車輛振動測試分析的虛擬儀器設計與應用
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3.2 信號分析模塊的設計
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)合分析方面進行程序設計。主要功能包括：波形顯示、濾波器設計、窗函數(shù)、概率統(tǒng)計、概率密度分布、自功率譜、互功率譜、倒功率譜、頻響函數(shù)、自相關函數(shù)、互相關函數(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、自相關分析和互相關分析。自相關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；互相關則反映了兩個隨機變量的統(tǒng)計依賴關系。圖3 是TJ1040 汽車司機座椅在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現(xiàn)。
圖4 波形實時分析程序方框圖
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計。
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，說明該車具有良好的乘坐舒適性。
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