CN116380444B - 用于曲轴故障分析的故障声音数据处理系统及处理方法 - Google Patents
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Abstract
用于曲轴故障分析的故障声音数据处理系统及处理方法，涉及故障声音分析技术领域，包括曲轴声音获取支撑装置、曲轴声音获取模块和故障分析模块，所述曲轴声音获取支撑装置设置在汽车发动机本体的外壳上，用于曲轴声音获取模块减少发动机非曲轴部位运行声音的获取，所述曲轴声音获取模块安装在曲轴声音获取支撑装置上，并紧贴汽车发动机本体曲轴部位的外壳处，用于采集曲轴工作时的声音。本发明区别于人工听诊的模式，将曲轴声音获取模块设置在曲轴声音获取支撑装置来直接获取发动机曲轴部位的音频，减少发动机非曲轴部位运行声音的获取，减少工人贴合方式产生的声音稳定性的影响，减少后期对于故障声音判断的干扰项，诊断更加准确。
Description
技术领域
本发明涉及故障声音分析技术领域，尤其是涉及用于曲轴故障分析的故障声音数据处理系统及处理方法。
背景技术
通过发动机异常声音变化来分析判断发动机发生故障的部位是及时排除故障、防范事故发生的主要环节，要想做出正确判断、找准故障点，首先要取得疑似故障部位的怠速工况声音样本；
当主轴瓦磨损或烧瓦时，主轴承会发出沉重的猛击声。听诊部位在配气机构一侧的曲轴箱处。注意在中速和间歇提高转速运转时听诊。曲轴连杆轴颈与轴瓦的敲击声当连杆瓦严重磨损时，轴承间隙增大，发出比较猛烈的音哑声。烧瓦后声音更猛烈，近似于钟声。听诊部位在喷油泵一侧曲轴回转部位，发动机预热后，在低转速下听诊。切断各缸供油时，仍有敲击声。
现有技术中，对于汽车曲轴的故障声音分析主要依靠维修人员采用人工听诊的经验模式来实现，人工听诊的模式一般是一人用手将机械听诊头贴在汽车发动机本体曲轴部位的外壳处，另外一人进行发动机转速的控制，再根据经验对听到的汽车发动机本体曲轴部位的音频进行故障分析，其中有很多发动机其它部件声音的干扰杂项，还有手贴合稳定性的影响，受到杂项因素的影响较大，同时存在一定的安全风险。
发明内容
为了解决汽车维修人员对于曲轴故障判断准确度的技术问题，本发明提供用于曲轴故障分析的故障声音数据处理系统及处理方法。采用如下的技术方案：
用于曲轴故障分析的故障声音数据处理系统，包括曲轴声音获取支撑装置、曲轴声音获取模块和故障分析模块，所述曲轴声音获取支撑装置设置在汽车发动机本体的外壳上，用于曲轴声音获取模块减少发动机非曲轴部位运行声音的获取，所述曲轴声音获取模块安装在曲轴声音获取支撑装置上，并紧贴汽车发动机本体曲轴部位的外壳处，用于采集曲轴工作时的声音，所述故障分析模块与曲轴声音获取模块通信电连接，用于分析曲轴声音获取模块获取的声音特征，并根据分析结果输出曲轴故障码。
通过上述技术方案，区别于人工听诊的模式，将曲轴声音获取模块设置在曲轴声音获取支撑装置来直接获取发动机曲轴部位的音频，减少发动机非曲轴部位运行声音的获取，减少工人贴合方式产生的声音稳定性的影响，避免安全风险，减少后期对于故障声音判断的干扰项，而且一个人即可完成。
可选的，所述曲轴声音获取支撑装置包括音腔部、铁磁柔性贴合部、发动机连接部和传感器支撑杆，所述音腔部为半球形壳体，所述铁磁柔性贴合部设置在音腔部的端面上，所述发动机连接部粘接在汽车发动机本体曲轴部位的外壳处，所述铁磁柔性贴合部与发动机连接部磁性相吸，所述传感器支撑杆的一端安装在音腔部的内壁上，所述曲轴声音获取模块安装在传感器支撑杆的另一端。
通过上述技术方案，为了贴合不同汽车发动机外壳的曲轴部位，对于音腔部与汽车发动机本体曲轴部位的外壳的连接采用柔性板的连接方式，一般汽车发动机的外壳为铝合金材质，并不能被磁性材料吸附，因此单独设置了发动机连接部来提供磁吸吸附部位，避免了音腔部直接与汽车发动机本体的直接粘接，避免了曲轴声音获取支撑装置使用过程中除胶带来的损伤，采用半球形壳体的音腔部设计，为曲轴声音获取模块提供一个相对封闭的收音环境，减少发动机其它部位工作时的声音杂项对后续音频分析的干扰。
可选的，所述铁磁柔性贴合部是采用软磁条制成的环形板，所述发动机连接部是采用软态铁素体不锈钢板制成的与铁磁柔性贴合部尺寸一致的环形板，发动机连接部一侧通过胶水粘接在汽车发动机本体曲轴部位的外壳处，铁磁柔性贴合部吸附在发动机连接部的另一侧。
通过上述技术方案，软磁条制成的铁磁柔性贴合部和软态铁素体不锈钢板制成的与铁磁柔性贴合部可以实现可靠的磁性吸附，且安装拆卸便捷，发动机连接部一侧通过胶水粘接在汽车发动机本体曲轴部位的外壳处，这种胶水可以是不干胶或者其他可以通过脱胶水去除的胶水来实现粘接。
可选的，所述铁磁柔性贴合部是采用厚度小于0.3mm的软态铁素体不锈钢板制成的环形板。
通过上述技术方案，厚度小于0.3mm的软态铁素体不锈钢板制成的环形板能很好地贴合不同外形的发动机外壳表面。
可选的，所述曲轴声音获取模块是声音传感器。
通过上述技术方案，采用声音传感器获取的声音样本更加准确。
可选的，所述故障分析模块是汽车故障诊断仪。
通过上述技术方案，汽车故障诊断仪是一种智能电子终端，带有处理器，存储单元和显示单元，存储单元可以为声音样本提供存储空间，处理器可以实现声音处理程序的运行，显示单元可以显示故障及故障码说明。
曲轴故障声音数据处理方法，具体步骤是：
步骤1，获取匹配汽车发动机本体汽车型号的曲轴部位不同发动机转速状态的标准声音样本S1，……，Sn，S1是发动机怠速状态声音样本，n表示发动机转速，n∈（1500，2000，3000，4000，5000，6000）；
步骤2，将步骤1中的标准声音样本S1，……，Sn进行基于深度学习的标准线性声音特征提取；
步骤3，曲轴声音获取模块获取汽车发动机本体曲轴部位不同发动机转速状态的故障声音样本SE1，……，SEn，SE1是发动机怠速状态故障声音样本，n表示发动机转速；
步骤4，对步骤3中的声音样本SE1，……，SEn分别进行基于WebRTC降噪算法的标准线性声音特征消除处理，得到异响声音样本E1，……，En；
步骤5，分别对E1，……，En进行基于FFT算法的频率特征分析，若E1的声音频率为400Hz到600Hz之间，且E1500到E6000的声音频率处于阶梯递增状态，则输出A故障码，A故障码代表主轴瓦故障；
若E1的声音频率为800Hz到1200Hz之间，且E1500到E6000的声音频率处于阶梯递增状态，则输出B故障码，B故障码代表曲轴连杆瓦故障。
通过上述技术方案，对于维修工作人员，对应各种车型的正常工况下的发动机曲轴部位不同发动机转速下的标准声音样本进行采样存储，并进行基于深度学习的标准线性声音特征提取；
在需要对匹配汽车发动机本体进行曲轴故障诊断时，将曲轴声音获取支撑装置贴装在汽车发动机本体曲轴部位外壳处，分别操作发动机转速处于怠速，1500，2000，3000，4000，5000，6000转的工况下10秒，曲轴声音获取模块获取汽车发动机本体曲轴部位不同发动机转速状态的故障声音样本Se1，……，Sen，并对声音样本Se1，……，Sen分别进行基于WebRTC降噪算法的标准线性声音特征消除处理，将发动机其它部位工作时的正常声音进行剔除，剩下的就是曲轴的异响声音；
对异响音频声音样本进行频率分析，采用频率区间识别的模式来对曲轴故障进行分类。
分类的标准制定是采集多个已经确定曲轴故障类型的故障音频率分析结果基于深度分析的结果。
可选的，步骤5中，E1到E6000的声音频率差异小于100HZ，则输出C故障码，C故障码代表曲轴轴承盖故障。
通上述技术方案，声音频率差异小于100HZ代表着发动机转速对于异响的影响很小，根据确定曲轴故障类型的故障音频率分析结果表明，大概率是曲轴轴承盖故障，此时输出C故障码提醒维修人员注意重点检修曲轴轴承盖。
可选的，步骤5可由维修人员人工监听进行经验分析曲轴故障类型。
通上述技术方案，步骤5可由维修人员人工监听进行经验分析曲轴故障类型，对于剔除杂项后的曲轴异响音频，经验丰富的维修人员监听也能高效的根据经验判断曲轴故障类型。
可选的，步骤1和步骤2中对于声音样本的获取过程均在封闭的维修间环境下通过曲轴声音获取支撑装置和曲轴声音获取模块配合获取。
通上述技术方案，标准声音样本和故障声音样本的获取环境和设备一致能大大提高曲轴故障诊断的准确性。
综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：
本发明提供用于曲轴故障分析的故障声音数据处理系统及处理方法，能够实现基于发动机曲轴部位异响的曲轴故障自动诊断，区别于人工听诊的模式，将曲轴声音获取模块设置在曲轴声音获取支撑装置来直接获取发动机曲轴部位的音频，减少发动机非曲轴部位运行声音的获取，减少工人贴合方式产生的声音稳定性的影响，避免安全风险，减少后期对于故障声音判断的干扰项，减少人工需求，故障判断准确。
附图说明
图1是本发明曲轴故障声音数据处理方法的流程示意图；
图2是本发明用于曲轴故障分析的故障声音数据处理系统的使用状态结构示意图；
图3是本发明用于曲轴故障分析的故障声音数据处理系统的结构示意图。
附图标记说明：1、汽车发动机本体；2、曲轴声音获取支撑装置；21、音腔部；22、铁磁柔性贴合部；23、发动机连接部；24、传感器支撑杆；3、曲轴声音获取模块；4、故障分析模块。
实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明实施例公开用于曲轴故障分析的故障声音数据处理系统及处理方法。
参照图1-图3，用于曲轴故障分析的故障声音数据处理系统，包括曲轴声音获取支撑装置2、曲轴声音获取模块3和故障分析模块4，曲轴声音获取支撑装置2设置在汽车发动机本体1的外壳上，用于曲轴声音获取模块3减少发动机非曲轴部位运行声音的获取，曲轴声音获取模块3安装在曲轴声音获取支撑装置2上，并紧贴汽车发动机本体1曲轴部位的外壳处，用于采集曲轴工作时的声音，故障分析模块4与曲轴声音获取模块3通信电连接，用于分析曲轴声音获取模块3获取的声音特征，并根据分析结果输出曲轴故障码。
区别于人工听诊的模式，将曲轴声音获取模块3设置在曲轴声音获取支撑装置2来直接获取发动机曲轴部位的音频，减少发动机非曲轴部位运行声音的获取，减少工人贴合方式产生的声音稳定性的影响，避免安全风险，减少后期对于故障声音判断的干扰项，而且一个人即可完成。
曲轴声音获取支撑装置2包括音腔部21、铁磁柔性贴合部22、发动机连接部23和传感器支撑杆24，音腔部21为半球形壳体，铁磁柔性贴合部22设置在音腔部21的端面上，发动机连接部23粘接在汽车发动机本体1曲轴部位的外壳处，铁磁柔性贴合部22与发动机连接部23磁性相吸，传感器支撑杆24的一端安装在音腔部21的内壁上，曲轴声音获取模块3安装在传感器支撑杆24的另一端。
为了贴合不同汽车发动机外壳的曲轴部位，对于音腔部21与汽车发动机本体1曲轴部位的外壳的连接采用柔性板的连接方式，一般汽车发动机的外壳为铝合金材质，并不能被磁性材料吸附，因此单独设置了发动机连接部23来提供磁吸吸附部位，避免了音腔部21直接与汽车发动机本体1的直接粘接，避免了曲轴声音获取支撑装置2使用过程中除胶带来的损伤，采用半球形壳体的音腔部21设计，为曲轴声音获取模块3提供一个相对封闭的收音环境，减少发动机其它部位工作时的声音杂项对后续音频分析的干扰。
铁磁柔性贴合部22是采用软磁条制成的环形板，发动机连接部23是采用软态铁素体不锈钢板制成的与铁磁柔性贴合部22尺寸一致的环形板，发动机连接部23一侧通过胶水粘接在汽车发动机本体1曲轴部位的外壳处，铁磁柔性贴合部22吸附在发动机连接部23的另一侧。
软磁条制成的铁磁柔性贴合部22和软态铁素体不锈钢板制成的与铁磁柔性贴合部22可以实现可靠的磁性吸附，且安装拆卸便捷，发动机连接部23一侧通过胶水粘接在汽车发动机本体1曲轴部位的外壳处，这种胶水可以是不干胶或者其他可以通过脱胶水去除的胶水来实现粘接。
铁磁柔性贴合部22是采用厚度小于0.3mm的软态铁素体不锈钢板制成的环形板。
厚度小于0.3mm的软态铁素体不锈钢板制成的环形板能很好地贴合不同外形的发动机外壳表面。
曲轴声音获取模块3是声音传感器。
采用声音传感器获取的声音样本更加准确。
故障分析模块4是汽车故障诊断仪。
汽车故障诊断仪是一种智能电子终端，带有处理器，存储单元和显示单元，存储单元可以为声音样本提供存储空间，处理器可以实现声音处理程序的运行，显示单元可以显示故障及故障码说明。
曲轴故障声音数据处理方法，具体步骤是：
步骤1，获取匹配汽车发动机本体1汽车型号的曲轴部位不同发动机转速状态的标准声音样本S1，……，Sn，S1是发动机怠速状态声音样本，n表示发动机转速，n∈（1500，2000，3000，4000，5000，6000）；
步骤2，将步骤1中的标准声音样本S1，……，Sn进行基于深度学习的标准线性声音特征提取；
步骤3，曲轴声音获取模块3获取汽车发动机本体1曲轴部位不同发动机转速状态的故障声音样本SE1，……，SEn，SE1是发动机怠速状态故障声音样本，n表示发动机转速；
步骤4，对步骤3中的声音样本SE1，……，SEn分别进行基于WebRTC降噪算法的标准线性声音特征消除处理，得到异响声音样本E1，……，En；
步骤5，分别对E1，……，En进行基于FFT算法的频率特征分析，若E1的声音频率为400Hz到600Hz之间，且E1500到E6000的声音频率处于阶梯递增状态，则输出A故障码，A故障码代表主轴瓦故障；
若E1的声音频率为800Hz到1200Hz之间，且E1500到E6000的声音频率处于阶梯递增状态，则输出B故障码，B故障码代表曲轴连杆瓦故障。
FFT算法是指快速傅立叶变换算法，FFT是指傅里叶变换，是时域一频域变换分析中最基本的方法之一，通过FFT算法对频率特征分析，若E1的声音频率为800Hz到1200Hz之间，且E1500到E6000的声音频率处于阶梯递增状态，则输出B故障码，B故障码代表曲轴连杆瓦故障。
对于维修工作人员，对应各种车型的正常工况下的发动机曲轴部位不同发动机转速下的标准声音样本进行采样存储，并进行基于深度学习的标准线性声音特征提取；
在需要对匹配汽车发动机本体1进行曲轴故障诊断时，将曲轴声音获取支撑装置2贴装在汽车发动机本体1曲轴部位外壳处，分别操作发动机转速处于怠速，1500，2000，3000，4000，5000，6000转的工况下10秒，曲轴声音获取模块3获取汽车发动机本体1曲轴部位不同发动机转速状态的故障声音样本Se1，……，Sen，并对声音样本Se1，……，Sen分别进行基于WebRTC降噪算法的标准线性声音特征消除处理，WebRTC降噪算法中的WebRTC是指实时通信技术，WebRTC降噪算法将发动机其它部位工作时的正常声音进行剔除，剩下的就是曲轴的异响声音；
对异响音频声音样本进行频率分析，采用频率区间识别的模式来对曲轴故障进行分类。
分类的标准制定是采集多个已经确定曲轴故障类型的故障音频率分析结果基于深度分析的结果。
步骤5中，E1到E6000的声音频率差异小于100HZ，则输出C故障码，C故障码代表曲轴轴承盖故障。
声音频率差异小于100HZ代表着发动机转速对于异响的影响很小，根据确定曲轴故障类型的故障音频率分析结果表明，大概率是曲轴轴承盖故障，此时输出C故障码提醒维修人员注意重点检修曲轴轴承盖。
步骤5可由维修人员人工监听进行经验分析曲轴故障类型。
步骤5可由维修人员人工监听进行经验分析曲轴故障类型，对于剔除杂项后的曲轴异响音频，经验丰富的维修人员监听也能高效的根据经验判断曲轴故障类型。
步骤1和步骤2中对于声音样本的获取过程均在封闭的维修间环境下通过曲轴声音获取支撑装置2和曲轴声音获取模块3配合获取。
标准声音样本和故障声音样本的获取环境和设备一致能大大提高曲轴故障诊断的准确性。
本发明实施例用于曲轴故障分析的故障声音数据处理系统及处理方法的实施原理为：
在某辆红旗S9汽车的曲轴故障判断过程中，获取红旗S9汽车的曲轴部位不同发动机转速状态的标准声音样本S1，……，Sn，S1是发动机怠速状态声音样本，n表示发动机转速，n∈（1500，2000，3000，4000，5000，6000）；
在需要对故障红旗S9汽车进行曲轴故障诊断时，将曲轴声音获取支撑装置2贴装在汽车发动机本体1曲轴部位外壳处，分别操作发动机转速处于怠速，1500，2000，3000，4000，5000，6000转的工况下10秒，曲轴声音获取模块3获取汽车发动机本体1曲轴部位不同发动机转速状态的故障声音样本Se1，……，Sen，并对声音样本Se1，……，Sen分别进行基于WebRTC降噪算法的标准线性声音特征消除处理，将发动机其它部位工作时的正常声音进行剔除，剩下的就是曲轴的异响声音；
分别对E1，……，En进行基于FFT算法的频率特征分析，E1的声音频率为425Hz-525Hz，且E1500到E6000的声音频率处于阶梯递增状态，发动机转速每上升1000转，声音频率上升150Hz左右，汽车故障诊断仪的显示屏输出A故障码，A故障码代表主轴瓦故障，维修人员在对故障红旗S9汽车的发动机检修后，发现主轴瓦故障，整个故障声音及诊断时间获取时间为3分钟。高效准确。
以上均为本发明的较佳实施例，并非以此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.用于曲轴故障分析的故障声音数据处理方法，其特征在于：采用故障声音数据处理系统进行处理，所述故障声音数据处理系统包括曲轴声音获取支撑装置（2）、曲轴声音获取模块（3）和故障分析模块（4），所述曲轴声音获取支撑装置（2）设置在汽车发动机本体（1）的外壳上，用于曲轴声音获取模块（3）减少发动机非曲轴部位运行声音的获取，所述曲轴声音获取模块（3）安装在曲轴声音获取支撑装置（2）上，并紧贴汽车发动机本体（1）曲轴部位的外壳处，用于采集曲轴工作时的声音，所述故障分析模块（4）与曲轴声音获取模块（3）通信电连接，用于分析曲轴声音获取模块（3）获取的声音特征，并根据分析结果输出曲轴故障码；
所述故障声音数据处理方法的具体步骤是：
具体步骤是：
步骤1，获取匹配汽车发动机本体（1）汽车型号的曲轴部位不同发动机转速状态的标准声音样本S1，……，Sn，S1是发动机怠速状态声音样本，n表示发动机转速，n∈（1500，2000，3000，4000，5000，6000）；
步骤2，将步骤1中的标准声音样本S1，……，Sn进行基于深度学习的标准线性声音特征提取；
步骤3，曲轴声音获取模块（3）获取汽车发动机本体（1）曲轴部位不同发动机转速状态的故障声音样本SE1，……，SEn，SE1是发动机怠速状态故障声音样本，n表示发动机转速；
步骤4，对步骤3中的声音样本SE1，……，SEn分别进行基于WebRTC降噪算法的标准线性声音特征消除处理，得到异响声音样本E1，……，En；
步骤5，分别对E1，……，En进行基于FFT算法的频率特征分析，若E1的声音频率为400Hz到600Hz之间，且E1500到E6000的声音频率处于阶梯递增状态，则输出A故障码，A故障码代表主轴瓦故障；
若E1的声音频率为800Hz到1200Hz之间，且E1500到E6000的声音频率处于阶梯递增状态，则输出B故障码，B故障码代表曲轴连杆瓦故障。
2.根据权利要求1所述的用于曲轴故障分析的故障声音数据处理方法，其特征在于：所述曲轴声音获取支撑装置（2）包括音腔部（21）、铁磁柔性贴合部（22）、发动机连接部（23）和传感器支撑杆（24），所述音腔部（21）为半球形壳体，所述铁磁柔性贴合部（22）设置在音腔部（21）的端面上，所述发动机连接部（23）粘接在汽车发动机本体（1）曲轴部位的外壳处，所述铁磁柔性贴合部（22）与发动机连接部（23）磁性相吸，所述传感器支撑杆（24）的一端安装在音腔部（21）的内壁上，所述曲轴声音获取模块（3）安装在传感器支撑杆（24）的另一端。
3.根据权利要求2所述的用于曲轴故障分析的故障声音数据处理方法，其特征在于：所述铁磁柔性贴合部（22）是采用软磁条制成的环形板，所述发动机连接部（23）是采用软态铁素体不锈钢板制成的与铁磁柔性贴合部（22）尺寸一致的环形板，发动机连接部（23）一侧通过胶水粘接在汽车发动机本体（1）曲轴部位的外壳处，铁磁柔性贴合部（22）吸附在发动机连接部（23）的另一侧。
4.根据权利要求3所述的用于曲轴故障分析的故障声音数据处理方法，其特征在于：所述铁磁柔性贴合部（22）是采用厚度小于0.3mm的软态铁素体不锈钢板制成的环形板。
5.根据权利要求1所述的用于曲轴故障分析的故障声音数据处理方法，其特征在于：所述曲轴声音获取模块（3）是声音传感器。
6.根据权利要求1所述的用于曲轴故障分析的故障声音数据处理方法，其特征在于：所述故障分析模块（4）是汽车故障诊断仪。
7.根据权利要求1所述的用于曲轴故障分析的故障声音数据处理方法，其特征在于：步骤5中，E1到E6000的声音频率差异小于100HZ，则输出C故障码，C故障码代表曲轴轴承盖故障。
8.根据权利要求1所述的用于曲轴故障分析的故障声音数据处理方法，其特征在于：步骤5可由维修人员人工监听进行经验分析曲轴故障类型。
9.根据权利要求1所述的用于曲轴故障分析的故障声音数据处理方法，其特征在于：步骤1和步骤2中对于声音样本的获取过程均在封闭的维修间环境下通过曲轴声音获取支撑装置（2）和曲轴声音获取模块（3）配合获取。
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