汽車聲品質試驗數據管理與分析

摘要：論述了汽車聲品質試驗數據管理、分析的基本需求和聲品質試驗數據管理系統（SQTDMS）的設計過程。此系統可以支持單點數據、曲線數據和三維云圖數據的導入、對比顯示，并具有良好的擴展性。通過對原始聲音信號進行保存，結合ArtemiS軟件的Automation接口，可以回放聲音信號，進行聲品質主觀評價。系統的建立可以幫助用戶對汽車聲品質試驗數據進行管理、分析。

關鍵詞：數據管理；聲品質；ArtemiS軟件；數據重用

中圖分類號：TB132 文獻標志碼：A 文章編號：1005-2550（2011）02-0071-05

Sound Quality Data Management and Analyzing

YE Chang-jing

（National Automobile Quality Supervision and Test Center（Xiangfan），Xiangfan441004，China）

Abstract：Based on the basic needs of sound quality data management and analyzing， a Sound Quality Tests Data Management System （SQTDMS） was established with functions such as data import，centralized display and good expansibility. The quick playback of primary sound signals is also supported using the relative software interface of ArtemiS. Both subjective and objective evaluation of sound quality can be carried on though this system.

Key words：Data Management；Sound Quality；ArtemiS；Data Reuse

隨著汽車行業的快速發展，汽車聲品質的改進設計顯得尤為重要。為此，國內外許多汽車廠商及專家學者也做了許多應用研究［1-5］。在汽車研發過程中進行聲品質設計優化，需要對整車及其零部件進行大量的運行測試，隨之帶來了大量的、有待處理的試驗數據［6］ ；試驗人員對歷史數據進行分析時，往往需要以手工的方式對數據進行挑選和整理，容易產生數據分析過程滯后，準確性不夠，信息不暢通等一系列問題，導致決策失誤，浪費大量的人力物力［7］。如果能對歷史試驗數據進行快速對比，研發人員能夠挖掘其中規律性的東西，同時對設計重用也有一定的指導意義 ［8］。數據的可視化能夠方便地顯示數據之間的關聯、比較、走勢關系，有效揭示出數據的變化趨勢，為設計決策提供數據支撐［9］。如果能夠將試驗分析結果數據放入數據庫進行集中保存，通過定制專門的可視化組件，用戶可以對試驗數據進行特征比較、目標判定、特征提取等操作。同時對試驗數據進行集中管理，有效地保護了企業的已有知識，使其得以繼承，防止因人員流失等原因造成知識資源的流失［7-9］。

1 需求分析

1.1 現狀

根據企業目前的現狀，目前聲品質信號的采集一般使用HEAD數字、模擬人工頭，這樣不僅能夠采集到雙耳的聲音信號，還可以采集到其它相關的控制信號，同時支持聲音信號的回放。對一臺樣車進行聲品質綜合評價，需要在多種試驗工況下對聲音信號進行采集，如勻速、加速、滑行等。國際上提出過許多聲品質的參量［4，10］，在進行客觀參量計算時，不同工況采用的分析方法和試驗結果類型也各不相同（見表1）。

表 1 試驗結果數據類型

另外，試驗時的圖片、樣車信息、天氣狀況等也是影響試驗結果的因素，需要進行保存。

目前的聲品質研究工作已經積累了大量樣車的試驗數據，在以后的研發過程中數據量還會進一步加大，且同一臺樣車可能會在不同的狀態下進行多次試驗，以驗證設計改進的效果。由于條件限制，已有的試驗數據分散地保存在各種存儲介質中，沒有專人管理，數據安全性、唯一性無法得到保障。用戶在分析試驗數據時，需要經常拿歷史試驗結果進行對比；隨著技術的進步，也可能需要對歷史試驗數據進行重新計算，因此數據分析的參數信息也需要保存。另外，主觀評價在聲品質分析中占有重要地位，需要對采集的原始聲音信號進行保存、索引，以便快速調用。

1.2 需求

鑒于目前聲品質試驗數據的管理需求和數據特點，目前迫切需要將試驗數據納入到統一的管理體系下，進行集中管理；建立專門的數據庫系統是一個較為切實可行的方案。聲品質試驗數據的管理及分析主要包括以下內容：

1）原始數據的管理：原始數據是進行試驗結果計算的依據，同時也是進行聲品質主觀評價的基本需要，所以必須對原始數據進行保存，并與試驗樣車、計算結果建立關聯，方便用戶進行后續的分析。

2）計算結果的管理：不同工況下的采集信號，其選擇的分析方法、分析參數、試驗結果格式是各不相同的。如勻速工況，評價指標一般為響度的平均值，是單點數據；加速工況評價指標為語音清晰度—轉速的曲線，是一個二維數組。具體如表2所示。

表 2 試驗結果數據格式

3）附加信息的管理：試驗時的天氣狀況、道路狀況、對試驗條件的特殊說明等都會直接影響試驗的結果；不同的試驗工況，其行駛路面，選擇擋位可能不同，這些數據也是數據分析的重要參考；另外，不同工況下的試驗數據，采用的分析參數（分析頻帶、是否濾波、計算步長等）也可能不同；上述信息都需要進行保存。另外，試驗圖片、試驗報告等文件也是重要的參考信息，需要納入到系統的管理范圍內。

4）試驗樣車的管理：試驗樣車的排量、狀態（如載荷、選用輪胎、座椅材質等）是進行數據分析的重要參考依據，同時試驗樣車還是進行數據組織、分類的依據，系統需要建立樣車的管理庫，用戶可以進行樣車添加、修改等操作。

5）數據的可視化：能夠對保存的試驗結果數據進行可視化顯示，并支持多條數據的對比顯示，方便試驗分析人員發現數據間的規律。

2 軟件設計及實現

在SQTDMS系統中，試驗樣車是數據組織的基本單位。試驗原始數據是若干聲音文件的集合，每個文件可以使用不同的分析方法進行多次計算，計算結果以測點進行區分。部分數據表的關鍵字段及連接關系如圖1所示。

2.1 目錄樹

SQTDMS系統中的數據呈樹型的層次結構，有確定的父子關系，所有的試驗數據在目錄樹中以節點的形式呈現，如圖2所示。目錄樹反映了數據間的父子關系，便于用戶選取、瀏覽試驗數據。

在目錄樹中，父級節點同其子節點是一對多的關系。附件作為一種特殊的節點形式存在，它可以掛接在任意類型的節點下，這樣更符合實際的應用需求。

目錄樹對應的數據庫表（tb_Tree）部分字段定義如表3所示。

系統的編制基于Visual Studio 2008和Sql Server 2005；在加載目錄樹時，需要對tb_Tree表格進行樹型查詢，但Sql Server 2005本身不支持樹型查詢SQL語句，系統通過在數據庫中建立函數通過遞歸查詢的方式來實現具體需求。函數定義如下：

if exists （select * from dbo.sysobjects where id = object_id（N'［dbo］.［f_id］'） and xtype in （N'FN'， N'IF'， N'TF'）） drop function ［dbo］.［f_id］

GO

CREATE FUNCTION f_id（）

RETURNS TABLE

AS

RETURN（

WITH stb（［id］，［level］，［sid］）

AS（

SELECT ［node_id］，1，CAST（RIGHT（10000+［node_id］，4） as varchar（8000））

FROM ［tb_tree］

WHERE ［node_fatherid］=0

UNION ALL

SELECT A.［node_id］，B.［level］+1，B.sid+RIGHT（10000+A.［ node _id］，4）

FROM ［tb_tree］ A，stb B

WHERE A.［node_fatherid］=B.［id］）

SELECT * FROM stb

）

GO

這樣通過SQL語句SELECT A.* FROM ［tb_tree］ A，f_id（） B WHERE（a.［node_id］ = b.［id］） ORDER BY b.sid即可以獲得需要的按樹形結構排序的數據表，并以此建立多級的目錄樹。

2.2 基礎信息管理

2.2.1 量綱、試驗結果類型

目前企業進行聲品質主客觀評價一般是基于HEAD ArtemiS10.0軟件，其分析方法和數據量綱是可以枚舉的；且在聲品質數據分析過程中，基本不需要進行數據單位的換算；所以關于數據量綱和類型的定義可以固化，降低了系統設計的復雜程度，但在數據表設計時已預留了可能的擴展。數據量綱及類型具體如表4所示。

2.2.2 樣車管理

樣車的排量、生產日期、行駛里程、輪胎型號等信息有的會直接影響試驗結果，有的對試驗結果分析有重要的參考作用，因此在建立試驗樣車實例時需要對此類信息進行輸入保存；同時樣車圖片、基本參數、VIN號等信息也可以作為可選項輸入，為以后數據查詢提供參考。

為保證試驗樣車的唯一性，在目錄樹中新建樣車節點時只能通過已有樣車列表進行選擇，防止一臺樣車被重復添加。

2.3 試驗結果的導入

HEAD ArtemiS軟件允許高級編程語言通過Automation接口對其進行控制，這就為數據的批量操作和自動化處理提供了可能。

SQTDMS系統的導入功能包括數據的extract（抽取）、transfer（轉換）、clean（清洗）和load（裝載）等幾個步驟。首先，從數據源中提取數據的數值、量綱信息、附加信息（自動或用戶手動輸入），將其轉換成自定義的格式，然后存入到數據庫中。試驗數據的導入有以下兩種途徑：

1）根據生成的Excel文件自動導入：ArtemiS軟件可以將計算結果導出成Excel文件，其文件格式是相對固定的，可以通過編程方式進行自動化處理，從而完成批量導入操作。

2）通過ArtemiS工程文件自動計算并導入：在ArtemiS軟件中，用戶可以將需要計算的時域信號文件載入，設定好需要的分析方法和相關參數。利用Automation接口控制ArtemiS文件使其計算、生成結果文件，從而完成數據導入。該方法自動化程度較高。

工程文件導入方法如圖3所示。

聲品質試驗穩態工況的試驗結果，主要是一些單點數據，如怠速工況下各測點的響度、語音清晰度平均值。根據目前的試驗條件，針對乘用車，人工頭（數字、模擬）位置主要有前排駕駛員、副駕、后排左側、后排右側四個位置，可將單點數據以表5的格式保存，并支持表格的自定義擴充，方便將數據放入同一個視圖中進行比較。

2.4 附加信息管理

數據的附加信息數量較多，且不能枚舉。通過建立專門的附加信息數據表，結合自動讀取和用戶手動輸入，可將此類信息正確地保存到數據庫中。附加信息的類型允許用戶進行自定義擴充。

試驗過程中產生的圖片、報告等文件可以以附件的形式保存到目錄樹中。

2.5 時域文件播放

由于聲品質的好壞是由人來評判的，只有人參與到聽覺事件中，并根據主觀心理期望進行判斷才能產生聲品質。目前，主觀評價是進行聲品質評價的重要方法，客觀評價指標的準確性需要通過主觀評價試驗來驗證［4，5，12］；因此在實際的數據分析過程中，試驗人員需要對原始時域信號進行回放，結合客觀計算值，以便發現主客觀分析之間的關系。ArtemiS的Automation接口提供了HEADArtemiS.Player對象，支持對時域信號進行回放，如果條件允許，還可以連接高保真的音響回放設備，提高主觀分析的準確度。聲音回放的功能見圖4。

2.6 圖形化顯示

試驗數據處理分析包括兩方面，一方面可以針對現有的數據進行分析展示，另一方面可以與歷史試驗數據進行比較分析［11］。試驗數據保存到數據庫中，還不能滿足試驗人員的數據分析需要。為驗證設計改進的效果，用戶往往需要將不同樣車或同一樣車不同狀態下的同工況數據進行比較。在以往的管理模式下，用戶需要先收集相應的原始數據文件并重新計算，或者從各個試驗報告中將結果數據提取出來，然后再統一顯示，此過程較為復雜，而且容易出錯。當試驗結果按固定格式保存到數據庫中后，通過定制相應的數據顯示組件，通過簡單的拖放，就可以方便地將同類型的數據放在同一個視圖中，大大提高了數據分析的效率。如前文述，聲品質的試驗結果數據可分為三種類型，一維點數據，二維曲線數據和三維云圖數據［7］。因此需要定制三種不同的數據顯示組件。系統的主界面見圖5。

3 應用

使用SQTDMS系統對聲品質試驗數據進行管理、分析，試驗人員可以方便地導入已有數據；系統提供的數據視圖和搜索功能可以幫助試驗人員快速定位目標數據，為數據分析提供支持。數據以自定義的格式保存到數據庫中，其他用戶對數據的訪問不需要安裝相關的分析軟件及其使用授權，使數據利用更加充分。數據進行統一保存后，其安全性和唯一性得到了較好的保障。在進行數據查看時，試驗人員通過簡單的拖放操作就可以得到需要的分析視圖，不再需要以往繁瑣的數據收集及整理操作，提高了工作效率，有利于企業聲品質研究的進一步發展。

4 總結

本文的汽車聲品質試驗數據分析管理系統設計使用SQL Server 2005為數據庫平臺，以Visual Studio 2008為開發語言。通過對企業聲品質研究的具體需求進行研究，闡述了建立系統的基本思路和關鍵問題的解決方案，結合HEAD ArtemiS軟件，實現了對原始時域文件的保存、管理及回放控制、試驗附加信息的管理、試驗結果的導入、可視化對比分析，能夠很好的滿足當前的數據管理、分析需要。數據按自定義格式保存到數據庫中，數據分析與展示脫離的原來的數據分析軟件，降低了數據訪問的成本。為以后進行其它類型試驗數據的管理及相關系統的開發提供了參考。

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