對振動和噪聲發動機瞬時轉速測量的研究分析

張瀟文

摘 要：轉速是發動機最重要性能參數之一，汽車實際運行中其轉速存在一定變化規律，波動轉速蘊含豐富信息，可綜合反映汽車發動機實時工作狀況，基于此需通過轉速判斷發動機性能具有重要實際意義。文章就振動和噪聲信號為依據進行發動機轉速測量研究，從振動和噪聲中提取有效信息，并設計一種將振動和造成信號作為測量依據的轉速測量計，作為后續相關研究參考。

關鍵詞：振動；噪聲；發動機；瞬時轉速；測量

1 振動和噪聲法測轉速概述

科學研究表明振動和噪聲與發動機轉速間存在一定關系，基于此可將其振動和噪聲作為依據進行發動機轉速測量依據。汽車發動機工作過程中氣缸內壓力處于動態變化中。氣缸活塞往復運動以及曲軸旋轉形成的慣性力存在周期性函數關系，同時這些慣性力也是產生噪聲和振動的關鍵所在，因此通過噪聲和振動測量發動機轉速具有一定理論依據。通過生噪聲和振動測量發動機轉速過程中可發現發動機內部異常情況，一舉多得。在實際設計過程中可采集發動機缸蓋處的振動信息及噪聲信息，并將采集到的信息進行比對處理，得出信息處理結果。從可行性和有效性上看利用振動和噪聲進行發動機轉速信息測量不僅具有一定精度，且在操作上快速方便。將振動和噪聲作為測量依據不僅可提升測量結果可靠性，還可為后續測量做足準備，如在缺少轉速計或無法獲得轉速信號情況下便可通過振動和噪聲進行轉速分析。

2 振動和噪聲測量發動機瞬時轉速系統方案

前文已經敘述通過振動和噪聲進行汽車發動機信號測量具有一定可行性，且可通過該種方式判斷發動機性能現狀。實際設計中要求振動和噪聲測量系統具有結構簡單、體積小、便于攜帶、精度高等特點，因此在設計中需結合單片機或DSP作為控制程序，本文研究的振動和噪聲測量系統選取合適數字處理器作為設計基礎，系統測量方案流程見圖1。

2.1 傳感器的選型

傳感器是收集信號的重要裝置，振動和噪聲測量發動機瞬時轉速系統中，完整傳感器裝置組成圖見圖2。根據實際情況其組成存在一定差異。如對于精度要求不高的傳感器裝置其中間裝置可相應減少，對精度較高的傳感器裝置可在中間添加某些環節。

傳感器對振動和噪聲信號收集與發動機工作過程中輸出信號與汽車位移、速度、加速度等有一定關系。汽車發動機振動信號頻率帶在傳感器量測極限范圍內，因此實際測量中應結合汽車發動機性能與工作實際情況進行選擇。例如本文研究振動和噪聲測量系統時經過對比、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收集信號進行預處理，其中包括信號放大處理，因此使用該傳感器無需添加信號放大器。ZD-24傳感器具有片狀磁體裝置，可吸附于磁性物質上，可促使其探頭與發動機缸蓋緊密連接于一起。發動機主體結構為鐵質材料，因此使用該傳感器可確保傳感器與發動機有效接觸。ZD-24傳感器在測量過程中其探頭測量方向與振動方向平行，當被測物體出現振動和噪聲等情況時傳感器可隨之振動，安裝于傳感器探頭內敏感元件便可有效感知振動，產生電信號，經電路被輸出。

2.2 安裝點選取

測點選擇與測量質量息息相關，與后續測量處理工作有重要關系。作為信號收集核心點，安裝點是提取振動和噪聲信號的窗口。選擇安裝點時需遵循兩個原則，其一是充分反映被測對象實際狀況，且信號穩定，對發動機故障信息較為敏感；其二是安裝點便于安裝測試，且不會對發動機運行造成影響，通過對發動機各部分進行研究分析發現缸蓋及機身部位較為敏感，對比機身和缸蓋部位發現，這兩個部位信號接收結果存在一定不同，缸蓋部位傳感器更易接收到發動機運行信號，信息量更為豐富，因此可將安裝點選取在缸蓋部位。

2.3 振動信號分析方法

汽車發動機缸蓋傳感器受到振動和噪聲信號影響會收集到相關信息，對分析結果有用的信息受到多種因素干擾，因此需要對收集到的信號進行分析處理。信號分析主要指將收集到的信號進行有效解讀，得出需要的結果，在分析過程中可將收集到的信號看作多種單個信號的分量之和，可通過分量組成情況考察信號特征。信號處理主要指將一個信號加工成另一個信號的過程。信號測量過程中需要將信號分析和信號處理結合起來，在信號收集后需要分析信號組成，提取有效信息，在實際測量過程中可通過頻域內分析方法、時域內分析方法等進行信息分析。

由于汽車發動機振動和噪聲收集過程中具有一定隨機性，無法對其進行人為掌控，因此受到傳感器精度限制，振動及噪聲信號較為復雜，頻帶分布寬，且振動信號和噪聲信號與有用信號相關性較小，在實際分析中可找到結合振動信號和噪聲信號的周期性，強化信號分析作用，相較于其他濾波方法，相關分析具有簡單便捷、準確性較高特點，可有效提升收集信息任意頻段噪聲，快速得出結果。

3 結束語

發動機轉速是其綜合性能重要組成部分，測量發動機轉速對汽車發動機研究有重要推動作用。轉速變化存在一定規律，測量發動機瞬時轉速獲得相關參數已經成為判斷發動機性能及故障檢測重要手段。通過檢測發動機振動和噪聲可有效檢測發動機瞬時轉速，從而獲得有效信息。在發動機上安裝傳感器及數據分析裝置，并結合科學的數據處理方式獲取有用信息，從而獲得發動機瞬時轉速有效信息。

參考文獻

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