发动机曲轴转速信号处理

图 1 发动机转速测量系统框图发动机转速信号的检测及数字滤波方法蔡登胜，罗 维，赵明辉 （广西柳工机械股份有限公司）!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"摘 要：发动机转速作为一个重要的控制参数，在工程机械的控制过程如功率控制、变速控制等应用中占有重要地位，如何快速准确地测量发动机转速，减少干扰信号的影响，同时尽可能地减轻控制系统测量负 担，对提高控制系统的稳定性和响应能力具有重要意义。

结合发动机转速测量系统的结构组成，分析相应的 测量及滤波方法的特点，提出具体的测量及滤波方法，并进行实际测试及滤波效果的验证。

关键词：发动机；转速；检测；数字滤波随着电子控制技术的发展，工程机械的电子控制系统的应用也越来越多，如装载机的自动变速控 制系统、挖掘机的功率匹配控制系统等，在这些电子控制系统中，发动机转速作为一个重要的系统基础变量参数，是最重要的控制变量之一，其测量的 精度和及时性直接关系到电子控制系统的控制效 果，因此对发动机转速进行快速、高精度的测量一 直是工程技术人员追求的目标。

转速信号属于频率 信号，具有快速变化、易受干扰的特点，因而如何能 够快速、准确地检测频率信号，满足控制响应需求， 是控制系统设计中不可忽视的重要环节。

本文以挖 掘机发动机转速控制系统为例，对频率信号的检测 方法进行探讨。

挖掘机发动机转速的测量系统如图 1 所示。

电磁感应式转速传感器输出信号必须通过测 量系统的接口调理电路进行整形，以获得标准的方波信号。

发动机转速测量系统结构分析1 发动机转速信号的测量方法2 在工程机械上，常用两种类型的转速传感器：1） 霍尔转速传感器；2） 电磁感应式转速传感器。

霍尔传感器作为有源传感器，其特点为输出幅值稳 定的方波信号。

电磁感应式转速传感器是无源器 件，其特点是输出信号为幅值不稳定的正弦波信 号，转速越高输出信号幅值同步越高。

通常车用霍 尔传感器只能检测 3 000 Hz 以下的频率信号，因而 主要用于较低转速信号的测量。

第32卷第3期2011年6月内 燃 机 工 程Chinese Internal Combustion Eng ine Eng ineeringVo l.32No.3June.2011收稿日期:2009 09 24基金项目:国家 八六三 高技术研究发展计划项目(2006AA110105);国家自然科学基金资助项目(50605038)作者简介:陆 春(1985-),男,硕士,主要研究方向为汽车NVH 性能测试分析,E mail:luc07@mails.tsinghu 。

文章编号:1000-0925(2011)03-0084-04320052内燃机加速工况下曲轴旋转信号的转速跟踪滤波陆 春,郑四发,郝 鹏,连小珉(清华大学汽车安全与节能国家重点实验室,北京100084)Research on Speed Tracking Filter of Crankshaft Rotation Signalin Accelerating ConditionLU Chun,ZHENG Si fa,HAO Peng,LIAN Xiao min(State Key Laboratory of Automotive Safety and Energ y,Tsinghua University,Beijing 100084,China)Abstract:It is an effective means to identify the character istics o f eng ine pow er and crankshaft torsio nal vibration measur ing and analy zing the instantaneous speed o f engine crankshaft.H ow ever,the crankshaft rotation signals acquired fro m the accelerating engine o ften include v ar io us noises,low er ing calculating accur acy of the instantaneous speed.A new prepro cessing metho d of r otation sig nals w as proposed.A narrow band pass filter w hose center frequency may vary w ith actual crankshaft speed adaptively w as desig ned spe cially.The crankshaft rotatio n signals w ere filtered by the filter befo re being used for calculation of the in stantaneous speed.Practical application of the speed tracking filter show s that it can repair the distorted sig nals and improve the accuracy of instantaneous speed computatio n.摘要:测试分析内燃机曲轴的瞬时转速是识别内燃机做功状况和曲轴扭转振动特性的一种重要手段。

基于曲轴信号测转速的计算方法随着汽车、船舶、飞机等交通工具的使用日益普及，发动机的性能和稳定性成为了人们关注的焦点之一。

而发动机的转速是其性能和稳定性的重要指标之一。

为了准确地测量发动机的转速，工程师们设计了多种计算方法，其中基于曲轴信号的测转速方法是其中一种。

在本文中，我将详细介绍基于曲轴信号测转速的计算方法，并探讨其在实际工程中的应用。

一、曲轴信号的获取1. 在传统内燃机中，曲轴通常安装有一块齿轮，该齿轮通过传感器可产生一个脉冲信号。

2. 这个脉冲信号的频率与发动机的转速成正比，通过采集并处理这个信号，即可得到发动机的转速数据。

二、计算方法1. 频率计数法通过测量单位时间内脉冲信号的数量，再经过一定的处理，即可得到发动机的转速。

2. 数字滤波平均法利用数字滤波器对脉冲信号进行平均滤波，减小噪声对测量结果的影响，提高转速测量的准确性。

3. 相位锁定环法通过锁定脉冲信号的相位差，提高转速测量的精度和稳定性。

三、应用案例1. 汽车发动机的转速测量在汽车领域，利用曲轴信号进行转速测量是非常常见的。

通过测量发动机每分钟的转数，可以为驾驶员提供及时准确的参考数据，帮助其合理驾驶车辆。

2. 船舶发动机的转速测量在航海领域，船舶发动机的转速对于船只的航行稳定性至关重要。

利用曲轴信号测量转速，可以帮助船长及时调整船速，保证船只在航行中的安全和稳定。

3. 飞机发动机的转速测量在航空领域，飞机发动机的转速测量同样至关重要。

通过曲轴信号测量，飞行员可以及时掌握发动机的运行状态，确保飞机飞行的安全和稳定。

四、总结基于曲轴信号测转速的计算方法，是一种简单而有效的转速测量技术。

它不仅具有高精度和稳定性，而且在各种交通工具中有着广泛的应用。

随着科技的发展和工程技术的进步，基于曲轴信号测转速的计算方法将会得到进一步的优化和改进，为交通工具的运行安全和稳定性提供更好的保障。

基于曲轴信号测转速的计算方法是一种非常常见且有效的技术。

潍柴系统曲轴信号和凸轮轴信号丧失故障维修排查
柴油机上安装两个转速传感器，分别在飞轮壳和高压油泵外侧。

功能分别为：曲轴位置传感器和判缸传感器。

电控机的喷油正时取决于这两个传感器。

出现柴油机不能起动情况，两个信号全部丢失。

两信号全部丢失可能的原因
① 传感器损坏，线束短路或断路；
② 传感器固定不牢，造成传感器与感应齿之间间隙过大或过小(一般为1±0.5mm)
排除方法：检查传感器是否损坏，线束是否连接良好，传感器是否松动等
拆装高压油泵及飞轮后的安装应严格按照相关工艺文件执行，以确保信号同步。

转速信号处理模块
转速信号处理模块是指将高速旋转的设备或机器产生的转速信号进行处理，输出数字或模拟信号的模块。

现在越来越多的设备需要使用转速信号处理模块，该模块的使用范围越来越广，特别是在汽车、机械制造、空气动力学等领域，都需要该设备以确保设备正常运行。

转速信号处理模块的功能主要包括接收、处理和输出转速信号。

在接收方面，该模块通过发射和接收装置来接收转速信号，可以通过两个方法来实现，即旋转信号和光电式信号。

在处理方面，该模块通过数字滤波器、微处理器、计数器等以稳定的方式处理旋转信号或光电式信号。

该模块的输出方式一般为数字和模拟信号两种，这样可以方便接口连接其他设备。

转速信号处理模块的应用范围非常广泛。

在汽车行业中，转速信号处理模块可以用来检测引擎转速。

现在自动变速器也需要这个模块来控制变速器的加速和减速，同时利用这个信号可以实现自动启停技术。

在机械制造领域中，转速信号处理模块可以被用于机床、拉床等
机械的转速监测和控制。

在空气动力学领域中，转速信号处理模块可以用于风洞试验中的测量和控制。

转速信号处理模块具有很多优点。

首先，该模块有较高的精度和可靠性，可以提供高质量的转速信号输出，以满足不同行业的需求。

其次，该模块体积小、重量轻，方便携带和安装，可以更好地适应各种工作环境。

最后，该模块具有低功耗、高性价比等特点，不仅可以有效节省能源，还可以减少成本，提高使用效益。

综上所述，转速信号处理模块在现代化的制造业与工程设计中越来越受到重视。

它的发展为各行各业的技术运用提供了巨大的便利和帮助，让人们生产和工作更加便捷和高效。

曲轴传感器工作原理
传感器的作用就是将发动机曲轴的转速信号转换成电信号，经电子线路处理后，输出一个与发动机转速成正比的电压信号。

发动机转速传感器有两种：一种是曲轴转角传感器，另一种是曲轴速度传感器。

发动机转速传感器安装在气缸盖上，曲轴转角传感器安装在凸轮轴上。

对于普通轿车而言，曲轴转角传感器安装在凸轮轴上，而对于发动机而言，曲轴转角传感器安装在曲轴的轴颈上。

曲轴转角传感器的原理是：当曲轴的转角信号通过霍尔效应转换器时，感应出一个电压信号。

霍尔效应转换器是利用半导体材料在磁场中产生霍尔效应来实现的。

当发动机工作时，由于气缸内气体压力的作用，使气缸盖上的磁钢发生偏转，并在磁钢上产生一个与磁感应强度方向相反的力（磁通）。

磁通和电压之间存在着如下关系：
当发动机工作时，该磁通与电压之间的关系为：
其中V为发动机转速；T为气缸内气体压力；A为气缸盖上磁感应强度方向与活塞杆轴线之间的夹角；t为磁感应强度。

—— 1 —1 —。

图 1 发动机转速测量系统框图发动机转速信号的检测及数字滤波方法蔡登胜，罗 维，赵明辉 （广西柳工机械股份有限公司）!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"摘 要：发动机转速作为一个重要的控制参数，在工程机械的控制过程如功率控制、变速控制等应用中占有重要地位，如何快速准确地测量发动机转速，减少干扰信号的影响，同时尽可能地减轻控制系统测量负 担，对提高控制系统的稳定性和响应能力具有重要意义。

结合发动机转速测量系统的结构组成，分析相应的 测量及滤波方法的特点，提出具体的测量及滤波方法，并进行实际测试及滤波效果的验证。

关键词：发动机；转速；检测；数字滤波随着电子控制技术的发展，工程机械的电子控制系统的应用也越来越多，如装载机的自动变速控 制系统、挖掘机的功率匹配控制系统等，在这些电子控制系统中，发动机转速作为一个重要的系统基础变量参数，是最重要的控制变量之一，其测量的 精度和及时性直接关系到电子控制系统的控制效 果，因此对发动机转速进行快速、高精度的测量一 直是工程技术人员追求的目标。

转速信号属于频率 信号，具有快速变化、易受干扰的特点，因而如何能 够快速、准确地检测频率信号，满足控制响应需求， 是控制系统设计中不可忽视的重要环节。

本文以挖 掘机发动机转速控制系统为例，对频率信号的检测 方法进行探讨。

挖掘机发动机转速的测量系统如图 1 所示。

电磁感应式转速传感器输出信号必须通过测 量系统的接口调理电路进行整形，以获得标准的方波信号。

发动机转速测量系统结构分析1 发动机转速信号的测量方法2 在工程机械上，常用两种类型的转速传感器：1） 霍尔转速传感器；2） 电磁感应式转速传感器。

霍尔传感器作为有源传感器，其特点为输出幅值稳 定的方波信号。

电磁感应式转速传感器是无源器 件，其特点是输出信号为幅值不稳定的正弦波信 号，转速越高输出信号幅值同步越高。

通常车用霍 尔传感器只能检测 3 000 Hz 以下的频率信号，因而 主要用于较低转速信号的测量。

可调整式发动机转速信号处理电路的制作方法1.首先准备好所需的电子元器件和工具。

First, prepare the necessary electronic components and tools.2.将电路图纸设计完成，并确认无误。

Design the circuit diagram and make sure there are no errors.3.准备好电路板，根据电路图纸进行布线。

Prepare the circuit board and wire it according to the circuit diagram.4.安装稳压器，以确保电路可以稳定工作。

Install the voltage regulator to ensure the circuit works stably.5.连接电容器和电阻器，以滤除信号中的干扰。

Connect capacitors and resistors to filter out interference in the signal.6.添加放大器，以增强转速信号的强度。

Add an amplifier to enhance the strength of the speed signal.7.进行电路的焊接和固定，确保连接牢固。

Weld and fix the circuit to ensure a solid connection.8.连接电源和接地线，确保电路可以正常工作。

Connect the power and ground wires to ensure the circuit works properly.9.调试电路，检查是否有短路或其他问题。

Debug the circuit and check for short circuits or other issues.10.测试电路的性能，确认转速信号处理是否准确。

Test the performance of the circuit to confirm the accuracy of speed signal processing.11.如果发现问题，及时调整和修复电路。

重庆理工大学毕业设计发动机曲轴电磁感应传感器转速信号处理编号毕业设计（论文）题目发动机曲轴电磁感应转速传感器信号处理二级学院车辆工程学院专业能源与动力工程班级112040602学生姓名朱伟伟学号***********指导教师杨新桦职称时间 2016.5.19目录摘要 (I)Abstract .......................................................................................................................... I I 1绪论. (1)1.1课题研究背景及意义 (1)1.2课题研究成果的应用现状 (1)1.3发动机转速信号处理研究状况 (2)1.3.1电磁传感器工作原理 (2)1.3.2内燃机转速测量方法 (2)1.3.3转速测量方法的选择 (2)1.3.4信号处理流程确定 (3)1.4发动机转速信号误差研究状况 (3)1.5发动机转速信号测量的发展趋势 (3)1.6MATLAB/Simulink仿真介绍 (4)1.7课题的研究的目的及主要内容 (4)1.8本章小结 (5)2基于MATLAB/Simulink的信号发生系统模型 (6)2.1电磁感应传感器信号特征 (6)2.2曲轴转速信号发生模块的搭建 (6)2.2.1转速信号的载波信号 (6)2.2.2转速信号干扰的构成部分 (7)2.2.3实际曲轴转速信号的合成 (8)2.3本章小结 (9)3基于MATLAB/Simulink的信号处理系统模型 (10)3.1曲轴转速传感器信号采集模块 (10)3.2滤波器模块 (10)3.2.1信号源的频率范围计算 (10)3.2.2滤波器类型的选择 (10)3.2.3滤波器参数设置 (11)3.2.4滤波效果及改进 (11)3.3信号整形系统 (12)3.4高频计数器系统 (12)3.4.1高频计数器模块的构成 (12)3.4.2高频计数器计数频率选择 (12)3.4.3计数模块的搭建 (13)3.5转速方波信号下降沿判断系统 (13)3.5.1下降沿判断系统功能 (13)3.5.2下降沿判断系统的搭建思路 (13)3.5.3下降沿判断系统的搭建 (13)3.6转速计算及异常值剔除系统 (13)3.6.1转速计算原理 (13)3.6.2异常计数值预剔除方法 (14)3.7缺齿判断模块 (14)3.7.1缺齿信号判断方法 (14)3.7.2缺齿判断模块的搭建思路 (15)3.8本章小结 (15)4曲轴转速信号处理模型的运行仿真和误差分析 (16)4.1曲轴转速信号处理系统硬件限制造成的转速测量误差 (16)4.2曲轴转速信号处理系统滤波造成的转速测量误差 (16)4.3曲轴转速信号处理系统喷油时刻判断误差 (18)4.4本章小结 (19)5做过的尝试与模型的不足部分 (20)6全文总结 (22)7致谢 (23)附图 (24)参考文献 (29)重庆理工大学毕业设计发动机曲轴电磁感应传感器转速信号处理摘要发动机曲轴瞬时转速信号中蕴含着丰富的信息。

专利名称：发动机转速信号故障处理装置专利类型：实用新型专利
发明人：陆瑶成,李刚,张琪
申请号：CN201621174365.7
申请日：20161026
公开号：CN206144677U
公开日：
20170503
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型涉及一种发动机转速信号故障处理装置，其特征是，包括信号处理芯片、曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器；当发动机正常运行时，电子双刀开关的位置为连通曲轴位置传感器输出的曲轴位置信号到曲轴位置信号输入端口上，备用信号输入端口悬空；当发生凸轮轴位置信号故障时，发动机只使用曲轴位置信号，并进入跛行模式；当发生曲轴信号故障时，电子双刀开关使凸轮信号复用到原曲轴信号处理端口，将发生故障的曲轴位置传感器连接到备用信号处理端口，曲轴信号处理通端口将接入的凸轮信号处理成新的曲轴信号并进入跛行模式。

本实用新型能有效减少发动机运行时发生转速信号故障而停机的现象，增强发动机运行的安全性和稳定性。

申请人：无锡威孚高科技集团股份有限公司
地址：214028 江苏省无锡市新吴区华山路5号
国籍：CN
代理机构：无锡市大为专利商标事务所(普通合伙)
更多信息请下载全文后查看。

曲轴信号频率与转速的关系在汽车工程领域，曲轴信号频率与转速之间的关系是一个重要的参数。

曲轴是引擎的关键部件之一，它连接着活塞和连杆，将活塞运动转换为曲轴的旋转运动。

曲轴信号通常由曲轴传感器获取，用来监测引擎的运行状态和控制点火时机。

曲轴信号频率是指曲轴旋转一周所产生的信号脉冲数量。

转速则是指发动机单位时间内旋转的圈数。

而曲轴信号频率与转速之间存在着直接的比例关系。

当发动机转速增加时，曲轴旋转的速度也随之增加，每分钟旋转的圈数也会相应增加。

这将导致曲轴传感器每分钟接收到的信号脉冲数量增加，从而提高曲轴信号频率。

反之，当发动机转速减小时，曲轴信号频率也会相应降低。

通过监测曲轴信号频率，我们可以快速准确地获取到发动机的转速信息。

这对于汽车的故障诊断、发动机控制以及动力输出的调节都起着至关重要的作用。

除了转速信息外，曲轴信号频率还可以用于计算引擎的加速度。

加速度是指单位时间内转速的变化率。

通过对曲轴信号频率进行微分运算，我们可以得到曲轴信号频率的变化情况，从而进一步获得引擎的加速度信息。

曲轴信号频率与转速之间的关系还可以应用于车辆的巡航控制系统。

通过实时监测曲轴信号频率，控制系统可以根据当前转速的变化情况来调整节气门的开度，从而实现稳定的巡航速度。

这种闭环控制方式可以提高驾驶的舒适性和燃油经济性。

总之，曲轴信号频率与转速之间存在着直接的比例关系。

通过监测曲轴信号频率，我们可以获取到发动机的转速信息，进而应用于车辆的故障诊断、加速度计算以及巡航控制系统等方面。

这一关系在汽车工程中具有极其重要的意义，对于提升汽车性能和驾驶体验起到了至关重要的作用。

内燃机加速工况下曲轴旋转信号的转速跟踪滤波
陆春;郑四发;郝鹏;连小珉
【期刊名称】《内燃机工程》
【年(卷),期】2011(032)003
【摘要】测试分析内燃机曲轴的瞬时转速是识别内燃机做功状况和曲轴扭转振动特性的一种重要手段.内燃机在加速状况下采集到的曲轴旋转信号通常包含各种干扰信号,影响瞬时转速计算的准确性.提出了一种新的曲轴转速分析方法,设计一种中心频率随转速变化的窄带通滤波器,对曲轴旋转信号进行预处理,然后利用滤波后的信号计算曲轴的瞬时转速.基于曲轴实测旋转信号的分析结果表明:该方法修复了旋转信号中的失真部分,提高了曲轴瞬时转速的计算精度.
【总页数】4页(P84-87)
【作者】陆春;郑四发;郝鹏;连小珉
【作者单位】清华大学汽车安全与节能国家重点实验室,北京100084;清华大学汽车安全与节能国家重点实验室,北京100084;清华大学汽车安全与节能国家重点实验室,北京100084;清华大学汽车安全与节能国家重点实验室,北京100084
【正文语种】中文
【中图分类】TK402
【相关文献】
1.不同工况下内燃机曲轴轴承的润滑性能 [J], 赵小勇;孙军;刘利平;黄保科;单文斌;张建波;柴晓辉
2.一种滤除内燃机曲轴瞬时转速信号中畸点的方法 [J], 闫兵;张吉喜;董大伟
3.一种滤除内燃机曲轴瞬时转速信号中畸点的方法 [J], 闫兵;张吉喜
4.变转速工况下液压泵故障振动信号的角域烈度特征提取方法 [J], 刘思远;王志伟;姜万录;李晓明;卢明立;卢正点
5.无转速计旋转机械升降速振动信号零相位阶比跟踪滤波 [J], 郭瑜;秦树人
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。