专利摘要

专利摘要

本发明公开了一种发动机转速估算方法及系统，该方法包括以下步骤：连续获取当前时刻发动机排气压差数据，并对其进行多点移动平均光顺滤波处理，得到当前时刻发动机排气压差值；采用多点移动平均方法计算发动机排气压差波形均值；计算当前发动机排气压差值与发动机排气压差波形均值的差值，取差值最大值作为发动机排气压差波形幅值；利用发动机排气压差波形幅值、发动机排气压差波形均值和发动机排气压差值，计算发动机排气压差波形周期；采用发动机排气压差波形周期，计算发动机转速。

权利要求

1.一种发动机转速估算方法，其特征是，包括以下步骤：

连续获取当前时刻发动机排气压差数据，并对其进行多点移动平均光顺滤波处理，得到当前时刻发动机排气压差值；

采用多点移动平均方法计算发动机排气压差波形均值；

计算当前发动机排气压差值与发动机排气压差波形均值的差值，取差值最大值作为发动机排气压差波形幅值；

利用发动机排气压差波形幅值、发动机排气压差波形均值和发动机排气压差值，计算发动机排气压差波形周期；

采用发动机排气压差波形周期，计算发动机转速。

2.根据权利要求1所述的发动机转速估算方法，其特征是，对获取的当前时刻发动机排气压差数据进行九点移动平均光顺滤波处理，得到发动机排气压差波形，将光顺后的发动机排气压差作为当前时刻发动机排气压差值。

3.根据权利要求1所述的发动机转速估算方法，其特征是，采用200点移动平均方法对前时刻发动机排气压差值进行处理，得到发动机排气压差波形均值。

4.根据权利要求1所述的发动机转速估算方法，其特征是，所述发动机排气压差波形周期的计算方法为：

利用发动机排气压差波形幅值和发动机排气压差波形均值，计算发动机排气压差波形的高临界值和低临界值；

判断连续多个时间点的发动机排气压差值是否全部大于高临界值，上一个达到的临界值是否为低临界值；若连续多个时间点的发动机排气压差值全部大于高临界值，并且上一个达到的临界值是低临界值时，记录当前时间为T_H；

判断连续多个时间点的发动机排气压差值是否全部小于低临界值，上一个达到的临界值是否为高临界值；若连续多个时间点的发动机排气压差值全部小于低临界值，并且上一个达到的临界值是高临界值时，记录当前时间为T_L；

将时间T_H与时间T_L做差并取绝对值，得到发动机排气压差波形周期。

5.根据权利要求4所述的发动机转速估算方法，其特征是，所述高临界值和低临界值的计算方法为：

高临界值等于发动机排气压差波形均值加发动机排气压差波形幅值的一定倍数；

低临界值等于发动机排气压差波形均值减发动机排气压差波形幅值的一定倍数。

6.根据权利要求1所述的发动机转速估算方法，其特征是，所述发动机转速的计算方法为：

计算发动机排气压差波周期的倒数，得到发动机排气压差波基频；

利用发动机排气压差波基频，计算发动机瞬时转速。

7.根据权利要求6所述的发动机转速估算方法，其特征是，还包括：

采用9点移动平均方法对得到的发动机瞬时转速进行处理，得到发动机转速值。

8.一种发动机转速估算系统，其特征是，包括：

数据获取模块，用于连续获取当前时刻发动机排气压差数据，并对其进行多点移动平均光顺滤波处理，得到当前时刻发动机排气压差值；

压差波形均值计算模块，用于采用多点移动平均方法计算发动机排气压差波形均值；

压差波形幅值计算模块，用于计算当前发动机排气压差值与发动机排气压差波形均值的差值，取差值最大值作为发动机排气压差波形幅值；

压差波形周期计算模块，用于利用发动机排气压差波形幅值、发动机排气压差波形均值和当前发动机排气压差值，计算发动机排气压差波形周期；

发动机转速计算模块，用于采用发动机排气压差波形周期，计算发动机转速。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征是，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述的发动机转速估算方法中的步骤。

10.一种处理装置，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征是，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-7中任一项所述的发动机转速估算方法中的步骤。

说明书

技术领域

本发明涉及发动机测试技术领域，具体涉及一种基于排气压力波的发动机转速估算方法及系统。

背景技术

发动机作为人类社会不可缺少动力输出装置，在我们的日常生活中扮演着至关重要的角色。发动机从设计研发到装车应用，中间由若干次的测试，包括排放测试，动力性和经济性测试等。当下以发动机为测试对象的测试，发动机转速都是这些测试所必须知晓的参数，是发动机对外做功的直观参数。

在测试的过程中，发动机转速并不容易获得，目前主要获得转速的方式有加装在飞轮罩壳处的磁电式或霍尔式传感器。

但这种方式存在一定的问题，安装在飞轮罩壳处，离齿圈较近，且车辆行驶工况复杂，传统机械结构容易遭到破坏，一旦传统转速传感器出现故障，ECU便不能工作，容易发生安全事故。

对于第三方检测机构而言，获取转速的方式主要通过OBD系统或直接读取整车CAN总线通讯。发明人在研发过程中发现，发动机转速较难获得，还存在以下问题：(1)不是每辆车都具有OBD系统，尤其是老旧车辆；(2)整车CAN总线通讯协议不公开，不能直接从CAN总线获取数据；(3)不能破坏发动机本体导致不能外加转速传感器。不能获得发动机转速的实验便变得没有意义。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于排气压力波的发动机转速估算方法及系统，采用发动机排气的压差波基频估算出发动机转速。

本发明一方面提供的一种发动机转速估算方法的技术方案是：

一种发动机转速估算方法，该方法包括以下步骤：

连续获取当前时刻发动机排气压差数据，并对其进行多点移动平均光顺滤波处理，得到当前时刻发动机排气压差值；

采用多点移动平均方法计算发动机排气压差波形均值；

计算当前发动机排气压差值与发动机排气压差波形均值的差值，取差值最大值作为发动机排气压差波形幅值；

利用发动机排气压差波形幅值、发动机排气压差波形均值和发动机排气压差值，计算发动机排气压差波形周期；

采用发动机排气压差波形周期，计算发动机转速。

本发明另一方面提供的一种发动机转速估算系统的技术方案是：

一种发动机转速估算系统，该系统包括：

数据获取模块，用于连续获取当前时刻发动机排气压差数据，并对其进行多点移动平均光顺滤波处理，得到当前时刻发动机排气压差值；

压差波形均值计算模块，用于采用多点移动平均方法计算发动机排气压差波形均值；

压差波形幅值计算模块，用于计算当前发动机排气压差值与发动机排气压差波形均值的差值，取差值最大值作为发动机排气压差波形幅值；

压差波形周期计算模块，用于利用发动机排气压差波形幅值、发动机排气压差波形均值和当前发动机排气压差值，计算发动机排气压差波形周期；

发动机转速计算模块，用于采用发动机排气压差波形周期，计算发动机转速。

本发明另一方面提供的一种计算机可读存储介质的技术方案是：

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征是，该程序被处理器执行时实现如下步骤：

连续获取当前时刻发动机排气压差数据，并对其进行多点移动平均光顺滤波处理，得到当前时刻发动机排气压差值；

采用多点移动平均方法计算发动机排气压差波形均值；

计算当前发动机排气压差值与发动机排气压差波形均值的差值，取差值最大值作为发动机排气压差波形幅值；

利用发动机排气压差波形幅值、发动机排气压差波形均值和发动机排气压差值，计算发动机排气压差波形周期；

采用发动机排气压差波形周期，计算发动机转速。

本发明另一方面提供的一种处理装置的技术方案是：

一种处理装置，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征是，所述处理器执行所述程序时实现如下步骤；

连续获取当前时刻发动机排气压差数据，并对其进行多点移动平均光顺滤波处理，得到当前时刻发动机排气压差值；

采用多点移动平均方法计算发动机排气压差波形均值；

计算当前发动机排气压差值与发动机排气压差波形均值的差值，取差值最大值作为发动机排气压差波形幅值；

利用发动机排气压差波形幅值、发动机排气压差波形均值和发动机排气压差值，计算发动机排气压差波形周期；

采用发动机排气压差波形周期，计算发动机转速。

通过上述技术方案，本发明的有益效果是：

(1)本发明采用移动光顺的方式计算转速，运算简单，容易实现，能够有效提高转速计算效率；

(2)本发明能够在没有整车CAN通讯协议的情况下估算出发动机转速；

(3)本发明能够在发动机没有转速传感器的情况下估算出发动机转速；

(4)本发明也可以作为整车控制系统的一部分，作为传统转速传感器的补充，在转速传感器坏掉后，将得到的转速给ECU提供参数。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本发明的不当限定。

图1是实施例一发动机转速估算方法的流程图；

图2是实施例一计算波形周期和转速的流程图；

图3是实施例一中3000r/min压差原始波形图；

图4是实施例一中原始波形的傅里叶分解图；

图5是实施例一中9点移动光顺后压差波形；

图6是实施例一中9点移动平均波形的傅里叶分解图；

图7是实施例一中高低临界点示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例一

本实施例提供一种基于排气压力波的发动机转速估算方法，通过发动机排气的压差波基频来计算发动机转速。

假设某4冲程m缸发动机工作在转速n r/min下，则每秒钟发动机工作的循环数d_Cycle为：

而每循环所有气缸依次做功一次，即每秒所有气缸一共做 次功，而每个气缸做功一次，即为一个压差波，所以，发动机在当前转速下应有的压差波数即发动机排气压差波基频d_f为：

因此，若能算出发动机排气的压差波基频d_f，按照发动机转速与压差波基频的关系式，便可反推出发动机转速n。

请参阅附图1，该发动机转速估算方法包括以下步骤：

S101，连续获取当前发动机排气压差数据。

具体地，所述步骤101，获取压差传感器连续采集的发动机排气压差数据。

S102，对得到的发动机排气压差数据进行九点移动平均光顺滤波处理，得到发动机排气压差波形，将光顺后的发动机排气压差作为当前时刻发动机排气压差值。

具体地，所述步骤102中，对当前发动机排气压差ΔP_i进行九点移动平均光顺滤波处理，得到发动机排气压差波形，减弱谐波干扰。所述九点移动平均光顺滤波处理的具体方法为：

ΔP_i＝(ΔP_i-4+ΔP_i-3+ΔP_i-2+ΔP_i-1+ΔP_i+ΔP_i+1+ΔP_i+2+ΔP_i+3+ΔP_i+4)/9；

将光顺后的发动机排气压差作为当前时刻发动机排气压差值d_Press。

S103，对当前时刻发动机排气压差值进行200点移动平均，得到发动机排气压差波形均值d_Ave。

S104，计算当前发动机排气压差值与发动机排气压差波形均值的差值，取差值最大值作为发动机排气压差波形幅值。

具体地，所述步骤104中，将步骤102得到的当前时刻发动机排气压差值d_Press与步骤103得到的发动机排气压差波均值d_Ave做差，取差值最大值作为发动机排气压差波幅值d_Diff。

S105，利用发动机排气压差波形幅值、发动机排气压差波形均值和当前发动机排气压差值，计算发动机排气压差波形周期。

请参阅附图2，所述步骤105，所述发动机排气压差波周期的计算方法为：

在得到发动机排气压差波形幅值d_Diff和发动机排气压差波形均值d_Ave后，利用发动机排气压差波幅值d_Diff和发动机排气压差波均值d_Ave，计算发动机排气压差波形的高临界值d_High和低临界值d_Low。

所述高临界值d_High的计算方法为：

d_High＝d_Ave+d_Diff*0.3。

所述低临界值d_Low的计算方法为：

d_Low＝d_Ave-d_Diff*0.3。

判断连续的四个时间点得到的发动机排气压差值d_Press是否都大于高临界值d_High。即判断当前时刻发动机排气压差值d_Press以及之后的三个时间点发动机排气压差值d_Press是否全部都大于高临界值d_High。

若四个时间点的发动机排气压差值d_Press都不大于高临界值d_High，则进入下一步；若四个时间点的发动机排气压差值d_Press都大于高临界值d_High，则判断上一个达到的临界值是否为低临界值d_Low时，若上一时刻发动机排气压差值达到的临界值是低临界值d_Low时，则记录当前时间为d_TimeHigh，进入下一步。

判断连续的四个时间点得到的发动机排气压差值d_Press是否都小于低临界值d_Low。即判断当前时刻发动机排气压差值d_Press以及之后的三个时间点发动机排气压差值d_Press是否全部都小于低临界值d_Low。

若四个时间点的发动机排气压差值d_Press全部不小于低临界值d_Low，则进入下一步；若四个时间点的发动机排气压差值d_Press全部小于低临界值d_Low，则上一个达到的临界值是否为高临界值d_High时，若上一时刻发动机排气压差值达到的临界值是高临界值d_High时，则记录当前时间为d_TimeLow，进入下一步。

判断连续判断4个时间点连续达标的次数d_CountHigh和d_CountLow是否都大于零，若d_CountHigh和d_Count Low都大于零；则计算时间d_TimeHigh和d_Time Low的差值的绝对值，得到发动机排气压差波形周期d_T。

在本实施例中，d_CountHigh和d_CountLow是指上述连续判断4个时间点连续达标的次数，例如，若四个时间点的发动机排气压差值d_Press全部小于低临界值d_Low，d_CountLow+1，最终，系统根据d_CountHigh和d_CountLow是否都＝1来判断是否满足了一个压力波周期。

S106，利用发动机排气压差波周期，计算发动机转速。

计算发动机排气压差波周期d_T的倒数，得到发动机排气压差波基频d_f，将发动机排气压差波基频d_f代入如下公式，计算出发动机瞬时转速n。

其中，d_f为发动机排气压差波基频，是发动机排气压差波周期的倒数；m为发动机气缸数。

采用9点移动平均方法对得到的发动机瞬时转速进行处理，得到发动机转速值。

为了使本领域的技术人员更好地了解本申请的技术方案，下面以4缸4冲程转速3000r/min发动机为例，对本实施提出的发动机转速方法进行详细说明。

当转速为3000r/min(根据发动机压力波的基频计算公式，对应压力波基频100Hz，压力波周期10ms)时，获取发动机排气压差波形实测数据原图如图3所示。可以发现，其具有一个基频波，但是具有非常多的杂波，可能由采集系统误差、排气管路反射等引起。对这一波形进行傅里叶时频分析如图4所示。可以发现，波形基频幅值最大，且与发动机转速相对应，其他谐波的频率为基频的倍数，即倍频，其为每一个压力波上面叠加的谐波，需要将这些谐波通过算法去除，因此本实施例只需要通过算法获取发动机排气压力波基频，便可估算出转速。

本发明采用9点移动平均的方法，光顺后获取如图5所示发动机排气压差波形，平均后的傅里叶分解如图6所示。从图5可以看出每个波形的周期为10ms，图6傅里叶分解后的谐波幅值已经微乎其微，光顺后波形符合我们的要求。

从上述图中可以发现，发动机排气压差波基频和转速一一对应，算出发动机排气压差波基频，便可推算出发动机转速。

已知压差波形，首先算出发动机排气压差波的均值d_Ave及发动机排气压差波幅值d_Diff，设置d_High和d_Low两个临界值，从图7中可看出，高临界值d_High和低临界值d_Low所对应的时间差d_T即为压差波形周期的一半，即可通过找到高低临界值的方法推算出压差波周期。

假设4缸4冲程发动机最低转速(怠速转速)为800r/min，此时压差波周期为37ms，以5kHz采样频率时，单波周期内可采样185点。在本实施例中，采用200点移动平均的方式计算压差波形的均值d_Ave。

利用压差传感器采集当前时刻压差，应用前8个点进行9点移动平均光顺，滤掉高频谐波，以光顺后的发动机排气压差值作为当前时刻发动机排气压差值d_Press，进行200点移动平均作为当前发动机排气压差波形的平均值d_Ave，并在这连续200个点内找到发动机排气压差值与发动机排气压差平均值之差的最大值作为发动机排气压差波形的幅值d_Diff。

9点移动光顺后仍然在基波基础上叠加有高频谐波，采用高低临界值的方法计算发动机排气压差波基频，高临界值d_High设置为平均值d_Ave加幅值d_Diff的0.3倍，低临界值d_Low设置为平均值d_Ave减幅值d_Diff的0.3倍。当发动机排气压差d_Press及其之后3个发动机排气压差全部大于高临界值d_High并且上一个达到的临界值是低临界值d_Low时，记录当前时间为d_TimeHigh，当发动机排气压差d_Press及其之后3个发动机排气压差全部小于低临界值d_Low并且上一个达到的临界值是高临界值d_High时，记录当前时间d_TimeLow。将两个时间的差d_T即为本实施例所求压差波周期的一半，据此，本实施例可估算出瞬时转速。

估算出的瞬时转速存在一定的谐波，基于此，运用9点移动光顺平滑便可输出转速数值。

实施例二

本实施例提供一种基于排气压力波的发动机转速估算系统，该系统包括：

数据获取模块，用于连续获取当前时刻发动机排气压差数据，并对其进行多点移动平均光顺滤波处理，得到当前时刻发动机排气压差值；

压差波形均值计算模块，用于采用多点移动平均方法计算发动机排气压差波形均值；

压差波形幅值计算模块，用于计算当前发动机排气压差值与发动机排气压差波形均值的差值，取差值最大值所对应的发动机排气压差值作为发动机排气压差波形幅值；

压差波形周期计算模块，用于利用发动机排气压差波形幅值、发动机排气压差波形均值和当前发动机排气压差值，计算发动机排气压差波形周期；

发动机转速计算模块，用于采用发动机排气压差波形周期，计算发动机转速。

实施例二

本实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如下步骤：

连续获取当前时刻发动机排气压差数据，并对其进行多点移动平均光顺滤波处理，得到当前时刻发动机排气压差值；

采用多点移动平均方法计算发动机排气压差波形均值；

计算当前发动机排气压差值与发动机排气压差波形均值的差值，取差值最大值所对应的发动机排气压差值作为发动机排气压差波形幅值；

利用发动机排气压差波形幅值、发动机排气压差波形均值和发动机排气压差值，计算发动机排气压差波形周期；

采用发动机排气压差波形周期，计算发动机转速。

实施例二

一种处理装置，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如下步骤：

连续获取当前时刻发动机排气压差数据，并对其进行多点移动平均光顺滤波处理，得到当前时刻发动机排气压差值；

采用多点移动平均方法计算发动机排气压差波形均值；

计算当前发动机排气压差值与发动机排气压差波形均值的差值，取差值最大值所对应的发动机排气压差值作为发动机排气压差波形幅值；

利用发动机排气压差波形幅值、发动机排气压差波形均值和发动机排气压差值，计算发动机排气压差波形周期；

采用发动机排气压差波形周期，计算发动机转速。

本领域内的技术人员应明白，本公开的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本公开可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本公开可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

一种发动机转速估算方法及系统专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。