車輛振動測試分析的虛擬儀器設(shè)計(jì)與應(yīng)用
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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，主要從時域分析、幅值域分析、頻率域分析和時頻聯(lián)合分析方面進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。主要功能包括：波形顯示、濾波器設(shè)計(jì)、窗函數(shù)、概率統(tǒng)計(jì)、概率密度分布、自功率譜、互功率譜、倒功率譜、頻響函數(shù)、自相關(guān)函數(shù)、互相關(guān)函數(shù)、短時傅里葉變換、Gabor 變換、小波變換、模態(tài)分析等。
3.2.1 時域和幅值域分析模塊
時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(jī)程度，也可以檢測混在隨機(jī)信號中的周期信號；互相關(guān)則反映了兩個隨機(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 車速下振動時域波形顯示圖。
圖3 時域波形顯示圖
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(shù)分析、倒頻譜分析等。圖4 是車輛振動實(shí)時波形及功率譜分析程序的方框圖，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、顯示波形等子程序模塊即可以實(shí)現(xiàn)。
圖4 波形實(shí)時分析程序方框圖
圖5 車廂與座椅振動的頻響函數(shù)
時頻聯(lián)合分析亦稱時頻局域化方法，是用時間和頻率的聯(lián)合函數(shù)來表示信號。典型的線性時頻表示有：短時傅里葉變換、小波變換和Gabor 變換。時頻聯(lián)合分析在振動信號處理中，能夠很好的表示出信號在任一時刻的頻域特性，下面以短時傅里葉變換為例說明時頻聯(lián)合分析模塊的程序設(shè)計(jì)。
短時傅里葉變換是把信號劃分為許多小的時間間隔，用傅里葉變換分析每個時間間隔，以便確定該段時間間隔存在的頻率。
該程序前面板共有四部分組成：參數(shù)部分、短時傅里葉變換時頻平面圖、瞬時頻譜圖和信號時域波形圖。圖6 為TJ1040 在50km/h 的車速下的振動曲線短時傅里葉變換頻譜圖。由于采集的信號為車輛平順性分析信號，截止頻率為100Hz，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，振動能量主要分布在2～5Hz，從時域波形圖、頻譜平面圖和瞬時頻譜圖可以看出在3.52s 時刻對應(yīng)的頻率為2.34Hz 和13.11Hz，此時振動能量最大即發(fā)生在座椅和車廂的固有頻率之處。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。
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