体标准差和样本标准差。
进一步的，还包括将小波分析数据和方差计算结果反馈至发动机ECU，由ECU对高压共轨供油量和喷油器电磁阀通电时间进行修正。
具体包括以下内容：
采集共轨管路内部设定位置处需要分析的压力数据，包含但不限于高压油泵出口和喷油器前入口压力信号；
对采集到的压力数据进行分析、存储，并且绘制压力数据图；
根据需要的尺度来构造进行小波变换的小波函数；
将小波函数作为输入输出模型，以得到的压力数据作为模型的输入信号，得到模型的时域输出值；
对压力信号进行小波分析并且绘制该压力信号的时频图，显示在屏幕上。
同时进行方差计算，对输入压力信号计算得到方差、总体标准差和样本标准差，储存入数据库中，供分析使用。
之后数据库中存储的小波分析数据会反馈到发动机ECU，与ECU中储存的相应工况下的MAP图进行对比，ECU会对高压共轨供油量和喷油器电磁阀通电时间进行修正。
在本实施例中，构造小波函数中，尺度的作用是变换输出时频图的精度，当尺度增大时，变换的时域分辨率降低，频域分辨率升高；相反，当尺度减小时，变换的时域分辨率提高，频域分辨率降低。根据该尺度，对模型进行预测和修改。
本发明建立了一种基于小波变换的共轨系统压力波动评估方法，在当前技术背景下，应用于发动机压力波动分析评估，以一种更加直观的小波变换取代傅里叶变换，对读取到的信号实施小波分析，在时、频两域求解压力信号局部特征，并得到变换后的时频图，从而解决了传统的傅里叶变换在对非平稳信号分析过程中的不足，可以满足对时、频两域的分析，明确各种频率信号出现在发动机循环工况中的何处，具有明确物理意义；同时可以根据输入尺度的不同改变时频、幅频分辨率，大大缩短了发动机共轨优化设计周期。
实施例二
本实施例公开了一种基于小波变换的共轨系统压力波动评估系统。
如图3所示，一种基于小波变换的共轨系统压力波动评估系统，包括：
数据采集模块，被配置为：采集共轨系统设定位置的压力数据；
曲线图绘制模块，被配置为：对采集到的压力数据进行分析、存储，绘制压力数据随时间变化的曲线图；
模型构造模块，被配置为：构造小波函数，将小波函数作为输入输出模型；
小波变换模块，被配置为：利用小波函数对压力数据随时间变化的曲线图进行小波变换，得到小波分析数据；
评估模块，被配置为：基于小波分析数据对压力波动进行评估。
如图4所示，为本实施例在实际使用中的示意图。
共轨系统包括油箱、输油泵、高压油泵、高压共轨、喷油器、ECU和上位机，上位机与ECU通信连接，ECU与高压油泵通信连接，高压油泵与高压共轨连接从而为高压共轨供油，喷油嘴与高压共轨相连接用于喷油。上位机为ECU发送控制指令，ECU对高压油泵进行控制，调节高压油泵的供油量，从而对与高压共轨相连接的各个喷油嘴的喷油速率和喷油量进行调节。ECU与喷油器之间通信连接，用于控制喷油嘴中电磁阀的通电时间。
实施例三
本实施例的目的是提供计算机可读存储介质。
计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本公开实施例1所述的基于小波变换的共轨系统压力波动评估方法中的步骤。
实施例四
本实施例的目的是提供电子设备。
电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本公开实施例1所述的基于小波变换的共轨系统压力波动评估方法中的步骤。
以上实施例二、三和四的装置中涉及的各步骤与方法实施例一相对应，具体实施方式可参见实施例一的相关说明部分。术语“计算机可读存储介质”应该理解为包括一个或多个指令集的单个介质或多个介质；还应当被理解为包括任何介质，所述任何介质能够存储、编码或承载用于由处理器执行的指令集并使处理器执行本发明中的任一方法。
本领域技术人员应该明白，上述本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算机装置来实现，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种基于小波变换的共轨系统压力波动评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
采集共轨系统设定位置的压力数据；
对采集到的压力数据进行分析、存储，绘制压力数据随时间变化的曲线图；
构造小波函数，将小波函数作为输入输出模型；
利用小波函数对压力数据随时间变化的曲线图进行小波变换，得到小波分析数据；
基于小波分析数据对压力波动进行评估。
2.如权利要求1所述的基于小波变换的共轨系统压力波动评估方法，其特征在于，采集共轨系统设定位置的压力数据，包括采集高压油泵出口和喷油器前入口的压力信号。
3.如权利要求1所述的基于小波变换的共轨系统压力波动评估方法，其特征在于，所述小波函数具体为：
Figure FDA0003910187420000011
其中，a为尺度，τ为平移量，t为时间。
4.如权利要求1所述的基于小波变换的共轨系统压力波动评估方法，其特征在于，利用小波函数对压力数据随时间变化的曲线图进行小波变换，具体为：将压力信号作为模型的输入值，得到模型的时域输出值。
5.如权利要求1所述的基于小波变换的共轨系统压力波动评估方法，其特征在于，所述得到小波分析数据，具体为得到输入压力信号的时频图。
6.如权利要求1所述的基于小波变换的共轨系统压力波动评估方法，其特征在于，还包括进行方差计算，得到方差计算结果，具体为：对输入压力信号进行计算，得到方差、总体标准差和样本标准差。
7.如权利要求6所述的基于小波变换的共轨系统压力波动评估方法，其特征在于，还包括：将小波分析数据和方差计算结果反馈至发动机ECU，由ECU对高压共轨供油量和喷油器电磁阀通电时间进行修正。
8.一种基于小波变换的共轨系统压力波动评估系统，其特征在于：包括：
数据采集模块，被配置为：采集共轨系统设定位置的压力数据；
曲线图绘制模块，被配置为：对采集到的压力数据进行分析、存储，绘制压力数据随时间变化的曲线图；
模型构造模块，被配置为：构造小波函数，将小波函数作为输入输出模型；
小波变换模块，被配置为：利用小波函数对压力数据随时间变化的曲线图进行小波变换，得到小波分析数据；
评估模块，被配置为：基于小波分析数据对压力波动进行评估。
9.计算机可读存储介质，其上存储有程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-7任一项所述的基于小波变换的共轨系统压力波动评估方法中的步骤。
10.电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-7任一项所述的基于小波变换的共轨系统压力波动评估方法中的步骤。
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