動態(tài)測試數(shù)據(jù)處理第1頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日8.1汽車行駛平順性的試驗評價試驗數(shù)據(jù)處理的目的是要對試驗結(jié)果進行評價，為此我們先來了解一下汽車行駛平順性的評價方法。關(guān)于汽車行駛平順性的試驗評價，國際標準化組織多年的努力和各國專家的智慧均體現(xiàn)在國際標準ISO2631中。我國也制定了相應的國家標準GB4970《汽車行駛平順性隨機輸入試驗方法》。國家標準GB4970中列出了三種汽車行駛平順性試驗的評價方法，即：

1/3倍頻程分別評價加速度加權(quán)均方根值評價吸收功率等。

第2頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日1/3倍頻程分別評價和加速度加權(quán)均方根值評價

1/3倍頻程分別評價和加速度加權(quán)均方根值的評價方法是基于人體對振動的反應而提出來的，其評價指標為：(1)舒適降低界限(用于客車和轎車)；(2)疲勞降低工作效率界限(用于貨車和越野車)；(3)暴露極限。舒適降低界限：與舒適有關(guān)，它用來評價人在車上是否能進行吃、讀、寫等正?；顒?。疲勞降低功效界限：與持續(xù)工作效率有關(guān)。是指駕駛員所承受的振動在此界限內(nèi)，是否能保持正常有效地駕駛操作。暴露極限：人體承受的振動在此界限內(nèi)應保持健康和安全。它是人體承受振動能量的上限。

第3頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日吸收功率吸收功率：是根據(jù)人體對振動強度的承受能力提出來的。由于國家標準中只給出了吸收功率的試驗和計算方法,而沒有相應的評價指標,所以此試驗評價方法在實際中應用不多。然而,由于B&K2512人體振動分析儀的大量引進，且該儀器系統(tǒng)的組成簡單、使用十分方便，所以B&K2512所采用的是另一種汽車行駛平順性試驗評價方法——總的加速度加權(quán)均方根值的評價方法，近些年已被補充進了國家標準GB4970。

第4頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日一、三種試驗評價方法的關(guān)系

1/3倍頻程分別評價是將試驗的分析頻段按照將其分為若干個頻帶，計算出每個頻帶上振動加速度的均方根值，然后將其與國家標準中的評價指標進行比較，以確定汽車行駛平順性的水平。為了方便表達每個頻帶上的數(shù)值，按1/3倍頻程所分出的每個頻帶均用中心頻率來表示。

加速度加權(quán)均方根值評價方法是利用頻率加權(quán)函數(shù)將人體最敏感頻率范圍以外的各頻帶人所承受的加速度均方根值折算為等效4Hz～8Hz（垂直振動）、1Hz～2Hz（水平振動）的數(shù)值。（8-3）將與標準中最敏感頻率范圍(垂直振動:4Hz～8Hz,水平振動:1Hz～2Hz)內(nèi)的評價指標(見圖8-1)進行比較便可得到暴露時間，越長，汽車的行駛平順性越好。

第5頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日圖8-1汽車行駛平順性評價曲線

第6頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日

總的加速度加權(quán)均方根值的評價方法是將上述各頻帶上加速度均方根值按下式進行疊加，

(8-4)便可得到總的加速度加權(quán)均方根值。對于總的加速度加權(quán)均方根值,人們習慣于用對數(shù)表達,其單位為分貝(dB),即：

(8-5)式中：—總的加速度加權(quán)均方根值對數(shù)值,常將其稱為振動加速度的等效均值；

—頻帶數(shù),對于客車和轎車,＝20，對貨車和越野車,＝28。值越小，汽車的行駛平順性越好。國家標準中，也已給出了的限值指標。由前面的分析并比較式(8-3)和(8-4)可知，倍頻程分別評價和加速度加權(quán)均方根值的評價方法，其實質(zhì)是一致的。

第7頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日

而總的加速度加權(quán)均方根值卻不同,它是各頻帶上加速度加權(quán)均方根值疊加的結(jié)果。對于客車和轎車而言,在分析頻段內(nèi)有20個倍頻帶,若每一個頻帶上的加速度加權(quán)均方根值都相等,即,則總的加速度加權(quán)均方根值為：

(8-6)由此可見，總的加速度加權(quán)均方根值和加速度加權(quán)均方根值是兩個完全不同的概念，若二者都用來評價汽車的行駛平順性，顯然是基于兩個完全不同的思想。加速度加權(quán)均方根值評價方法是基于人體對振動反映的大量調(diào)查而提出來的，該評價方法認為，汽車行駛平順性的好壞，是由對人體影響最大的那個頻帶上的振動量所決定的；總的加速度加權(quán)均方根值的評價方法卻不同，它是對人體所承受振動總量的一個考核。該評價方法認為，若汽車在行駛過程中，因路面的不平所激起的振動越激烈，則汽車的行駛平順性越差。第8頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日綜上所述，倍頻程分別評價、加速度加權(quán)均方根值的評價和總的加速度加權(quán)均方根值的評價方法的關(guān)系是，個量和總量的關(guān)系。前二者考核的是單個對人體影響最大的頻帶上的振動量（加速度均方根值），后者是整個分析頻率范圍內(nèi)的振動總量，此兩種評價方法各有其最合適的應用范圍。當然，每個頻帶上的加速度加權(quán)均方根值不可能相等，即一般性情況下實際的總的加速度加權(quán)均方根值比式(8-6)的計算值要小，即：

第9頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日二、三種評價方法的應用關(guān)于汽車振動的研究，我國起步較晚，1985年才有相關(guān)的標準，即GB4970-85《汽車平順性隨機輸入行駛試驗方法》。該標準的主體部分來自于國際標準ISO2631，但只節(jié)選了其中乘員對振動反應的一部分。標準中列出了倍頻程分別評價、加速度加權(quán)均方根值的評價及吸收功率等三個試驗方法及前兩項試驗的評價方法和最終的評價指標，即暴露時間。用此方法較容易比較不同車輛行駛平順性的優(yōu)劣。暴露時間越長，汽車的行駛平順性越好。GB4970于1996年作了一次修訂，將原來的一個標準分解成了兩個標準，即GB4970-1996《汽車平順性隨機輸入行駛試驗方法》和QC/T-474-1999《客車平順性評價指標及限值》。此兩個標準加在一起的主體內(nèi)容和原標準GB4970-85基本相同，但在評價方法和評價指標上做了一些修改，刪除了吸收功率的試驗內(nèi)容，增加了加速度加權(quán)均方根值及等效均值（即總的加速度加權(quán)均方根值）的限。第10頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日從兩個標準的整體上看，修訂后的標準更貼近汽車質(zhì)量抽查試驗。事實上汽車行駛平順性試驗遠不止這些內(nèi)容，它還包括駕駛員的手臂振動、暈車界限（包括降低舒適和極度不適兩項內(nèi)容）、查找汽車行駛平順性差的原因及探尋改進汽車行駛平順性措施等。圖8-2給出了人體、駕駛員手臂對不同頻率的反映特性。從圖中可以看出小于1Hz的低頻振動容易導致乘客暈車。圖8-2中五項汽車行駛平順性的評價內(nèi)容中，各用什么方法進行評價較為合適呢？由前面的分析知，對于人體承受垂直和水平方向的振動，應采用倍頻程分別評價或加速度加權(quán)均方根值的方法進行評價；對駕駛員的手臂振動及暈車極限，盡管它們都表現(xiàn)為對某一頻率范圍非常敏感，但振動總能量對其的影響也不可忽視，因此它們較適合同時用總的加速度加權(quán)均方根值和加速度加權(quán)均方根值進行評價；若欲查找汽車行駛平順性差的原因和探尋改善汽車行駛平順性的方法，則應采用倍頻程分別評價的方法和測出振動系統(tǒng)的傳遞函數(shù)或頻率響應函數(shù)。

第11頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日圖8-2人體對振動反應的特性曲線第12頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日由第二章對動態(tài)系統(tǒng)的分析知，系統(tǒng)的輸出、輸入和頻率響應函數(shù)的關(guān)系為：

(8-7)若將式(8-7)與濾波器的工作原理進行對比不難發(fā)現(xiàn)，頻率響應函數(shù)的作用就像是一個濾波器，若要減小某些頻帶上的振動量，只需調(diào)節(jié)濾波器的參數(shù)，使之在這些頻帶上的衰減增加既可。由此可見，欲改善汽車行駛平順性，測試系統(tǒng)的頻率響應函數(shù)非常重要。第13頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日8.2震動信號的處理在進行振動信號處理之前，應了解振動信號處理的基本要求，選配信號處理設(shè)備（如選用何種濾波器、什么樣數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等）和對信號處理設(shè)備的參數(shù)進行設(shè)置，使之得到一個滿意的試驗結(jié)果。

第14頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日一、振動信號處理的基本要求1．截斷頻率1)

對于客車、轎車座椅和各類車輛駕駛室座椅上的采樣，；2)

各類車輛（包括客車和轎車）車廂底板及車橋上的采樣，；3)

駕駛員手臂振動的測量，；4)

暈車界限的測量，。第15頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日

2．采樣時間間隔由仙農(nóng)(Shannon)采樣定理知，為了避免頻率混淆，采樣頻率應不小于信號頻率成分中最高頻率的兩倍，即：

(8-8)采樣時間間隔是由采樣頻率決定的，其關(guān)系為：

(8-9)將上述的截止頻率代入式(8-8)和(8-9)可得到各種不同試驗的采樣頻率和采樣時間間隔。1)

客車、轎車座椅和各類車輛駕駛室座椅上的采樣頻率和采樣時間間隔為；2)各類車輛車廂底板及車橋上測點的采樣頻率和采樣時間間隔為，；3)駕駛員手臂振動的測量，其采樣頻率和采樣時間間隔為，；4)

暈車界限的測量，其采樣頻率和采樣時間間隔為。第16頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日

3．分辨帶寬分辨帶寬與信號處理的精度要求有關(guān)，對前面所列的前三項測量，其分辨帶寬就可以滿足測試精度的要求，而對于暈車界限的測試，其分辨帶寬應為。4．獨立樣本個數(shù)對于常用的信號處理設(shè)備，單個子樣的采樣點數(shù)一般為1024個點，從理論上講，采樣點數(shù)越多，信號處理的精度越高。但點數(shù)的增加會使計算時間成幾何級數(shù)增加。為了節(jié)省計算機時，且達到信號處理的精度，常采用集合平均的方式，即將加速度的時間歷程分成若干段（即若干個獨立的子樣或稱為獨立樣本）進行處理。保證信號處理精度所需的最小獨立樣本的個數(shù)稱為信號處理中的獨立樣本個數(shù),通常。5．采用合適的窗函數(shù)關(guān)于窗函數(shù)的選取在后面將專門討論。第17頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日二、振動信號的數(shù)值計算

試驗目的和試驗內(nèi)容的不同，振動信號處理所需要獲得的數(shù)值量亦不同，歸納上面所提到的試驗內(nèi)容，振動信號處理所要計算的數(shù)值量有：振動加速度的均方根值加速度加權(quán)均方根值總的加速度加權(quán)均方根值振動系統(tǒng)的頻率響應函數(shù)。

第18頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日1、振動加速度的均方根值由《隨機振動》知：

(8-10)式中：——加速度均方根值；

——

時的自相關(guān)函數(shù)。自相關(guān)函數(shù)可以從兩種途徑獲得，即：

(8-11)

當時，(8-12)式中：——采樣時間；

——加速度的時間歷程；

——自功率譜函數(shù)。第19頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日由式(8-11)和(8-12)不難看出，若要獲得倍頻程各頻帶上的加速度均方根值，用式(8-12)計算其優(yōu)勢似乎比較明顯，因為功率譜函數(shù)是頻率的函數(shù)。

(8-13)從理論上講，用式(8-11)也可得到倍頻程各頻帶上的加速度均方根值，即用一組帶寬和倍頻程各頻帶帶寬一致的帶通濾波器對加速度的時間歷程進行濾波，得到一組按頻帶排列的加速度時間歷程，然后將其代入下式

(8-14)便可計算出倍頻程各頻帶上的加速度均方根值。但這種方法不僅需調(diào)用的儀器復雜（需一組帶寬不同的濾波器或帶寬可調(diào)的帶通濾波器），而且費時、數(shù)據(jù)處理的誤差也較大。

第20頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日計算出自功率譜函數(shù)有兩種方法，即相關(guān)函數(shù)法和直接計算法。相關(guān)函數(shù)法是通過對樣本記錄的自相關(guān)函數(shù)作富氏變換得到，即：

(8-15)若已知自相關(guān)函數(shù)，顯然無需將其變換成自功率譜函數(shù)就可以直接得到加速度均方根值。由此可見相，相關(guān)函數(shù)法并不適合于加速度均方根值的計算。因此在工程上常采用直接計算法，即對樣本記錄截斷后的數(shù)值序列進行快速富氏變換得到自功率譜。由帕斯瓦定理知，在時域中計算的信號總能量等于在頻域中計算的信號總能量（工程上將信號的平方定義為能量），即：

(8-16)式中：——加速度的時間歷程；

——加速度時間歷程的富氏變換。第21頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日比較式(8-11)和(8-12)得：

(8-17)將式(8-17)代入式(8-16)并整理得：

(8-18)將式(8-18)代入式(8-12)后再代入(8-10)得：

(8-19)式中：——采樣時間；

——加速度時間歷程的富氏變換，在工程實際中。倍頻程各頻帶上加速度均方根值為

(8-20)式中：——中心頻率為所對應頻帶上的加速度均方根值；、——分別為各頻帶的上下限和上限頻率；

———中心頻率為所對應頻帶上加速度時間歷程的富氏變換。式(8-20)是汽車振動信號處理中計算加速度均方根值常用的計算方法，即先對加速度的時間歷程進行富氏變換，再按頻帶進行積分。

第22頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日2、加速度加權(quán)均方根值下式是早期計算振動加速度加權(quán)均方根值常用的方法：

(8-21)

式中：——加速度加權(quán)均方根值；

——頻率加權(quán)函數(shù)；

——加速度均方根值。式(8-21)告訴我們，欲得到加速度加權(quán)均方根值，首先需按式(8-20)計算出1/3倍頻程各頻帶上的加速度均方根值，再將其乘以頻率加權(quán)函數(shù)。隨著濾波技術(shù)的發(fā)展，加速度加權(quán)均方根值的計算又有了另一種方法，即先對加速度時間歷程進行頻率加權(quán)處理，其方法是，用具有圖8-1所示特性的濾波器對進行濾波，顯然這一濾波過程就實現(xiàn)了對時域振動信號的頻率加權(quán)處理。再對經(jīng)過頻率加權(quán)處理的振動信號進行富氏變換得，將其代入式(8-20)便可得到加速度加權(quán)均方根值。第23頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日3、總的加速度加權(quán)均方根值

式(8-4)是總的加速度加權(quán)均方根值的原理式，事實上在工程實際中很少采用這種計算方法。那么如何獲得總的加速度加權(quán)均方根值呢？前面介紹過自相關(guān)函數(shù)的兩種計算方法，其一是：

(8-22)

則加速度的均方根值為：

(8-23)

若式中的振動信號（加速度時間歷程）是經(jīng)低通濾波器處理的包括整個分析頻率的振動信號，則按式(8-23)計算出的加速度均方根值就是分析頻率范圍內(nèi)的總的加速度均方根值；若是經(jīng)具有圖8-1所示特性的負荷濾波器處理的時間信號，將其代入式(8-23)所計算出的加速度均方根值就是分析頻率范圍內(nèi)的加速度加權(quán)均方根值。第24頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日

為了便于區(qū)別，將式(8-23)改寫成如下形式：

(8-24)式中：——采樣時間，為了保證數(shù)據(jù)處理的精度，應有足夠的長度，國標中規(guī)定；

——經(jīng)頻率加權(quán)處理的振動信號。前面述及，總的加速度加權(quán)均方根值常用對數(shù)表示，將其稱為加速度的等效均值，即：

(8-25)采用式(8-25)處理汽車振動信號的典型設(shè)備有丹麥畢凱（B&K）公司生產(chǎn)的人體振動分析儀B&K2512。該儀器處理振動信號的原理式為：

(8-26)式中：——加速度的等效均值，；

——采樣時間，；

——經(jīng)頻率負荷濾波器處理后的加速度時間歷程，。

第25頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日將式(8-26)略作改造：

(8-27)120在噪聲測量中，它所對應的是痛閾的聲壓級值，即當噪聲達到120時，將對人體健康構(gòu)成直接危害。對于汽車振動而言，同樣如此，若測的汽車振動加速度的等效均值達到120，它也將對熱體的健康構(gòu)成影響。比較式(8-25)和(8-27)發(fā)現(xiàn)，式(8-27)中除多了具有重要特征的常數(shù)項120之外，此兩式幾乎完全等價。顯然，B&K2512所采用的是總的加速度加權(quán)均方根值的評價方法。QC/T474－1999《客車平順性評價指標和限值》中的等效均值的限值是基于用B&K2512人體振動分析儀對大量客車進行試驗的結(jié)果提出來的，因此若用的限值指標進行評價汽車的行駛平順性，則應按式(8-27)對振動信號進行處理第26頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日4、頻率響應函數(shù)在第二章第六節(jié)中介紹過兩種測量系統(tǒng)動態(tài)特性的方法，即正弦輸入法和脈沖輸入法。對于測試用儀器系統(tǒng)，前面的分析告訴我們，脈沖輸入法是獲得測試用儀器系統(tǒng)頻率響應函數(shù)簡單易行的方法；正弦輸入法與之相比顯得費時而麻煩。盡管如此，但脈沖輸入法用在獲取整車頻率響應函數(shù)卻有一些較難克服的困難：（1）汽車整車的質(zhì)量和體積均很大，振動系統(tǒng)復雜；（2）對于大型復雜結(jié)構(gòu)，若用單點激振，由于能量太小，難達到預想的效果，用多點激振，欲獲得所需的頻率響應函數(shù)，在技術(shù)上尚存在一定的困難。但正弦輸入法在有設(shè)備條件的情況下不失是一種獲取汽車整車頻率響應函數(shù)的一種有效方法。第27頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日正弦輸入獲取汽車整車頻率響應函數(shù)的方法與第二章中介紹的用正弦輸入法求測試系統(tǒng)動態(tài)特性的方法完全相同，即給汽車某一頻率的正弦輸入，用加速度傳感器測出設(shè)定測點上的輸出，逐漸按一定的步長分級改變輸入正弦波的頻率（）,同步記錄輸出。當輸入的幅值不大時，可將汽車看成是一個線性系統(tǒng)，如此輸出即為：

(8-28)將各種頻率下所測得輸出的幅值與輸入幅值之比便可得到幅頻特性的離散值

(8-29)各種頻率輸入下所測得的相位差就是相頻特性的離散值，將幅值比和相位差分別描到坐標圖上就是所測系統(tǒng)幅頻特性和相頻特性的離散序列：第28頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日

正弦輸入法求汽車整車頻率響應函數(shù)的具體步驟如下：1)

將被測汽車置于汽車整車振動試驗臺上，并在設(shè)定位置，如汽車前排、中排、后軸上方和后排座椅上分別裝上加速度傳感器。2)

分別單獨給四個車輪正弦輸入，各車輪的輸入分別為、、和，且它們都相等，即：3)

用傳感器記錄各種不同頻率下各車輪單獨輸入時的輸出（——輸入點的編號，分別表示前左、前右、后左、后右車輪；——輸出點的編號，分別表示前排、中排、后軸上方和后排座椅處）。第29頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日

4)計算頻率響應的幅頻特性和相頻特性

(8-30)

(8-31)頻率響應函數(shù)為：

5)在坐標紙上畫出頻率響應函數(shù)的幅值隨頻率變化的離散序列和相位差隨變化的序列圖，便得到了輸入點（）到輸出點（）的幅頻特性和相頻特性。第30頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日8.3研究汽車行駛平順性常用的方法

從理論上講，先用試驗的方法測出汽車整車的頻率響應函數(shù)，然后針對頻率響應函數(shù)的幅頻特性的特點，采取適當?shù)募夹g(shù)措施（調(diào)整震動參數(shù)），使之對人體最敏感頻率范圍的振動具有較強的衰減特性。式告訴我們，汽車被測點的輸出就是路面不平所激起的震動（系統(tǒng)的輸入）經(jīng)車輪到被測點之間的振動系統(tǒng)所組成的“濾波器”對其濾波的結(jié)果。

第31頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日從前面對獲取汽車整車頻率響應函數(shù)的討論中不難發(fā)現(xiàn)，用前面所述的一種從技術(shù)上可行的正弦輸入法獲取汽車這一復雜振動系統(tǒng)的頻率響應函數(shù)存在如下嚴重不足：(1)頻率響應函數(shù)是單個車輪正弦輸入所獲得的結(jié)果，汽車在行駛時，其輸入同時來自四個車輪，而系統(tǒng)多點輸入的頻率響應函數(shù)的獲取，目前尚沒有一個準確易行的試驗方法；（2）由車輪到汽車座椅的振動系統(tǒng)，它是由多個系統(tǒng)串、并聯(lián)所組成的復雜系統(tǒng)，導致汽車行駛平順性差的問題究竟出在哪一個環(huán)節(jié)，從中不難獲知，如此便不知從何處采取技術(shù)措施。正因為如此，在現(xiàn)有的技術(shù)條件下，研究汽車行駛平順性問題常不用測系統(tǒng)頻率響應函數(shù)的方法，而是采用隨機輸入法或試驗模態(tài)分析法（關(guān)于試驗模態(tài)分析法，它是一門專門的學科，有興趣的同學可以去查閱相關(guān)書籍）。下面就來討論最常用的隨機輸入法。第32頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日

隨機輸入法是在汽車振動傳遞的各個環(huán)節(jié)上，如車軸（或輪轂上）、車身底板及座椅上都裝上三向加速度傳感器，然后將汽車開到各種不同的典型路面（如砂石、瀝青及混凝土路面）上以不同的車速（從某一低速，如30開始，逐漸提高汽車行駛速度直到＝80％）行駛，分別測出不同路面和不同車速下的車軸、車身底板及座椅上的加速度時間歷程（分別代表車軸、車身底板和座椅三個部位；分別代表在三個不同部位中的四個不同測點,如表示車軸上的第四個傳感器的輸出；為試驗序號，一種路面用一種車速進行的試驗稱為一次試驗，如在不同路面上，每種路面測十種不同的車速，則實驗次數(shù)為）。

第33頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日用下式計算出每次試驗各傳感器輸出的加速度均方根值。

(8-32)式中：——第部位的第個測點第次實驗1/3倍頻程各頻帶上的加速度均方根值；

、——1/3倍頻程各頻帶的下限頻率和上限頻率；

——采樣時間,為了保證測試進度，應為3～5；

——第部位的第個測點第次實驗三向加速度傳感器輸出時間歷程的富氏變換，為1/3倍頻程的頻帶序號。第34頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日若某被試車輛的行駛平順性不夠好，顯然是座椅上振動的輸出不夠理想，即要么是座椅上振動的輸出能量在各頻帶上分布不合理，如振動能量在人體最敏感的頻率范圍（垂直振動4Hz～8Hz，水平振動1Hz～2Hz，暈車界限0.1Hz～1Hz）內(nèi)的加速度均方根值較大；要么是振動輸出的總能量較大，即各頻帶上加速度均方根值均較大。那么汽車行駛平順性不好原因何在呢？首先我們來看看車身底板上輸出的數(shù)值，若的數(shù)值較小，則說明問題出在座椅上；若均較大，則要看車軸上的輸出，若較小，則說明汽車懸架設(shè)計不合理；否則說明輪胎的選用有問題。若只是某種路面、或某幾種車速，座椅上的振動輸出較大，則說明振動系統(tǒng)的固有頻率設(shè)計得不合理。

第35頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日顯然，有了隨機輸入下汽車各振動頻率環(huán)節(jié)上的振動輸出，則可以幫助人們?nèi)ゲ檎移囆旭偲巾樞圆缓玫脑?。此外，由于隨機輸入能夠較好地反映汽車的實際狀況，且易于操作，因此它是研究汽車行駛平順性中常采用且有效的試驗方法。

第36頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日8.4汽車噪聲的測量

噪聲具有兩個基本特點：（1）它是一種可聞聲波，即振動頻率在20～20000Hz之間的聲波；（2）它是人們所不希望聽到的聲音。人們喜歡聽到的聲音是美妙的音樂，汽車運行所發(fā)出的聲音顯然不可能是美妙的音樂。根據(jù)這樣的兩個特點，汽車運行所發(fā)出的聲音無論大小、強弱均屬噪聲。噪聲是一種機械縱波，它在介質(zhì)中傳播時的壓力與無聲波傳播時的靜壓力之間有個差額，稱為聲壓,它是測試儀器容易測得的物理量。當然,表征聲音的物理量還有聲強和聲功率，但它們通常是通過聲壓計算得到的。噪聲信號的處理常用的有兩種方法，即：聲壓的倍頻程分析；聲壓總的均方根值。第37頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日一、聲壓地倍頻程分析

可聞頻率范圍20Hz～20000Hz的聲波按照倍頻程的方法，即

(8-33)

式中：、——上限和下限頻率。將其分為若干的頻帶，計算出各個頻帶上聲壓的均方根值，即為聲壓的倍頻程分析，按倍頻程所分出的每個頻帶常用中心頻率表示。

(8-34)

設(shè)所測得聲壓的時間歷程為，則按下式便可得到各頻帶上聲壓的均方根值。

(8-35)

式中：——中心頻率為所對應頻帶上的聲壓均方根值；

、——分別為各頻帶上的下限頻率和上限頻率；

——中心頻率為所對應頻帶上聲壓時間歷程的富氏變換。

第38頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日二、聲壓總的均方根值

物理學家韋伯（Weber）的大量試驗發(fā)現(xiàn)，人耳對聲音的感覺（聽覺）和客觀物理量（聲壓、聲強）之間并不是線性關(guān)系，而是近似于對數(shù)關(guān)系，即人的聽覺隨刺激量的增大逐漸趨于遲鈍。為此人們引出了一個成倍比關(guān)系的對比量—聲壓級和A、B、C三個計權(quán)網(wǎng)絡，其中A計權(quán)網(wǎng)絡是按照人耳的特性對聲壓的時間歷程進行濾波（它相當于汽車行駛平順性中的頻率加權(quán)），C計權(quán)網(wǎng)絡對不加衰減，因此它反映了聲壓的總量，B計權(quán)網(wǎng)絡介于A、C之間，如圖8-3所示。

第39頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日圖8-3聲級計計權(quán)網(wǎng)絡特性曲線

第40頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日所謂計權(quán)網(wǎng)絡就是一特制的濾波器,聲壓的時間歷程經(jīng)計權(quán)網(wǎng)絡衰減后的時間歷程用表示，這一過程顯然和汽車平順性分析中的頻率加權(quán)是同一概念。將代入下式便可計算出聲壓總的加權(quán)均方根值。

(8-35)式中：——為采樣時間。將聲壓總的加權(quán)均方根值用聲壓級表示即為：

(8-36)式中：——聲壓級，；

——聽閥聲壓，。

用聲級計所測得的噪聲值就是聲壓級，式(8-35)和(8-36)是聲壓級處理噪聲信號的原理式。

比較汽車振動和噪聲信號的處理方法不難發(fā)現(xiàn)，二者的原理和方法幾乎完全相同。第41頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日8.5動態(tài)數(shù)據(jù)處理中的泄漏圖8-4是某次試驗所記錄下的汽車振動加速度的時間歷程

,欲對該動態(tài)信號進行分析，就需要按照采樣原理對進行分段截取。如何實現(xiàn)對動態(tài)信號的分段截取呢？最簡單的方法是用矩形函數(shù)

(8-37)

與動態(tài)信號相乘，即：

(8-38)

圖8-4測得的振動加速度的時間歷程第42頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日圖8-5(a)是矩形函數(shù)的曲線，圖8-5(b)是與相乘的結(jié)果。從圖8-5(b)中可以看出，用去截取動態(tài)信號就好比是打開了一個窗，因此將矩形函數(shù)稱為矩形窗函數(shù)。進行動態(tài)信號處理時不可避免地要用到窗函數(shù)。圖8-5用矩形窗截取的動態(tài)信號(a)

矩形窗函數(shù)(b)用矩形窗函數(shù)截取動態(tài)信號的狀態(tài)第43頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日動態(tài)信號的處理可以將其歸納為兩種方法。一種是在時間域內(nèi)對動態(tài)信號進行計算得到所要的試驗結(jié)果，式(8-14)、(8-25)和(8-36)均屬此類，通常將這種方法稱為動態(tài)信號的時域分析法；另一種是將動態(tài)信號通過富氏變換將其轉(zhuǎn)換到頻域后再作計算而得到試驗結(jié)果，式(8-20)和(8-34)即屬此類，這種將動態(tài)信號轉(zhuǎn)換到頻域處理的方法稱為動態(tài)信號的頻域分析法

第44頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日對于動態(tài)信號的時域處理，在設(shè)定的時間段內(nèi)，由于，所以用矩形窗函數(shù)去乘式(8-14)中的、(8-25)中的或(8-36)中的，然后再進行積分運算，所得的結(jié)果和原來完全一致，即窗函數(shù)的引入不會改變動態(tài)信號的處理結(jié)果。對動態(tài)信號的頻域處理，情況會有些不同，因為，若仍用去代替式(8-20)中的（），用去代替式(8-34)中的（），則必然帶來誤差。第45頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日[例]設(shè)，，求

解：由頻域卷積定理知，＝*＝*

由于*的數(shù)學計算十分麻煩，在此采用圖解法，如圖8-6所示。從圖中可以看出，由于積分區(qū)間的有限性，使得在處的脈沖變?yōu)橐詾橹行牡男瓦B續(xù)函數(shù)。這個連續(xù)函數(shù)在原脈沖位置處達到最大值，從而形成曲線的主峰，稱為主瓣。在主瓣兩側(cè)還出現(xiàn)一系列小峰，稱為副瓣。原來集中于一個頻率上的功率，由于副瓣的存在，被分散到一個較寬的頻帶上，這種功率分散的效應稱為泄漏。事實上泄漏就是在信號處理過程中所產(chǎn)生的誤差。顯然泄漏的產(chǎn)生，降低了動態(tài)信號分析的精度。第46頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日

圖8-6卷積的圖示表達

第47頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日上述特性可以推廣到任意類型的函數(shù)。圖8-7(a)是某一振動信號用時域法得到的結(jié)果，圖8-7(b)是用矩形窗函數(shù)在頻域中計算得到的結(jié)果。從圖中可以看出，原本比較光滑的曲線，用頻域法經(jīng)加矩形窗處理后，它就變成了一條充滿“皺波”的曲線，為了便于區(qū)別用表示。皺波的形成就是泄漏所帶來的數(shù)據(jù)處理誤差。

圖8-7泄漏時動態(tài)信號處理的影響(a)

時域計算結(jié)果(b)用矩形窗函數(shù)在頻域中的計算結(jié)果第48頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日一、選用合適的窗函數(shù)從圖8-6中可以看出，泄漏的大小取決于譜窗副瓣的大小。較小的副瓣使得卷積*曲線下的負面積較小，它在動態(tài)數(shù)據(jù)處理中的表現(xiàn)形式是曲線（見圖8-7）具有較小的皺波；但副瓣的減小，往往會帶來主瓣變寬，即主瓣能量不夠集中，分辨率下降的問題。由此可見，一個好的窗函數(shù)，其富氏變換的主瓣應窄、副瓣應小。為了有效地抑制瀉漏，在工程測試領(lǐng)域，提出了多種形式的窗函數(shù)。汽車試驗中較常用的主要是哈寧(Hanning)窗和海明(Hamming)窗。第49頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日1、哈寧窗哈寧窗的時域形式為：

(8-39)

哈寧窗的頻域形式為：

（8-40）式中：——矩形窗函數(shù)的頻域形式。哈寧窗時域離散形式（常稱為哈寧數(shù)字時移窗）為：

(8-41)

哈寧窗頻域離散形式（常稱為哈寧數(shù)字譜窗）為：

（8-42）式中：——矩形數(shù)字譜窗，（）；矩形數(shù)字時移窗為：

第50頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日從式(8-40)可以看出，哈寧窗是一個壓低1/2的矩形譜窗和兩個各左、右移位、峰高為的譜窗疊加而成。圖8-8為的圖形，圖中虛線是三個變異的矩形譜窗。圖8-8哈寧窗的構(gòu)成圖比較圖8-6(b)和圖8-8可知，矩形窗的主瓣高為，第一副瓣的高約為主瓣的20％；哈寧譜窗的主瓣高為，寬為，第二副瓣的高約為主瓣的2.4％?？梢姽幋暗母卑暧忻黠@的降低，達到了抑制泄漏的目的。但它的主瓣寬度卻拓寬了一倍。這說明減小泄漏是以拓寬主瓣為代價。主瓣被拓寬的結(jié)果是使得動態(tài)數(shù)據(jù)處理的分辨率下降。

第51頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日2、海明窗海明窗的時域形式為：

(8-43)

海明窗的頻域形式為：

（8-44）海明數(shù)字時移窗為：

(8-45)

海明數(shù)字譜窗為：

（8-46）

第52頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日二、平滑處理泄漏在動態(tài)試驗信號處理中的表現(xiàn)形式是曲線上充滿了皺波。抑制泄漏的目的是減少皺波幅度，使曲線更接近于光滑的曲線。這一目的，用數(shù)學計算的方法也可達到，通常稱之為平滑處理。平滑處理的方法有多種，在此僅介紹一種最常用的方法。圖8-9是圖8-7中的曲線，將曲線沿軸離散成個點，各點所對應的頻率分別為。對于中的任意點處的值，參考前、后兩點和處的值和，圓滑過渡為準則進行修正。修正后的值稱為平滑處理的估計值,計為，以區(qū)別于未經(jīng)平滑處理的原始估計值。圖8-9平滑處理示意圖第