車(chē)輛振動(dòng)測試分析的虛擬儀器設計與應用
加入技術(shù)交流群
3.2 信號分析模塊的設計
根據振動(dòng)測試中對信號的分析和處理基本要求，主要從時(shí)域分析、幅值域分析、頻率域分析和時(shí)頻聯(lián)合分析方面進(jìn)行程序設計。主要功能包括：波形顯示、濾波器設計、窗函數、概率統計、概率密度分布、自功率譜、互功率譜、倒功率譜、頻響函數、自相關(guān)函數、互相關(guān)函數、短時(shí)傅里葉變換、Gabor 變換、小波變換、模態(tài)分析等。
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、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程度，也可以檢測混在隨機信號中的周期信號；互相關(guān)則反映了兩個(gè)隨機變量的統計依賴(lài)關(guān)系。圖3 是TJ1040 汽車(chē)司機座椅在50km/h 車(chē)速下振動(dòng)時(shí)域波形顯示圖。
圖3 時(shí)域波形顯示圖
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、頻響函數分析、倒頻譜分析等。圖4 是車(chē)輛振動(dòng)實(shí)時(shí)波形及功率譜分析程序的方框圖，從中可見(jiàn)完成這些功能只需調用虛擬儀器軟件中相應的自功率譜計算、顯示波形等子程序模塊即可以實(shí)現。
圖4 波形實(shí)時(shí)分析程序方框圖
圖5 車(chē)廂與座椅振動(dòng)的頻響函數
時(shí)頻聯(lián)合分析亦稱(chēng)時(shí)頻局域化方法，是用時(shí)間和頻率的聯(lián)合函數來(lái)表示信號。典型的線(xiàn)性時(shí)頻表示有：短時(shí)傅里葉變換、小波變換和Gabor 變換。時(shí)頻聯(lián)合分析在振動(dòng)信號處理中，能夠很好的表示出信號在任一時(shí)刻的頻域特性，下面以短時(shí)傅里葉變換為例說(shuō)明時(shí)頻聯(lián)合分析模塊的程序設計。
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，以便確定該段時(shí)間間隔存在的頻率。
該程序前面板共有四部分組成：參數部分、短時(shí)傅里葉變換時(shí)頻平面圖、瞬時(shí)頻譜圖和信號時(shí)域波形圖。圖6 為T(mén)J1040 在50km/h 的車(chē)速下的振動(dòng)曲線(xiàn)短時(shí)傅里葉變換頻譜圖。由于采集的信號為車(chē)輛平順性分析信號，截止頻率為100Hz，因此頻譜平面圖100Hz 以上沒(méi)有信號。1 通道是司機座椅的振動(dòng)情況，振動(dòng)能量主要分布在2～5Hz，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)刻對應的頻率為2.34Hz 和13.11Hz，此時(shí)振動(dòng)能量最大即發(fā)生在座椅和車(chē)廂的固有頻率之處。從圖中可以看出該車(chē)的振動(dòng)情況在頻譜允許范圍值內，說(shuō)明該車(chē)具有良好的乘坐舒適性。
評論