淺談小波理論在車輛工程中的應(yīng)用及發(fā)展趨勢

趙娥+張學(xué)軍

摘 要：小波理論是一門新興理論。近年來，它被廣泛應(yīng)用于車輛工程領(lǐng)域。簡要分析了小波的由來，并探討了其在車輛工程領(lǐng)域的研究動態(tài)，闡述了其在車輛方向的具體應(yīng)用，總結(jié)了其在車輛工程領(lǐng)域的應(yīng)用特點(diǎn)，指出了今后小波在車輛領(lǐng)域的發(fā)展方向，以期為日后的相關(guān)工作提供參考。

關(guān)鍵詞：車輛工程；小波理論；信號處理；多學(xué)科融合

中圖分類號：U472.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.15.016

小波理論是近年來迅速發(fā)展起來的一門新興學(xué)科，它被應(yīng)用于除了數(shù)學(xué)本身外的許多學(xué)科中。在車輛工程領(lǐng)域，小波分析的應(yīng)用率越來越高，引起了國內(nèi)外車輛工程專家和學(xué)者的關(guān)注，讓他們產(chǎn)生了濃厚的研究興趣。本文首先分析了小波的由來，然后分析和探討了小波在車輛碰撞實驗和模擬、車內(nèi)聲品質(zhì)客觀評價、故障檢測與診斷、車輛控制、車輛振動信號處理等方面的應(yīng)用情況，最后總結(jié)了小波理論在車輛工程領(lǐng)域的應(yīng)用特點(diǎn)，并指出小波理論在車輛工程中的應(yīng)用趨勢和發(fā)展方向。

1 小波的由來

傅立葉和短時傅立葉變換不能實現(xiàn)高頻時窄窗、低頻時寬窗。傅立葉和短時傅立葉變換都是超一維度的變換，在其不能解決該問題時，只能采用升維度的辦法，這就是小波的由來。小波理論在處理車輛工程非穩(wěn)態(tài)信號時呈現(xiàn)出了強(qiáng)大的生命力。

2 小波在車輛工程領(lǐng)域的應(yīng)用

2.1 汽車碰撞試驗和模擬

汽車碰撞是不可避免的，世界各國都在研究、制訂碰撞試驗標(biāo)準(zhǔn)，而且越來越嚴(yán)格。汽車碰撞試驗是評價汽車耐撞性最直接、最常用的方法，而這些實驗是非常復(fù)雜的，耗時且昂貴。因此，很多車輛專家和學(xué)者專注于如何再現(xiàn)汽車碰撞過程，降低試驗成本。例如，DARIAN M利用Gabor-Wavelet變換分析了轎車的碰撞信號，再現(xiàn)了碰撞過程。

2.2 車內(nèi)聲品質(zhì)客觀評價

為了提高車內(nèi)聲品質(zhì)，需要測量車內(nèi)噪聲，并分析、確定不同噪聲頻率的來源，根據(jù)噪聲源采取相應(yīng)的降噪措施。目前，小波分析已經(jīng)用于車內(nèi)時變噪聲信號的譜分析和時間分布模式。特別是在汽車加速時的轟鳴噪聲特性分析、階次分析和小波分析等方面經(jīng)常采用這種方法。

2.3 故障檢測與診斷

汽車故障診斷，是指當(dāng)汽車存在故障隱患時，為了確定汽車技術(shù)狀況或查明故障部位、原因進(jìn)行的檢測、分析和判斷。由于小波變換在時域和頻域有一定的局部性，所以，它被廣泛應(yīng)用于車輛復(fù)雜總成的故障診斷中。例如，余德平等學(xué)者利用傅里葉變換和小波變換尋找并分解出最能反映汽車后橋故障的頻率段，然后從該頻率段的重建信號中提取最能反映故障的特征，進(jìn)而檢測出汽車后橋總成故障。

2.4 車輛控制

智能車輛技術(shù)涵蓋智能控制、模式識別等學(xué)科前沿的熱點(diǎn)研究領(lǐng)域，其研究與應(yīng)用具有巨大的理論和現(xiàn)實意義。新的智能算法和控制策略以及各種智能算法的融合在智能車輛領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。小波理論與模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的融合是目前智能車輛研究的一個熱點(diǎn)問題。

2.5 車輛振動信號處理

汽車振動直接影響著車輛乘坐的舒適性和行駛的安全性。在汽車減振設(shè)計和仿真中，需要合理處理振動信號。由于小波理論的自身優(yōu)勢，它在汽車振動仿真與設(shè)計等方面也得到了廣泛的應(yīng)用。例如，邵貝貝等人基于小波能量譜特征研究了軍用車輛座椅的振動特性。

2.6 非平穩(wěn)路況模擬分析

小波分析方法可以把路面激勵信號分離出來。路面激勵信號的分離為車輛與路面情況的相關(guān)分析奠定了基礎(chǔ)，為車輛地面動力學(xué)的研究提供了新方法。例如，王巖松等人利用小波理論分析了車輛非平穩(wěn)路面不平度時域信號，李曉雷等人利用小波變換分析了路面不平度和振動響應(yīng)。

3 小波在車輛領(lǐng)域的應(yīng)用特點(diǎn)和發(fā)展趨勢

根據(jù)上述分析可知，隨著汽車產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，小波理論在車輛領(lǐng)域?qū)⒊尸F(xiàn)出跨學(xué)科融合、應(yīng)用等更加多樣化等特點(diǎn)。

3.1 跨學(xué)科融合與多學(xué)科滲透

小波理論與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制、混沌等理論的高度融合和相互滲透將使得小波理論的應(yīng)用更加多樣化。

3.2 人車合一

隨著人們生活水平的提高，車輛的設(shè)計更注重以人為本，它將會實現(xiàn)人體的生物信號與車輛信號的交互。

3.3 借鑒小波理論思想

與傅立葉變換相比，小波變換采用了升維度的思想。因此，借鑒小波理論中的很多思想也可以解決車輛工程中的問題。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：白潔〕