文档介绍：使用 LMS QTV 进行发动机曲轴扭振试验

杨正江周登峰陈宏强

(奇瑞汽车有限公司试验技术中心系统开发部芜湖,241009)

摘要:本文介绍利用 LMS QTV 模块对发动机曲轴扭转振动进行测量的一些技
术和分析方法。
关键词:LMS QTV,扭振
Abstract:In this paper, we highlight the measurement and analysis method of the
engine crankshaft through LMS QTV module.
Key word: LMS QTV,Torsion vibration
一概述:
发动机曲轴的扭转振动是轴系振动的一个自然现象。如果轴系扭转振动的固
有频率落在发动机工作的常用转速范围内,会引起曲轴的扭转共振,从而引起发
动机的振动和噪声,轻则加剧发动机的振动和噪声,重则使曲轴断裂损坏发动机,
造成严重事故。因此,对发动机曲轴的扭转振动测量对于汽车行业和发动机行业
都是很重要的工作。
虽然计算机辅助设计现在已能对发动机曲轴进行模拟计算,但最终仍然需要
对发动机的曲轴进行实际扭振测量,并且根据测量结果,判定曲轴的扭振状态是
否可以保证发动机安全、可靠性的工作。
因此,方便、快捷、准确地测量发动机曲轴的扭转振动的仪器开发,一直是
工程技术人员在不断地追求。LMS QTV 很好地实现了这一追求。
二 QTV 的结构原理:
与 SCADAS III 的其它模块相同,QTV 由两个模块组成。其电压输入调理模
块,确保 100kHz 的模拟信号带宽,用于对输入转速信号的调理、放大或衰减,
以保证其 SP 90 模数转换模块正确地采集数据。过零检测和 rpm 变化量的计算,
则是通过一个高性能的数字信号处理器(DSP)在数字域内实现。
QTV 的结构原理图如图 1 所示。它说明了 QTV 如何将模拟式转速信号转换
为高精度、宽频带的 rpm 变化量。图中只给出一个通道的框图,实际上,一个
QTV 模块有四个通道,能同时对旋转件四个不同部位的扭振信号进行测量分析。

A 32点拉格最后线性
朗日插值插值
转速信号 D 转速信号
变化量
信号调理抗混滤波加密重采样
图 1:QTV 结构原理图
内涵有扭振信息的转速信号,先馈入一个带宽很宽的模拟式调理电路,该电
路可选择适当的放大或衰减因子。必要时,还可插入一高通滤波电路,但一般情
况下,不推荐这样做,因为会引起相位失真和不希望的瞬态响应。抗混滤波器和
24 bit 、 kHz 采样率的模数转换器,可保证精确采集原始的转速数据。对
原始信号作精确的数字化处理后,再由 DSP 作进一步的运算处理。
首先,对 ADC 输出数据进行二倍升采样。这个过程相对简单,利用 FIR(有
限冲激响应)插值滤波器,保证运算过程非常精确。然后,对升采样后的数据(此
时的采样间隔为 )进行零位检测。

图 2:内插值方法
达到上述采样间隔后,利用可靠、精确的拉格朗日多项式插值法(16 阶),
再进行 32 倍插值。此时,对原始