JP6389780B2 - 信号解析装置およびノッキング検出装置 - Google Patents
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Description
周期的な動作を行なう対象物の動作に伴う振動に起因して発せられた音をピックアップする音センサによりピックアップされた音を表わす原信号を取得する原信号取得部と、
対象物の周期的な動作角度の少なくとも原点を表わす原点情報を含む角度情報を取得する角度情報取得部と、
角度情報取得部で取得した角度情報に基づいて、原信号から、切出し角度範囲内の信号を切り出す信号切出部と、
信号切出部で切り出された信号に基づいて、対象物の動作解析を行なう動作解析部とを備え、
上記信号切出部が、対象物の動作に伴う振動発生源と音センサとの間の距離に応じた音の伝播遅延時間を考慮して、原信号から切出し角度範囲内の信号を切り出すものであることを特徴とする。
上記対象物が、互いに位相を異にしてそれぞれが周期的な動作を行なうことによりそれぞれが振動に起因する音を発生させる複数の振動発生源を有する対象物である場合に、
上記信号切出部が、角度情報と、音センサと複数の振動発生源の各々との間の各距離に応じた音の各伝播遅延時間とに基づいて、複数の振動発生源について互いに同一の位相領域からなる切出し角度範囲内の信号を切り出すものであることが好ましい。
エンジン燃焼に伴う振動に起因して発せられた音をピックアップして、原信号を生成する音センサで生成された原信号を取得する原信号取得部と、
エンジンの回転角度の、少なくとも原点位置情報を含む角度情報を取得する角度情報取得部と、
角度情報取得部で取得した角度情報に基づくとともに、エンジン燃焼に伴う振動発生源と音センサとの間の距離に応じた音の伝播遅延時間を考慮して、上記原信号から、切出し角度範囲内の信号を、エンジン燃焼の複数の周期に亘って繰り返し切り出す信号切出部と、
信号切出部で繰り返し切り出された、ノッキングが発生していない第1の期間内の複数周期分の複数の第1の信号それぞれに基づいて、複数の第1のバイスペクトルを算出して、それら複数の第1のバイスペクトルの平均的な値を正規化した第1の正規化値を算出し、
信号切出部で切り出された、ノッキングの発生のおそれがある第2の期間内の1周期分の第2の信号に基づいて、第2のバイスペクトルを算出して、上記複数の第1のバイスペクトルと第2のバイスペクトルとを合わせた複数のバイスペクトルの平均的な値を正規化した第2の正規化値を算出し、
第2の正規化値と第1の正規化値との差分からなる差分正規化値を算出する差分正規化値算出部と、
差分正規化値算出部で算出された差分正規化値に基づいて、エンジンの指標となる指標値を算出する指標値算出部と、
指標値算出部で算出された指標値に由来する情報を提示する情報提示部とを備えたことを特徴とする。
上記信号切出部が、角度情報と、音センサと複数の振動発生源の各々との間の各距離に応じた音の各伝播遅延時間とに基づいて、複数の振動発生源について互いに同一の位相領域からなる切出し角度範囲内の信号を切り出すものであることが好ましい。
TR=α×σ+μ
但し、αは、係数を表わす
に従って算出し、
代表値と閾値とを比較する比較演算を経て指標値を算出するものであることが好ましい。
Cは、音速(m/s)
κは、気体(ここでは空気)の比熱比
Rは、気体定数
Tは、気体温度(K)
Mは、気体の平均分子量(g/mol)
であらわされる。
delayは、遅延点数
dは、各気筒と音センサとの間の距離(m)
fsは、サンプリング周波数(Hz)
Cは、音速(m/s)
である。
x(t)・・・(3)
で表わす。ここで、tは時刻を表わしている。
F(f)・・・(4)
が算出される。
B(f1,f2)=F(f1)F(f2)F*(f1+f2)・・・(5)
の算出342が行なわれる。ここで、f1,f2は周波数、*は複素共役を表わしている。
次に、1周期から切り出された新たな第1の信号が入力されると、その新たな1周期における第1の信号についてもFFT算出341が行なわれ、第1のバイスペクトル算出342が行なわれる。そして、保持した(n−1)個の第1のバイスペクトルに、今回新たに算出された1個のバイスペクトルを加えた、合計(n)個のバイスペクトルに基づいて、新たな第1のバイコヒーレンスが算出される。
多数個(ここではm個とする)の第1の差分バイコヒーレンスが算出される。
Bi,i=1,2,・・・,n−1は、準備段階で算出しておいた(n−1)周期分の第1のバイスペクトル
B_Tは、計測時において今回算出された第2のバイスペクトル
b(f1,f2)は、準備段階で算出しておいた第1のバイコヒーレンス
である。
TRm=αm×σm+μm・・・(9)
ただし、
TRmは、振動モードmの閾値
αmは、振動モードmごとに設定された係数
σmは、ノッキングが発生していない状態における振動モードmの代表値の 標準偏差
μmは、ノッキングが発生していない状態における振動モードmの代表値の 平均値
に従って算出される。
周波数方向に延びる複数の矩形は、その矩形内の一列の特徴量が、1つのサイクル数について算出された、周波数fの関数としての特徴量であることを表わしている。
Brは、ボア径
p,qは、振動モード
Ρp,qは、振動モード(p,q)における定数
を表わしている。
CAs,m=b_subs,m−TRm・・・(11)
ただし、
CAs,mは、各振動モードmごと、かつ各サイクル数sごとの差分値、
b_subs,mは、各振動モードmごと、かつ各サイクル数sごとの代表値、
TRmは、各振動モードmごとのノッキングが発生していない状態における代表 値の平均値
である。
indexsは、各サイクル数sごとの指標値、
Ks,mは、CAs,mがプラスのときに‘1’、マイナスのときに‘0’の値となる 係数
である。
1_1,1_2,1_3,1_4 気筒
2 ダイナモ
3 自動車
4 試験台
5 音センサ
6 ECU
10 ノッキング検出装置
20 データ収集装置
30 ノート型パーソナルコンピュータ
30a 表示画面
31 音圧信号取得部
32 角度信号取得部
33 信号切出部
34 差分バイコヒーレンス算出部
35 指標値算出部
36 情報提示部
40 操作盤
40a モニタ画面
50 オペレータ
Claims (8)
- 周期的な動作を行なう対象物の動作に伴う振動に起因して発せられた音をピックアップする音センサによりピックアップされた音を表わす原信号を取得する原信号取得部と、
前記対象物の周期的な動作角度の少なくとも原点を表わす原点情報を含む角度情報を取得する角度情報取得部と、
前記角度情報取得部で取得した角度情報に基づいて、前記原信号から、切出し角度範囲内の信号を切り出す信号切出部と、
前記信号切出部で切り出された信号に基づいて、前記対象物の動作解析を行なう動作解析部とを備え、
前記信号切出部が、前記対象物の動作に伴う振動発生源と前記音センサとの間の距離に応じた音の伝播遅延時間を考慮して、前記原信号から切出し角度範囲内の信号を切り出すものであることを特徴とする信号解析装置。 - 前記対象物が、互いに位相を異にしてそれぞれが周期的な動作を行なうことによりそれぞれが振動に起因する音を発生させる複数の振動発生源を有し、
前記信号切出部が、前記角度情報と、前記音センサと前記複数の振動発生源の各々との間の各距離に応じた音の各伝播遅延時間とに基づいて、該複数の振動発生源について互いに同一の位相領域からなる切出し角度範囲内の信号を切り出すものであることを特徴とする請求項1記載の信号解析装置。 - 前記対象物が、複数の気筒を備え、該複数の気筒を前記複数の振動発生源とするエンジンであることを特徴とする請求項2記載の信号解析装置。
- エンジン燃焼に伴う振動に起因して発せられた音をピックアップして原信号を生成する音センサで生成された該原信号を取得する原信号取得部と、
前記エンジンの回転角度の、少なくとも原点位置情報を含む角度情報を取得する角度情報取得部と、
前記角度情報取得部で取得した角度情報に基づくとともに、エンジン燃焼に伴う振動発生源と前記音センサとの間の距離に応じた音の伝播遅延時間を考慮して、前記原信号から、切出し角度範囲内の信号を、エンジン燃焼の複数の周期に亘って繰り返し切り出す信号切出部と、
前記信号切出部で繰り返し切り出された、ノッキングが発生していない第1の期間内の複数周期分の複数の第1の信号それぞれに基づいて、複数の第1のバイスペクトルを算出して、該複数の第1のバイスペクトルの平均的な値を正規化した第1の正規化値を算出し、
前記信号切出部で切り出された、ノッキングの発生のおそれがある第2の期間内の1周期分の第2の信号に基づいて、第2のバイスペクトルを算出して、前記複数の第1のバイスペクトルと該第2のバイスペクトルとを合わせた複数のバイスペクトルの平均的な値を正規化した第2の正規化値を算出し、
前記第2の正規化値と前記第1の正規化値との差分からなる差分正規化値を算出する差分正規化値算出部と、
前記差分正規化値算出部で算出された差分正規化値に基づいて前記エンジンの指標となる指標値を算出する指標値算出部と、
前記指標値算出部で算出された指標値に由来する情報を提示する情報提示部とを備えたことを特徴とするノッキング検出装置。 - 前記エンジンが、複数の気筒を備え、該複数の気筒を前記複数の振動発生源とするエンジンであって、
前記信号切出部が、前記角度情報と、前記音センサと前記複数の気筒の各々との間の各距離に応じた音の各伝播遅延時間とに基づいて、該複数の振動発生源について互いに同一の位相領域からなる切出し角度範囲内の信号を切り出すものであることを特徴とする請求項4記載のノッキング検出装置。 - 前記指標値算出部が、前記差分正規化値算出部で算出された差分正規化値b_sub(f1,f2)(但し、f1,f2はいずれも周波数を表わす)のうちのf1=f2近傍の値から、2次の調和成分が含まれているレベルを表わす特徴量を算出し、前記エンジンの、少なくとも1つの振動モードにおける固有振動数近傍の周波数帯域内の前記特徴量のうちの代表値を算出して、該代表値由来の値を前記指標値とするものであることを特徴とする請求項4又は5記載のノッキング検出装置。
- 前記指標値算出部が、前記差分正規化算出部に、前記複数の第1のバイスペクトルのうちの少なくとも1つの第1のバイスペクトルを順次入れ替えながら前記第1の正規化値を複数算出させ、該複数の第1の正規化値どうしの差分の平均値μと標準偏差σとを算出して、ノッキング有無の判定の閾値TRを、
TR=α×σ+μ
但し、αは、係数を表わす
に従って算出し、
前記代表値と前記閾値とを比較する比較演算を経て前記指標値を算出するものであることを特徴とする請求項6記載のノッキング検出装置。 - 前記指標値算出部がさらに、前記比較演算を経て算出された前記指標値を使用して、指定サイクル数についてノッキングの発生の有無を判定し該指定サイクル数の中でノッキングの発生有りと判定されたサイクル数の割合であるノッキング発生率を算出し、該ノッキング発生率と回転速度からの単位時間当たりのエンジン行程数の積から算出した、単位時間当たりの平均ノッキング回数の値を、新たな指標値とするものであることを特徴とする請求項7記載のノッキング検出装置。
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