摘要
研發(fā)新的燃油涉及到一家石油公司的多個(gè)領(lǐng)域以及多種試驗(yàn)，包括基于底盤測(cè)功機(jī)的車輛排放試驗(yàn)以及基于發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)室的發(fā)動(dòng)機(jī)性能試驗(yàn)。尤其是對(duì)于柴油以及汽柴油混合燃料，一個(gè)重要的試驗(yàn)就是評(píng)估車輛冷起動(dòng)過(guò)程中的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速曲線。
在該工作中，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速曲線分析，技術(shù)人員研發(fā)了一個(gè)系統(tǒng)通過(guò)使用發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪齒圈信息以及一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)筆記本電腦的音頻輸入端口來(lái)獲取信息。同時(shí)，研發(fā)了一套精確的軟件來(lái)分析所獲得的信號(hào)。該系統(tǒng)可以給出發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程的許多重要信息，如起動(dòng)電機(jī)開(kāi)始運(yùn)行時(shí)間，停止時(shí)間以及發(fā)動(dòng)機(jī)怠速。所有這些信息都通過(guò)一個(gè)廉價(jià)的儀器裝備被采集。這個(gè)系統(tǒng)同樣可以分析，發(fā)動(dòng)機(jī)的某個(gè)轉(zhuǎn)速，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的微小波動(dòng)。
因此，本文推薦了一種可以用于不同車輛以及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速分析的簡(jiǎn)單以及廉價(jià)的程序，任何試驗(yàn)室都可以實(shí)施的。

說(shuō)明
新燃油混合物的研究包含多種基于臺(tái)架發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)以及基于車輛自身的試驗(yàn)。其中的一些試驗(yàn)包括排放試驗(yàn)，氣門沉積物，動(dòng)力性試驗(yàn)等等。其中的一項(xiàng)為發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)評(píng)估瞄準(zhǔn)確定排放物，如參考文獻(xiàn)[1]和[2]中所示，以及冷起動(dòng)后發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到穩(wěn)定怠速的時(shí)間。考慮到這些，該研究提出了一種方法以及一套系統(tǒng)來(lái)獲取發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)初始階段的轉(zhuǎn)速。下文中將介紹研發(fā)的系統(tǒng)如何獲取轉(zhuǎn)速信號(hào)，起動(dòng)過(guò)程信號(hào)的理論研究以及定性起動(dòng)過(guò)程的重要參數(shù)。最終，討論了該系統(tǒng)的新的可能性。

方法
本部分描述如何獲取以及處理飛輪齒圈信號(hào)的方法，以確定發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)過(guò)程中的轉(zhuǎn)速曲線。第一步，需要確定傳感器的型號(hào)及其在車輛上的安裝位置。在該項(xiàng)工作中，車輛有一個(gè)霍爾傳感器。第二步，需要研發(fā)新的硬件來(lái)獲取車輛轉(zhuǎn)速信號(hào)并將其發(fā)送至電腦。最后，通過(guò)兩個(gè)軟件來(lái)獲取轉(zhuǎn)速曲線：一個(gè)獲取信號(hào)，另一個(gè)用來(lái)處理信號(hào)。接下來(lái)的章節(jié)將會(huì)介紹更加詳細(xì)的情況。

霍爾傳感器
霍爾傳感器是一種當(dāng)磁場(chǎng)變化時(shí)，輸出電壓會(huì)發(fā)生變化的傳感器,參考文獻(xiàn)[3]。在汽車工業(yè)中，這種傳感器被廣泛應(yīng)用在車輛上來(lái)獲得發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速以及發(fā)動(dòng)機(jī)活塞在機(jī)體內(nèi)的位置。一般情況下，這種傳感器直接附屬于飛輪齒圈。在本論文中，它被應(yīng)用到柴油機(jī)皮卡上，傳感器位于車輛前部的發(fā)動(dòng)機(jī)下面。
飛輪齒圈有一組磁性齒牙，當(dāng)這些齒牙經(jīng)過(guò)傳感器時(shí)可以在霍爾傳感器中產(chǎn)生電壓。因此，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)一開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，傳感器就會(huì)產(chǎn)生脈沖，通過(guò)脈沖寬度能夠得出發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。圖1距離說(shuō)明了這種傳感器，飛輪齒圈以及產(chǎn)生的脈沖信號(hào)。在飛輪中，同時(shí)存在一些非磁性齒牙，用來(lái)確定活塞在燃燒室內(nèi)的位置。所以，磁性齒牙以及非磁性齒牙的數(shù)量是進(jìn)行信號(hào)分析前最先需要確定的事情。


硬件
試驗(yàn)用到的硬件僅僅是一根線纜和一個(gè)電路，用來(lái)降低通過(guò)終端的電壓，證明文章前面提到過(guò)的這是一個(gè)廉價(jià)系統(tǒng)。這根線纜一端裝有一個(gè)相容的P2插頭用來(lái)連接筆記本電腦，另一端是一對(duì)鱷魚嘴夾子，用來(lái)連接傳感器。
用來(lái)降低電壓的電路是一個(gè)由兩個(gè)電阻構(gòu)成的簡(jiǎn)單的電壓分配回路，其中R1的阻值為33kΩ，R2的阻值為270Ω。選擇這樣兩個(gè)電阻是為了確保以下兩個(gè)方面：
電壓分配應(yīng)該降低電壓至10，這意味著R2/(R1+R2)=1/10，同時(shí)；
該電路必須具有高阻抗以保證不會(huì)干擾車輛的正常功能，這意味著R1與R2的取值要很大。
圖2給出了電壓分配電路的示意圖。


軟件
軟件由兩部分構(gòu)成：其中一部分用來(lái)獲取數(shù)據(jù)，另一部分用來(lái)處理信號(hào)。獲取的轉(zhuǎn)速信號(hào)使用Windows的“錄音機(jī)”應(yīng)用程序進(jìn)行處理，如圖3所示。用戶需要起動(dòng)錄音機(jī)而后發(fā)動(dòng)車輛。記錄一分鐘的數(shù)據(jù)，必須保存記錄數(shù)據(jù)。


在保存對(duì)話框里，可以將采集到的數(shù)據(jù)存為WAV格式。此外，可以設(shè)置成其他一些音頻參數(shù)，如：樣本率，單聲道或立體聲等等，如圖4所示。在本文中，設(shè)置為單聲道，樣本率為48kHz。


聲音文件處理是通過(guò)一個(gè)用MATLAB編寫的程序參考文獻(xiàn)[4]計(jì)算的。通過(guò)改程序載入WAV文件，計(jì)算并測(cè)量脈沖寬度，并計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。最后，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速被顯示給用戶。圖5給出了該系統(tǒng)的示意圖。

識(shí)別齒牙數(shù)量
飛輪齒圈磁性及非磁性齒牙數(shù)量是通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的試驗(yàn)來(lái)確定的。起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)同時(shí)采集霍爾傳感器信號(hào)。信號(hào)與圖6中所示的相似。

很明顯，圖中顯示出了一種圖案包含幾個(gè)短的脈沖緊接著一個(gè)長(zhǎng)的脈沖，代表每個(gè)磁性齒牙經(jīng)過(guò)霍爾傳感器的情形。長(zhǎng)脈沖信號(hào)代表沒(méi)有在霍爾傳感器中產(chǎn)生感應(yīng)的非磁性齒牙。