車輛工程中小波理論的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢分析

宋東洋 王碩

【摘 要】近幾年，小波理論得到快速的發(fā)展，不僅是被應(yīng)用于數(shù)學(xué)學(xué)學(xué)科，更是在其他的學(xué)科中得到應(yīng)用于推廣，這在較大程度上促進(jìn)了小波理論的發(fā)展。車輛工程領(lǐng)域?qū)τ谛〔ǚ治龅膽?yīng)用率呈現(xiàn)出一個(gè)上升的趨勢，不僅是由于小波分析本身所具有較為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)性，更是在于小波理論在車輛工程中有著較為明顯的應(yīng)用效果。因此，本文針對(duì)于小波理論在車輛工程理論中的應(yīng)用進(jìn)行研究，并在現(xiàn)有數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上指出小波理論在該領(lǐng)域應(yīng)用的未來發(fā)展趨勢。

【關(guān)鍵詞】小波理論；車輛工程；應(yīng)用原理；發(fā)展趨勢

小波理論是當(dāng)前應(yīng)用數(shù)學(xué)與工程學(xué)科中的一個(gè)發(fā)展迅猛的領(lǐng)域，經(jīng)過近三十年的探索研究，小波理論的數(shù)學(xué)形式體系已經(jīng)建立，其理論在實(shí)際中的應(yīng)用基礎(chǔ)更加扎實(shí)，不僅是能夠解決數(shù)學(xué)中存在的問題，該理論更是與快速發(fā)展的信息技術(shù)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)了在應(yīng)用數(shù)學(xué)、物理學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、信號(hào)與信息處理以及圖像處理等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，發(fā)揮出重要的作用。本文針對(duì)于小波理論在車輛工程中的應(yīng)用進(jìn)行研究，指出小波理論對(duì)于車輛工程領(lǐng)域的發(fā)展的重要意義，并在此基礎(chǔ)上指出小波理論在該領(lǐng)域應(yīng)用的前景，旨在進(jìn)一步促進(jìn)小波理論在實(shí)際中的應(yīng)用。

一、小波理論概述

小波理論的概念最早是有法國從事石油信號(hào)處理的工程師J.Morlet 在1974年首先提出的，通過物理的直觀和信號(hào)處理的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的需要建立了反演公式，當(dāng)時(shí)未能得到數(shù)學(xué)家的認(rèn)可，在后期的發(fā)展中才逐步獲得相應(yīng)的認(rèn)可。小波理論的小波函數(shù)源于多分辨分析，其基本思想是將擴(kuò)中的函數(shù)f（t）表示為一系列逐次逼近表達(dá)式，其中每一個(gè)都是f（t）動(dòng)經(jīng)過平滑后的形式，它們分別對(duì)應(yīng)不同的分辨率。多分辨分析又稱多尺度分析，是建立在函數(shù)空間概念基礎(chǔ)上的理論，其思想的形成來源于工程。傅里葉和短時(shí)傅里葉變換不能實(shí)現(xiàn)高頻時(shí)窄窗，低頻時(shí)寬窗，在其不能解決超一維度變化的問題時(shí)，只能是使用升維度的辦法，這就是小波。

二、小波理論在車輛工程領(lǐng)域的應(yīng)用

小波理論在處理車輛工程費(fèi)穩(wěn)態(tài)信號(hào)時(shí)呈現(xiàn)出較為強(qiáng)勁的生命力，因此，小波理論在車輛工程中的應(yīng)用主要包括汽車碰撞試驗(yàn)和模擬、車內(nèi)聲品質(zhì)客觀評(píng)價(jià)、故障檢測與診斷、車輛振動(dòng)信號(hào)處理等內(nèi)容，本文將對(duì)其具體的應(yīng)用進(jìn)行具體的分析。

（一）小波理論在汽車碰撞試驗(yàn)與模擬中的應(yīng)用

汽車在駕駛的過程中，由于一些不可控的因素影響發(fā)生碰撞是不可避免的，在世界各國汽車生產(chǎn)企業(yè)研制新款汽車的過程中，都是需要對(duì)汽車制定碰撞試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，這種直接的碰撞試驗(yàn)?zāi)軌蜃顬橹苯?、最為客觀的反映出汽車的性能。由于在試驗(yàn)過程中數(shù)據(jù)較為復(fù)雜，不僅是較為耗時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生較為高額的試驗(yàn)費(fèi)用，而借助于小波理論能夠通過Gabor-Wavelet變換分析模擬汽車碰撞的信號(hào)，將汽車碰撞的過程中進(jìn)行再現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了汽車碰撞過程中，降低了汽車研發(fā)的成本。

（二）小波理論在車內(nèi)聲品質(zhì)客觀評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

汽車的品質(zhì)不僅是包括外部的性能，還包括汽車內(nèi)部噪聲等一系列的性能，因此，在對(duì)汽車車內(nèi)聲品質(zhì)測度時(shí)，需要對(duì)噪聲的頻率、來源進(jìn)行分析與確定，只有這樣才能夠制定出相應(yīng)的降低噪聲的措施。在實(shí)際分析的過程中，小波理論能夠?qū)④噧?nèi)時(shí)變?cè)肼曅盘?hào)的譜分析和時(shí)間分布模式進(jìn)行模擬、分析，尤其是在汽車加速時(shí)轟鳴噪聲的特性分析等，這對(duì)于提出改進(jìn)汽車車內(nèi)聲品質(zhì)具有重要的意義。

（三）小波理論在汽車故障檢測與診斷中的應(yīng)用

所謂汽車故障診斷，主要是針對(duì)于汽車在駕駛中潛在的安全事故隱患進(jìn)行檢測，盡可能確定當(dāng)前汽車的技術(shù)狀況，并對(duì)現(xiàn)有存在的故障進(jìn)行檢測、診斷，為解決汽車的故障，確保汽車的安全駕駛具有重要的意義。在實(shí)際應(yīng)用的過程中，由于小波變換在時(shí)域與頻域應(yīng)用中存在一定的限制性，因此，小波分析被廣泛的應(yīng)用于汽車復(fù)雜總成的故障診斷上，像是借助于小波變換與傅里葉變換分析汽車后橋故障的頻率段等問題，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車后橋總成故障進(jìn)行檢測。

（四）小波理論在車輛振動(dòng)信號(hào)處理中的應(yīng)用

車輛振動(dòng)會(huì)對(duì)汽車中乘客的乘坐舒適性產(chǎn)生影響，甚至是會(huì)影響到汽車駕駛的安全水平。因此，在汽車出廠之前需要對(duì)汽車的減震設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真試驗(yàn)，盡可能科學(xué)合理的處理振動(dòng)信號(hào)。具體來說，小波理論在處理汽車振動(dòng)與設(shè)計(jì)中有著較高的優(yōu)勢，不僅是能夠借助于小波能量譜研究車輛座椅的振動(dòng)特性，還能夠在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)找出振動(dòng)信號(hào)的源，在汽車車輛振動(dòng)信號(hào)的解決、處理中發(fā)揮出積極地作用。

三、小波理論在車輛工程領(lǐng)域的發(fā)展趨勢

小波理論在車輛工程中不僅是能夠應(yīng)用于上述環(huán)節(jié)，還能夠在車輛控制、非平穩(wěn)路況模擬分析等環(huán)節(jié)上發(fā)揮出重要的意義。對(duì)于車輛工程領(lǐng)域來說，小波理論的應(yīng)用前景較為廣闊，需要在信息技術(shù)不斷發(fā)展的今天，進(jìn)一步挖掘小波理論的應(yīng)用價(jià)值。

（一）小波理論與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合應(yīng)用

當(dāng)前國際上對(duì)于將小波理論與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合在一起的分析較熱， 在未來的發(fā)展過程中，能夠基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能處理技術(shù)、模糊計(jì)算以及進(jìn)化計(jì)算等研究，將小波理論進(jìn)一步發(fā)展，實(shí)現(xiàn)小波理論內(nèi)涵的進(jìn)一步充實(shí)，這能夠提高小波理論在車輛工程領(lǐng)域的應(yīng)用范圍，增強(qiáng)小波理論的實(shí)際效用。

（二）小波理論面向網(wǎng)絡(luò)的低速率圖像壓縮

目前小波理論應(yīng)用于數(shù)據(jù)或者是圖像的壓縮中多是對(duì)靜止圖像進(jìn)行研究，而隨著時(shí)代的發(fā)展，面向網(wǎng)絡(luò)的活動(dòng)圖像壓縮也會(huì)向著解決方塊效應(yīng)和蚊式噪聲方向發(fā)展。在未來小波理論發(fā)展的過程中，將會(huì)演化出面向網(wǎng)絡(luò)的低速率圖像壓縮的小波分析并行算法，這對(duì)于提高小波理論的應(yīng)用價(jià)值，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)小波理論的創(chuàng)新具有重要的意義。

（三）向量小波及高維小波的新發(fā)展

小波理論具有較為廣泛的內(nèi)容，其中二維小波以及高維小波是其中的重要內(nèi)容，但是目前的二維小波及高維小波主要是可分離的，不可分離的二維及高維小波基的構(gòu)造、性質(zhì)以及相應(yīng)的應(yīng)用研究，由于多種因素的限制，理論的復(fù)雜程度相對(duì)較高，近幾年來這方面的成果相對(duì)較少，在未來小波理論發(fā)展的過程中可能會(huì)在這個(gè)角度實(shí)現(xiàn)新的創(chuàng)新，這對(duì)于小波理論的進(jìn)一步發(fā)展具有重要意義。

四、結(jié)論

小波理論內(nèi)涵較為豐富，在車輛工程領(lǐng)域應(yīng)用的過程中也并沒有實(shí)現(xiàn)全面的應(yīng)用的目的，在未來得發(fā)展中，小波理論不僅能夠在汽車碰撞試驗(yàn)和模擬、車內(nèi)聲品質(zhì)客觀評(píng)價(jià)、故障檢測與診斷、車輛振動(dòng)信號(hào)處理等方面發(fā)揮出重要的作用，還可以在其他的領(lǐng)域中發(fā)揮出更大的價(jià)值，為車輛工程領(lǐng)域的價(jià)值創(chuàng)新做出相應(yīng)的貢獻(xiàn)。

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