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基于振动与电源扰动的汽车发动机转速测量系统
| 论文题名： | 基于振动与电源扰动的汽车发动机转速测量系统 |
| 关键词： | 汽车发动机;转速测量;移动正弦拟合;相位差;FFT |
| 摘要： | 转速作为评定发动机性能的重要依据和车辆运行状况的综合体现，其准确测量对于汽车发动机检修和故障诊断具有非常重大的意义。传统依靠经验的转速测量方法不便于检修作业中快速、便捷的测量要求，同时也会破坏发动机原结构，而通过振动和车载电源扰动测量发动机转速的方法可以免于在发动机内部安装传感器，避免因拆解发动机而埋下安全隐患。鉴于此，本文的研究内容如下： 首先，对振动和电源扰动测速方法的国内外研究现状进行了分析，设计了基于振动和电源扰动的汽车发动机转速测量系统的方案，分别分析了振动和车载电源测速的工作原理并建立了对应的数学模型。提出信号处理算法：针对采样时间较短的情况下快速傅里叶变换（FFT）分析频率精度不足的问题，提出移动正弦拟合的方法处理传感信号，有效地抑制噪声的影响。根据移动正弦拟合结果，逐点估算采样点的包裹相位及解包裹相位，计算精确的主频。 其次，根据设计的方案，进一步确定测速系统各功能模块的设计方案。为了减小传感器安装位置对测量结果的影响，设计基于LIS344ALH三轴加速度计的三维空间信号传感器探头；针对信号含有大量高频噪声与谐波干扰的特点，设计了测量信号滤波电路；为了提高测量不同工况车辆的通用性与鲁棒性，设计两级运算放大测量电路等。 然后，进行发动机转速测量系统的软件设计。基于STM32F407单片机的直接存储器访问（DMA）设计双A/D交替式采集程序，实现信号采集与处理的双线程同步进行，提高系统运行效率；设计二阶阻尼动态数据显示系统，实现物理转速指针的数字模拟；设计串口通讯程序与基于LabWindows的上位机程序，完成原始数据的检测，采集与保存等。 最后，通过实验室标准振动仪设备与实车对系统进行验证，实验结果表明：对于短时采样信号，通过移动正弦拟合计算主频相对于FFT精度有着约33倍的显著提高；在汽车正常工作的情况下，本系统通过振动测量汽车转速的最大相对误差0.56%，通过点烟器接口测量电源扰动的最大相对误差为0.78%，满足汽车检测的需求。 |
| 作者： | 尹晋平 |
| 专业： | 仪器仪表工程 |
| 导师： | 王选择 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 湖北工业大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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