強噪音環境下基于震動信號的車輛適應性分析

雷艷惠

（咸陽職業技術學院，咸陽 712000）

引言

在現代高科技不斷進步背景下，大批量的車逐漸出現在人們的視野中。在不同強噪音環境干擾下，車輛對不同強度的噪音感應的程度是不相同的[1]。車輛對強噪音環境的適應性主要取決于震動傳感器的感應能力不同，震動傳感器具有對運動目標引起的震動進行遠距離的檢測的功能，能夠實現設備對該目標的識別[2]。震動傳感器的設計比較復雜，需要內部整體設計過于龐大，由于車輛內部的安裝規模受限，我國將震動傳感器的核心轉化為中央處理器對車輛進行安裝，研究不同噪音環境下車輛的適應性。中央處理器能對周圍能感知到運動的物體進行信號篩選、處理的，提高整個監測系統的報警率，提高整體的工作效率[3]。本文針對車輛的適應性對震動傳感器的系統進行了改裝，利用震動傳感器對運動目標引起震動進行遠距離監測形成了小波的方法，對小波的數據進行了收集，將模擬的小波與真實測到的小波進行了對比，做成統一的框架，對真實測到的效果做到了一定的調整。通過模擬的小波與實測的小波信號進行了對比研究，結果表明車輛的適應性在強噪音環境下更有利于車輛信號的傳遞，進一步提高了強噪音環境下小車的適應能力。

1 探究車輛對強噪音環境的適應程度

探究車輛在強噪音環境下的適應性，首先對震動傳感器收集到的震動小波數據進行采集。采用場景模擬測試手段進行采集并記錄不同強噪音干擾下小車的適應性，本測試具有真實性，成本低等優點[4]。

1.1 震動傳感器系統的組成（見圖1）

震動傳感器有敏感元件傳感元件，信號調節轉換電路和輔助電路組成。敏感元件感受運動目標引起的震動并進行遠距離監測。傳感元件。對敏感元件所監測的物體進行信息的傳送，將所收集到的信息傳送到信號調節與轉換電路中。信號調節與轉換電路，把傳感元件輸出的信息轉換為小波形式便于顯示、記錄、處理。輔助電路相當于備用電路[5]。當傳感元件或信號調節轉換電路發生故障時，輔助電路幫助傳輸信息，最后小將顯示在車載顯示儀上，以便測量小車的適應感知能力。

1.2 不同噪音頻段和地點下數據采集

通過車輛震動傳感器系統對周圍環境的掃描，確定 了100～150 MHz、300～350 MHz、400～450 MHz、700 MHz、800 MHz、2 400 MHz為測試頻段。建立了表格（如圖5所示），設計了數據采集的地點，分別為：鬧市區、工業區、商業區等。這三個地區為噪音干擾的典型地點，具有一定的代表性，使實驗結果更加接近實際情況[6]。

2 車輛震動信號對車輛適應性影響分析

在車輛的?？窟^程中周圍環境會發生一系列的聲音，周圍環境產生的聲音有強有弱，噪音的大小也成為車性能好壞的標志。通常情況下車輛發出的聲音越小越好，它是由周圍環境所產生的噪音帶動了車輛震動傳感器信號的變化。車輛傳感器的適應性與車速車型制作的材料有著密切的關系，車速越快對周圍的噪聲越大。車輛在強噪音環境下，車輛傳感器的感知能力越強適應性越強[7]。

車輛的震動型號主要來源于：發動機、工作輪胎與地面的摩擦、不同路面的狀況等。

1）發動機

發動機在工作時，機器在做活塞運動，與周圍的機體產生了一定的摩擦，產生了一定的阻力，其中車體的曲折而產生了一定的扭矩波動。在車輛加速過程中，壓縮機會做劇烈的運動，產生震動信號。

2）輪胎與地面的摩擦

車輛在行駛過程中會與地面產生一定的摩擦使車輛前進，使車輛產生一定的震動。震動傳感器會感應到震動信號，產生小波。

3）不同情況下的路面

路面的凹凸不平會使車身帶來一定的晃動。地面的不平會使車輛產生一定的震動，震動傳感器會產生感應信號[8]。

3 提升車輛適應性的方案

3.1 車輛設計結構的改進

圖1 震動傳感器系統的組成

對于車站的設計結構進行有效的提升，使車輛進一步適應強噪音環境。從車輛震動信號對車輛適應性影響分析來看，發動機對車輛強度源環境適應性是否良好起著關鍵性的影響。在對車輛進行設計和制造時，應著重選用質量較好無縫隙的發動機進行制造。應選用高密度的鋼進行層層壓縮，來制造發動機。結合不同車輛收集到的數據，探究車輛不同部件對強噪音環境下的適應性。根據測量數據敏感度較高的部件對車輛設計結構進行改進?？梢岳脧娫胍粼鰤杭夹g、震動傳感技術等對車輛發動機的結構對強噪音環境中的適應性進行提升[9]。

在輔助電路中（輔助電路圖見圖2）增加車輛的動力和傳送裝置。保證車輛在強噪音環境下的動力和傳送是良好的，能穩定運行。通過動力和傳送裝置加裝能夠有效的提升車輛對強噪音環境的適應性。在知道發動機結構時應加入散熱裝置，能夠保證車輛發動機的正常運行，不受溫度的變化而影響對噪音的適應性。

3.2 震動傳感器所感應范圍分析

參差不齊的公路影響車輛性能的發揮，大大降低了車輛的適應性。汽車的動力，燃油的好壞、操控技術的水平、道路的凹凸不平都在一定程度上增加震動傳感器的感應程度，影響車輛的適應性。因此，研究汽車的感應性能與外力因素的影響有重要意義。本文借助動力與震動傳感器的關系研究了強噪音下小車的適應性，建立直角坐標系，XX軸作為汽車燃料的需求，Y軸為發動機的運作功率大小，軸與Y軸的交叉點為坐標原點，作為小車所在的位置，圓圈代表車輛震動傳感器所感應的范圍，當外界施加強噪音情況下，在第一象限小車與強噪音成正比例函數關系，得出如下結論：噪音信號越強，小車的適應性越好[10]。噪音強度與車輛適應性關系見圖3。

圖2 輔助電路圖

4 實驗研究

4.1 車輛適應性實驗

為了探究強噪音對車輛適應性結果更加精確，本文分別做了三個測試：一測試實際測得的波在不同場強下車輛的抗擾度；二測試模擬情況下在不同場強下車輛的適應性；三測試不同場強下實際測得的波與模擬的波對車輛適應性實驗的影響。最后對測量的結果進行對比。車輛適應性實驗步驟如圖4。

圖3 噪音強度與車輛適應性關系

圖4 場強標定圖

4.2 場強標定

對不同強度頻段、不同信號波、不同場景進行標定。默認場強SMW200 A的帶寬為80 MHz，干擾信號中心頻率見圖5。在標定測得波形和模擬波形的場強時，設置SMW200 A輸出相應的干擾信號，當顯示屏的顯示與指定的場強相同時，記錄此時信號源輸出的功率值。重復該操作，完成所有標定場強的測試。接收機具有最大保持核心的功率積分的功能。在標定寬帶場景信號場強時，通過調節信號源的輸出功率信道功率與所測波發現，當功率波為30 V/m時信道功率保持一致，將波為30 V/m時信號源所輸出的功率作為整體的參考。

4.3 車輛實驗

本文針對不同強度的干擾信號對車輛適應性影響問題，選取了燃燒材料不同對外界噪音感差較大的三種具有代表性的車，分別為燃油車、電子車及電動車進行車輛實驗。為了避免偶然性，在車輛行駛過程中，車速以50 km/h為參考的速度運轉，車輛內所有設備開啟，來模擬強噪音對震動感應器的干擾強度。

通過震動感應傳感器所傳輸出的數據可以發現，強噪音產生的震動信號越強，對電動車功能的影響較大。（在不同頻段下，記錄我們所需要的實驗現象，見圖5）實驗結果分析，根據我們所測得的數據顯示，在相同場強下，場景信號改變時車輛受到的影響最大，如圖5中所示，車輛在低頻段時，場景信號的澄清元小于所測波兒和模擬波的場強時，車輛會受到一定的影響。因此采集不同場景下的信號，對研究強噪音對車輛適應性的影響具有一定的意義。

通過對燃油車，電子車及電動車。三種不同的車型在不同場強、不同波信號和不同場景信號下的實驗結果進行了分析，并得到了以下的結論：

1）在相同的廠相同的實驗條件下，電動車和電子車所受的影響最大。燃油車受到的影響較小。由于燃油車對機體較沉做活塞運動需要的功率較大，發動機與機體摩擦時產生的噪音較大，遠高于電動車和電子車。因此，燃油車在不同場景下，產生的震動信號更為敏感。實驗結果表明：車輛在不同運營情況下，所產生的波形各種各樣。

2）同一輛車在不同場景下的情況。強噪音環境場景信號對車輛的影響遠大于測量信號（見圖6）和模擬信號（見圖7）對車輛的影響。在不同的頻段時，場景信號的干擾遠小于強度頻段信號和不同信號波，車輛會受到一定的影響。現有的標準制式有模擬調制和數字調制，無法對實際環境加以改造，對于這個缺陷，我們將實際強噪音環境場景信號與傳統抗干擾信號能力進行了對比并加以提高抗干擾能力。基于以上所測得的數據，本文對所測得的波形是在強噪音和低頻干擾環境下，與模擬波進行了對比并對產生的波進行了特征性的分析，采取仿真信號實驗。對本文對所測得的波建立了相對應的時預波形圖和相對應的頻譜圖。從對應的圖中可以清楚地觀察到同一輛小車在不同噪音頻率下不同的波形?？梢詫蓚€波形進行重合進行對比（見圖8）。

圖5 實驗現象記錄

圖6 所測信號圖

圖7 仿真模擬信號圖

圖8 模擬信號與所測信號擬合

從頻率圖中可以看出，本文提出的強到因環境下，波形整體的特征。受低頻信號的干擾較小。對于低頻信號沖擊波沒有一定的提取能力，低頻信號和特殊的噪聲干擾對小車的影響并不是很明顯。

5 結束語

綜上所述，通過進行改裝車輛設計結構，在車輛上安裝輔助系統，使車輛在使用過程中具有良好的保障，提高了車量對強噪音環境的適應能力。通過車輛適應性實驗和車輛實驗得出的結果進行整體的分析，在800 MHz以上場強的影響對車輛適應性都是較小的，對震動帶感應器產生的影響是較大的。最后本實驗利用擬合處理器將小車的真實測量值與所測測量值進行擬合數據分析并對比，得出噪音越強，震動傳感器感應能力越強，小車適應性越好。又采用仿真模擬信號將所測得的實際值進行對比，進一步提升了實驗的準確性，驗證了強噪音環境干擾能力越強，小車對環境的適應性越高的結論。