CN110006670B - 一种车辆过坎冲击评价系统及车辆过坎冲击评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车辆过坎冲击评价系统及一种车辆过坎冲击评价方法，该系统包括：车辆加速度传感器，用于采集预设车辆位置的加速度信号；低通滤波器，用于过滤加速度信号；时域加窗模块，用于对过滤后加速度信号进行加窗；FFT变换模块，用于将加窗后加速度信号转换为加速度信号频谱图；自功率谱图计算模块，用于根据加速度信号频谱图求解加速度信号自功率谱图；车辆过坎冲击参数求解模块，用于对加速度信号自功率谱进行均方根求值，得到车辆过坎冲击参数；车辆过坎冲击参数评价模块，用于对车辆过坎冲击参数与车辆过坎冲击参数阈值范围进行对比，生成车辆过坎冲击参数评价报告。本发明获取车辆过坎冲击参数，能够反映车内乘客的真实反映。

Description

一种车辆过坎冲击评价系统及车辆过坎冲击评价方法

技术领域

本发明涉及车辆体验技术领域，尤其涉及一种车辆过坎冲击评价系统及车辆过坎冲击评价方法。

背景技术

汽车在经过减速带及路面坑洼地带时，车内乘客会感受到明显的振动冲击。如何衡量及评价这种冲击一直是限制各大主机厂开发人员的瓶颈问题，其中，涉及到的主要原因主要是在冲击过程中，如何将主观人体的感受与客观测试的数据进行整合对应，使客观数据可以完全反应乘客主观冲击过程中的感受情况。

传统的过坎冲击测试主要表现为整车加速度振动测试。这种测试方法由于受到整车各系统模态分布限制，往往很难跟顾客在实际使用过程中的感受相一致。其主要受限原理为：整车在过坎过程中，车轮受到水平方向(X方向)及竖直方向(Z方向)的冲击后，载荷传导到底盘、动力系统，最终传导至车内乘员。在这个过程中，底盘系统模态及动力系统模态(5-20Hz)受到激发后呈现明显的共振特征。这种受激振动反映到乘客端就会表现为低频5-20Hz的高幅值加速度输出。其能量占总体响应的绝大部分。

但如上所述，经过系统的对标及主观评价后发现，过坎冲击表现较好的车型与过坎冲击表现较差的车型在加速度谱上的区别很小。这就表明占主要能量成分的底盘系统及动力系统共振并不是乘客主观反感的主要因素，低频类刚体位移的振动并非决定整车过坎冲击水平的关键指标。

因此，提供一种车辆过坎冲击评价系统及车辆过坎冲击评价方法。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的车辆过坎冲击评价系统及车辆过坎冲击评价方法，解决目前车辆过坎冲击参数无法反映车内乘员的实际感受。

根据本发明的一个方面，提供一种车辆过坎冲击评价系统，包括：

安装在预设车辆位置的车辆加速度传感器，用于采集预设车辆位置的加速度信号，并发送至低通滤波器；

低通滤波器，用于接收并过滤加速度信号，提取预设频段的加速度信号，获取过滤后加速度信号发送至时域加窗模块；

时域加窗模块，用于接收并对过滤后加速度信号进行加窗，获取加窗后加速度信号发送至FFT变换模块；

FFT变换模块，用于接收加窗后加速度信号，将加窗后加速度信号转换为加速度信号频谱图，发送至自功率谱图计算模块；

自功率谱图计算模块，用于根据加速度信号频谱图求解加速度信号自功率谱图，发送至车辆过坎冲击参数求解模块；车辆过坎冲击参数求解模块，用于接收并对加速度自功率谱图进行均方根求值，得到车辆过坎冲击参数，发送至车辆过坎冲击参数评价模块；

车辆过坎冲击参数评价模块，用于接收车辆过坎冲击参数，与车辆过坎冲击参数阈值范围进行对比，生成车辆过坎冲击参数评价报告。

进一步地，上述车辆过坎冲击评价系统，还包括：

加速度信号微分器，用于在对加速度信号频谱图进行均方根求值之前，对加速度信号自功率谱图求一阶微分，获取微分后的加速度信号，发送至车辆过坎冲击参数求解模块，

其中，

车辆过坎冲击参数求解模块，还用于对微分后的加速度信号进行均方根求值，得到车辆过坎冲击参数。

进一步地，预设车辆位置包括车辆座位水平位置和车辆座位竖直方向位置。

进一步地，车辆座位水平位置的车辆过坎冲击参数阈值范围为小于20g/s，且车辆座位竖直方向位置的车辆过坎冲击参数阈值范围为小于30g/s。

进一步地，在时域加窗模块中，通过矩形窗对过滤后加速度信号进行加窗。

进一步地，在FFT变换模块中，在将加窗后加速度信号转换为加速度信号频谱图之后，对加速度信号频谱图进行自相关卷积，获取加速度信号自功率谱图。

进一步地，在FFT变换模块中，在将加窗后加速度信号转换为加速度信号频谱图之前，对加速度信号自功率谱图进行补零，以改善加速度信号频谱图的分辨率。

进一步地，在车辆加速度传感器中，采样频率为250Hz。

进一步地，在低通滤波器，预设频段为1-125Hz。

根据本发明的另一方面，提供一种车辆过坎冲击评价方法，包括以下步骤：

利用安装在预设车辆位置的车辆加速度传感器采集预设车辆位置的加速度信号，并发送至低通滤波器；

利用低通滤波器接收并过滤加速度信号，提取预设频段的加速度信号，获取过滤后加速度信号发送至时域加窗模块；

利用时域加窗模块接收并对过滤后加速度信号进行加窗，获取加窗后加速度信号发送至FFT变换模块；

利用FFT变换模块接收加窗后加速度信号，将加窗后加速度信号转换为加速度信号频谱图，发送至自功率谱图计算模块；

自功率谱图计算模块，用于根据加速度信号频谱图求解加速度信号自功率谱图，发送至车辆过坎冲击参数求解模块；

利用车辆过坎冲击参数求解模块接收并对加速度信号自功率谱图进行均方根求值，得到车辆过坎冲击参数，发送至车辆过坎冲击参数评价模块；

利用车辆过坎冲击参数评价模块接收车辆过坎冲击参数，与车辆过坎冲击参数阈值范围进行对比，生成车辆过坎冲击参数评价报告。

本发明与现有技术相比具有以下的优点：

本发明的车辆过坎冲击评价系统及车辆过坎冲击评价方法通过对预设频段的加速度信号进行处理，获取车辆过坎冲击参数，能够反映车内乘客的真实反映，为车内设计提供参考。

附图说明

以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的车辆过坎冲击评价系统框图；

图2是本发明的车辆过坎冲击评价方法步骤图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

图1是本发明的车辆过坎冲击评价系统框图，参见图1，本发明的提供的车辆过坎冲击评价系统，包括：

安装在预设车辆位置的车辆加速度传感器，用于采集预设车辆位置的加速度信号，并发送至低通滤波器；

低通滤波器，用于接收并过滤加速度信号，提取预设频段的加速度信号，获取过滤后加速度信号发送至时域加窗模块；

时域加窗模块，用于接收并对过滤后加速度信号进行加窗，获取加窗后加速度信号发送至FFT(Fast Fourier Transformation，快速傅里叶变换)变换模块；

FFT变换模块，用于接收加窗后加速度信号，将加窗后加速度信号转换为加速度信号频谱图，发送至自功率谱图计算模块；

自功率谱图计算模块，用于根据加速度信号频谱图求解加速度信号自功率谱图，发送至车辆过坎冲击参数求解模块；车辆过坎冲击参数求解模块，用于接收并对加速度信号自功率谱图进行均方根求值，得到车辆过坎冲击参数，发送至车辆过坎冲击参数评价模块；

车辆过坎冲击参数评价模块，用于接收车辆过坎冲击参数，与车辆过坎冲击参数阈值范围进行对比，生成车辆过坎冲击参数评价报告。

本发明的车辆过坎冲击评价系统通过对预设频段的加速度信号进行处理，获取车辆过坎冲击参数，能够反映车内乘客的真实反映，为车内设计提供参考。

其中，预设车辆位置包括车辆座位水平位置和车辆座位竖直方向位置。车辆座位水平位置的车辆过坎冲击参数阈值范围为小于20g/s，且车辆座位竖直方向位置的车辆过坎冲击参数阈值范围为小于30g/s。在低通滤波器，预设频段可以为1-125Hz。由于5-20Hz无法反映车内乘客的实际感受，过坎冲击参数需要进一步将其分辨能力向20-125Hz中频段进行调整，这种调整可以通过对加速度值进行进一步进行信号处理来得到。当预设频段为1-125Hz时，采样频率为最大预设频率的两倍，即250Hz。一般情况下，当采样不够快时，会产生混叠现象。信号的10到20次的采样足以用于大多数时间表示变化的信号，然而，为了准确地表示频域中的信号，采样仅需要发生在感兴趣频率的两倍以上。同时为了进一步防止混叠，抗混叠滤波器通常是采用低通模拟滤波器的形式进行。因此，本发明中在覆盖频率段大于125Hz时，采样频率大于250Hz，并对原始振动加速度信号进行低频1-125Hz滤波，得到低频段加速度量值。

另外，加速度信号自功率谱图通过加速度信号频谱图与自身进行共轭相乘获取。

上述车辆过坎冲击评价系统，还包括：

加速度信号微分器，用于在对加速度信号频谱图进行均方根求值之前，对加速度信号自功率谱图求一阶微分，获取微分后的加速度信号，发送至车辆过坎冲击参数求解模块，进一步加强信号在20-125Hz上的分辨率，

其中，

车辆过坎冲击参数求解模块，还用于对微分后的加速度信号进行均方根求值，得到车辆过坎冲击参数。

其中，在时域加窗模块中，通过矩形窗对过滤后加速度信号进行加窗。当测量信号在采样间隔中不是周期性时，会出现幅度和频率的不正确估计，该错误称为泄漏。泄漏可能是最常见和最严重的数字信号处理错误，与混叠不同，泄漏的影响无法消除。为防止泄露，并更好地满足FFT过程的周期性要求，使用称为窗口的时间加权函数。从本质上讲，这些加权函数试图将样本记录的开头和结尾重点加权为零，而样本的中间部分加权为一，因此，对过滤后加速度信号施加矩形窗函数。

进一步地，在FFT变换模块中，在将加窗后加速度信号转换为加速度信号频谱图之后，加速度信号频谱图与自身进行共轭相乘，获取加速度信号自功率谱图，在这里，加速度信号频谱图与自身进行共轭相乘，目的是去掉随机干扰噪声，保留并突出周期性信号，使得周期性信号更加突出。

优选地，加速度信号自功率谱图的频率分辨率为1Hz，因此，最大预设频率为125Hz时，采样频率不低于250Hz，采样间隔不大于4ms。

在FFT变换模块中，在将加窗后加速度信号转换为加速度信号频谱图之前，对加速度信号自功率谱图进行补零，以改善加速度信号频谱图的分辨率。

在车辆过坎冲击参数求解模块中，车辆过坎冲击参数，其物理意义为振动加速度在单位时间内的变化量在频率轴上所反映的均方根值。在统计学中，均方根(缩写为RMS)，也称为二次均值，定义为一组数字的平方算术平均值的平方根。RMS也可以根据循环期间瞬时值的平方的积分来定义连续变化的函数。具体地，当车辆座位水平位置的车辆过坎冲击参数<20g/s，且车辆座位竖直方向位置的车辆过坎冲击参数<30g/s时，能够确保车辆的车内乘客舒适度，否则，需要调整车内设计，其中，加速度信号单位为g。

图2是本发明的车辆过坎冲击评价方法步骤图，参见图2，本发明提供的车辆过坎冲击评价方法，包括以下步骤：

利用安装在预设车辆位置的车辆加速度传感器采集预设车辆位置的加速度信号，并发送至低通滤波器；

利用低通滤波器接收并过滤加速度信号，提取预设频段的加速度信号，获取过滤后加速度信号发送至时域加窗模块；

利用时域加窗模块接收并对过滤后加速度信号进行加窗，获取加窗后加速度信号发送至FFT变换模块；

利用FFT变换模块接收加窗后加速度信号，将加窗后加速度信号转换为加速度信号频谱图，发送至自功率谱图计算模块；

利用自功率谱图计算模块根据加速度信号频谱图求解加速度信号自功率谱图，发送至车辆过坎冲击参数求解模块；

利用车辆过坎冲击参数求解模块接收并对加速度信号自功率谱进行均方根求值，得到车辆过坎冲击参数，发送至车辆过坎冲击参数评价模块；利用车辆过坎冲击参数评价模块接收车辆过坎冲击参数，与车辆过坎冲击参数阈值范围进行对比，生成车辆过坎冲击参数评价报告。

本发明的车辆过坎冲击评价方法通过对预设频段的加速度信号进行处理，获取车辆过坎冲击参数，能够反映车内乘客的真实反映，为车内设计提供参考。

其中，预设车辆位置包括车辆座位水平位置和车辆座位竖直方向位置。车辆座位水平位置的车辆过坎冲击参数阈值范围为小于20g/s，且车辆座位竖直方向位置的车辆过坎冲击参数阈值范围为小于30g/s。在低通滤波器，预设频段可以为1-125Hz。由于5-20Hz无法反映车内乘客的实际感受，过坎冲击参数需要进一步将其分辨能力向20-125Hz中频段进行调整，这种调整可以通过对加速度值进行进一步进行信号处理来得到。当预设频段为1-125Hz时，采样频率为最大预设频率的两倍，即250Hz。一般情况下，当采样不够快时，会产生混叠现象。信号的10到20次的采样足以用于大多数时间表示变化的信号，然而，为了准确地表示频域中的信号，采样仅需要发生在感兴趣频率的两倍以上。同时为了进一步防止混叠，抗混叠滤波器通常是采用低通模拟滤波器的形式进行。因此，本发明中在覆盖频率段大于125Hz时，采样频率大于250Hz，并对原始振动加速度信号进行低频1-125Hz滤波，得到低频段加速度量值。

进一步地，上述车辆过坎冲击评价方法，还包括：

利用加速度信号微分器在对加速度信号频谱图进行均方根求值之前，对加速度信号自功率谱图求一阶微分，获取微分后的加速度信号，发送至车辆过坎冲击参数求解模块，进一步加强信号在20-125Hz上的分辨率微分后的加速度信号。

利用车辆过坎冲击参数求解模块对微分后的加速度信号进行均方根求值，得到车辆过坎冲击参数。

上述车辆过坎冲击评价方法，还包括：利用时域加窗模块通过矩形窗对过滤后加速度信号进行加窗。当测量信号在采样间隔中不是周期性时，会出现幅度和频率的不正确估计，该错误称为泄漏。泄漏可能是最常见和最严重的数字信号处理错误，与混叠不同，泄漏的影响无法消除。为防止泄露，并更好地满足FFT过程的周期性要求，使用称为窗口的时间加权函数。从本质上讲，这些加权函数试图将样本记录的开头和结尾重点加权为零，而样本的中间部分加权为一，因此，对过滤后加速度信号施加矩形窗函数。

上述车辆过坎冲击评价方法，还包括：在将加窗后加速度信号转换为加速度信号频谱图之后，对加速度信号频谱图进行自相关卷积，获取加速度信号自功率谱图，在这里，先对加速度信号频谱图作自相关卷积，目的是去掉随机干扰噪声，保留并突出周期性信号，使得周期性信号更加突出。

优选地，加速度信号自功率谱图的频率分辨率为1Hz，因此，最大预设频率为125Hz时，采样频率不低于250Hz，采样间隔不大于4ms。

上述车辆过坎冲击评价方法，还包括：在将加窗后加速度信号转换为加速度信号频谱图之前，对加速度信号自功率谱图进行补零，以改善加速度信号频谱图的分辨率。

在车辆过坎冲击参数求解模块中，车辆过坎冲击参数，其物理意义为振动加速度在单位时间内的变化量在频率轴上所反映的均方根值。在统计学中，均方根(缩写为RMS)，也称为二次均值，定义为一组数字的平方算术平均值的平方根。RMS也可以根据循环期间瞬时值的平方的积分来定义连续变化的函数。具体地，当车辆座位水平位置的车辆过坎冲击参数<20g/s，且车辆座位竖直方向位置的车辆过坎冲击参数<30g/s时，能够确保车辆的车内乘客舒适度，否则，需要调整车内设计，其中，加速度信号单位为g。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (2)

1.一种车辆过坎冲击评价系统，其特征在于，包括：

安装在预设车辆位置的车辆加速度传感器，用于采集预设车辆位置的加速度信号，并发送至低通滤波器；

低通滤波器，用于接收并过滤加速度信号，提取预设频段的加速度信号，获取过滤后加速度信号发送至时域加窗模块；

时域加窗模块，用于接收并对过滤后加速度信号进行加窗，获取加窗后加速度信号发送至FFT变换模块；

FFT变换模块，用于接收加窗后加速度信号，对加速度信号进行补零，以改善加速度信号频谱图的分辨率，再将加窗后加速度信号转换为加速度信号频谱图，发送至自功率谱图计算模块；

自功率谱图计算模块，用于对加速度信号频谱图进行自相关卷积，求解加速度信号自功率谱图，发送至加速度信号微分器；

加速度信号微分器，用于对加速度信号自功率谱图求一阶微分，获取微分后的加速度信号，发送至车辆过坎冲击参数求解模块；

车辆过坎冲击参数求解模块，用于对微分后的加速度信号进行均方根求值，得到车辆过坎冲击参数，发送至车辆过坎冲击参数评价模块；

车辆过坎冲击参数评价模块，用于接收车辆过坎冲击参数，与车辆过坎冲击参数阈值范围进行对比，生成车辆过坎冲击参数评价报告;

预设车辆位置包括车辆座位水平位置和车辆座位竖直方向位置;

车辆座位水平位置的车辆过坎冲击参数阈值范围为小于20g/s，且车辆座位竖直方向位置的车辆过坎冲击参数阈值范围为小于30g/s;

在时域加窗模块中，通过矩形窗对过滤后加速度信号进行加窗;

在车辆加速度传感器中，采样频率为250Hz;

在低通滤波器，预设频段为1-125Hz。

2.一种车辆过坎冲击评价方法，其特征在于，采用权利要求1所述的车辆过坎冲击评价系统实现，包括以下步骤：

利用安装在预设车辆位置的车辆加速度传感器采集预设车辆位置的加速度信号，并发送至低通滤波器；

利用低通滤波器接收并过滤加速度信号，提取预设频段的加速度信号，获取过滤后加速度信号发送至时域加窗模块；

利用时域加窗模块接收并对过滤后加速度信号进行加窗，获取加窗后加速度信号发送至FFT变换模块；

利用FFT变换模块接收加窗后加速度信号，将加窗后加速度信号转换为加速度信号频谱图，发送至自功率谱图计算模块；

利用自功率谱图计算模块根据加速度信号频谱图求解加速度信号自功率谱图，发送至加速度信号微分器；

利用加速度信号微分器对加速度信号自功率谱图求一阶微分，获取微分后的加速度信号，发送至车辆过坎冲击参数求解模块；

利用车辆过坎冲击参数求解模块接收并对微分后的加速度信号进行均方根求值，得到车辆过坎冲击参数，发送至车辆过坎冲击参数评价模块；

利用车辆过坎冲击参数评价模块接收车辆过坎冲击参数，与车辆过坎冲击参数阈值范围进行对比，生成车辆过坎冲击参数评价报告。

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