强噪音环境下基于震动信号的车辆适应性分析

雷艳惠

（咸阳职业技术学院，咸阳 712000）

引言

在现代高科技不断进步背景下，大批量的车逐渐出现在人们的视野中。在不同强噪音环境干扰下，车辆对不同强度的噪音感应的程度是不相同的[1]。车辆对强噪音环境的适应性主要取决于震动传感器的感应能力不同，震动传感器具有对运动目标引起的震动进行远距离的检测的功能，能够实现设备对该目标的识别[2]。震动传感器的设计比较复杂，需要内部整体设计过于庞大，由于车辆内部的安装规模受限，我国将震动传感器的核心转化为中央处理器对车辆进行安装，研究不同噪音环境下车辆的适应性。中央处理器能对周围能感知到运动的物体进行信号筛选、处理的，提高整个监测系统的报警率，提高整体的工作效率[3]。本文针对车辆的适应性对震动传感器的系统进行了改装，利用震动传感器对运动目标引起震动进行远距离监测形成了小波的方法，对小波的数据进行了收集，将模拟的小波与真实测到的小波进行了对比，做成统一的框架，对真实测到的效果做到了一定的调整。通过模拟的小波与实测的小波信号进行了对比研究，结果表明车辆的适应性在强噪音环境下更有利于车辆信号的传递，进一步提高了强噪音环境下小车的适应能力。

1 探究车辆对强噪音环境的适应程度

探究车辆在强噪音环境下的适应性，首先对震动传感器收集到的震动小波数据进行采集。采用场景模拟测试手段进行采集并记录不同强噪音干扰下小车的适应性，本测试具有真实性，成本低等优点[4]。

1.1 震动传感器系统的组成（见图1）

震动传感器有敏感元件传感元件，信号调节转换电路和辅助电路组成。敏感元件感受运动目标引起的震动并进行远距离监测。传感元件。对敏感元件所监测的物体进行信息的传送，将所收集到的信息传送到信号调节与转换电路中。信号调节与转换电路，把传感元件输出的信息转换为小波形式便于显示、记录、处理。辅助电路相当于备用电路[5]。当传感元件或信号调节转换电路发生故障时，辅助电路帮助传输信息，最后小将显示在车载显示仪上，以便测量小车的适应感知能力。

1.2 不同噪音频段和地点下数据采集

通过车辆震动传感器系统对周围环境的扫描，确定 了100～150 MHz、300～350 MHz、400～450 MHz、700 MHz、800 MHz、2 400 MHz为测试频段。建立了表格（如图5所示），设计了数据采集的地点，分别为：闹市区、工业区、商业区等。这三个地区为噪音干扰的典型地点，具有一定的代表性，使实验结果更加接近实际情况[6]。

2 车辆震动信号对车辆适应性影响分析

在车辆的停靠过程中周围环境会发生一系列的声音，周围环境产生的声音有强有弱，噪音的大小也成为车性能好坏的标志。通常情况下车辆发出的声音越小越好，它是由周围环境所产生的噪音带动了车辆震动传感器信号的变化。车辆传感器的适应性与车速车型制作的材料有着密切的关系，车速越快对周围的噪声越大。车辆在强噪音环境下，车辆传感器的感知能力越强适应性越强[7]。

车辆的震动型号主要来源于：发动机、工作轮胎与地面的摩擦、不同路面的状况等。

1）发动机

发动机在工作时，机器在做活塞运动，与周围的机体产生了一定的摩擦，产生了一定的阻力，其中车体的曲折而产生了一定的扭矩波动。在车辆加速过程中，压缩机会做剧烈的运动，产生震动信号。

2）轮胎与地面的摩擦

车辆在行驶过程中会与地面产生一定的摩擦使车辆前进，使车辆产生一定的震动。震动传感器会感应到震动信号，产生小波。

3）不同情况下的路面

路面的凹凸不平会使车身带来一定的晃动。地面的不平会使车辆产生一定的震动，震动传感器会产生感应信号[8]。

3 提升车辆适应性的方案

3.1 车辆设计结构的改进

图1 震动传感器系统的组成

对于车站的设计结构进行有效的提升，使车辆进一步适应强噪音环境。从车辆震动信号对车辆适应性影响分析来看，发动机对车辆强度源环境适应性是否良好起着关键性的影响。在对车辆进行设计和制造时，应着重选用质量较好无缝隙的发动机进行制造。应选用高密度的钢进行层层压缩，来制造发动机。结合不同车辆收集到的数据，探究车辆不同部件对强噪音环境下的适应性。根据测量数据敏感度较高的部件对车辆设计结构进行改进。可以利用强噪音增压技术、震动传感技术等对车辆发动机的结构对强噪音环境中的适应性进行提升[9]。

在辅助电路中（辅助电路图见图2）增加车辆的动力和传送装置。保证车辆在强噪音环境下的动力和传送是良好的，能稳定运行。通过动力和传送装置加装能够有效的提升车辆对强噪音环境的适应性。在知道发动机结构时应加入散热装置，能够保证车辆发动机的正常运行，不受温度的变化而影响对噪音的适应性。

3.2 震动传感器所感应范围分析

参差不齐的公路影响车辆性能的发挥，大大降低了车辆的适应性。汽车的动力，燃油的好坏、操控技术的水平、道路的凹凸不平都在一定程度上增加震动传感器的感应程度，影响车辆的适应性。因此，研究汽车的感应性能与外力因素的影响有重要意义。本文借助动力与震动传感器的关系研究了强噪音下小车的适应性，建立直角坐标系，XX轴作为汽车燃料的需求，Y轴为发动机的运作功率大小，轴与Y轴的交叉点为坐标原点，作为小车所在的位置，圆圈代表车辆震动传感器所感应的范围，当外界施加强噪音情况下，在第一象限小车与强噪音成正比例函数关系，得出如下结论：噪音信号越强，小车的适应性越好[10]。噪音强度与车辆适应性关系见图3。

图2 辅助电路图

4 实验研究

4.1 车辆适应性实验

为了探究强噪音对车辆适应性结果更加精确，本文分别做了三个测试：一测试实际测得的波在不同场强下车辆的抗扰度；二测试模拟情况下在不同场强下车辆的适应性；三测试不同场强下实际测得的波与模拟的波对车辆适应性实验的影响。最后对测量的结果进行对比。车辆适应性实验步骤如图4。

图3 噪音强度与车辆适应性关系

图4 场强标定图

4.2 场强标定

对不同强度频段、不同信号波、不同场景进行标定。默认场强SMW200 A的带宽为80 MHz，干扰信号中心频率见图5。在标定测得波形和模拟波形的场强时，设置SMW200 A输出相应的干扰信号，当显示屏的显示与指定的场强相同时，记录此时信号源输出的功率值。重复该操作，完成所有标定场强的测试。接收机具有最大保持核心的功率积分的功能。在标定宽带场景信号场强时，通过调节信号源的输出功率信道功率与所测波发现，当功率波为30 V/m时信道功率保持一致，将波为30 V/m时信号源所输出的功率作为整体的参考。

4.3 车辆实验

本文针对不同强度的干扰信号对车辆适应性影响问题，选取了燃烧材料不同对外界噪音感差较大的三种具有代表性的车，分别为燃油车、电子车及电动车进行车辆实验。为了避免偶然性，在车辆行驶过程中，车速以50 km/h为参考的速度运转，车辆内所有设备开启，来模拟强噪音对震动感应器的干扰强度。

通过震动感应传感器所传输出的数据可以发现，强噪音产生的震动信号越强，对电动车功能的影响较大。（在不同频段下，记录我们所需要的实验现象，见图5）实验结果分析，根据我们所测得的数据显示，在相同场强下，场景信号改变时车辆受到的影响最大，如图5中所示，车辆在低频段时，场景信号的澄清元小于所测波儿和模拟波的场强时，车辆会受到一定的影响。因此采集不同场景下的信号，对研究强噪音对车辆适应性的影响具有一定的意义。

通过对燃油车，电子车及电动车。三种不同的车型在不同场强、不同波信号和不同场景信号下的实验结果进行了分析，并得到了以下的结论：

1）在相同的厂相同的实验条件下，电动车和电子车所受的影响最大。燃油车受到的影响较小。由于燃油车对机体较沉做活塞运动需要的功率较大，发动机与机体摩擦时产生的噪音较大，远高于电动车和电子车。因此，燃油车在不同场景下，产生的震动信号更为敏感。实验结果表明：车辆在不同运营情况下，所产生的波形各种各样。

2）同一辆车在不同场景下的情况。强噪音环境场景信号对车辆的影响远大于测量信号（见图6）和模拟信号（见图7）对车辆的影响。在不同的频段时，场景信号的干扰远小于强度频段信号和不同信号波，车辆会受到一定的影响。现有的标准制式有模拟调制和数字调制，无法对实际环境加以改造，对于这个缺陷，我们将实际强噪音环境场景信号与传统抗干扰信号能力进行了对比并加以提高抗干扰能力。基于以上所测得的数据，本文对所测得的波形是在强噪音和低频干扰环境下，与模拟波进行了对比并对产生的波进行了特征性的分析，采取仿真信号实验。对本文对所测得的波建立了相对应的时预波形图和相对应的频谱图。从对应的图中可以清楚地观察到同一辆小车在不同噪音频率下不同的波形。可以将两个波形进行重合进行对比（见图8）。

图5 实验现象记录

图6 所测信号图

图7 仿真模拟信号图

图8 模拟信号与所测信号拟合

从频率图中可以看出，本文提出的强到因环境下，波形整体的特征。受低频信号的干扰较小。对于低频信号冲击波没有一定的提取能力，低频信号和特殊的噪声干扰对小车的影响并不是很明显。

5 结束语

综上所述，通过进行改装车辆设计结构，在车辆上安装辅助系统，使车辆在使用过程中具有良好的保障，提高了车量对强噪音环境的适应能力。通过车辆适应性实验和车辆实验得出的结果进行整体的分析，在800 MHz以上场强的影响对车辆适应性都是较小的，对震动带感应器产生的影响是较大的。最后本实验利用拟合处理器将小车的真实测量值与所测测量值进行拟合数据分析并对比，得出噪音越强，震动传感器感应能力越强，小车适应性越好。又采用仿真模拟信号将所测得的实际值进行对比，进一步提升了实验的准确性，验证了强噪音环境干扰能力越强，小车对环境的适应性越高的结论。