張瀟文

摘 要：轉(zhuǎn)速是發(fā)動(dòng)機(jī)最重要性能參數(shù)之一，汽車實(shí)際運(yùn)行中其轉(zhuǎn)速存在一定變化規(guī)律，波動(dòng)轉(zhuǎn)速蘊(yùn)含豐富信息，可綜合反映汽車發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)工作狀況，基于此需通過轉(zhuǎn)速判斷發(fā)動(dòng)機(jī)性能具有重要實(shí)際意義。文章就振動(dòng)和噪聲信號(hào)為依據(jù)進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量研究，從振動(dòng)和噪聲中提取有效信息，并設(shè)計(jì)一種將振動(dòng)和造成信號(hào)作為測(cè)量依據(jù)的轉(zhuǎn)速測(cè)量計(jì)，作為后續(xù)相關(guān)研究參考。

關(guān)鍵詞：振動(dòng)；噪聲；發(fā)動(dòng)機(jī)；瞬時(shí)轉(zhuǎn)速；測(cè)量

1 振動(dòng)和噪聲法測(cè)轉(zhuǎn)速概述

科學(xué)研究表明振動(dòng)和噪聲與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速間存在一定關(guān)系，基于此可將其振動(dòng)和噪聲作為依據(jù)進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量依據(jù)。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中氣缸內(nèi)壓力處于動(dòng)態(tài)變化中。氣缸活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)以及曲軸旋轉(zhuǎn)形成的慣性力存在周期性函數(shù)關(guān)系，同時(shí)這些慣性力也是產(chǎn)生噪聲和振動(dòng)的關(guān)鍵所在，因此通過噪聲和振動(dòng)測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速具有一定理論依據(jù)。通過生噪聲和振動(dòng)測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速過程中可發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部異常情況，一舉多得。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中可采集發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋處的振動(dòng)信息及噪聲信息，并將采集到的信息進(jìn)行比對(duì)處理，得出信息處理結(jié)果。從可行性和有效性上看利用振動(dòng)和噪聲進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信息測(cè)量不僅具有一定精度，且在操作上快速方便。將振動(dòng)和噪聲作為測(cè)量依據(jù)不僅可提升測(cè)量結(jié)果可靠性，還可為后續(xù)測(cè)量做足準(zhǔn)備，如在缺少轉(zhuǎn)速計(jì)或無法獲得轉(zhuǎn)速信號(hào)情況下便可通過振動(dòng)和噪聲進(jìn)行轉(zhuǎn)速分析。

2 振動(dòng)和噪聲測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)瞬時(shí)轉(zhuǎn)速系統(tǒng)方案

前文已經(jīng)敘述通過振動(dòng)和噪聲進(jìn)行汽車發(fā)動(dòng)機(jī)信號(hào)測(cè)量具有一定可行性，且可通過該種方式判斷發(fā)動(dòng)機(jī)性能現(xiàn)狀。實(shí)際設(shè)計(jì)中要求振動(dòng)和噪聲測(cè)量系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、便于攜帶、精度高等特點(diǎn)，因此在設(shè)計(jì)中需結(jié)合單片機(jī)或DSP作為控制程序，本文研究的振動(dòng)和噪聲測(cè)量系統(tǒng)選取合適數(shù)字處理器作為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，系統(tǒng)測(cè)量方案流程見圖1。

2.1 傳感器的選型

傳感器是收集信號(hào)的重要裝置，振動(dòng)和噪聲測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)瞬時(shí)轉(zhuǎn)速系統(tǒng)中，完整傳感器裝置組成圖見圖2。根據(jù)實(shí)際情況其組成存在一定差異。如對(duì)于精度要求不高的傳感器裝置其中間裝置可相應(yīng)減少，對(duì)精度較高的傳感器裝置可在中間添加某些環(huán)節(jié)。

傳感器對(duì)振動(dòng)和噪聲信號(hào)收集與發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中輸出信號(hào)與汽車位移、速度、加速度等有一定關(guān)系。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)信號(hào)頻率帶在傳感器量測(cè)極限范圍內(nèi)，因此實(shí)際測(cè)量中應(yīng)結(jié)合汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能與工作實(shí)際情況進(jìn)行選擇。例如本文研究振動(dòng)和噪聲測(cè)量系統(tǒng)時(shí)經(jīng)過對(duì)比、篩選最終確定傳感器為接觸式傳感器ZD-24，該傳感器自身外圍電路可對(duì)收集信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，其中包括信號(hào)放大處理，因此使用該傳感器無需添加信號(hào)放大器。ZD-24傳感器具有片狀磁體裝置，可吸附于磁性物質(zhì)上，可促使其探頭與發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋緊密連接于一起。發(fā)動(dòng)機(jī)主體結(jié)構(gòu)為鐵質(zhì)材料，因此使用該傳感器可確保傳感器與發(fā)動(dòng)機(jī)有效接觸。ZD-24傳感器在測(cè)量過程中其探頭測(cè)量方向與振動(dòng)方向平行，當(dāng)被測(cè)物體出現(xiàn)振動(dòng)和噪聲等情況時(shí)傳感器可隨之振動(dòng)，安裝于傳感器探頭內(nèi)敏感元件便可有效感知振動(dòng)，產(chǎn)生電信號(hào)，經(jīng)電路被輸出。

2.2 安裝點(diǎn)選取

測(cè)點(diǎn)選擇與測(cè)量質(zhì)量息息相關(guān)，與后續(xù)測(cè)量處理工作有重要關(guān)系。作為信號(hào)收集核心點(diǎn)，安裝點(diǎn)是提取振動(dòng)和噪聲信號(hào)的窗口。選擇安裝點(diǎn)時(shí)需遵循兩個(gè)原則，其一是充分反映被測(cè)對(duì)象實(shí)際狀況，且信號(hào)穩(wěn)定，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)故障信息較為敏感；其二是安裝點(diǎn)便于安裝測(cè)試，且不會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行造成影響，通過對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)各部分進(jìn)行研究分析發(fā)現(xiàn)缸蓋及機(jī)身部位較為敏感，對(duì)比機(jī)身和缸蓋部位發(fā)現(xiàn)，這兩個(gè)部位信號(hào)接收結(jié)果存在一定不同，缸蓋部位傳感器更易接收到發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行信號(hào)，信息量更為豐富，因此可將安裝點(diǎn)選取在缸蓋部位。

2.3 振動(dòng)信號(hào)分析方法

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋傳感器受到振動(dòng)和噪聲信號(hào)影響會(huì)收集到相關(guān)信息，對(duì)分析結(jié)果有用的信息受到多種因素干擾，因此需要對(duì)收集到的信號(hào)進(jìn)行分析處理。信號(hào)分析主要指將收集到的信號(hào)進(jìn)行有效解讀，得出需要的結(jié)果，在分析過程中可將收集到的信號(hào)看作多種單個(gè)信號(hào)的分量之和，可通過分量組成情況考察信號(hào)特征。信號(hào)處理主要指將一個(gè)信號(hào)加工成另一個(gè)信號(hào)的過程。信號(hào)測(cè)量過程中需要將信號(hào)分析和信號(hào)處理結(jié)合起來，在信號(hào)收集后需要分析信號(hào)組成，提取有效信息，在實(shí)際測(cè)量過程中可通過頻域內(nèi)分析方法、時(shí)域內(nèi)分析方法等進(jìn)行信息分析。

由于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)和噪聲收集過程中具有一定隨機(jī)性，無法對(duì)其進(jìn)行人為掌控，因此受到傳感器精度限制，振動(dòng)及噪聲信號(hào)較為復(fù)雜，頻帶分布寬，且振動(dòng)信號(hào)和噪聲信號(hào)與有用信號(hào)相關(guān)性較小，在實(shí)際分析中可找到結(jié)合振動(dòng)信號(hào)和噪聲信號(hào)的周期性，強(qiáng)化信號(hào)分析作用，相較于其他濾波方法，相關(guān)分析具有簡單便捷、準(zhǔn)確性較高特點(diǎn)，可有效提升收集信息任意頻段噪聲，快速得出結(jié)果。

3 結(jié)束語

發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速是其綜合性能重要組成部分，測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)研究有重要推動(dòng)作用。轉(zhuǎn)速變化存在一定規(guī)律，測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)瞬時(shí)轉(zhuǎn)速獲得相關(guān)參數(shù)已經(jīng)成為判斷發(fā)動(dòng)機(jī)性能及故障檢測(cè)重要手段。通過檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)和噪聲可有效檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)瞬時(shí)轉(zhuǎn)速，從而獲得有效信息。在發(fā)動(dòng)機(jī)上安裝傳感器及數(shù)據(jù)分析裝置，并結(jié)合科學(xué)的數(shù)據(jù)處理方式獲取有用信息，從而獲得發(fā)動(dòng)機(jī)瞬時(shí)轉(zhuǎn)速有效信息。

參考文獻(xiàn)

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