发动机的爆震检测方法、系统、设备和介质与流程

本发明涉及发动机ecu(electroniccontrolunit，电子控制单元)的点火控制技术领域，特别涉及发动机的爆震检测方法、系统、设备和介质。

背景技术：

爆震检测对发动机运行的安全性有重大影响，爆震检测漏检会导致发动机爆震时不能被及时发现，损害发动机，并且爆震检测误检测即把正常燃烧检测为爆震，会导致点火角提前，降低燃油经济性，因此，实现精确的爆震检测对发动机运行的安全性和经济性具有很重要的意义。正常燃烧时，喷油器的工作也会带来爆震传感器的振动，由于前一气缸的喷油器动作的振动噪声会干扰爆震检测，造成误检测。

通常情况下，发动机厂商将喷油时间与爆震检测窗口设置为时间不重叠的形式。这样可以从发生时间上避免喷油振动干扰爆震检测，避免误检测，但是这样会牺牲部分发动机性能。而且，在燃料多段喷射的发动机上，上一气缸的喷油时间与下一气缸的燃烧窗口经常重叠难以区分，造成爆震误检测。

在日本专利局的技术文献特開2005-042583中，公开了一种爆震检测方法。在该方法中，首先根据曲轴转角信号计算出爆震窗口，然后对通过多带通滤波器之后的爆震传感器信号提取特征，将得到的特征与之前存储的正常燃烧特征量进行相关性计算，最后根据相关性计算结果来判定是否发生了爆震。

通常情况下，这种爆震检测方法可以取得很好的效果。但是，该方法并没有针对喷油器振动特征和其振动变化模式做单独分析，如果发动机前一气缸喷油时间与爆震检测窗口重叠时，由于喷油时刻的噪声很大，混入爆震检测窗口后会造成爆震误检测。另外，即使发动机转速和吸气气压维持不变，在燃油喷射量变化(a/f变化)和燃油压力波动时，喷射振动模式也会发生变化，造成爆震误检测。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供发动机的爆震检测方法、系统、设备和介质，确定由喷油器引起的振动信号，并且在爆震传感器信号中，滤除由喷油器引起的振动信号，从而可以排除喷油器的振动干扰，解决由于喷油时间与爆震检测窗口重叠而造成爆震误检测的问题。

本发明公开了一种发动机的爆震检测方法，方法包括：

确定由喷油器引起的振动信号；

在爆震传感器信号中，滤除由所述喷油器引起的所述振动信号；

根据滤除后的信号，检测是否发生爆震。

可选地，确定由所述喷油器引起的所述振动信号包括，

对只喷油不点火无燃烧情况下的喷油器实验信号中的喷油器振动部分进行拟合；

对喷油时间与爆震窗口不重叠情况下的爆震传感器实验信号中的爆震振动部分进行拟合；

基于拟合的结果，采用机器学习方法进行训练，以生成与由所述喷油器引起的所述振动信号相对应的滤波模型。

可选地，所述机器学习方法为决策树算法。

可选地，根据喷油脉宽信号，修正所述滤波模型。

可选地，根据燃油歧管压力信号，修正所述滤波模型。

可选地，在所述爆震传感器信号中，滤除由所述喷油器引起的所述振动信号包括，将所述爆震传感器信号输入所述滤波模型，以输出所述滤除后的信号。

可选地，由所述喷油器引起的所述振动信号包括，所述喷油器开启阀门时引起的所述振动信号、所述喷油器关闭阀门时引起的所述振动信号、以及所述喷油器喷油时引起的所述振动信号。

本发明公开了一种发动机的爆震检测系统，系统包括：

确定模块，用于确定由喷油器引起的振动信号；

滤除模块，用于在爆震传感器信号中，滤除由所述喷油器引起的所述振动信号；

检测模块，用于根据滤除后的信号，检测是否发生爆震。

可选地，确定模块用于对只喷油不点火无燃烧情况下的喷油器实验信号中的喷油器振动部分进行拟合；对喷油时间与爆震窗口不重叠情况下的爆震传感器实验信号中的爆震振动部分进行拟合；基于拟合的结果，采用机器学习方法进行训练，以生成与由所述喷油器引起的所述振动信号相对应的滤波模型。

可选地，所述机器学习方法为决策树算法。

可选地，根据喷油脉宽信号，修正所述滤波模型。

可选地，根据燃油歧管压力信号，修正所述滤波模型。

可选地，滤除模块用于将所述爆震传感器信号输入所述滤波模型，以输出所述滤除后的信号。

可选地，由所述喷油器引起的所述振动信号包括，所述喷油器开启阀门时引起的所述振动信号、所述喷油器关闭阀门时引起的所述振动信号、以及所述喷油器喷油时引起的所述振动信号。

本发明公开了一种发动机的爆震检测设备，设备包括存储有计算机可执行指令的存储器和处理器，处理器被配置为执行指令以实施发动机的爆震检测方法，方法包括：

确定由喷油器引起的振动信号；

在爆震传感器信号中，滤除由所述喷油器引起的所述振动信号；

根据滤除后的信号，检测是否发生爆震。

本发明公开了一种使用计算机程序编码的计算机存储介质，计算机程序包括指令，指令被一个以上的计算机执行以实施发动机的爆震检测方法，方法包括：

确定由喷油器引起的振动信号；

在爆震传感器信号中，滤除由所述喷油器引起的所述振动信号；

根据滤除后的信号，检测是否发生爆震。

本发明实施方式与现有技术相比，主要区别及其效果在于：

在本发明中，确定由喷油器引起的振动信号，并且在爆震传感器信号中，滤除由喷油器引起的振动信号，从而可以排除喷油器的振动干扰，解决由于喷油时间与爆震检测窗口重叠而造成爆震误检测的问题。

在本发明中，对只喷油不点火无燃烧情况下的喷油器实验信号中的喷油器振动部分进行拟合，对喷油时间与爆震窗口不重叠情况下的爆震传感器实验信号中的爆震振动部分进行拟合，基于拟合的结果，采用机器学习方法进行训练，以生成与由所述喷油器引起的所述振动信号相对应的滤波模型，从而可以通过大量的实验数据和机器学习方法来确定由喷油器引起的振动信号。

在本发明中，根据喷油脉宽信号和燃油歧管压力信号，修正滤波模型，从而可以进一步提高确定由喷油器引起的振动信号的准确性。

在本发明中，由喷油器引起的振动信号包括，喷油器开启阀门时引起的振动信号、喷油器关闭阀门时引起的振动信号、以及喷油器喷油时引起的振动信号，从而可以进一步细分由喷油器引起的振动信号，提高确定由喷油器引起的振动信号的准确性。

附图说明

图1是示出实现发动机的爆震检测方法的发动机系统的结构示意图；

图2是示出由喷油器引起的振动对爆震传感器信号的影响的示意图；

图3是示出当喷油时间与爆震窗口重叠时，通过多带通滤波器之后的爆震传感器信号的示意图；

图4是示出发动机的爆震检测方法的流程示意图；

图5是示出对只喷油不点火无燃烧情况下的喷油器实验信号中的喷油器振动部分进行拟合的示意图；

图6是示出根据喷油脉宽信号和燃油歧管压力信号进行修正的示意图；

图7是示出发动机的爆震检测方法的框图示意图；

图8是示出发动机的爆震检测方法的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

根据本发明实施方式，提供了一种发动机的爆震检测方法的实施方式，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

本申请方式所提供的方法实施方式可以在发动机系统中执行，例如，可以在发动机系统的ecu中执行。但是，可以理解，本申请方式所提供的方法实施方式也可以在发动机系统的其他单元中执行，在此不做限制。

图1是示出实现发动机的爆震检测方法的发动机系统的结构示意图。具体地，如图1所示，发动机系统包括ecu、气缸、活塞、曲轴、喷油器、点火器、进气阀、排气阀、节气阀、爆震传感器、曲轴转角传感器、燃油歧管压力传感器等。其中，进入气缸内的气体燃烧，带动活塞作循环往复运动。与活塞相连接的曲轴配置有曲轴转角传感器，基于曲轴转角信号，可以得到活塞运动的位置、速度和发动机的转速。气缸上配置有可以检测爆震现象的爆震传感器，爆震传感器可以为加速度型传感器，爆震传感器信号可以为气缸机体的振动信号。ecu通过can总线与发动机系统的各个传感器和执行机构相连。ecu接收爆震传感器、曲轴转角传感器、燃油歧管压力传感器等的信号，然后经过内部程序计算输出爆震检测结果。本申请方式所提供的方法实施方式可以储存于ecu内部。

图2是示出由喷油器引起的振动对爆震传感器信号的影响的示意图，其中包括在某号气缸的一个运行周期内的气缸压力传感器信号、喷油器驱动信号和爆震传感器信号。该爆震传感器为加速度型传感器，其记录了在发动机运行中气缸机体所有的振动信号。

具体地，如图2所示，爆震传感器信号中包括两段振动比较大的数据。第一段发生在气缸压力很大的区域，该段振动是由异常燃烧的爆震引起的，另一段发生在喷油器驱动信号开启和关闭的区域，该段振动是由喷油器引起的。通常情况下，将喷油器的喷油时间与爆震检测窗口设置为不重叠，从而只检测第一段即可实现爆震检测。但是，发动机采用多段喷射等方式时，喷油时间与爆震检测窗口极易发生重叠。此时，检测程序会将正常燃烧时由喷油器引起的振动检测为爆震，造成爆震误检测。

图3是示出当喷油时间与爆震窗口重叠时，通过多带通滤波器之后的爆震传感器信号的示意图。具体地，如图3所示，纵轴为各个带通滤波器带宽起始位的频率值，横轴为发动机的曲轴转角，图中的整体数据为爆震传感器信号通过各个带通滤波器之后得到的结果图，其中矩形框中的数据为由喷油器引起的振动信号。由图3可知，如果喷油时间与爆震检测窗口重叠，由于喷油时刻的噪声很大，混入爆震检测窗口后会造成爆震误检测。另外，即使发动机转速和吸气气压维持不变，在燃油喷射量变化(a/f变化)和燃油压力波动时，喷射振动模式也会发生变化，造成爆震误检测。

本发明的第一实施方式涉及一种发动机的爆震检测方法。图4是示出发动机的爆震检测方法的流程示意图。

具体地，如图4所示，方法400包括：

步骤402，确定由喷油器引起的振动信号；

步骤404，在爆震传感器信号中，滤除由喷油器引起的振动信号；

步骤406，根据滤除后的信号，检测是否发生爆震。

其中，方法400可以在发动机系统中执行，例如，可以在发动机系统的ecu中执行。

本发明可以排除喷油器的振动干扰，解决由于喷油时间与爆震检测窗口重叠而造成爆震误检测的问题。

可选地，确定由喷油器引起的振动信号包括，

对只喷油不点火无燃烧情况下的喷油器实验信号中的喷油器振动部分进行拟合；

对喷油时间与爆震窗口不重叠情况下的爆震传感器实验信号中的爆震振动部分进行拟合；

基于拟合的结果，采用机器学习方法进行训练，以生成与由所述喷油器引起的所述振动信号相对应的滤波模型。

可选地，由喷油器引起的振动信号包括，喷油器开启阀门时引起的振动信号、喷油器关闭阀门时引起的振动信号、以及喷油器喷油时引起的振动信号。

其中，喷油器开启阀门时引起的振动信号和喷油器关闭阀门时引起的振动信号，一般是由机械部件撞击引起的振动信号，而喷油器喷油时引起的振动信号，一般是由燃油压力变化引起的振动信号。

其中，根据曲轴转角信号，确定喷油器处于开启阀门阶段、关闭阀门阶段或者喷油阶段。

本发明可以进一步细分由喷油器引起的振动信号，提高确定由喷油器引起的振动信号的准确性。

图5是示出对只喷油不点火无燃烧情况下的喷油器实验信号中的喷油器振动部分进行拟合的示意图，其中只喷油不点火无燃烧情况下的喷油器实验信号通过实验取得，其可以指示只喷油不点火无燃烧情况下由喷油器引起的振动。实验中，在发动机某一转速下，喷油器的喷油量设置为某扭矩输出情况下的空燃比14.7的喷油量，在喷油器完成喷油后，不点火，获得喷油器实验信号。由于不点火，因此可以避免燃烧噪声混入喷油器实验信号，从而可以提高确定由喷油器引起的振动信号的准确性。之后，在不同转速和不同扭矩情况下，分别获得喷油器实验信号。基于喷油器驱动信号的开闭时间，将所有的喷油器实验信号分成三段，然后分别拟合。具体地，如图5所示，喷油器实验信号被分成三段，即阀门开启、喷油和阀门关闭。可以理解，也可以采用其他空燃比进行实验，在此不做限制。

其中，采用多项式，对被分成三段的只喷油不点火无燃烧情况下的喷油器实验信号中的喷油器振动部分进行拟合。例如，

其中，x1是曲轴角度，x2是频率数，y1是喷油器开启阀门时引起的振动信号的幅值，y2是喷油器喷油时引起的振动信号的幅值，y3是喷油器关闭阀门时引起的振动信号的幅值。

可以理解，也可以采用其他拟合方法来对只喷油不点火无燃烧情况下的喷油器实验信号中的喷油器振动部分进行拟合，在此不做限制。

其中，类似地，喷油时间与爆震窗口不重叠情况下的爆震传感器实验信号通过实验取得，其可以指示喷油时间与爆震窗口不重叠情况下由爆震引起的振动。

其中，采用多项式，对喷油时间与爆震窗口不重叠情况下的爆震传感器实验信号中的爆震振动部分进行拟合。

可以理解，也可以采用其他拟合方法来对喷油时间与爆震窗口不重叠情况下的爆震传感器实验信号中的爆震振动部分进行拟合，在此不做限制。

其中，基于拟合的结果，采用机器学习方法进行训练，以生成与由喷油器引起的振动信号相对应的滤波模型，从而可以确定由喷油器引起的振动信号。

可选地，机器学习方法为决策树算法。但是，可以理解，也可以采用其他机器学习方法进行训练，在此不做限制。

本发明可以通过大量的实验数据和机器学习方法来确定由喷油器引起的振动信号。

可选地，根据喷油脉宽信号，修正滤波模型。

其中，喷油脉宽指示喷油器每次喷油的时间长度，喷油脉宽越大，燃油浓度越高。

可选地，根据燃油歧管压力信号，修正滤波模型。

其中，燃油歧管压力与温度有关，温度越高，燃油歧管压力越大。

图6是示出根据喷油脉宽信号和燃油歧管压力信号进行修正的示意图，其中修正采用实验拟合的方法。具体地，如图6所示，在上图中，横轴为某转速下不同喷油脉宽导致的不同喷油量的数列，例如是{m13,m14,m14.,m15,m16}，其中下标为不同空燃比，纵轴为不同喷油量时平均振动量与空燃比14.7时的比值数列，例如是通过例如样条拟合，可以得出喷油量与振动修正量的关系，即喷油脉宽与振动修正量的关系。通过该关系，可以修正滤波模型。但是，可以理解，通过该关系，也可以修正实际的爆震传感器信号，再将修正后的爆震传感器信号输入滤波模型，以输出滤除后的信号。另外，可以理解，也可以基于该关系和上述的拟合的结果，采用机器学习方法进行训练，以生成滤波模型。可以理解，也可以采用其他空燃比进行实验，在此不做限制。

在下图中，横轴为某转速下不同燃油歧管压力的数列，例如是{p9,p10,p11,p12}，其中下标为不同歧管压力，纵轴为不同歧管压力时平均振动量的数列，例如是{v9,v10,v11,v12}。通过例如最小二乘法直线拟合，可以得出燃油歧管压力与振动修正量的关系。通过该关系，可以修正滤波模型。但是，可以理解，通过该关系，也可以修正实际的爆震传感器信号，再将修正后的爆震传感器信号输入滤波模型，以输出滤除后的信号。另外，可以理解，也可以基于该关系和上述的拟合的结果，采用机器学习方法进行训练，以生成滤波模型。

本发明可以进一步提高确定由喷油器引起的振动信号的准确性。

可选地，在爆震传感器信号中，滤除由喷油器引起的振动信号包括，将爆震传感器信号输入滤波模型，以输出滤除后的信号。

图7是示出发动机的爆震检测方法的框图示意图。具体地，如图7所示，首先，通过实验1获得只喷油不点火无燃烧情况下的喷油器实验信号，并且对只喷油不点火无燃烧情况下的喷油器实验信号中的喷油器振动部分进行拟合。其次，通过实验2获得喷油时间与爆震窗口不重叠情况下的爆震传感器实验信号，并且对喷油时间与爆震窗口不重叠情况下的爆震传感器实验信号中的爆震振动部分进行拟合。再次，基于拟合的结果，采用机器学习方法进行训练，以生成与由喷油器引起的振动信号相对应的滤波模型。再次，根据喷油脉宽信号和燃油歧管压力信号，修正滤波模型。再次，将爆震传感器信号输入滤波模型，以输出滤除后的信号。最后，根据滤除后的信号，检测是否发生爆震。

本发明的第二实施方式涉及一种发动机的爆震检测系统。图8是示出发动机的爆震检测方法的结构示意图。

如图8所示，系统800包括：

确定模块802，用于确定由喷油器引起的振动信号；

滤除模块804，用于在爆震传感器信号中，滤除由喷油器引起的振动信号；

检测模块806，用于根据滤除后的信号，检测是否发生爆震。

可选地，确定模块802用于对只喷油不点火无燃烧情况下的喷油器实验信号中的喷油器振动部分进行拟合；对喷油时间与爆震窗口不重叠情况下的爆震传感器实验信号中的爆震振动部分进行拟合；基于拟合的结果，采用机器学习方法进行训练，以生成与由喷油器引起的振动信号相对应的滤波模型。

可选地，机器学习方法为决策树算法。

可选地，根据喷油脉宽信号，修正滤波模型。

可选地，根据燃油歧管压力信号，修正滤波模型。

可选地，滤除模块804用于将爆震传感器信号输入滤波模型，以输出滤除后的信号。

可选地，由喷油器引起的振动信号包括，喷油器开启阀门时引起的振动信号、喷油器关闭阀门时引起的振动信号、以及喷油器喷油时引起的振动信号。

第一实施方式是与本实施方式相对应的方法实施方式，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。

本发明的第三实施方式涉及一种发动机的爆震检测设备，设备包括存储有计算机可执行指令的存储器和处理器，处理器被配置为执行指令以实施发动机的爆震检测方法，方法包括：

确定由喷油器引起的振动信号；

在爆震传感器信号中，滤除由喷油器引起的振动信号；

根据滤除后的信号，检测是否发生爆震。

第一实施方式是与本实施方式相对应的方法实施方式，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。

本发明的第四实施方式涉及一种使用计算机程序编码的计算机存储介质，计算机程序包括指令，指令被一个以上的计算机执行以实施发动机的爆震检测方法，方法包括：

确定由喷油器引起的振动信号；

在爆震传感器信号中，滤除由喷油器引起的振动信号；

根据滤除后的信号，检测是否发生爆震。

第一实施方式是与本实施方式相对应的方法实施方式，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。

需要说明的是，本发明的各方法实施方式均可以以软件、硬件、固件等方式实现。不管本发明是以软件、硬件、还是固件方式实现，指令代码都可以存储在任何类型的计算机可访问的存储器中(例如永久的或者可修改的，易失性的或者非易失性的，固态的或者非固态的，固定的或者可更换的介质等等)。同样，存储器可以例如是可编程阵列逻辑(programmablearraylogic，简称“pal”)、随机存取存储器(randomaccessmemory，简称“ram”)、可编程只读存储器(programmablereadonlymemory，简称“prom”)、只读存储器(read-onlymemory，简称“rom”)、电可擦除可编程只读存储器(electricallyerasableprogrammablerom，简称“eeprom”)、磁盘、光盘、数字通用光盘(digitalversatiledisc，简称“dvd”)等等。

需要说明的是，本发明各设备实施方式中提到的各单元/模块都是逻辑单元/模块，在物理上，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现，这些逻辑单元本身的物理实现方式并不是最重要的，这些逻辑单元所实现的功能的组合才是解决本发明所提出的技术问题的关键。此外，为了突出本发明的创新部分，本发明上述各设备实施方式并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，这并不表明上述设备实施方式并不存在其它的单元。

需要说明的是，在本专利的权利要求和说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

虽然通过参照本发明的某些优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。