強(qiáng)噪音環(huán)境下基于震動(dòng)信號(hào)的車輛適應(yīng)性分析

雷艷惠

（咸陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，咸陽 712000）

引言

在現(xiàn)代高科技不斷進(jìn)步背景下，大批量的車逐漸出現(xiàn)在人們的視野中。在不同強(qiáng)噪音環(huán)境干擾下，車輛對(duì)不同強(qiáng)度的噪音感應(yīng)的程度是不相同的[1]。車輛對(duì)強(qiáng)噪音環(huán)境的適應(yīng)性主要取決于震動(dòng)傳感器的感應(yīng)能力不同，震動(dòng)傳感器具有對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)引起的震動(dòng)進(jìn)行遠(yuǎn)距離的檢測的功能，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備對(duì)該目標(biāo)的識(shí)別[2]。震動(dòng)傳感器的設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，需要內(nèi)部整體設(shè)計(jì)過于龐大，由于車輛內(nèi)部的安裝規(guī)模受限，我國將震動(dòng)傳感器的核心轉(zhuǎn)化為中央處理器對(duì)車輛進(jìn)行安裝，研究不同噪音環(huán)境下車輛的適應(yīng)性。中央處理器能對(duì)周圍能感知到運(yùn)動(dòng)的物體進(jìn)行信號(hào)篩選、處理的，提高整個(gè)監(jiān)測系統(tǒng)的報(bào)警率，提高整體的工作效率[3]。本文針對(duì)車輛的適應(yīng)性對(duì)震動(dòng)傳感器的系統(tǒng)進(jìn)行了改裝，利用震動(dòng)傳感器對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)引起震動(dòng)進(jìn)行遠(yuǎn)距離監(jiān)測形成了小波的方法，對(duì)小波的數(shù)據(jù)進(jìn)行了收集，將模擬的小波與真實(shí)測到的小波進(jìn)行了對(duì)比，做成統(tǒng)一的框架，對(duì)真實(shí)測到的效果做到了一定的調(diào)整。通過模擬的小波與實(shí)測的小波信號(hào)進(jìn)行了對(duì)比研究，結(jié)果表明車輛的適應(yīng)性在強(qiáng)噪音環(huán)境下更有利于車輛信號(hào)的傳遞，進(jìn)一步提高了強(qiáng)噪音環(huán)境下小車的適應(yīng)能力。

1 探究車輛對(duì)強(qiáng)噪音環(huán)境的適應(yīng)程度

探究車輛在強(qiáng)噪音環(huán)境下的適應(yīng)性，首先對(duì)震動(dòng)傳感器收集到的震動(dòng)小波數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。采用場景模擬測試手段進(jìn)行采集并記錄不同強(qiáng)噪音干擾下小車的適應(yīng)性，本測試具有真實(shí)性，成本低等優(yōu)點(diǎn)[4]。

1.1 震動(dòng)傳感器系統(tǒng)的組成（見圖1）

震動(dòng)傳感器有敏感元件傳感元件，信號(hào)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換電路和輔助電路組成。敏感元件感受運(yùn)動(dòng)目標(biāo)引起的震動(dòng)并進(jìn)行遠(yuǎn)距離監(jiān)測。傳感元件。對(duì)敏感元件所監(jiān)測的物體進(jìn)行信息的傳送，將所收集到的信息傳送到信號(hào)調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)換電路中。信號(hào)調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)換電路，把傳感元件輸出的信息轉(zhuǎn)換為小波形式便于顯示、記錄、處理。輔助電路相當(dāng)于備用電路[5]。當(dāng)傳感元件或信號(hào)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換電路發(fā)生故障時(shí)，輔助電路幫助傳輸信息，最后小將顯示在車載顯示儀上，以便測量小車的適應(yīng)感知能力。

1.2 不同噪音頻段和地點(diǎn)下數(shù)據(jù)采集

通過車輛震動(dòng)傳感器系統(tǒng)對(duì)周圍環(huán)境的掃描，確定 了100～150 MHz、300～350 MHz、400～450 MHz、700 MHz、800 MHz、2 400 MHz為測試頻段。建立了表格（如圖5所示），設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)采集的地點(diǎn)，分別為：鬧市區(qū)、工業(yè)區(qū)、商業(yè)區(qū)等。這三個(gè)地區(qū)為噪音干擾的典型地點(diǎn)，具有一定的代表性，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加接近實(shí)際情況[6]。

2 車輛震動(dòng)信號(hào)對(duì)車輛適應(yīng)性影響分析

在車輛的停靠過程中周圍環(huán)境會(huì)發(fā)生一系列的聲音，周圍環(huán)境產(chǎn)生的聲音有強(qiáng)有弱，噪音的大小也成為車性能好壞的標(biāo)志。通常情況下車輛發(fā)出的聲音越小越好，它是由周圍環(huán)境所產(chǎn)生的噪音帶動(dòng)了車輛震動(dòng)傳感器信號(hào)的變化。車輛傳感器的適應(yīng)性與車速車型制作的材料有著密切的關(guān)系，車速越快對(duì)周圍的噪聲越大。車輛在強(qiáng)噪音環(huán)境下，車輛傳感器的感知能力越強(qiáng)適應(yīng)性越強(qiáng)[7]。

車輛的震動(dòng)型號(hào)主要來源于：發(fā)動(dòng)機(jī)、工作輪胎與地面的摩擦、不同路面的狀況等。

1）發(fā)動(dòng)機(jī)

發(fā)動(dòng)機(jī)在工作時(shí)，機(jī)器在做活塞運(yùn)動(dòng)，與周圍的機(jī)體產(chǎn)生了一定的摩擦，產(chǎn)生了一定的阻力，其中車體的曲折而產(chǎn)生了一定的扭矩波動(dòng)。在車輛加速過程中，壓縮機(jī)會(huì)做劇烈的運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生震動(dòng)信號(hào)。

2）輪胎與地面的摩擦

車輛在行駛過程中會(huì)與地面產(chǎn)生一定的摩擦使車輛前進(jìn)，使車輛產(chǎn)生一定的震動(dòng)。震動(dòng)傳感器會(huì)感應(yīng)到震動(dòng)信號(hào)，產(chǎn)生小波。

3）不同情況下的路面

路面的凹凸不平會(huì)使車身帶來一定的晃動(dòng)。地面的不平會(huì)使車輛產(chǎn)生一定的震動(dòng)，震動(dòng)傳感器會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)信號(hào)[8]。

3 提升車輛適應(yīng)性的方案

3.1 車輛設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

圖1 震動(dòng)傳感器系統(tǒng)的組成

對(duì)于車站的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效的提升，使車輛進(jìn)一步適應(yīng)強(qiáng)噪音環(huán)境。從車輛震動(dòng)信號(hào)對(duì)車輛適應(yīng)性影響分析來看，發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)車輛強(qiáng)度源環(huán)境適應(yīng)性是否良好起著關(guān)鍵性的影響。在對(duì)車輛進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造時(shí)，應(yīng)著重選用質(zhì)量較好無縫隙的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行制造。應(yīng)選用高密度的鋼進(jìn)行層層壓縮，來制造發(fā)動(dòng)機(jī)。結(jié)合不同車輛收集到的數(shù)據(jù)，探究車輛不同部件對(duì)強(qiáng)噪音環(huán)境下的適應(yīng)性。根據(jù)測量數(shù)據(jù)敏感度較高的部件對(duì)車輛設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。可以利用強(qiáng)噪音增壓技術(shù)、震動(dòng)傳感技術(shù)等對(duì)車輛發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)對(duì)強(qiáng)噪音環(huán)境中的適應(yīng)性進(jìn)行提升[9]。

在輔助電路中（輔助電路圖見圖2）增加車輛的動(dòng)力和傳送裝置。保證車輛在強(qiáng)噪音環(huán)境下的動(dòng)力和傳送是良好的，能穩(wěn)定運(yùn)行。通過動(dòng)力和傳送裝置加裝能夠有效的提升車輛對(duì)強(qiáng)噪音環(huán)境的適應(yīng)性。在知道發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)加入散熱裝置，能夠保證車輛發(fā)動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行，不受溫度的變化而影響對(duì)噪音的適應(yīng)性。

3.2 震動(dòng)傳感器所感應(yīng)范圍分析

參差不齊的公路影響車輛性能的發(fā)揮，大大降低了車輛的適應(yīng)性。汽車的動(dòng)力，燃油的好壞、操控技術(shù)的水平、道路的凹凸不平都在一定程度上增加震動(dòng)傳感器的感應(yīng)程度，影響車輛的適應(yīng)性。因此，研究汽車的感應(yīng)性能與外力因素的影響有重要意義。本文借助動(dòng)力與震動(dòng)傳感器的關(guān)系研究了強(qiáng)噪音下小車的適應(yīng)性，建立直角坐標(biāo)系，XX軸作為汽車燃料的需求，Y軸為發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)作功率大小，軸與Y軸的交叉點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，作為小車所在的位置，圓圈代表車輛震動(dòng)傳感器所感應(yīng)的范圍，當(dāng)外界施加強(qiáng)噪音情況下，在第一象限小車與強(qiáng)噪音成正比例函數(shù)關(guān)系，得出如下結(jié)論：噪音信號(hào)越強(qiáng)，小車的適應(yīng)性越好[10]。噪音強(qiáng)度與車輛適應(yīng)性關(guān)系見圖3。

圖2 輔助電路圖

4 實(shí)驗(yàn)研究

4.1 車輛適應(yīng)性實(shí)驗(yàn)

為了探究強(qiáng)噪音對(duì)車輛適應(yīng)性結(jié)果更加精確，本文分別做了三個(gè)測試：一測試實(shí)際測得的波在不同場強(qiáng)下車輛的抗擾度；二測試模擬情況下在不同場強(qiáng)下車輛的適應(yīng)性；三測試不同場強(qiáng)下實(shí)際測得的波與模擬的波對(duì)車輛適應(yīng)性實(shí)驗(yàn)的影響。最后對(duì)測量的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。車輛適應(yīng)性實(shí)驗(yàn)步驟如圖4。

圖3 噪音強(qiáng)度與車輛適應(yīng)性關(guān)系

圖4 場強(qiáng)標(biāo)定圖

4.2 場強(qiáng)標(biāo)定

對(duì)不同強(qiáng)度頻段、不同信號(hào)波、不同場景進(jìn)行標(biāo)定。默認(rèn)場強(qiáng)SMW200 A的帶寬為80 MHz，干擾信號(hào)中心頻率見圖5。在標(biāo)定測得波形和模擬波形的場強(qiáng)時(shí)，設(shè)置SMW200 A輸出相應(yīng)的干擾信號(hào)，當(dāng)顯示屏的顯示與指定的場強(qiáng)相同時(shí)，記錄此時(shí)信號(hào)源輸出的功率值。重復(fù)該操作，完成所有標(biāo)定場強(qiáng)的測試。接收機(jī)具有最大保持核心的功率積分的功能。在標(biāo)定寬帶場景信號(hào)場強(qiáng)時(shí)，通過調(diào)節(jié)信號(hào)源的輸出功率信道功率與所測波發(fā)現(xiàn)，當(dāng)功率波為30 V/m時(shí)信道功率保持一致，將波為30 V/m時(shí)信號(hào)源所輸出的功率作為整體的參考。

4.3 車輛實(shí)驗(yàn)

本文針對(duì)不同強(qiáng)度的干擾信號(hào)對(duì)車輛適應(yīng)性影響問題，選取了燃燒材料不同對(duì)外界噪音感差較大的三種具有代表性的車，分別為燃油車、電子車及電動(dòng)車進(jìn)行車輛實(shí)驗(yàn)。為了避免偶然性，在車輛行駛過程中，車速以50 km/h為參考的速度運(yùn)轉(zhuǎn)，車輛內(nèi)所有設(shè)備開啟，來模擬強(qiáng)噪音對(duì)震動(dòng)感應(yīng)器的干擾強(qiáng)度。

通過震動(dòng)感應(yīng)傳感器所傳輸出的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)噪音產(chǎn)生的震動(dòng)信號(hào)越強(qiáng)，對(duì)電動(dòng)車功能的影響較大。（在不同頻段下，記錄我們所需要的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，見圖5）實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，根據(jù)我們所測得的數(shù)據(jù)顯示，在相同場強(qiáng)下，場景信號(hào)改變時(shí)車輛受到的影響最大，如圖5中所示，車輛在低頻段時(shí)，場景信號(hào)的澄清元小于所測波兒和模擬波的場強(qiáng)時(shí)，車輛會(huì)受到一定的影響。因此采集不同場景下的信號(hào)，對(duì)研究強(qiáng)噪音對(duì)車輛適應(yīng)性的影響具有一定的意義。

通過對(duì)燃油車，電子車及電動(dòng)車。三種不同的車型在不同場強(qiáng)、不同波信號(hào)和不同場景信號(hào)下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析，并得到了以下的結(jié)論：

1）在相同的廠相同的實(shí)驗(yàn)條件下，電動(dòng)車和電子車所受的影響最大。燃油車受到的影響較小。由于燃油車對(duì)機(jī)體較沉做活塞運(yùn)動(dòng)需要的功率較大，發(fā)動(dòng)機(jī)與機(jī)體摩擦?xí)r產(chǎn)生的噪音較大，遠(yuǎn)高于電動(dòng)車和電子車。因此，燃油車在不同場景下，產(chǎn)生的震動(dòng)信號(hào)更為敏感。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：車輛在不同運(yùn)營情況下，所產(chǎn)生的波形各種各樣。

2）同一輛車在不同場景下的情況。強(qiáng)噪音環(huán)境場景信號(hào)對(duì)車輛的影響遠(yuǎn)大于測量信號(hào)（見圖6）和模擬信號(hào)（見圖7）對(duì)車輛的影響。在不同的頻段時(shí)，場景信號(hào)的干擾遠(yuǎn)小于強(qiáng)度頻段信號(hào)和不同信號(hào)波，車輛會(huì)受到一定的影響?，F(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)制式有模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制，無法對(duì)實(shí)際環(huán)境加以改造，對(duì)于這個(gè)缺陷，我們將實(shí)際強(qiáng)噪音環(huán)境場景信號(hào)與傳統(tǒng)抗干擾信號(hào)能力進(jìn)行了對(duì)比并加以提高抗干擾能力?；谝陨纤鶞y得的數(shù)據(jù)，本文對(duì)所測得的波形是在強(qiáng)噪音和低頻干擾環(huán)境下，與模擬波進(jìn)行了對(duì)比并對(duì)產(chǎn)生的波進(jìn)行了特征性的分析，采取仿真信號(hào)實(shí)驗(yàn)。對(duì)本文對(duì)所測得的波建立了相對(duì)應(yīng)的時(shí)預(yù)波形圖和相對(duì)應(yīng)的頻譜圖。從對(duì)應(yīng)的圖中可以清楚地觀察到同一輛小車在不同噪音頻率下不同的波形?？梢詫蓚€(gè)波形進(jìn)行重合進(jìn)行對(duì)比（見圖8）。

圖5 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象記錄

圖6 所測信號(hào)圖

圖7 仿真模擬信號(hào)圖

圖8 模擬信號(hào)與所測信號(hào)擬合

從頻率圖中可以看出，本文提出的強(qiáng)到因環(huán)境下，波形整體的特征。受低頻信號(hào)的干擾較小。對(duì)于低頻信號(hào)沖擊波沒有一定的提取能力，低頻信號(hào)和特殊的噪聲干擾對(duì)小車的影響并不是很明顯。

5 結(jié)束語

綜上所述，通過進(jìn)行改裝車輛設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，在車輛上安裝輔助系統(tǒng)，使車輛在使用過程中具有良好的保障，提高了車量對(duì)強(qiáng)噪音環(huán)境的適應(yīng)能力。通過車輛適應(yīng)性實(shí)驗(yàn)和車輛實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)果進(jìn)行整體的分析，在800 MHz以上場強(qiáng)的影響對(duì)車輛適應(yīng)性都是較小的，對(duì)震動(dòng)帶感應(yīng)器產(chǎn)生的影響是較大的。最后本實(shí)驗(yàn)利用擬合處理器將小車的真實(shí)測量值與所測測量值進(jìn)行擬合數(shù)據(jù)分析并對(duì)比，得出噪音越強(qiáng)，震動(dòng)傳感器感應(yīng)能力越強(qiáng)，小車適應(yīng)性越好。又采用仿真模擬信號(hào)將所測得的實(shí)際值進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)一步提升了實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，驗(yàn)證了強(qiáng)噪音環(huán)境干擾能力越強(qiáng)，小車對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性越高的結(jié)論。