1.黃晨 2.吳聰 3.王亮

1

、2，北京中科泛華測控技術有限公司
； 3
，大陸汽車電子（長春）有限公司

        摘要：本文介紹了一種便攜式振動與壓力采集分析係統在汽車振動環境仿真實驗中的應用。該係統的數據采集部分采用了基於虛擬儀器技術的NI的模塊化硬件，配合LabVIEW平台開發的功能強大的應用程序，實現了整車振動環境的仿真。

       關鍵詞：振動測試 LabVIEW 環境仿真 隨機信號

0.引言

        muqian
，zhongguodeqichegongyezhengchuyupengbofazhandeshiqi，changshangjiandejingzhengyufajilieheriqubairehua，qichegongyeduiyusuoduankaifazhouqi
，jianshaobujianceshifeiyongdexuqiupozaimeijie。ranertongfadaguojiaxiangbi，zhongguozaimonifangzhenjishuzheyizhongyaolingyudeyingyongshuipingluohouyufadaguojia，zhedadazhiyuelewoguoqicheyedefazhan，suoyiruhegoujianlixiangdefangzhenceshihuanjing
，genghaodeduichezaidianzishebeijinxingceshi，chengweilekunraochangshangdeyidajishunanguan。

        本文提供了一種方法，通過原始行車間振動信號的采集、特定算法分析
、振動台振動信號輸入等步驟，實現了在試驗環境中完全仿真真實的整車振動環境。24位動態信號采集卡配合高精度的傳感器，充分的保證了測得數據的精準性。設備核心部分應用程序使用了LabVIEW開(kai)發(fa)環(huan)境(jing)進(jin)行(xing)開(kai)發(fa)
，其(qi)強(qiang)大(da)的(de)調(tiao)試(shi)功(gong)能(neng)和(he)靈(ling)活(huo)的(de)架(jia)構(gou)使(shi)我(wo)們(men)可(ke)以(yi)對(dui)程(cheng)序(xu)實(shi)現(xian)的(de)功(gong)能(neng)進(jin)行(xing)修(xiu)改(gai)和(he)補(bu)充(chong)，從(cong)而(er)更(geng)好(hao)適(shi)應(ying)測(ce)試(shi)的(de)新(xin)需(xu)求(qiu)。便(bian)攜(xie)式(shi)工(gong)控(kong)機(ji)的(de)設(she)計(ji)，除(chu)了(le)能(neng)更(geng)好(hao)的(de)適(shi)應(ying)各(ge)種(zhong)測(ce)量(liang)環(huan)境(jing)以(yi)外(wai)，保(bao)證(zheng)了(le)數(shu)據(ju)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)以(yi)外(wai)
，還(hai)為(wei)日(ri)後(hou)的(de)擴(kuo)展(zhan)需(xu)求(qiu)提(ti)供(gong)了(le)可(ke)能(neng)性(xing)。

1.係統硬件設計

        如圖1所示
，該係統的硬件部分主要由傳感器部分和數據采集部分兩部分組成。

        傳感器部分根據信號類別不同分為振動測試部分和油壓測試部分
，振動測試部分傳感器選用的是IEPE型3軸加速度傳感器，油壓測試部分選用了IEPE型的壓力傳感器。IEPE型的傳感器精度較高

，保證了數據采集的精確性。並且其安裝便捷

，能夠適應現場多變的環境。

        係統數據采集部分選用了NI的PCI-4472動態信號采集卡，板卡內置4~20mA的電流激勵，方便了IEPE型傳感器的連接，而且PCI-4472高達24bit的分辨率，110dB動態範圍可以保證采集到加速度數據的精確性。係統的監控終端選用了便攜式工控機，數據采集卡直接安裝在工控機的PCI插槽上，工控機具有許多抗震抗幹擾的設計
，這使得整套係統能夠適用於各種惡劣的測試環境。

2.係統軟件設計

        該係統的應用軟件使用 LabVIEW 開發，該程序提供了硬件配置

，數據采集，信號分析到生成報表等一係列功能模塊。

        zaiwanchengjibenceshirenwudetongshi，zhenduibutongdeqichebujianchanpin，tongchanghaihuiyouyixieteshudeceshixuqiu。yibenciyingyongweili，zaiduiqicheshuyouguanjinxingzhendongceshidetongshi，haixiwangduishuyouguandeyouyaxinhaojinxingcaijifenxi。bentaoxitongliyongleshujucaijikaduotongdaodetexingyijiyingyongchengxupeizhidelinghuoxing，henhaodewanchengleduifujiadeyouyaxinhaodeceshi。

        PCI-4472總共支持8通道的數據采集，在通道數上能夠滿足附加測試的需求（加速度3通道，油壓1通道），而NI 提供的驅動―DAQmx，也為實現在軟件層麵上配置采集參數創造了條件。應用程序提供了如圖2所示的通道配置界麵。

        通道配置界麵中可以直接選擇要使用的物理通道，配置通道的電流激勵、采集信號的上下閾值

、chuanganqidelingminduhuansuanhuoshicaiyanglv，yingyongchengxuhuizidongwanchengduiyingjianshebeidepeizhi。zhexiepeizhixinxikeyibaocunweipeizhiwenjian
，yifangbianzaibutongceshihuanjingxiajinxingshiyan。

3.信號處理方法

3.1算法及優化

        cheliangzaixingjinzhongchanshengdezhendongyibanyongyigegetailijingdepingwensuijixinhaozuoweimoxing，eryaomiaoshuzheyangdeyigesuijizhendong
，tongchangyongpinyutongjidefangfa，jigonglvpumidu（Power Spectral Density，以下簡稱為PSD）。要在振動台上模擬真實環境中車輛的振動情況，就需要在振動台上輸入振動的PSD譜。那麼準確的獲得車輛行進中振動信號的PSD譜就成為了仿真整車振動環境的關鍵。

        該係統中采用的計算功率譜的方法是周期圖分析，設信號x[n]所加的窗函數為w[n]， L為加窗後截取的樣本數
，其傅裏葉變換為

        那麼作為一種功率譜估計的量

        其中常數U是預先考慮到在譜估計中為了消除偏差而進行歸一化所需要的。當窗w[n]為矩形窗序列時，這種功率譜的估計器稱為周期圖。如果窗不是矩形的， 則稱為修正周期圖。

        在實際調試中發現：該種PSD譜估計的方法在L值zhi取qu值zhi較jiao大da時shi得de到dao的de結jie果guo並bing不bu理li想xiang


，實shi際ji表biao現xian為wei在zai所suo有you頻pin率lv處chu均jun有you較jiao大da的de起qi伏fu
，而er該gai起qi伏fu與yu要yao得de到dao好hao的de功gong率lv譜pu估gu計ji的de目mu標biao是shi不bu一yi致zhi的de，比bi較jiao理li想xiang的de情qing況kuang是shi得de到dao一yi個ge沒mei有you有you估gu計ji過guo程cheng引yin起qi隨sui機ji變bian化hua的de平ping滑hua譜pu估gu計ji。所suo以yi在zai係xi統tong中zhong采cai用yong了le平ping均jun周zhou期qi圖tu法fa進jin行xing了le算suan法fa優you化hua。具ju體ti做zuo法fa是shi將jiang信xin號haox[n]分成K個等長（長度為L）的序列段
，其中第r個序列段的周期圖為

        周期圖平均包括對K個周期圖的估計 一起求平均
，定義為

        從圖4a和圖4b可以看出，經過周期圖平均法處理後的PSD譜，其平滑效果要優於處理之前。經多次實驗後證明，K的取值越大，平滑效果越明顯
，但是相應的頻域分辨率也會越低。一般根據實際需要調整K與L的取值。

3.2去噪處理

        考慮到實測環境的複雜性，以及振動信號本身的特點
，該係統對可能產生的噪聲從軟、硬件兩個方麵進行了相應的處理。

        在硬件上，PCI-4472動(dong)態(tai)信(xin)號(hao)采(cai)集(ji)卡(ka)自(zi)帶(dai)了(le)抗(kang)混(hun)低(di)通(tong)疊(die)濾(lv)波(bo)器(qi)，能(neng)夠(gou)有(you)效(xiao)濾(lv)除(chu)有(you)效(xiao)采(cai)樣(yang)頻(pin)率(lv)以(yi)上(shang)的(de)噪(zao)聲(sheng)
，使(shi)得(de)係(xi)統(tong)從(cong)硬(ying)件(jian)層(ceng)麵(mian)上(shang)排(pai)除(chu)了(le)大(da)部(bu)分(fen)高(gao)頻(pin)噪(zao)聲(sheng)的(de)幹(gan)擾(rao)
，濾(lv)波(bo)器(qi)的(de)頻(pin)率(lv)閾(yu)值(zhi)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)設(she)置(zhi)數(shu)據(ju)采(cai)集(ji)的(de)采(cai)樣(yang)率(lv)來(lai)控(kong)製(zhi)。

        在軟件上
，應用程序提供了IIR與FIR兩種數字濾波器，可以自定義高通
、低通、帶通、帶阻以及梳狀濾波多種濾波器類型對采集到的數據進行濾波處理，使得噪聲的幹擾降到最低。如圖5a和圖5b所示，如果采樣率較高，信號仍然會混疊部分高頻噪聲。在用應用程序的低通濾波處理之後，獲得了比較理想的結果。

4結語

        層(ceng)出(chu)不(bu)窮(qiong)的(de)新(xin)技(ji)術(shu)不(bu)斷(duan)地(di)滿(man)足(zu)著(zhe)新(xin)的(de)測(ce)試(shi)需(xu)要(yao)，也(ye)使(shi)測(ce)試(shi)測(ce)量(liang)行(xing)業(ye)不(bu)得(de)不(bu)麵(mian)對(dui)新(xin)的(de)挑(tiao)戰(zhan)。振(zhen)動(dong)測(ce)試(shi)所(suo)用(yong)的(de)實(shi)驗(yan)數(shu)據(ju)從(cong)傳(chuan)統(tong)的(de)經(jing)驗(yan)性(xing)的(de)手(shou)工(gong)編(bian)輯(ji)變(bian)為(wei)了(le)汽(qi)車(che)行(xing)進(jin)中(zhong)采(cai)集(ji)到(dao)的(de)真(zhen)實(shi)數(shu)據(ju)，測(ce)試(shi)環(huan)境(jing)從(cong)單(dan)一(yi)的(de)實(shi)驗(yan)室(shi)內(nei)測(ce)量(liang)變(bian)為(wei)了(le)不(bu)同(tong)汽(qi)車(che)行(xing)進(jin)中(zhong)的(de)實(shi)際(ji)測(ce)量(liang)。麵(mian)對(dui)挑(tiao)戰(zhan)
，我(wo)們(men)從(cong)測(ce)量(liang)對(dui)象(xiang)和(he)測(ce)量(liang)環(huan)境(jing)的(de)特(te)點(dian)出(chu)發(fa)，兼(jian)顧(gu)測(ce)量(liang)的(de)精(jing)確(que)性(xing)、可靠性和靈活性
，提供了一套完整的測試測量的解決方案，從而為更好的對車載設備進行測試創造了條件。

參考文獻：

        [1] 李行善,左毅,孫傑.自動測試係統集成技術[M].北京：電子工業出版社，2004.

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