诀窍与技巧:如何使用 CASMA 滤波器进行扭矩测量

发动机燃烧测量的扭矩信号具有很强的动态性,这是因为气缸在工作循环过程中会产生振动和晃动。这些动态周期性的振荡转矩分量会叠加到实际扭矩测量中。

CASMA 滤波器 (曲轴转角采样移动平均线) 采用转角机制并且和时间无关。其自动响应转速变化。这个滤波器不在时域下工作,而是和转角同步。

本文将介绍 CASMA 滤波器在 HBM TIM-PN, TIM-EC 和 PMX 信号调理系统下如何工作。

扭矩信号滤波

时间同步滤波器

为了确保可靠的控制,噪声信号必须经过过滤或平滑。比较熟悉的滤波器包括贝塞尔或巴特沃斯滤波,其特性是与时间同步,并且是低通滤波器。

角度滤波器

CASMA 滤波器 (曲轴转角采样移动平均线) 采用转角机制并且和时间无关。其自动响应转速变化。

如何在 TIM-PN 和 TIM-EC 上使用 CASMA 滤波器

Web 接口

TIM-EC 和 TIM-PN 扭矩接口模块内置 web server. 通过基于浏览器的软件你可以进行 CASMA 滤波器相关设定。 

所需的滤波器参数通过HTML页面中输入并进行合理性检查。CASMA 滤波器设定通过点击 "Units and filters" 菜单来完成。

 

 

CASMA 滤波器特点

参数化特性

参数化特性 功能
Angle divider 降低角度分辨率,这样在相同窗口宽度下允许更高的转速。
Angle range (degrees) 超过移动均线角度范围 (窗口宽度)
Pseudo speed (rpm) 生成的伪脉冲或伪速度。否则,过滤器将停止工作,测量值将冻结。

 

信息区域特征

信息区域特征函数 功能
Maximum rotational speed (rpm) 角度脉冲必须小于扭矩测量采样率。否则均值将通过相同测量值形成。
Pulses per revolution 来自于增量数并分析。采用正交分析,角度分辨率将会翻番。
Angular resolution in degrees 通过每转和分频器的脉冲数来计算
Number of averaged values 计算用于形成移动均值的测量值数量

PMX 中,如何使用 CASMA 滤波器

创建一个计算通道

在分析类中,创建一个新的 “旋转同步滤波器” 计算通道。

调整参数

  • 滤波输入: 输入要过滤的信号。
  • 轴角输入: 输入转速传感器角度信号。测量值必须是0°和360°之间。
  • 窗口宽度: 指定移动平均范围。宽度必须在30°和720°之间。默认设置为180°。窗口宽度和分辨率的比例必须小于180。

窗口宽度可以通过对旋转角度的扰动周期来测量(见截屏)。在这个案例中,每 720° 为一个扰动周期。

  • 最小转速: 当实际转速小于规定的最小转速是,采用虚拟转速。
  • 分辨率: 这个值测定多久(每次多少度) 一个新的均值被计算。注意最大允许转速取决于这个值,因为计算的速度取决于整体更新率。

理论值推导: 最大转速 = 分辨率 * 总体更新率 / 6.

实际上,你应该使用理论上最大转速值的 10〜20%。

分辨率

19,200 Hz 整体更新率下的最大转速

38,400 Hz整体更新率下的最大转速

3200 rpm

6400 rpm

6400 rpm

12,800 rpm

12,800 rpm

25,600 rpm

19,200 rpm

38,400 rpm

25,600 rpm

51,200 rpm

转速倍数在窗口宽度下的限制:

窗口宽度

倍数

90°

4, 8, 12, …

120°

3, 6, 9, …

180°

2, 4, 6, …

360°

1, 2, 3, …

720°

0, 5, 1, 1, 5, …


注意:如果在源信号中的任何一个是无效的,该输出信号也将是无效的。

CASMA 应用

未滤波信号 (红), 采用 CASMA 滤波的扭矩信号 (绿色). 
可以清晰地看出 CASMA 滤波器对于发动机扭矩测量具有优异的稳定性。滤波宽度越大,结果越好。

案例

在这个简单案例中, PMX 用于功率P[W], 转速 n [1/s] 和加速度[1/s²] 分析, 包括扭矩  M [Nm] 和相应的 CASMA 滤波。 计算通道如下面截图所示。信号在 catman 中显示。

计算:

功率:

角速度:

 

角加速度:

重要: 对于所有的转速计算 n 必须从每分钟转速转换到没秒转速,也就是除以 60。.

通道

请参考以下采用 catman 显示的截图。括号中的颜色是指曲线的颜色. 信号包括以下通道:
扭矩 M (红色):

扭矩 M (红色):

  • 直接从 PX460 测量通道中获得

CASMA 滤波 (绿色):

  • 已经解释

功率 P (黄色):

  • 每秒转速
  • 恒定信号(2*pi)
  • 倍数 (M * n [1/s] * 2*pi]

转速 n (橙色):

  • 直接从 PX460 测量通道中获得

转角加速度 (蓝色):

  • 倍数 (2*pi * n [1/s]), 角速度 w
  • 微分 (w)

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