由于道路上有許多偶然因素的影響唠俄，可能導(dǎo)致試驗(yàn)分析結(jié)果中存在較大誤差甚至得出錯(cuò)誤結(jié)論。車輛的振動測量在大多數(shù)情況下需要在道路上進(jìn)行壕俱，首先需要磁帶機(jī)記錄測試的振動信號源糖，然后將試驗(yàn)數(shù)據(jù)帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行進(jìn)一步的處理、分析障浅。遇到這種情況只能重新回到路面重復(fù)一次試驗(yàn)师晨，如此一來，整個(gè)試驗(yàn)的周期加長、試驗(yàn)設(shè)備增多研神，這樣對教學(xué)實(shí)驗(yàn)來說很不實(shí)際惩凉，同時(shí)諸多儀器設(shè)備也給整個(gè)測量帶來了不便。便攜式車輛振動測試分析系統(tǒng)可以進(jìn)行實(shí)時(shí)分析纫益，在道路試驗(yàn)過程中得到分析結(jié)果恒襟。該測試分析系統(tǒng)是由計(jì)算機(jī)硬件資源、模塊化儀器硬件和用于數(shù)據(jù)分析揍忍、過程通訊及圖形化用戶界面的軟件組成的測控系統(tǒng)弯疾，是一種由計(jì)算機(jī)操控的虛擬儀器系統(tǒng)[1]。

虛擬儀器的硬件系統(tǒng)一般分為計(jì)算機(jī)硬件和測控功能平臺逃糟。其中計(jì)算機(jī)硬件可以是各種類型的計(jì)算機(jī)吼鱼，如臺式、便攜式绰咽、嵌入式計(jì)算機(jī)及工作站等菇肃。計(jì)算機(jī)管理著虛擬儀器的硬軟件資源，是虛擬儀器的硬件基礎(chǔ)取募。

虛擬儀器的軟件平臺中最具有代表性的是美國國家儀器公司推出的LabVIEW琐谤，它是采用32 位的編譯型的圖形化語言作為其編程語言，集開發(fā)玩敏、調(diào)試和運(yùn)行于一體斗忌，是一種強(qiáng)有力的虛擬儀器開發(fā)工具。LabVIEW 具有以下的特點(diǎn)：流程圖式的編程環(huán)境聊品，不需要預(yù)先編譯就存在語法檢測飞蹂，調(diào)試過程中可使用的數(shù)據(jù)探針，豐富的庫函數(shù)翻屈、數(shù)值分析陈哑、信號處理及設(shè)備驅(qū)動等[2]。編程者分別在LabVIEW 語言編程環(huán)境的前面板和程序流程圖組建儀器人機(jī)界面和進(jìn)行程序設(shè)計(jì)開發(fā)奋肄，以完成虛擬儀器特定的邏輯分析處理能力[3]轿南。LabVIEW 軟件是儀器控制、數(shù)據(jù)采集逃口、數(shù)據(jù)分析耀即、數(shù)據(jù)顯示的一種很好的選擇。

2 車輛振動測試分析系統(tǒng)的組成

便攜式車輛振動測試分析[4]系統(tǒng)就是利用虛擬儀器完成對車輛行駛過程中振動量的信號測量编苛、數(shù)據(jù)分析及處理藻着。它完全借助于計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)對振動信號的采集、顯示娜摇、存取猩僧、分析處理等諸多功能赖巴。

該測試分析系統(tǒng)有兩大部分組成：①傳感器測量系統(tǒng)，它包括加速度傳感器纲析、電荷放大器及數(shù)據(jù)采集卡等猩刁，其作用是拾取表征車輛振動狀態(tài)的各種信號或參數(shù)，并使之變成標(biāo)準(zhǔn)的模擬電信號和計(jì)算機(jī)能夠識別的數(shù)字信號农浓。②數(shù)據(jù)采集新蟆、顯示、處理及分析系統(tǒng)右蕊，也就是虛擬儀器的核心部分琼稻，其作用是獲得信號并顯示具體振動值，同時(shí)進(jìn)一步的相關(guān)分析尤泽、譜分析等分析處理欣簇。便攜式車輛振動測試分析系統(tǒng)雖然主要部分為軟件完成的數(shù)據(jù)分析處理规脸，但它仍然需要傳感器坯约、信號調(diào)理器等硬件設(shè)備。這些硬件設(shè)備在任何振動測試分析系統(tǒng)中是必不可少的莫鸭，它們構(gòu)成了系統(tǒng)的測試前端闹丐。

3 振動測試分析系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

便攜式車輛振動測試分析系統(tǒng)對信號的分析處理有兩種工作方式：在線式和離線式信號分析儀。通常在線式用于信號的監(jiān)測被因，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測試分析卿拴；離線式則是先將信號記錄下來，再進(jìn)行分析梨与，一般用于系統(tǒng)的動態(tài)特性測試堕花，總體設(shè)計(jì)方案如圖1 所示。

圖1 測試分析系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

3.1 數(shù)據(jù)采集模塊的設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)采集提供了整個(gè)測試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來源枚从，是虛擬儀器的基本組成部分[5]稳荒。數(shù)據(jù)采集模塊主要是實(shí)現(xiàn)車輛振動信號的拾取及對各種參數(shù)的控制，比如對數(shù)據(jù)采集卡榛狮、采集通道的選擇很防，以及采樣頻率、點(diǎn)數(shù)嫡靠、段數(shù)的控制等志凿。

振動量轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)所能識別的數(shù)字量是一個(gè)復(fù)雜的過程，首先經(jīng)過壓電式傳感器將機(jī)械振動量轉(zhuǎn)換為模擬電量杂飘，然后通過模擬信號調(diào)理設(shè)備進(jìn)行信號放大疏形、隔離、濾波触咧、同步采樣及保持等處理衩凤，送入數(shù)據(jù)采集卡完成采樣及量化轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量送給計(jì)算機(jī)作進(jìn)一步的處理。本測試分析系統(tǒng)使用的數(shù)據(jù)采集卡為一款基于筆記本計(jì)算機(jī)PCMCIA 插槽技術(shù)的DAQCARD-AI-16E-4 采集卡[6]，信號調(diào)理卡為SC-2040援奢，可實(shí)現(xiàn)8 通道同步采樣和保持兼犯，并且各通道可選擇不同的增益。

圖2 數(shù)據(jù)自由采集模塊方框圖

該模塊中設(shè)置了兩種采樣方式：一種是自由連續(xù)采集集漾，即設(shè)置好采集參數(shù)后直接進(jìn)行連續(xù)采集切黔，適用于隨機(jī)平穩(wěn)信號的采集；另一種是觸發(fā)采集具篇，設(shè)置好觸發(fā)條件（包括觸發(fā)電平纬霞、觸發(fā)沿、觸發(fā)前預(yù)保留點(diǎn)數(shù)等）后采集驱显，適用于激勵(lì)信號和脈沖信號的采集诗芜。

從圖2 所示的信號自由采集模塊流程圖中，可以看出主要調(diào)用了LabVIEW 中Data Acquisition 功能塊下Analog Input 中的AI Config.vi埃疫、AI Start.vi 及AI Read.vi 等子函數(shù)伏恐。通過這些模塊可以實(shí)時(shí)采集實(shí)際的模擬信號，各子函數(shù)模塊均可以圖標(biāo)形式放置在程序流程圖中栓霜，這樣不但增加了程序的可維護(hù)性翠桦，也增加了程序的可讀性，使程序流程圖更加清晰明了胳蛮。

3.2 信號分析模塊的設(shè)計(jì)

根據(jù)振動測試中對信號的分析和處理基本要求争萎，主要從時(shí)域分析、幅值域分析迄岸、頻率域分析和時(shí)頻聯(lián)合分析方面進(jìn)行程序設(shè)計(jì)谍售。主要功能包括：波形顯示、濾波器設(shè)計(jì)苗泰、窗函數(shù)学掉、概率統(tǒng)計(jì)、概率密度分布共吞、自功率譜咕烟、互功率譜湖员、倒功率譜愤凭、頻響函數(shù)拳芹、自相關(guān)函數(shù)、互相關(guān)函數(shù)径露、短時(shí)傅里葉變換跌蛔、Gabor 變換、小波變換摹菠、模態(tài)分析等盒卸。

3.2.1 時(shí)域和幅值域分析模塊

時(shí)域分析中主要是波形顯示骗爆、自相關(guān)分析和互相關(guān)分析。自相關(guān)用于判斷信號的隨機(jī)程度蔽介，也可以檢測混在隨機(jī)信號中的周期信號摘投；互相關(guān)則反映了兩個(gè)隨機(jī)變量的統(tǒng)計(jì)依賴關(guān)系。圖3 是TJ1040 汽車司機(jī)座椅在50km/h 車速下振動時(shí)域波形顯示圖虹蓄。

圖3 時(shí)域波形顯示圖

幅值域特性分析是振動試驗(yàn)必不可少的一項(xiàng)犀呼，該模塊程序可以同時(shí)觀測輸入、輸出信號的概率密度曲線薇组、概率密度分布曲線外臂，還可以直接求值，尤其對隨機(jī)信號數(shù)字特征的偏態(tài)和峰值有關(guān)律胀，用于故障檢測分析和模態(tài)參數(shù)識別宋光。

3.2.2 頻率域分析模塊

頻率域分析功能較多，主要有功率譜分析炭菌、頻響函數(shù)分析罪佳、倒頻譜分析等。圖4 是車輛振動實(shí)時(shí)波形及功率譜分析程序的方框圖禽岭，從中可見完成這些功能只需調(diào)用虛擬儀器軟件中相應(yīng)的自功率譜計(jì)算诉抱、顯示波形等子程序模塊即可以實(shí)現(xiàn)普毙。

圖4 波形實(shí)時(shí)分析程序方框圖

頻響函數(shù)表示激振力和測量點(diǎn)響應(yīng)之間的關(guān)系艘励，頻響函數(shù)分析在車輛的振動分析中具有相當(dāng)重要的地位，頻響函數(shù)曲線也是模態(tài)參數(shù)識別的依據(jù)捍骇。圖5 是TJ1040 在50km/h 車速下車廂地板和司機(jī)座椅振動的頻響函數(shù)（傳遞函數(shù)）曲線唆痪。以車廂地板的振動為激勵(lì)信號，司機(jī)座位的振動為響應(yīng)信號闰收。計(jì)算方法采用H3 估計(jì)境株，激勵(lì)信號和響應(yīng)信號都加哈寧窗函數(shù)，顯示方式為幅頻－相干淀税。從圖中可以看到相干系數(shù)有多處峰值肌蝶，而其中在2.34Hz 和15.23Hz 處相干系數(shù)為極值對應(yīng)為0.9762 和0.9513，這分別發(fā)生在司機(jī)座椅和車廂地板的固有頻率附近狂篇，正好與相干常常發(fā)生在固有頻率處這一理論相吻合毙琴。

圖5 車廂與座椅振動的頻響函數(shù)

3.2.3 時(shí)頻聯(lián)合分析模塊

時(shí)頻聯(lián)合分析亦稱時(shí)頻局域化方法，是用時(shí)間和頻率的聯(lián)合函數(shù)來表示信號岗屏。典型的線性時(shí)頻表示有：短時(shí)傅里葉變換辆琅、小波變換和Gabor 變換。時(shí)頻聯(lián)合分析在振動信號處理中这刷，能夠很好的表示出信號在任一時(shí)刻的頻域特性婉烟，下面以短時(shí)傅里葉變換為例說明時(shí)頻聯(lián)合分析模塊的程序設(shè)計(jì)娩井。

短時(shí)傅里葉變換是把信號劃分為許多小的時(shí)間間隔，用傅里葉變換分析每個(gè)時(shí)間間隔似袁，以便確定該段時(shí)間間隔存在的頻率洞辣。

該程序前面板共有四部分組成：參數(shù)部分、短時(shí)傅里葉變換時(shí)頻平面圖昙衅、瞬時(shí)頻譜圖和信號時(shí)域波形圖屋彪。圖6 為TJ1040 在50km/h 的車速下的振動曲線短時(shí)傅里葉變換頻譜圖。由于采集的信號為車輛平順性分析信號绒尊，截止頻率為100Hz畜挥，因此頻譜平面圖100Hz 以上沒有信號。1 通道是司機(jī)座椅的振動情況婴谱，振動能量主要分布在2～5Hz蟹但，從時(shí)域波形圖、頻譜平面圖和瞬時(shí)頻譜圖可以看出在3.52s 時(shí)刻對應(yīng)的頻率為2.34Hz 和13.11Hz决太，此時(shí)振動能量最大即發(fā)生在座椅和車廂的固有頻率之處蓉厕。從圖中可以看出該車的振動情況在頻譜允許范圍值內(nèi)，說明該車具有良好的乘坐舒適性晴灿。

圖6 短時(shí)傅里葉變換分析程序

4 系統(tǒng)對車輛平順性試驗(yàn)應(yīng)用

便攜式車輛振動測試分析系統(tǒng)硬件環(huán)境為一臺主頻為PⅢ450杉漓，64M 內(nèi)存的筆記本計(jì)算機(jī)和一塊數(shù)據(jù)采集卡、同步采樣保持卡社芳，運(yùn)行軟件環(huán)境為Windows 98 下的LabVIEW 5.1沐喘。

運(yùn)用該系統(tǒng)對TJ1040 在天津外環(huán)線作了平順性試驗(yàn)，并對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了實(shí)時(shí)分析肢构，結(jié)果如圖7所示抢却。

圖7 平順性試驗(yàn)分析結(jié)果

該圖是車速在50km/h（常用車速）時(shí)舒適性降低承受時(shí)間在ISO2631 指標(biāo)體系中的分布情況，從圖中可以看出在中心頻率為6.3Hz 下踪钞，振動最厲害在贸、承受的時(shí)間最短，可以看出舒適性降低界線承受的最低時(shí)間為190.72min（3.18h）泼司，發(fā)生在中心頻率為6.3Hz 的1/3 倍頻帶上绑莺，與圖形曲線完全相符。加速度加權(quán)均方根值為0.31704m/s2（等效均值LEQ110. 02224d B）惕耕，參照標(biāo)準(zhǔn)該車的CD T 值已達(dá)到輕型客車評價(jià)指標(biāo)的限值纺裁，符合輕型客車平順性評價(jià)指標(biāo)。

試驗(yàn)結(jié)果與用清華大學(xué)的DP-16 分析軟件分析結(jié)果完全一致赡突，這充分說明了該便攜式車輛振動測試分析系統(tǒng)開發(fā)可行性與正確性对扶。

5 結(jié)束語

基于虛擬儀器圖形編程語言LabVIEW 組建的便攜式車輛振動測試分析系統(tǒng)，減少了測試過程中的硬件設(shè)備惭缰，實(shí)現(xiàn)了對車輛振動信號的實(shí)時(shí)采集浪南、處理笼才、分析的目的。

聲明：本網(wǎng)站所收集的部分公開資料來源于互聯(lián)網(wǎng)络凿，轉(zhuǎn)載的目的在于傳遞更多信息及用于網(wǎng)絡(luò)分享骡送，并不代表本站贊同其觀點(diǎn)和對其真實(shí)性負(fù)責(zé)，也不構(gòu)成任何其他建議絮记。本站部分作品是由網(wǎng)友自主投稿和發(fā)布摔踱、編輯整理上傳，對此類作品本站僅提供交流平臺怨愤，不為其版權(quán)負(fù)責(zé)士怒。如果您發(fā)現(xiàn)網(wǎng)站上所用視頻、圖片乒稚、文字如涉及作品版權(quán)問題眷赂，請第一時(shí)間告知，我們將根據(jù)您提供的證明材料確認(rèn)版權(quán)并按國家標(biāo)準(zhǔn)支付稿酬或立即刪除內(nèi)容咐笙，以保證您的權(quán)益屑墓！聯(lián)系電話：010-58612588 或 Email:editor@mmsonline.com.cn。