Application de la distribution de pseudo Wigner-Ville lissée réallouée à la détection de cliquetis
Application of the Reallocated Smoothed Pseudo Wigner-Ville Distribution to Knock Detection
OPEN ACCESS
Knock energy estimation has always been essential for car manufacturers . Because of recent anti-pollution norms reinforcement, knock must be detected as soon as possible in order to reach optimal operating points for the engine . Knock effects are directly visible on the pressure signal extracted from the combustion chamber through the oscillations caraterizing the cavity resonance frequencies. That is the reason why this signal is usually used as a reference for knock intensity estimation . The use of time - frequency distributions along with image processing has led to a great improvement in knock detection. However, knock images are sometimes poorly readable and difficulties arise in the extraction of relevant information. In this paper, a method using the reallocated smoothed pseudo Wigner-Ville distribution associated to a labeling technique is proposed . The resulting process is easy to implement. It is applied to actual measurements recorded on two different spark ignition engines . Compared to those of existing techniques, the present results show a better knock intensity estimation . An improvement in the separation of knock from noisy combustions is also observed.
Résumé
Estimer l'énergie du cliquetis a toujours été un enjeu important pour les constructeurs automobile . Le renforcement des normes antipollution contraint à détecter l'apparition du cliquetis de plus en plus tôt afin de se placer dans des conditions optimales de fonctionnement du moteur. Les effets du cliquetis sont directement visibles sur le signal de pression issu de la chambre de combustion à travers les oscillations caractéristiques des fréquences propres de la cavité . C'est pourquoi ce signal sert généralement de référence à l'estimation de l'énergie du cliquetis . L'utilisation de techniques temps-fréquence et de traitements d'image a permis d'améliorer grandement l'estimation et la détection du cliquetis. Cependant les images sont parfois peu lisibles et les traitements nécessaires à l'extraction de l'information pertinente sont souvent complexes . Nous proposons ici d'utiliser une méthode de réallocation de la distribution de Wigner-Ville associée à une technique d'étiquetage . La mise en oeuvre d'un tel procédé est simple et il a été appliqué à des données issues d'essais réalisés sur différents moteurs . Les résultats obtenus sont comparés à ceux des méthodes existantes . Ils montrent une amélioration de l'estimation de l'intensité du cliquetis et une meilleure réjection des phénomènes de combustions bruyantes.
Time-frequency distributions, reallocation, knock detection
Mots clés
Distributions temps-fréquence, réallocation, détection de cliquetis
[1] P.M. Najt, "Evaluating Threshold Knock with a Semi-Empirical Model — Initial Results ", Proc . of the Int . Conf . of the Society of Automotive Engineers, article 872149, 1987
[2] T.H. Valtadoros, V.W. Wong and J .B . Heywood, "Engine Knock Characteristics at the Audible Level", Proc . of the Int. Conf. of the Society of Automotive Engineers, article 910567, 1991
[3] U . Spicher, H . Kroeger and J . Ganser, "Detection of Knocking Combustion Using Simultaneously High-Speed Schlieren Cinematography and Multi Optical Fiber Techniques", Society of Automotive Engineers Trans ., vol . 100 , n° 4, pp . 569-588, 1991
[4] T. Priede and R .K . Dutkiewicz, "The Effect of Normal Combustion and Knock on Gasoline Engine Noise", Proc . of the Int . Conf. of the Society of Automotive Engineers, article 891126, 1989
[5] P.V. Puzinauskas, "Examination of Methods Used to Characterize Engine Knock", Proc . of the lut. Conf . of the Society of Automotive Engineers , article 920808, 1992
[6] G . Xiafeng, R . Stone, C . Hudson and I . Bradbury, "The Detection and Quantification of Knock in Spark Ignition Engines", Proc . of the Int . Conf. of the Society of Automotive Engineers, article 932759, 1993
[7] Mitsubishi Motors, "Influence of Valve Noise on Knock Detection in Spark Ignition Engines", SIA 1988, Note technique, Renault, 198 8
[8] H . Kikuchi, M . Nakashizuka, H . Watanabe, S . Watanabe and N . Tomisawa, "Fast Wavelet Transform and Its Application to Detecting Detonation", Ieice Trans . Fundamentals, Vol . E75-A(8), 1992
[9] F. Molinaro, "Caractérisation temps fréquence et modélisation paramétrique du cliquetis moteur — Application à la détection", Thèse, Institut National Polytechnique de Toulouse, Avril 1992
[10] C .S . Draper, "Pressure Waves Accompagnying Detonation in the Internal Combustion Engine", Journal of the Aeronautical Sciences, Vol . 5(6), Avril 1938
[1l] J . Vandewalle, R . Boite, M. Moonen and A . Oosterlink, "Time-Frequency Analysis of Knock in Spark Ignition Engines", Signal Processing VI Theories and Applications, Vol . 3, 1992
[12] P. Flandrin, "Temps-Fréquence", Ed. Hermes, Traité des Nouvelles Technologies, 1993
[13] D. Koenig, "Application of Time-Frequency Analysis for Optimum Non - Equidistant Sampling of Automotive Signals Captured at Knock", Proc . of the ICASSP, pp . 2746-2749, 1996
[14] O . Guetta, A. Morandat and F. Benghouzi, "Détection du cliquetis par analyse temporelle et distribution de Wigner-Ville au signal de pression" , Note technique, Renault, Direction de la Recherche, Septembre 1993
[15] J.B . Allen and L .R . Rabiner, "A unified approach to short-time Fourier analysis and synthesis", Proc . IEEE, vol . 65, 1977, pp . 1558-1566
[16] F. Auger and R Flandrin, "Improving the Readability of Time-Frequency and Time-Scale Representations by the Reassignement Method", IEEE Trans. on Signal Processing, Vol . 43, 1995, pp 1068-1089
[17] P. Abry, E. Chassande-Mottin et P. Flandrin, "Algorithmes rapides pour la décomposition en ondelettes continue — Application à l'implantation de la réallocation du scalogramme", Quinzième Colloque GRETSI, Septembre 1995, pp 313-316
[18] P. Flandrin et E. Chassande-Mottin, "Sur la réallocation des scalogrammes" , Quinzième Colloque GRETSI, Septembre 1995, pp 309–312
[19] M . Haghgooie, "Effects of Fuel Octane Number and Inlet Air Temperature on Knock Characteristics of a Single Cylinder Engine" , Proc . of the Int. Conf. of the Society of Automotive Engineers, article 902134, 1990