В современных автомобилях эффективность работы двигателя достигается совершенствованием рабочего процесса посредством использования электронных систем управления [1–4]. Самый быстрый эффект достигается от обновления программного обеспечения электронных блоков управления за счет применения более эффективных методов обработки и идентификации сигналов, полученных от различных датчиков. Одним из главных воздействий, которое в системах управления задается программно и имеет значительное влияние на эффективные характеристики двигателя внутреннего сгорания (ДВС), является угол опережения зажигания (УОЗ), оптимизация которого обеспечивает выполнение максимальной работы за один рабочий цикл [2, 3]. Однако не всегда возможно реализовать оптимальное значение УОЗ вследствие неконтролируемого характера возникающих детонаций. Следует также отметить, что текущее значение уровня вибраций при детонации не является его исчерпывающей характеристикой. В связи с этим предлагались различные способы распознавания детонации, в которых анализируется характер протекания (форма сигналов) детонационных процессов в двигателях. Применяемые для этих целей спектрально-корреляционные подходы и различные методы вейвлетанализа не дают достаточной информативности при обнаружении детонаций, а также при выработке решающих правил, позволяющих проводить надежную их идентификацию.
Перспективным решением проблемы выявления детонации является анализ акустического шума работающего двигателя. Используемые для этого микрофонные датчики достаточно дешевы, просты в эксплуатации и не требуют установки прямо на корпус двигателя, что защищает их от перегрева. Для эффективного использования акустической диагностики необходимо, чтобы полезная информация была должным образом извлечена из общего акустического шума работающего ДВС. Основные трудности, возникающие при решении этой задачи, связаны со следующими факторами: существенной нестабильностью процесса детонационного сгорания в последовательных рабочих циклах, что обусловлено самой природой детонационного сгорания; высоким маскирующим уровнем шума двигателя, величина которого сильно зависит от конкретного экземпляра двигателя, флуктуирует во времени и различна для разных цилиндров двигателя; уровень акустического шума имеет составляющие, носящие случайный характер и имеющие в своем спектре частоты, характерные для детонации. В данной работе для обнаружения и идентификации детонаций автомобильных двигателей предложен обобщенный динамический критерий, основанный на применении статистики высших моментов. Обнаружение последовательных циклов зажигания связано с вычислением функции нестационарности, которая выражается через отношение функции обобщенного среднего (ФОС) для различных фрагментов одного и того же процесса. ФОС определены либо в скользящем окне (фрагменте временного ряда, смещающемся вдоль оси времени), либо основано на сравнении в различных временных окнах. Особенность этой функции состоит в том, что благодаря ее определению на полной совокупности моментов (избыточная информация), она более полно отражает динамику изменения перемежаемой нестационарности, проходящей через квазистационарные участки. Это позволяет решить задачу разделения стохастических процессов на группы (классы, кластеры), статистически схожих между собой. Общим подходом к классификации является введение понятия статистической однородности (относительной стационарности) различных фрагментов на основе статистики высших моментов. Другими словами, выделенные фрагменты одного процесса рассматриваются как различные реализации временного ряда, которые с помощью новых количественных характеристик объединяются в паттерны [5]. Фактические значения параметров паттернов сравниваются с эталонными с использованием функции обобщенного среднего (ФОС), и на основе такого сравнения делается вывод о наличии или отсутствии детонации в ДВС.