一种发动机状态的确定方法及装置

技术领域

本申请涉及发动机技术领域，具体涉及一种发动机状态的确定方法及装置。

背景技术

发动机失火会导致未点燃的可燃气体随着排气进入后处理装置，在负荷较大的情况下，发动机排放温度较高，则会点燃该部分可燃气导致后处理装置温度急剧增加引起损坏，甚至会导致汽车自燃，存在极大的安全隐患。

目前，以曲轴转速的变化来进行发动机失火诊断，这种方法数据量较大，无法准确的进行发动机失火诊断，导致发动机失火诊断的识别准确率较低。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种发动机状态的确定方法及装置，能够提高发动机处于失火状态的识别准确率。

为解决上述问题，本申请提供的技术方案如下：

第一方面，本申请提供一种发动机状态的确定方法，所述方法包括：

获取所述发动机的待检测缸的振动信号；

对所述振动信号进行处理，得到谐次振动幅值；

若所述谐次振动幅值大于标准振动幅值，则确定所述发动机的状态为失火故障状态。

在一种可能实现的方式中，所述谐次振动幅值包括第一谐次振动幅值和第二谐次振动幅值，所述标准振动幅值包括第一标准振动幅值和第二标准振动幅值，所述若所述谐次振动幅值大于标准振动幅值，则确定所述发动机的状态为失火故障状态，包括：

若所述第一谐次振动幅值大于所述第一标准振动幅值且所述第二谐次振动幅值大于所述第二标准振动幅值，则确定所述发动机的状态为单缸失火故障状态；

若所述第一谐次振动幅值不大于所述第一标准振动幅值且所述第二谐次振动幅值大于所述第二标准振动幅值，则确定所述发动机的状态为双缸失火故障状态。

在一种可能实现的方式中，所述确定所述发动机的状态为失火故障状态后，所述方法还包括：

对所述第一谐次振动幅值和所述第二谐次振动幅值进行低通滤波处理，得到滤波振动幅值；

获取所述待检测缸的点火上止点；

根据所述点火上止点确定能量检测窗口；

计算所述能量检测窗口中所述滤波振动幅值的平均滤波幅值；

将所述平均幅值与标准平均幅值的比值作为检测值；

根据所述检测值与预设阈值的比较结果确定失火缸。

在一种可能实现的方式中，所述根据所述点火上止点确定能量检测窗口，包括：

将所述点火上止点至所述点火上止点后30度的区间设置为能量检测窗口。

在一种可能实现的方式中，所述方法还包括：

若所述发动机的状态为失火故障状态，则发出告警信息。

第二方面，本申请提供一种发动机状态的确定装置，所述装置包括：

第一获取模块，用于获取所述发动机的待检测缸的振动信号；

第一处理模块，用于对所述振动信号进行处理，得到谐次振动幅值；

第一确定模块，用于若所述谐次振动幅值大于标准振动幅值，则确定所述发动机的状态为失火故障状态。

在一种可能实现的方式中，所述谐次振动幅值包括第一谐次振动幅值和第二谐次振动幅值，所述标准振动幅值包括第一标准振动幅值和第二标准振动幅值，所述第一确定模块，具体用于：

若所述第一谐次振动幅值大于所述第一标准振动幅值且所述第二谐次振动幅值大于所述第二标准振动幅值，则确定所述发动机的状态为单缸失火故障状态；

若所述第一谐次振动幅值不大于所述第一标准振动幅值且所述第二谐次振动幅值大于所述第二标准振动幅值，则确定所述发动机的状态为双缸失火故障状态。

在一种可能实现的方式中，所述确定所述发动机的状态为失火故障状态后，所述装置还包括：

第二处理模块，用于对所述第一谐次振动幅值和所述第二谐次振动幅值进行低通滤波处理，得到滤波振动幅值；

第二获取模块，用于获取所述待检测缸的点火上止点；

第二确定模块，用于根据所述点火上止点确定能量检测窗口；

计算模块，用于计算所述能量检测窗口中所述滤波振动幅值的平均滤波幅值；

检测值获取模块，用于将所述平均幅值与标准平均幅值的比值作为检测值；

第三确定模块，用于根据所述检测值与预设阈值的比较结果确定失火缸。

在一种可能实现的方式中，所述第二确定模块，具体用于将所述点火上止点至所述点火上止点后30度的区间设置为能量检测窗口。

在一种可能实现的方式中，所述装置还包括：

告警模块，用于若所述发动机的状态为失火故障状态，则发出告警信息。

第三方面，本申请提供一种发动机状态的确定设备，包括：处理器、存储器、系统总线；

所述处理器以及所述存储器通过所述系统总线相连；

所述存储器用于存储一个或多个程序，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当被所述处理器执行时使所述处理器执行上述第一方面所述的发动机状态的确定方法。

第四方面，本申请提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令，当所述指令在终端设备上运行时，使得所述终端设备执行上述第一方面所述的一种发动机状态的确定方法。

由此可见，本申请具有如下有益效果：

本申请提供的一种发动机状态的确定方法及装置，获取所述发动机的待检测缸的振动信号；对所述振动信号进行处理，得到谐次振动幅值；若所述谐次振动幅值大于标准振动幅值，则确定所述发动机的状态为失火故障状态。如此，对发动机的待检测缸的振动信号进行处理得到谐振振动幅值，以谐振振动幅值与标准振动幅值的比较且过确定发动机是否处于失火故障状态，能够准确识别出发动机处于失火故障状态，提高了发动机所处状态的识别准确率，进而能够有效保护发动机。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种发动机状态的确实方法的流程示意图；

图2为本申请实施例提供的一种发动机状态的确定系统的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的正常燃烧状态下的发动机的0.5谐次振动幅值和1谐次振动幅值与单缸失火故障状态下的发动机的0.5谐次振动幅值和1谐次振动幅值的对比图；

图4为本申请实施例提供的发动机状态的诊断流程示意图；

图5为本申请实施例提供的确定失火缸的流程示意图；

图6为本申请实施例提供的2缸燃烧激励频谱图；

图7为本申请实施例提供的5缸燃烧激励频谱图；

图8为本申请实施例提供的能量检测窗口示意图；

图9为本申请实施例提供的一种发动机状态的确实装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。

在本申请中，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，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

为了便于理解和解释本申请实施例提供的技术方案，下面将先对本申请的背景技术进行说明。

目前已有的车辆发动机的失火诊断的方法为：通过角速度传感器获得发动机的角速度，通过加速度传感器获得伴随着车辆的垂直振动的加速度。将加速度与加速度阈值进行比较，以确定车辆是否行驶在起伏路上，并且诊断是否发生失火。在车辆行驶在起伏路上而没有强制失火的第一测试环境中以及在车辆在强制失火发生的状态下行驶在起伏路上的第二测试环境中获得失火诊断结果。目前的方式多以曲轴转速的变化来判断，算法工作量比较大，ECU处理能力有限，处理结果滞后，识别发动机是否处于失火故障状态的识别准确率较低，因此无法有效保护发动机。

基于此，本申请实施例提供一种发动机状态的确定方法及装置，获取所述发动机的待检测缸的振动信号；对所述振动信号进行处理，得到谐次振动幅值；若所述谐次振动幅值大于标准振动幅值，则确定所述发动机的状态为失火故障状态。如此，对发动机的待检测缸的振动信号进行处理得到谐振振动幅值，以谐振振动幅值与标准振动幅值的比较且过确定发动机是否处于失火故障状态，能够准确识别出发动机处于失火故障状态，提高了发动机所处状态的识别准确率，进而能够有效保护发动机。

为了便于理解本申请实施例提供的技术方案，下面结合附图对本申请实施例提供的一种发动机状态的确定方法及装置进行说明。

首先，需要说明的是，本申请实施例提供的发动机状态的确定方法，应用于具有发动机结构的车辆，本申请实施例不限定车辆的具体类型。参见图1，该图为本申请实施例提供的一种发动机状态的确实方法的流程示意图，该方法具体包括S101-S103。

S101：获取所述发动机的待检测缸的振动信号。

本申请不限定获取该振动信号的具体方式，在一种可能实现的方式中，可以通过爆震传感器获得该振动信号。参见图2，该图为本申请实施例提供的一种发动机状态的确定系统的结构示意图。该系统主要由爆震传感器、ECU装置、曲轴转速传感器和凸轮轴相位触感器组成。其中，爆震传感器用来采集发动机机体振动信号，即发动机气缸的振动信号；ECU装置用于进行数据处理和储存，曲轴转速传感器和凸轮轴相位传感器用于识别点火上止点。

作为一种举例，爆震传感器一般有两个，分别安装于6缸发动机的待检测缸2缸和待检测缸5缸的机体上部，用于采集采样点处的振动信号。爆震传感器实时将采集到的振动信号传输给ECU装置。

S102：对所述振动信号进行处理，得到谐次振动幅值。

在一种可能实现的方式中，所述对所述振动信号进行处理，包括：对所述振动信号进行傅里叶变换，将采集到的时域信号转变为频域信号。该谐次振动幅值包括第一谐次振动幅值和第二谐次振动幅值。以6缸发动机为例，发动机正常运转的过程中，其0.5谐次和1谐次是平衡的，对应的0.5谐次振动幅值和1谐次振动幅值数值较小。第一谐次振动幅值对应于0.5谐次振动幅值，第二谐次振动幅值对应于1谐次振动幅值。其中，谐次为转动频率的倍数或分数，谐次为0.5是表示0.5倍转频的振动，谐次为1是表示1倍转频的振动。若发动机的状态为失火故障状态，则失火缸的燃烧激励相对于其他缸会变得很小，发动机0.5谐次和1谐次的振动平衡被打破，0.5谐次振动幅值和1谐次振动幅值变大。

S103：若所述谐次振动幅值大于标准振动幅值，则确定所述发动机的状态为失火故障状态。

上述谐次振动幅值大于标准振动幅值，则表明发动机处于失火故障状态，其中，标准振动幅值为上一次循环获得的谐次振动幅值的预设倍数值，即发动机在正常燃烧状态下获得的振动幅值的预设倍数值。

具体的，参见图3，图3为本申请实施例中正常燃烧状态下的发动机的0.5谐次振动幅值和1谐次振动幅值与单缸失火故障状态下的发动机的0.5谐次振动幅值和1谐次振动幅值的对比，正常燃烧状态即发动机未发生失火。图3中将0.5谐次振动幅值简写为“0.5谐次”，将1谐次振动幅值简写为“1谐次”。由此可见，发动机处于单缸失火故障状态下，其0.5谐次振动幅值比正常燃烧状态下的0.5谐次振动幅值高10倍，1谐次振动幅值比正常燃烧状态下的1谐次振动幅值高2倍，差距较大，并且发动机在高负荷运转时差距会更加明显。周期性的采集发动机的振动信号及对该振动信号进行处理，将获得的结果与标准振动幅值进行比较，相应的，该标准振动幅值也包括第一标准振动幅值与第二标准振动幅值，第一标准振动幅值为5倍正常燃烧状态下的0.5谐次振动幅值，第二标准振动幅值为1.5倍正常燃烧状态下的1谐次振动幅值。若两个震爆传感器所采集的振动信号进行傅里叶变换后获得的第一谐次振动幅值和第二谐次振动幅值中的至少一个远大于标准振动幅值，例如第一谐次振动信号明显大于第一标准振动信号，和/或，第二谐次振动信号明显大于第二标准振动信号，则表明发动机处于失火故障状态。

在一种可能实现的方式中，所述方法还包括：若所述发动机的状态为失火故障状态，则发出告警信息。本申请实施例并不限定所述告警信息的具体形式，包括但不限于语音告警、文字告警，可以根据实际需求进行选择。

作为一种示例，以6缸发动机的待检测缸2缸和待检测缸5缸进行举例。参见图4，图4为本申请实施例提供的发动机状态的诊断流程示意图。将2缸的振动信号进行傅里叶变换为2缸的第一谐次振动幅值(即0.5谐次振动幅值)和第二谐次振动幅值(即1谐次振动幅值)。判断0.5谐次振动幅值小于等于第一标准振动幅值，且1谐次振动幅值小于等于第二标准振动幅值，则将5缸的振动信号进行傅里叶变换为5缸的第一谐次振动幅值(即0.5谐次振动幅值)和第二谐次振动幅值(即1谐次振动幅值)，并进行判断。若5缸的0.5谐次振动幅值小于等于第一标准振动幅值，且1谐次振动幅值小于等于第二标准振动幅值，则发动机处于正常燃烧状态。若2缸的0.5谐次振动幅值大于第一标准振动幅值，或，2缸的1谐次振动幅值大于第二标准振动幅值，或5缸的0.5谐次振动幅值大于第一标准振动幅值，或，5缸的1谐次振动幅值大于第二标准振动幅值，表明该发动机处于失火故障状态。

在一种可能实现的方式中，所述谐次振动幅值包括第一谐次振动幅值和第二谐次振动幅值，所述标准振动幅值包括第一标准振动幅值和第二标准振动幅值，所述若所述谐次振动幅值大于标准振动幅值，则确定所述发动机的状态为失火故障状态，包括：若所述第一谐次振动幅值大于所述第一标准振动幅值且所述第二谐次振动幅值大于所述第二标准振动幅值，则确定所述发动机的状态为单缸失火故障状态；若所述第一谐次振动幅值不大于所述第一标准振动幅值且所述第二谐次振动幅值大于所述第二标准振动幅值，则确定所述发动机的状态为双缸失火故障状态。

通过对0.5谐次振动幅值和1谐次振动幅值的判断，可以准确识别发动机处于单缸失火故障状态或者双缸失火故障状态。具体的，发动机的待检测缸具有映射关系，在0.5谐次下，1缸对应6缸，2缸对应5缸，3缸对应4缸。若发动机处于双缸失火故障状态，且这两个缸为1缸和6缸，或者2缸和5缸，或者3缸和4缸，则0.5谐次振动平衡不会被打破。但1谐次振动平衡仍然会被打破，因此若0.5谐次振动幅值不大于第一标准振动幅值，1谐次振动幅值大于第二标准振动幅值，则确定发动机的状态为双缸失火故障状态。判断出发动机失火故障的具体状态，可以快速对发动机进行故障维修。

基于上述S101-S103的相关内容可知，对发动机的待检测缸的振动信号进行处理得到谐振振动幅值，以谐振振动幅值与标准振动幅值的比较且过确定发动机是否处于失火故障状态，能够准确识别出发动机处于失火故障状态，提高了发动机所处状态的识别准确率，进而能够有效保护发动机。

下面对本申请实施例提供的确定具体的失火缸的流程进行说明。

参见图5，图5为确定失火缸的流程示意图。在一种可能实现的方式中，确定所述发动机的状态为失火故障状态后，所述方法还包括：对所述第一谐次振动幅值和所述第二谐次振动幅值进行低通滤波处理，得到滤波振动幅值；获取所述待检测缸的点火上止点；根据所述点火上止点确定能量检测窗口；计算所述能量检测窗口中所述滤波振动幅值的平均滤波幅值；将所述平均幅值与标准平均幅值的比值作为检测值；根据所述检测值与预设阈值的比较结果确定失火缸。

需要说明的是，所述预设阈值可以包括预设上限阈值和预设下限阈值，可以通过标定获得预设上限阈值和预设下限阈值。传感器在实际运行的过程中，响应结果在不同转速与不同工况下是不同的，导致确定待检测缸在不同转速与不同工况下的预设上限阈值和预设下限阈值的难度较大。本申请实施例中引入了待检测缸的平均幅值与标准缸1缸的标准平均幅值的比值这个无量纲参数，因为不同缸的平均幅值与标准缸1缸相应的标准平均幅值的比值仅跟发动机的结构相关，不随转速和工况变化，因此可大大减小标定时间，提高确定发动机失火缸的效率。

确定发动机处于失火故障状态后，为了降低高温导致发动机产生机体燃烧的危险，发送机迅速降低负荷，进入跛行状态，同时对发动机具体的失火缸进行确认。

参见图6和图7，图6为本申请实施例提供的2缸燃烧激励频谱图，图7为本申请实施例提供的5缸燃烧激励频谱图。燃烧激励能量主要集中在低频，对谐次振动幅值进行1Hz～500Hz低通滤波处理。根据曲轴转速传感器和凸轮轴相位传感器确定的待检测缸的点火上止点。参见图8，图8为本申请实施例提供的能量检测窗口示意图。在一种可能实现的方式中，所述根据所述点火上止点确定能量检测窗口，包括：将所述点火上止点至所述点火上止点后30度的区间设置为能量检测窗口。若发动机处于失火故障状态，对应的在失火缸的能量检测窗口内振动能量会明显减小，因此获取待检测缸的能量检测窗口角度区间的振动幅值的计算平均幅值。平均幅值的计算公式见下述公式(1)。

其中，A

a

将待检测缸的能量检测窗口内的平均值A

通过标定获得预设上限阈值和预设下限阈值。在一种可能实现的方式中，根据检测值与预设阈值的比较结果确定失火缸，具体可以包括：当发动机处在单缸失火故障状态，若某一待检测缸的检测值小于预设下限阈值，则判定该待检测缸为失火缸；若存在5个待检测缸的检测值均大于预设上限阈值，则判定标准缸1缸为失火缸。当发动机处在双缸失火故障状态，若5个待检测缸中存在2个待检测缸的检测值均小于预设下限阈值，则确定检测值小于预设下限阈值的2个待检测缸为失火缸；若5个待检测缸中存在4个待检测缸的检测值均高于预设上限阈值，则确定标准缸1缸及检测值不高于预设上限阈值的待检测缸为失火缸。两个爆震传感器的振动数据均参与发动机失火缸的诊断，提高诊断效率。在一种可能实现的方式中，对根据曲轴转速传感器和凸轮轴相位传感器确定的待检测缸的点火上止点进行说明。

发动机安装有曲轴转速传感器和凸轮轴相位传感器，一方面通过曲轴和凸轮轴的齿信号脉冲确定发动机转速，另外也可通过搞齿信号脉冲确定发动机点火上止点。具体为：将曲轴沿圆周均分为60等分，存在58齿，有两份没有齿，曲轴转速传感器可识别没有齿的区域。凸轮轴共有5个齿，其中4个齿分别间隔90度，第五个齿与其中一个齿间隔15度，凸轮轴相位传感器可识别第五个齿的位置。基于对没有齿的区域的识别及对第五齿的识别，能够确定点火上止点，即点火上止点角度。

在一种可能实现的方式中，确定目标失火缸后，向用户发送告警信息。ECU装置可以采用修正算法对失火缸进行修正，若修正后，失火故障解决，则发动机恢复正常工作状态。若无法修正，发动机保持跛行状态并持续向用户发送告警信息，促使用户尽快进行维修。

前述本申请实施例提供基于上述的发动机失火状态的确定方法。接下来说明本申请实施例中还提供的一种发动机失火状态的确定装置，该装置执行前述图1所示的方法，接下来对发动机失火状态的确定装置的功能进行说明，所述发动机失火状态的确定装置的结构示意图如图9所示，包括：第一获取模块901，第一处理模块902，第一确定模块903：

第一获取模块901，用于获取所述发动机的待检测缸的振动信号；

第一处理模块902，用于对所述振动信号进行处理，得到谐次振动幅值；

第一确定模块903，用于若所述谐次振动幅值大于标准振动幅值，则确定所述发动机的状态为失火故障状态。

在一种可能实现的方式中，所述谐次振动幅值包括第一谐次振动幅值和第二谐次振动幅值，所述标准振动幅值包括第一标准振动幅值和第二标准振动幅值，所述第一确定模块903，具体用于：

若所述第一谐次振动幅值大于所述第一标准振动幅值且所述第二谐次振动幅值大于所述第二标准振动幅值，则确定所述发动机的状态为单缸失火故障状态；

若所述第一谐次振动幅值不大于所述第一标准振动幅值且所述第二谐次振动幅值大于所述第二标准振动幅值，则确定所述发动机的状态为双缸失火故障状态。

在一种可能实现的方式中，所述确定所述发动机的状态为失火故障状态后，所述装置还包括：

第二处理模块，用于对所述第一谐次振动幅值和所述第二谐次振动幅值进行低通滤波处理，得到滤波振动幅值；

第二获取模块，用于获取所述待检测缸的点火上止点；

第二确定模块，用于根据所述点火上止点确定能量检测窗口；

计算模块，用于计算所述能量检测窗口中所述滤波振动幅值的平均滤波幅值；

检测值获取模块，用于将所述平均幅值与标准平均幅值的比值作为检测值；

第三确定模块，用于根据所述检测值与预设阈值的比较结果确定失火缸。

在一种可能实现的方式中，所述第二确定模块，具体用于将所述点火上止点至所述点火上止点后30度的区间设置为能量检测窗口。

在一种可能实现的方式中，所述装置还包括：

告警模块，用于若所述发动机的状态为失火故障状态，则发出告警信息。

本申请实施例提供的一种发动机状态的确定装置，该装置包括第一获取模块、第一处理模块、第一确定模块。第一获取模块用于获取所述发动机的待检测缸的振动信号；第一处理模块用于对所述振动信号进行处理，得到谐次振动幅值；第一确定模块用于若所述谐次振动幅值大于标准振动幅值，则确定所述发动机的状态为失火故障状态。如此，对发动机的待检测缸的振动信号进行处理得到谐振振动幅值，以谐振振动幅值与标准振动幅值的比较且过确定发动机是否处于失火故障状态，能够准确识别出发动机处于失火故障状态，提高了发动机所处状态的识别准确率，进而能够有效保护发动机。

基于上述方法实施例提供的一种发动机状态的确定，本申请实施例还提供一种发动机状态的确定设备，包括：处理器、存储器、系统总线；

所述处理器以及所述存储器通过所述系统总线相连；

所述存储器用于存储一个或多个程序，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当被所述处理器执行时使所述处理器执行上述任一项实施例所述的发动机状态的确定方法。

基于上述方法实施例提供的一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令，当所述指令在终端设备上运行时，使得所述终端设备执行上述任一项实施例所述的一种发动机状态的确定方法。

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。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。