浅谈小波理论在车辆工程中的应用及发展趋势

赵娥+张学军

摘 要：小波理论是一门新兴理论。近年来，它被广泛应用于车辆工程领域。简要分析了小波的由来，并探讨了其在车辆工程领域的研究动态，阐述了其在车辆方向的具体应用，总结了其在车辆工程领域的应用特点，指出了今后小波在车辆领域的发展方向，以期为日后的相关工作提供参考。

关键词：车辆工程；小波理论；信号处理；多学科融合

中图分类号：U472.4 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.15.016

小波理论是近年来迅速发展起来的一门新兴学科，它被应用于除了数学本身外的许多学科中。在车辆工程领域，小波分析的应用率越来越高，引起了国内外车辆工程专家和学者的关注，让他们产生了浓厚的研究兴趣。本文首先分析了小波的由来，然后分析和探讨了小波在车辆碰撞实验和模拟、车内声品质客观评价、故障检测与诊断、车辆控制、车辆振动信号处理等方面的应用情况，最后总结了小波理论在车辆工程领域的应用特点，并指出小波理论在车辆工程中的应用趋势和发展方向。

1 小波的由来

傅立叶和短时傅立叶变换不能实现高频时窄窗、低频时宽窗。傅立叶和短时傅立叶变换都是超一维度的变换，在其不能解决该问题时，只能采用升维度的办法，这就是小波的由来。小波理论在处理车辆工程非稳态信号时呈现出了强大的生命力。

2 小波在车辆工程领域的应用

2.1 汽车碰撞试验和模拟

汽车碰撞是不可避免的，世界各国都在研究、制订碰撞试验标准，而且越来越严格。汽车碰撞试验是评价汽车耐撞性最直接、最常用的方法，而这些实验是非常复杂的，耗时且昂贵。因此，很多车辆专家和学者专注于如何再现汽车碰撞过程，降低试验成本。例如，DARIAN M利用Gabor-Wavelet变换分析了轿车的碰撞信号，再现了碰撞过程。

2.2 车内声品质客观评价

为了提高车内声品质，需要测量车内噪声，并分析、确定不同噪声频率的来源，根据噪声源采取相应的降噪措施。目前，小波分析已经用于车内时变噪声信号的谱分析和时间分布模式。特别是在汽车加速时的轰鸣噪声特性分析、阶次分析和小波分析等方面经常采用这种方法。

2.3 故障检测与诊断

汽车故障诊断，是指当汽车存在故障隐患时，为了确定汽车技术状况或查明故障部位、原因进行的检测、分析和判断。由于小波变换在时域和频域有一定的局部性，所以，它被广泛应用于车辆复杂总成的故障诊断中。例如，余德平等学者利用傅里叶变换和小波变换寻找并分解出最能反映汽车后桥故障的频率段，然后从该频率段的重建信号中提取最能反映故障的特征，进而检测出汽车后桥总成故障。

2.4 车辆控制

智能车辆技术涵盖智能控制、模式识别等学科前沿的热点研究领域，其研究与应用具有巨大的理论和现实意义。新的智能算法和控制策略以及各种智能算法的融合在智能车辆领域得到了广泛的应用。小波理论与模糊控制、神经网络的融合是目前智能车辆研究的一个热点问题。

2.5 车辆振动信号处理

汽车振动直接影响着车辆乘坐的舒适性和行驶的安全性。在汽车减振设计和仿真中，需要合理处理振动信号。由于小波理论的自身优势，它在汽车振动仿真与设计等方面也得到了广泛的应用。例如，邵贝贝等人基于小波能量谱特征研究了军用车辆座椅的振动特性。

2.6 非平稳路况模拟分析

小波分析方法可以把路面激励信号分离出来。路面激励信号的分离为车辆与路面情况的相关分析奠定了基础，为车辆地面动力学的研究提供了新方法。例如，王岩松等人利用小波理论分析了车辆非平稳路面不平度时域信号，李晓雷等人利用小波变换分析了路面不平度和振动响应。

3 小波在车辆领域的应用特点和发展趋势

根据上述分析可知，随着汽车产业的高速发展，小波理论在车辆领域将呈现出跨学科融合、应用等更加多样化等特点。

3.1 跨学科融合与多学科渗透

小波理论与神经网络、模糊控制、混沌等理论的高度融合和相互渗透将使得小波理论的应用更加多样化。

3.2 人车合一

随着人们生活水平的提高，车辆的设计更注重以人为本，它将会实现人体的生物信号与车辆信号的交互。

3.3 借鉴小波理论思想

与傅立叶变换相比，小波变换采用了升维度的思想。因此，借鉴小波理论中的很多思想也可以解决车辆工程中的问题。

参考文献

[1]DARIAN M.The Flexible Gabor-Wavelet Transform for Car Crash Signal Analysis.International Journal of Wavelets Multiresolution and Image Processing，2011，7（4）：481-490.

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[3]余德平，王宝强，史延枫，等.运用小波变换检测汽车后桥总成故障[J].振动、测试与诊断，2009，29（3）：356-361.

[4]邵贝贝，张芳，张梅.基于小波能量谱特征的军用车辆座椅振动特性研究[J].装备制造技术，2014（4）：122-126.

[5]王岩松，李章明，何辉.四轮车辆非平稳路面不平度时域模拟及小波分析[J].汽车工程，2004，26（1）：42-47.

[6]王国林，胡蛟，钱金戈.路面对汽车非平稳激励的时域仿真及小波分析[J].振动与冲击，2010，29（7）：2-32.

〔编辑：白洁〕