車輛工程中小波理論的應用現狀與發展趨勢分析

宋東洋 王碩

【摘 要】近幾年，小波理論得到快速的發展，不僅是被應用于數學學學科，更是在其他的學科中得到應用于推廣，這在較大程度上促進了小波理論的發展。車輛工程領域對于小波分析的應用率呈現出一個上升的趨勢，不僅是由于小波分析本身所具有較為嚴謹的數學性，更是在于小波理論在車輛工程中有著較為明顯的應用效果。因此，本文針對于小波理論在車輛工程理論中的應用進行研究，并在現有數據分析的基礎上指出小波理論在該領域應用的未來發展趨勢。

【關鍵詞】小波理論；車輛工程；應用原理；發展趨勢

小波理論是當前應用數學與工程學科中的一個發展迅猛的領域，經過近三十年的探索研究，小波理論的數學形式體系已經建立，其理論在實際中的應用基礎更加扎實，不僅是能夠解決數學中存在的問題，該理論更是與快速發展的信息技術結合起來，實現了在應用數學、物理學、計算機科學、信號與信息處理以及圖像處理等多個學科領域，發揮出重要的作用。本文針對于小波理論在車輛工程中的應用進行研究，指出小波理論對于車輛工程領域的發展的重要意義，并在此基礎上指出小波理論在該領域應用的前景，旨在進一步促進小波理論在實際中的應用。

一、小波理論概述

小波理論的概念最早是有法國從事石油信號處理的工程師J.Morlet 在1974年首先提出的，通過物理的直觀和信號處理的實際經驗的需要建立了反演公式，當時未能得到數學家的認可，在后期的發展中才逐步獲得相應的認可。小波理論的小波函數源于多分辨分析，其基本思想是將擴中的函數f（t）表示為一系列逐次逼近表達式，其中每一個都是f（t）動經過平滑后的形式，它們分別對應不同的分辨率。多分辨分析又稱多尺度分析，是建立在函數空間概念基礎上的理論，其思想的形成來源于工程。傅里葉和短時傅里葉變換不能實現高頻時窄窗，低頻時寬窗，在其不能解決超一維度變化的問題時，只能是使用升維度的辦法，這就是小波。

二、小波理論在車輛工程領域的應用

小波理論在處理車輛工程費穩態信號時呈現出較為強勁的生命力，因此，小波理論在車輛工程中的應用主要包括汽車碰撞試驗和模擬、車內聲品質客觀評價、故障檢測與診斷、車輛振動信號處理等內容，本文將對其具體的應用進行具體的分析。

（一）小波理論在汽車碰撞試驗與模擬中的應用

汽車在駕駛的過程中，由于一些不可控的因素影響發生碰撞是不可避免的，在世界各國汽車生產企業研制新款汽車的過程中，都是需要對汽車制定碰撞試驗標準，這種直接的碰撞試驗能夠最為直接、最為客觀的反映出汽車的性能。由于在試驗過程中數據較為復雜，不僅是較為耗時，還會產生較為高額的試驗費用，而借助于小波理論能夠通過Gabor-Wavelet變換分析模擬汽車碰撞的信號，將汽車碰撞的過程中進行再現，實現了汽車碰撞過程中，降低了汽車研發的成本。

（二）小波理論在車內聲品質客觀評價中的應用

汽車的品質不僅是包括外部的性能，還包括汽車內部噪聲等一系列的性能，因此，在對汽車車內聲品質測度時，需要對噪聲的頻率、來源進行分析與確定，只有這樣才能夠制定出相應的降低噪聲的措施。在實際分析的過程中，小波理論能夠將車內時變噪聲信號的譜分析和時間分布模式進行模擬、分析，尤其是在汽車加速時轟鳴噪聲的特性分析等，這對于提出改進汽車車內聲品質具有重要的意義。

（三）小波理論在汽車故障檢測與診斷中的應用

所謂汽車故障診斷，主要是針對于汽車在駕駛中潛在的安全事故隱患進行檢測，盡可能確定當前汽車的技術狀況，并對現有存在的故障進行檢測、診斷，為解決汽車的故障，確保汽車的安全駕駛具有重要的意義。在實際應用的過程中，由于小波變換在時域與頻域應用中存在一定的限制性，因此，小波分析被廣泛的應用于汽車復雜總成的故障診斷上，像是借助于小波變換與傅里葉變換分析汽車后橋故障的頻率段等問題，進而實現對汽車后橋總成故障進行檢測。

（四）小波理論在車輛振動信號處理中的應用

車輛振動會對汽車中乘客的乘坐舒適性產生影響，甚至是會影響到汽車駕駛的安全水平。因此，在汽車出廠之前需要對汽車的減震設計進行仿真試驗，盡可能科學合理的處理振動信號。具體來說，小波理論在處理汽車振動與設計中有著較高的優勢，不僅是能夠借助于小波能量譜研究車輛座椅的振動特性，還能夠在此基礎上實現找出振動信號的源，在汽車車輛振動信號的解決、處理中發揮出積極地作用。

三、小波理論在車輛工程領域的發展趨勢

小波理論在車輛工程中不僅是能夠應用于上述環節，還能夠在車輛控制、非平穩路況模擬分析等環節上發揮出重要的意義。對于車輛工程領域來說，小波理論的應用前景較為廣闊，需要在信息技術不斷發展的今天，進一步挖掘小波理論的應用價值。

（一）小波理論與神經網絡結合應用

當前國際上對于將小波理論與神經網絡結合在一起的分析較熱， 在未來的發展過程中，能夠基于神經網絡的智能處理技術、模糊計算以及進化計算等研究，將小波理論進一步發展，實現小波理論內涵的進一步充實，這能夠提高小波理論在車輛工程領域的應用范圍，增強小波理論的實際效用。

（二）小波理論面向網絡的低速率圖像壓縮

目前小波理論應用于數據或者是圖像的壓縮中多是對靜止圖像進行研究，而隨著時代的發展，面向網絡的活動圖像壓縮也會向著解決方塊效應和蚊式噪聲方向發展。在未來小波理論發展的過程中，將會演化出面向網絡的低速率圖像壓縮的小波分析并行算法，這對于提高小波理論的應用價值，進一步實現小波理論的創新具有重要的意義。

（三）向量小波及高維小波的新發展

小波理論具有較為廣泛的內容，其中二維小波以及高維小波是其中的重要內容，但是目前的二維小波及高維小波主要是可分離的，不可分離的二維及高維小波基的構造、性質以及相應的應用研究，由于多種因素的限制，理論的復雜程度相對較高，近幾年來這方面的成果相對較少，在未來小波理論發展的過程中可能會在這個角度實現新的創新，這對于小波理論的進一步發展具有重要意義。

四、結論

小波理論內涵較為豐富，在車輛工程領域應用的過程中也并沒有實現全面的應用的目的，在未來得發展中，小波理論不僅能夠在汽車碰撞試驗和模擬、車內聲品質客觀評價、故障檢測與診斷、車輛振動信號處理等方面發揮出重要的作用，還可以在其他的領域中發揮出更大的價值，為車輛工程領域的價值創新做出相應的貢獻。

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