电控单缸柴油机用数字信息传输方法与流程

1.本发明涉及数字信息传输技术领域，具体涉及一种电控单缸柴油机用数字信息传输方法。


背景技术：

2.柴油机是一个热效率比较高的动力机械。它采用包括提前器的高压喷油泵和喷油嘴将适量的燃油在适当的时期，以适当的空间状态喷入柴油机的燃烧室，以造成最佳的燃油与空气混合后燃烧的最有利条件。柴油喷射对喷射正时的精度要求很高，因此柴油机电控技术的关键和难点就是柴油喷射电控执行器，即电控柴油喷射系统，主要控制量是喷油正时。
3.柴油机表面振动信号包含着大量的工作状态信息和故障特征信息，现有技术通过在柴油机缸盖、螺丝处安装多个振动信号采集传感器，对柴油机燃烧室的柴油燃烧情况进行获取，从而计算出最合适的喷油正时。由于有线传输传感器信号，需要较好的布线环境，否则容易发生绞线、短路等故障，调试维护起来也比较麻烦，因此大多选用无线传输技术。无线传输相比有线传输更加灵活、扩展性强且不占用柴油机内部空间，但是抗干扰能力稍差，如果直接对振动信号进行无线传输有可能会导致柴油喷射迟钝或者喷射量计算误差。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种电控单缸柴油机用数字信息传输方法，所采用的技术方案具体如下：本发明提供了一种电控单缸柴油机用数字信息传输方法，所述方法包括：获得单缸柴油机进气门落座过程到缸燃烧爆发过程中的缸体振动信号；对所述缸体振动信号分解为低频信号和高频信号；若所述高频信号中的信号点满足标准振动衰减约束条件，则认为是正常信号点，否则认为是噪声信号点；所述标准振动衰减约束条件包括第一约束条件、第二约束条件和第三约束条件；所述第一约束条件根据信号点幅值确定高频幅值凸激点以及对应的高频衰减结束点；所述第二约束条件用于限制所述高频幅值凸激点到所述高频衰减结束点之间的信号点的幅值为连续递减状态；所述第三约束条件用于限制所述高频幅值凸激点到所述高频衰减结束点之间的信号点的幅值递减满足高频高斯分布；获得所述噪声信号点的与所述高频幅值凸激点的第一时域信息差异，根据所述噪声信号点的时域位置获得所述高频高斯分布中对应的标准幅值，获得所述噪声信号点与所述标准幅值的第一幅值差异，根据所述第一幅值差异和所述第一时域信息差异获得高频修正参考指标；获得所述低频信号的低频高频幅值凸激点、低频高频衰减结束点和低频高斯分布，获得所述噪声信号点在所述低频信号中的对应信号点的第二时域信息差异和第二幅值差异，根据所述第二幅值差异和所述第二时域信息差异获得低频修正参考指标；若所述低频修正参考指标大于所述高频修正参考指标，则以所述低频信号中所述对应信号点的幅
值作为所述高频信号中所述噪声信号点的幅值，获得调制信号；将所述调制信号传输至接收端。
5.进一步地，所述获得单缸柴油机进气门落座过程到缸燃烧爆发过程中的缸体振动信号包括：获得柴油机完整燃烧爆发过程中的完整缸体振动信号和缸内压力信号；利用所述缸内压力信号获得进气门落座过程到缸燃烧爆发过程中的时间段，根据所述时间段对所述完整缸体振动信号进行截取，获得所述缸体振动信号。
6.进一步地，所述对所述缸体振动信号分解为低频信号和高频信号包括：利用小波变换处理所述缸体振动信号，获得所述低频信号和高频信号。
7.进一步地，所述第一约束条件包括：根据时域顺序遍历整个所述高频信号上的信号点；若信号点的幅值与前一时刻信号点幅值的比值大于等于预设幅值倍数，则认为所述信号点为所述高频幅值凸激点；若信号点的幅值在0的预设邻域范围内，则认为所述信号点为所述高频衰减结束点；以距离所述高频幅值凸激点最近的所述高频衰减结束点作为对应的所述高频衰减结束点。
8.进一步地，所述第二约束条件包括：若所述高频信号上的信号点的后一时刻信号点幅值与该信号点的幅值差值为负数，则认为满足连续递减状态。
9.进一步地，所述第三约束条件的表达式包括：其中，为所述高频高斯分布的函数模型，为第信号点的时域信息，为所述高频幅值凸激点的时域信息，为所述高频衰减结束点的时域信息，为以自然常数为底的指数函数，为所述高频幅值凸激点的幅值，为误差调整函数，为第信号点的幅值，为所述高频幅值凸激点到所述高频衰减结束点之间的信号点数量。
10.进一步地，利用所述标准振动衰减约束条件筛选所述噪声信号点的方法包括：利用所述第一约束条件、所述第二约束条件和所述第三约束条件依次对所述高频信号的每个信号点进行检测过程；所述检测过程在时域上逐个对所述高频信号的信号点进行检测；若所述检测过程检测出异常信号点，则记录所述异常信号点的位置并跳过所述异常信号点继续执行所述检测过程；若出现连续预设数量个所述异常信号点，则将连续的所述异常信号点认为是所述正常信号点；反之，则认为所述异常信号点是所述噪声信号点。
11.进一步地，所述根据所述第一幅值差异和所述第一时域信息差异获得高频修正参考指标包括：
利用高频修正参考指标公式获得所述高频修正参考指标，所述高频修正参考指标公式包括：其中，为所述高频修正参考指标，为自然常数，为第个所述噪声信号点的时域信息，为所述高频幅值凸激点的时域信息，为第个所述噪声信号点的幅值，为第个所述噪声信号点在所述高频高斯分布中对应的所述标准幅值；利用低频修正参考指标公式获得所述低频修正参考指标，所述低频修正参考指标公式包括：其中，为所述低频修正参考指标，为自然常数，为第个所述噪声信号点的时域信息，为所述低频高频幅值凸激点的时域信息，为所述噪声信号点在所述低频信号中的所述对应信号点的幅值，为所述对应信号点在所述低频高斯分布中对应的所述标准幅值。
12.进一步地，所述将所述调制信号传输至接收端包括：利用预设初始数量的采样点在所述调制信号上进行采样并进行二进制编码传输，传输至信号接收端获得接收信号；以所述调制信号与所述接收信号的长度比值作为压缩率；获得所述调制信号每个信号点的幅值与所述接收信号每个信号点的幅值的比值，以平均比值作为失真率；将所述压缩率和所述失真率加权求和获得编码误差指标；若所述编码误差指标大于预设指标阈值，则增大所述采样点的数量，直至所述编码误差指标不大于所述指标阈值。
13.本发明具有如下有益效果：本发明实施例根据柴油机爆发的特征，截取缸内进气门落座过程到缸燃烧爆发过程中的缸体振动信号。仅对该段信号进行幅值调制有效的减少了计算量，实现了对信号的精准处理。进一步的将缸体振动信号拆分为高频信号和低频信号，根据高频信号中的信号特征筛选出高频信号中的噪声信号点，通过对比噪声信号点时域位置上高频信号和低频信号的修正参考指标判断是否需要对高频信号进行幅值调制。通过修正参考指标能够判断出某个时域位置上高频信号或者低频信号是否满足标准振动衰减分布，能够基于低频信号对高频信号进行调制，使得最终的调制信号即包含高频信号又包含低频信号的特征，将调制信号进行传输，通过对调制信号的分析，能够使控制终端有效且准确的控制柴油机的喷油正时。
附图说明
14.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，
还可以根据这些附图获得其它附图。
15.图1为本发明一个实施例所提供的一种电控单缸柴油机用数字信息传输方法流程图；图2为本发明一个实施例所提供的一种柴油机燃烧爆发时的振动周期信号；图3为本发明一个实施例所提供的一种柴油机燃烧爆发时的缸内压力周期信号；图4为本发明一个实施例所提供的一种振动信号的低频信号；图5为本发明一个实施例所提供的一种振动信号的高频信号。
具体实施方式
16.为了更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种电控单缸柴油机用数字信息传输方法，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。在下述说明中，不同的“一个实施例”或“另一个实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。
17.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。
18.下面结合附图具体的说明本发明所提供的一种电控单缸柴油机用数字信息传输方法的具体方案。
19.请参阅图1，其示出了本发明一个实施例提供的一种电控单缸柴油机用数字信息传输方法流程图，该方法包括：步骤s1：获得单缸柴油机进气门落座过程到缸燃烧爆发过程中的缸体振动信号；对缸体振动信号分解为低频信号和高频信号。
20.在本发明实施例中，在柴油机缸盖上安装振动信号采集传感器，在缸体不同位置设置传感器会采集到不同特征的信号，例如缸盖中心、缸盖边缘、发动机螺丝处等等，实施者可根据具体实施场景设置多个信号采集点，最终通过控制终端对传递的信号进行结合分析，可得到精确的喷油正时。需要说明的是，不同位置处的振动信号需要经过相同的幅值调制方法进行处理，在本发明实施例以下的描述中仅以一段振动信号进行表述说明。
21.在本发明实施例中，为了使得信号更具有准确性，需要保证信号采集过程中柴油机的稳定转速和整体一致，因此将柴油机预热5分钟后再进行信号采集。
22.柴油机在进行燃油爆发的过程中为一个周期过程，每个周期过程中包含多个子过程，具体包括：1.进气门开启，吸入空气；2.进气门落座，吸气过程结束；3.缸燃烧爆发，喷油点火；4.排气门开启，排出废气；5.排气门落座，关闭排气门。因为采集信号的本质目的为通过电控装置控制喷油正时，因此在整个周期过程中信息最重要最值得分析的过程为进气门落座过程到缸燃烧爆发过程中的缸体振动信号。因为振动信号为一个时序上连续的信号，因此在进行信号采集时需要对整个周期信号进行截取，截取出进气门落座过程到缸燃烧爆发过程中的缸体振动信号。
23.因为振动信号中的信息复杂，因此直接对信号进行截取容易出现偏差，导致截取出的信号并非最有效的信号。而在柴油机缸燃烧爆发阶段中，缸内压力会出现较为明显的特征，因此可根据振动信号对应时序上的压力信号识别出所需截取的时间段，获得柴油机
完整燃烧爆发过程中的完整缸体振动信号和缸内压力信号。请参阅图2，其示出了本发明一个实施例所提供的一种柴油机燃烧爆发时的振动周期信号；请参阅图3，其示出了本发明一个实施例所提供的一种柴油机燃烧爆发时的缸内压力周期信号。因为柴油机的燃烧爆发为一个周期性的过程，因此图2和图3均为周期信号。因为燃烧爆发时的子过程较多，因此对于振动信号和压力信号而言，均包含多段振幅不一的时序过程，结合振动信号和压力信号即可获得每个过程的特征，具体特征包括：在缸燃烧爆发过程中缸体受力最大，其振动幅度也应最大且衰减过程较长；吸气门、排气门的关门落座过程相对于各自开门过程的振动程度稍大，以及振动间隔保持固定。
24.因为电控装置控制喷油正时主要发生在进气门落座过程到缸燃烧爆发过程之间，因此需要将该段振动信号截取出来，由图3可知，压力周期信号中会出现明显的峰值点，该峰值点对应的就是缸燃烧爆发阶段，以该时刻向前推理，根据对应的压力幅度的峰值和振动幅度即可获得进气门落座过程到缸燃烧爆发过程中的时间段，根据该时间段对一个完整周期的完整缸体振动信号进行截取即可获得需要的缸体振动信号。需要说明的是，如图2所示，结合压力信号的特征可获得图2中每个子过程对应的发生时刻，在每个周期中均可获得对应的子过程时刻并进行信号截取，为了方便描述在此仅以一个周期过程进行举例说明，在图2中a过程为缸燃烧爆发过程，b过程为排气门开启过程，c过程为排气门落座过程，d过程为进气门开启过程，e过程为进气门落座过程。
25.柴油机在正常的运转过程中可能同时受到其他器件振动的影响，由于缸盖垂直运动的加速度大，振动变化稳定因此在缸体振动信号中的高频信息不会受到这些振动噪声的影响。但是随着缸体振动衰减，在缸体信号的低频特征中可能出现较大的噪声影响。同理，对于其他随机噪声而言，也存在高频特征中存在较大影响而在低频特征中表现正常的现象。考虑到高频信号中的振动特征明显，且相对低频信号更稳定，因此以高频信号作为基础，结合低频信号的特征对高频信号的幅值进行调制，去除高频信号中的噪声影响。
26.优选的，利用小波变换处理缸体振动信号，获得低频信号和高频信号。小波变换为本领域技术人员熟知的现有技术，在此不做赘述。请参阅图4，其示出了本发明一个实施例所提供的一种振动信号的低频信号。请参阅图5，其示出了本发明一个实施例所提供的一种振动信号的高频信号。需要说明的是，为了方便表示图4和图5中的信号为缸体完整的振动信号并非截取后的缸体振动信号。由图4和图5的对比可知，高频信号中每组振动的完整周期短于低频信号，且信号连续性更好，更加稳定。
27.步骤s2：若所述高频信号中的信号点满足标准振动衰减约束条件，则认为是正常信号点，否则认为是噪声信号点。
28.缸体的每段振动都是一个振幅逐步衰减的过程，因为高频信号中不存在低频特征因此高频信号中每段振动都能够衰减至0或者0的邻域附近。根据衰减特征制定标准振动衰减约束条件。若高频信号中的信号点满足标准振动衰减约束条件，则认为是正常信号点，否则认为是噪声信号点。标准振动衰减约束条件具体包括：（1）第一约束条件。第一约束条件用于根据高频信号点的幅值确定高频幅值凸激点以及对应的高频衰减结束点，具体包括：根据时域顺序遍历整个高频信号上的信号点。若信号点的幅值与前一时刻信号点幅值的比值大于等于预设幅值倍数，则认为信号点为高频幅值凸激点。若信号点的幅值在0的预设邻域范围内，则认为信号点为高频衰减结束点。以
距离高频幅值凸激点最近的高频衰减结束点作为对应的高频衰减结束点，即一个高频幅值凸激点到一个高频衰减结束点为一个衰减波段。需要说明的是，经过第一约束条件可获得多个衰减波段，每个衰减波段在后续过程中均以相同的约束条件进行处理，获得噪声异常点，在此仅以一段衰减波段进行表述说明。在本发明实施例中，幅值倍数设置为2，邻域范围设置为（1，-1）。
29.（2）第二约束条件，用于限制高频幅值凸激点到高频衰减结束点之间的信号点的幅值为连续递减状态，具体包括：若高频信号上的信号点的后一时刻信号点幅值与该信号点的幅值差值为负数，则认为满足连续递减状态。
30.（3）第三约束条件用于限制高频幅值凸激点到高频衰减结束点之间的信号点的幅值递减满足高频高斯分布。因为每个衰减波段为一个递减过程，因此高频高斯分布选用普通高斯函数峰值右侧递减段，高斯函数为本领域技术人员熟知的现有技术，可通过高频幅值凸激点和高频衰减结束点对应的幅值和时间进行获取。第三约束条件的具体表达式包括：括：括：其中，为所述高频高斯分布的函数模型，为第信号点的时域信息，为所述高频幅值凸激点的时域信息，为所述高频衰减结束点的时域信息，为以自然常数为底的指数函数，为所述高频幅值凸激点的幅值，为误差调整函数，为第信号点的幅值，为所述高频幅值凸激点到所述高频衰减结束点之间的信号点数量。即第三约束条件本质为：认为高频高斯分布对应的幅值为标准幅值，若高频信号中的信号点对应的幅值在标准幅值的误差范围内，则认为该信号点满足第三约束条件。
31.通过标准振动衰减约束条件对高频信号上每个信号点进行判断，满足约束条件的即为正常信号点，否则为噪声信号点。优选的，具体筛选噪声信号点的过程包括：利用第一约束条件、第二约束条件和第三约束条件依次对高频信号的每个信号点进行检测过程。检测过程在时域上逐个对高频信号的信号点进行检测。即先利用第一约束条件确定每个衰减波段，然后利用第二约束条件对衰减波段上的信号点进行递减性判断，若出现非递减信号，则认为出现了异常信号点；否则继续利用第三约束条件对每个信号点的具体递减状态进行判断，若满足高频高斯分布则认为是正常信号点，否则认为是异常信号点。
32.若检测过程检测出异常信号点，则记录异常信号点的位置并跳过异常信号点继续执行检测过程。
33.若出现连续预设数量个异常信号点，则将连续的异常信号点认为是正常信号点。反之，则认为异常信号点是噪声信号点。需要说明的是，连续出现多个异常信号点说明该连
续异常信号点组成的波段为异常波段，该波段的异常信息需要在控制终端中进行分析，并非是出现的噪声点，因此仍认为该异常波段对应的信号点为正常信号点。
34.步骤s3：获得噪声信号点的与高频幅值凸激点的第一时域信息差异，根据噪声信号点的时域位置获得高频高斯分布中对应的标准幅值，获得噪声信号点与标准幅值的第一幅值差异，根据第一幅值差异和第一时域信息差异获得高频修正参考指标；获得低频信号的低频高频幅值凸激点、低频高频衰减结束点和低频高斯分布，获得噪声信号点在低频信号中的对应信号点的第二时域信息差异和第二幅值差异，根据第二幅值差异和第二时域信息差异获得低频修正参考指标；若低频修正参考指标大于高频修正参考指标，则以低频信号中对应信号点的幅值作为高频信号中噪声信号点的幅值，获得调制信号；将调制信号传输至接收端。
35.因为高频信号和低频信号中存在不同含量不同位置的噪声信号，其中高频信号的噪声较少，但是在振动衰减波段仍会受到噪声影响导致幅值异常，而高频信号中的异常位置在低频信号中可能并不会呈现异常，在低频信号中更符合振动信号的衰减规律，因此可通过对比高频信号中噪声信号点呈现出的特征和对应时域位置上低频信号呈现出的特征，根据对比结果判断是否对噪声信号点进行幅值调制。
36.高频信号对于一个波段振动的起始位置处信息更多，且信息更加准确；低频信号对于一个波段振动的后续衰减位置处的信息更多，且相对于高频信息更准确。因此噪声信号点在一个衰减波段上的位置和相对于标准幅值的差异都能够体现噪声点在信号上的特征。分别获得噪声信号点在高频信号中的高频修正参考指标和对应时域位置在低频信号中的低频修正参考指标，具体包括：利用高频修正参考指标公式获得高频修正参考指标，高频修正参考指标公式包括：其中，为高频修正参考指标，为自然常数，为第个噪声信号点的时域信息，为高频幅值凸激点的时域信息，为第个噪声信号点的幅值，为第个噪声信号点在高频高斯分布中对应的标准幅值。
37.利用低频修正参考指标公式获得低频修正参考指标，低频修正参考指标公式包括：其中，为低频修正参考指标，为自然常数，为第个噪声信号点的时域信息，为低频高频幅值凸激点的时域信息，为噪声信号点在低频信号中的对应信号点的幅值，为对应信号点在低频高斯分布中对应的标准幅值。
38.需要说明的是，在计算低频修正参考指标时，需要预先获得低频信号的低频高频幅值凸激点、低频高频衰减结束点和低频高斯分布。获取方法与高频信号对应参数的获取方法一致，在此不做赘述。
39.若低频修正参考指标大于高频修正参考指标，则说明在高频信号中的噪声信号点的时域位置上，低频信号的特征更符合标准分布，信息更加准确，因此以低频信号中对应信号点的幅值作为高频信号中噪声信号点的幅值，实现幅值调制，获得调制信号。
40.若低频修正参考指标不大于高频修正参考指标，则说明此处出现明显异常，并非噪声，不需要做调制处理，即保留此处的异常信息，给后续的控制终端提供分析。
41.调制信号是以高频特征为基础，低频特征作为修正的信号，内部的噪声较少，信息特征较为明显，在传输过程中不容易出现信息模糊的情况。需要说明的是，在对控制终端传输信号时，需要将调制信号与其他子过程产生的信号共同进行传输，因为电控装置控制喷油正时的主要发生时间是在调制信号对应的时序过程中，因此在传输时对于调制信号的采样点数量应设置的较多，保证信息的完整性。优选的，在信号传输过程可根据传输质量对采样点数量进行调整，具体包括：利用预设初始数量的采样点在调制信号上进行采样并进行二进制编码传输，传输至信号接收端获得接收信号。以调制信号与接收信号的长度比值作为压缩率。获得调制信号每个信号点的幅值与接收信号每个信号点的幅值的比值，以平均比值作为失真率。将压缩率和失真率加权求和获得编码误差指标。若编码误差指标大于预设指标阈值，则增大采样点的数量，直至编码误差指标不大于指标阈值。需要说明的是，压缩率权重、失真率权重和指标阈值均可根据具体实施场景中控制终端的运算能力进行调整，即运算能力越大，越使用较多的采样点，具体数值在此不做限定。
42.综上所述，本发明实施例获得单缸柴油机进气门落座过程到缸燃烧爆发过程中的缸体振动信号，将缸体振动信号分为高频信号和低频信号。通过标准振动衰减约束条件筛选出高频信号中的噪声信号点。获得噪声信号点的时域位置下在高频信号中的高频修正参考指标和在低频信号中的低频修正参考指标，进而判断是否需要进行幅值调制。本发明实施例通过低频信号对高频信号中噪声信号点进行幅值调制，使得调制信号中的信息更完整，实现了对信号接收端的高质量数字信息传输。
43.需要说明的是：上述本发明实施例先后顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
44.本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
45.以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。