一种车辆尾部振动测试方法、装置及存储介质

技术领域

本发明涉及车辆测试领域，特别涉及一种车辆尾部振动测试方法、装置及存储介质。

背景技术

汽车在颠簸路面行驶时，车尾会发生振动。目前，车辆的类型大多数为三厢车的结构，三厢车多采用鹅颈管铰链，会使后盖的重心距离铰链的车身固定点较远，因而后盖相较于侧围的横向振动较两厢车更为明显。当后盖与侧围间的相对振动幅度过大时，容易产生后盖与侧围碰擦干涉、碰擦点油漆破损和钣金腐蚀，或者锁舌与锁钩剧烈摩擦、锁钩的固定结构受损等问题。

如果想通过结构设计层面的优化，改善车尾振动的情况，必须先对车尾振动特性有一个清晰的了解。目前常见的了解车尾振动特性的手段主要有两类：一是模态仿真计算，二是装饰车身在台架上的模态测试。这两种方法，都存在两个相同的问题：一是模态仿真和模态测试都没有合适的手段，对车尾振动的主要频率进行识别，也就无法了解对应频率下车尾的主要振型；二是这两种方法都只能反映车身固有的系统特性，无法在结果中体现道路激励对车身振动的影响。

发明内容

有鉴于此，本发明目的是为了提供一种车辆尾部振动测试方法、装置及存储介质，用于解决上述问题。

为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：

第一方面，本申请提供一种车辆尾部振动测试方法，包括：步骤1：获取车辆尾部测试点的振动数据，振动数据包括位移传感器采集的位移数据和加速度计采集的加速度数据；步骤2：基于PSD分析算法和Fourier算法，对位移数据进行处理，得到目标振动频率范围；步骤3：基于目标振动频率范围，对加速度数据进行滤波处理，得到加速度数据对应的目标加速度频域信号；步骤4：转换目标加速度频域信号为加速度数据对应的目标位移时域信号；步骤5：基于目标位移时域信号，分析车辆尾部振动的主要零件和/或结构部位。

进一步地，位移传感器设置于车辆尾灯附近。

进一步地，振动数据为车辆在颠簸路面行驶的振动数据。

进一步地，步骤2具体包括：步骤2-1：根据Fourier算法，对位移数据中的位移时间序列进行处理，得到位移数据对应的位移频域信号；步骤2-3：根据PSD算法，对位移数据对应的位移频域信号进行处理，得到位移数据对应的功率谱分布图；步骤2-4：对功率谱分布图进行分析处理，确定目标振动频率范围。

进一步地，步骤2具体还包括：步骤2-2：对位移数据对应的位移频域信号进行滤波处理。

进一步地，步骤3具体包括：步骤3-1：根据Fourier算法，将加速度数据的时域信号转换为加速度数据对应的加速度频域信号；步骤3-2：根据目标振动频率范围，对加速度频域信号进行滤波处理，得到加速度数据对应的目标加速度频域信号。

进一步地，步骤4具体包括：步骤4-1：对目标加速度频域信号进行频域积分处理，得到加速度数据对应的位移频域信号；步骤4-2：基于Fourier算法，对加速度数据对应的位移频域信号进行逆变换处理，得到目标位移时域信号。

进一步地，步骤5具体包括：步骤5-1：根据目标位移时域信号，确定车辆尾部对应的模态振型动画；步骤5-2：对模态振型动画进行分析处理，确定车辆尾部振动的主要零件和/或结构部位。

第二方面，本申请提供一种车辆尾部振动测试装置，包括：获取模块，用于获取车辆尾部测试点的振动数据，振动数据包括位移传感器采集的位移数据和加速度计采集的加速度数据；第一处理模块，用于基于PSD分析算法和Fourier算法，对位移数据进行处理，得到目标振动频率范围；第二处理模块，用于基于目标振动频率范围，对加速度数据进行滤波处理，得到加速度数据对应的目标加速度频域信号；转换模块，用于转换目标加速度频域信号为加速度数据对应的目标位移时域信号；分析模块，用于基于目标位移时域信号，确定车辆尾部振动的主要零件和/或结构部位。

第三方面，本申请提供一种存储有计算机可读指令的非易失性可读存储介质，计算机可读指令被处理器执行时，使得处理器执行如上述第一方面的一种被配置为车辆尾部振动测试方法。

由上述技术方案可知，本发明提出的优点和积极效果在于：

本申请通过在车尾位置布置加速度计和位移传感器，测得车辆在道路行驶测试时的车尾振动原始数据。完成路试并取得振动的原始数据后，对原始数据进行PSD分析，并确定车尾振动的主要频率范围。在此基础上，进一步对所有加速度计测点实施滤波和频域积分，即可获取上述主要频率下的车尾振型，根据车尾振型分析车辆车尾振动的主要零件和/或结构部位。相对于现有的模态测试方案，本申请能够将道路激励的影响纳入测试结果中。由于车尾振动问题常和载荷激励形式有着紧密关系，将道路激励的影响考虑进来，可以使测试结果及后续的结构优化方案具有更强的针对性。进一步的，本申请能够准确地识别车尾振动的主要频率范围，这是现有的模态仿真和模态测试都无法做到的。进一步的，加速度计的特点为重量轻、易布置，但由于测试中的干扰、车辆刚体位移、传感器自身特性等因素的影响，其低频数据分量中带有大量噪音；而位移传感器的特点正相反，其低频数据分量可靠，但是重量大，且布置时容易受到车身结构的限制。本申请通过结合采用两种传感器，充分发挥了两者各自的优势，同时又对其缺点实现了互补。进一步的，本申请提供的车辆尾部振动测试方法，可以同时获得车尾振动的主要频率范围及振型动画，能够很方便地同仿真计算、台架上的模态测试获得的结果进行对比，对于设计优化提供了重要的参考和依据。

附图说明

本发明的以上内容以及下面的具体实施方式在结合附图阅读时会得到更好的理解。需要说明的是，附图仅作为所请求保护的技术方案的示例。

图1是本申请一实施例提供的车辆尾部振动测试方法的流程图；

图2是本申请一实施例提供的加速度计与位移传感器布置示例；

图3是本申请一实施例提供的车尾“拳头”部位的位移信号PSD图谱；

图4是本申请一实施例提供的测点加速度信号换算为位移信号的流程图；

图5是本申请一实施例提供的后盖“拳头”部位和侧围对手位置的位移时域图线；

图6是本申请一实施例提供的振型动画截图及测点实车位置示意；

图7是本申请一实施例提供的车辆尾部振动测试装置的结构框图。

其中，附图标记说明如下：

车辆尾部振动测试装置700；

获取模块710；

第一处理模块720；

第二处理模块730；

转换模块740；

分析模块750。

具体实施方式

以下在具体实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的说明书、权利要求及附图，本领域技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。

应注意的是，在本说明书中，相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。

如图1所示，本申请提供一种车辆尾部振动测试方法，具体可以包括以下步骤：

步骤1：获取车辆尾部测试点的振动数据，振动数据包括位移传感器采集的位移数据和加速度计采集的加速度数据。

步骤2：基于PSD分析算法和Fourier算法，对位移数据进行处理，得到目标振动频率范围。

步骤3：基于目标振动频率范围，对加速度数据进行滤波处理，得到加速度数据对应的目标加速度频域信号。

步骤4：转换目标加速度频域信号为加速度数据对应的目标位移时域信号。

步骤5：基于目标位移时域信号，确定车辆尾部振动的主要零件和/或结构部位。

优选地，位移传感器可以设置于车辆尾灯附近。

优选地，振动数据为车辆在颠簸路面行驶的振动数据。

进一步的，步骤2具体可以包括：步骤2-1：根据Fourier算法，对位移数据中的位移时间序列进行处理，得到位移数据对应的位移频域信号；步骤2-3：根据PSD算法，对位移数据对应的位移频域信号进行处理，得到位移数据对应的功率谱分布图；步骤2-4：对功率谱分布图进行分析处理，确定目标振动频率范围。

进一步的，步骤2具体还可以包括：步骤2-2：对位移数据对应的位移频域信号进行滤波处理。

进一步的，步骤3具体可以包括：步骤3-1：根据Fourier算法，将加速度数据的时域信号转换为加速度数据对应的加速度频域信号；步骤3-2：根据目标振动频率范围，对加速度频域信号进行滤波处理，得到加速度数据对应的目标加速度频域信号。

进一步的，步骤4具体可以包括：步骤4-1：对目标加速度频域信号进行频域积分处理，得到加速度数据对应的位移频域信号；步骤4-2：基于Fourier算法，对加速度数据对应的位移频域信号进行逆变换处理，得到目标位移时域信号。

进一步的，步骤5具体可以包括：步骤5-1：根据目标位移时域信号，确定车辆尾部对应的模态振型动画；步骤5-2：对模态振型动画进行分析处理，确定车辆尾部振动的主要零件和/或结构部位。

为方便理解本申请的发明构思，本申请还提供一个具体的实施例，具体如下：

1.测试点的选取与传感器布置

本申请所需的传感器，包括三向加速度计和位移传感器两种。其中位移传感器用于识别车尾振动的主要频率，加速度计用于确定车尾在上述频率下的振型。

如图2所示，位移传感器可以是布置在尾灯上方的后盖“拳头”部位，并在侧围上对应位置布置测量用辅助挡块；加速度计则布置在后地板中央、内轮罩上方、铰链车身固定点中点、后盖“拳头”部位及对应侧围位置、后盖侧下方及后保对应位置、锁钩附近的车身等8处。

需要说明的是，后盖“拳头”位置的位移传感器为必需的，否则后续无法确定车尾振动的主要频率。加速度计的数量和分布可由使用者根据具体问题进行增减和调整。

2.路面测试与数据采集的注意事项

按上述1中的准则布置完位移传感器与加速度计后，即可开展路试。路试时需要注意两点：

(1)本方法对于各种常见的试验道路均适用，但每次路试时，应当只在一种特定类型的试验道上进行。这是因为不同类型的试验道路激振频率不同，如果在一次路试中，同时包含了多种不同的试验道路，将无法区分每种类型的道路对车尾振动的影响。

(2)车尾振动一般在颠簸路面上(比如铁饼路、鱼鳞坑路、水泥坏路等)表现更为显著，而在平稳的道路上(比如高速环道)一般无表征。因此将本方法应用于颠簸道路时，能取得更好的测试效果。

(3)本方法在后续需使用频域积分处理加速度数据，其理论依据为傅里叶(Fourier)变换。按照Fourier变换积分性质的要求，在路试时须确保数据采集的开始和结束时刻，车辆均处于静止状态，不能以车辆行驶过程中的某个时刻，作为数采的开始或结束时刻，否则将影响最终结果的准确性。

3.通过PSD分析确定车尾振动的主要频率范围

采集完某个特定试验道路上的车尾振动原始数据后，即可开始数据处理。数据处理时，应先确定车尾的主要振动频率。

对于振动问题，一般可通过对加速度数据做频域分析，确定受试对象的主要振动频率。但是，对于试验道路这类复杂激励，通过加速度计获取的数据的低频振动分量中，带有大量噪音，所以上述常规的分析手段会失效。

本方法通过对后盖“拳头”位置的位移数据做PSD分析，来确定车尾的主要振动频率。其原理可简述如下：三厢后盖主要通过铰链和锁进行固定，而后盖“拳头”部位距离这两处固定位置都较远，因此后盖在“拳头”部位相对于侧围的振幅最大。同时从车身结构角度看，该位置为白车身的突出部位，原理上近似于悬臂梁的最远端，故车身在这一位置的振幅也是偏大的。综上，该位置的振动位移能反映整个车尾振动时的运动特性；相对应地，其在频域内的能量分布，也能反映整个车尾振动时的能量分布特性。

设位移传感器测得的“拳头”位置的位移时间序列为x(n),n＝0,1,…N-1，先对上述时间序列做离散Fourier变换：

式为离散Fourier变换的理论计算式，实际应用中，多采用数值计算方法。常见的数值计算方法为快速Fourie变换(FFT)，不妨记FFT变换后得到的结果为：

X(ω

式中：ωd为基本离散圆频率，fs为路试时位移信号的采样频率，其中：k＝0,1,…K-1。

数采设备得到的模拟信号，一般都包含部分低频噪声，因此对上述Fourier变换的结果，应先做一次高通滤波，再进行PSD计算：

式中，ω0为高通滤波的截止频率，则前述位移数据的功率谱密度(PSD)可表示为：

式中，Ts为位移信号的采样间隔。

按前述计得PSD图线后，即可确定车尾振动的主要频率范围。

具体可以参照图3，本文所述典型实例中，对车辆通过坏水泥路时采集的位移数据作PSD计算得到的功率谱图线。按照该图线，该车型的车尾振动，在10-20Hz和20-30Hz之间，分别有两个功率峰值。

4.通过频域积分确定所有测点的位移

通过前述方法确定车尾振动的主要频率范围后，即可使用滤波和频域积分，将所有测点的加速度换算为对应的位移。

根据运动学理论，位移为加速度对时间的二阶积分，因而从原理上讲，可以使用各类时域积分的数值计算方法，将加速度时间信号转换为位移时间信号。但在实际应用里，通过加速度计采集的数据中，带有车辆刚体位移及各类噪声，使得时域积分方法失效。因此在处理这类信号时，必须结合Fourier变换的积分性质，使用频域积分加以解决。

如图4所示，图4为频域滤波与二阶积分的主要过程，具体如下

记某个测点在路试中的加速度时域信号为a(t)，则该点的加速度频域信号可由Fourier变换得到：

上述加速度频域信号既包含低频噪声，也包含对车尾振动影响较小的高频部分，因此在积分前应进行滤波。记窗函数为W(ω)，则滤波后的加速度频域信号为：

对滤波后的加速度信号，进行二阶频域积分，可得对应的位移频域信号：

最后再做Fourier逆变换，即可得到对应测点的位移时域信号：

上述换算过程所列的式(5)和(8)，为Fourier变换和逆变换的理论计算式，实际应用时仍可使用对应的数值计算方法，常见的有：FFT和IFFT(Inverse FFT)。此外，滤波所使用的窗函数应结合第3步中的分析结果选取，典型的情况下可选择带通滤波的窗函数，即：

式中：ω1、ω2分别为带通滤波的低通截止频率和高通截止频率。

针对本文所述典型实例，根据图3所示的后盖“拳头”部位的PSD图谱，可以将带通滤波的窗函数取在10-20Hz，以及20-30Hz，并分别计算这两个窗函数滤波后的测点位移。

其中，图5为取10-20Hz滤波的窗函数时，后盖“拳头”部位和侧围对手位置的测点，分别沿对应加速度计局部坐标系Y轴方向的位移时域图线。

5.绘制指定频率范围下车尾的振型动画

按照本文前述过程获得所有测点在特定频率范围下的位移后，即可绘制对应的振型动画。

所有加速度计测得的加速度信号，以及通过第4步所述方法计得的位移信号，使用的都是对应加速度计的局部坐标系，因此需要先将其变换到车身全局坐标系下。

记某个测点的位移时间信号为：

x(t)＝[x

上述位移的三个分量，对应于加速度计3个正交轴的方向。记第j个正交轴在车身全局坐标系下的方向矢量为：

A

则在车身全局坐标系下，该测点的位移时间信号为：

式中：

按上述方法计得所有测点在车身全局坐标系下的位移时间信号后，还应选取某个测点，作为车身随动坐标系的原点，并将其他测点的位移，进一步换算为对该原点的相对位移。

记随动坐标系原点的位移时间信号为

图6为本文所述典型实例中，车尾在10-20Hz频率范围下，选取铰链在车身侧固定点的中点作为全局坐标系原点时，绘制的振型动画截图，以及动画中各节点及线段在实车上的示意。图中左侧为后盖“拳头”部位及侧围对手位置的测点，沿加速度计局部坐标系下Y轴的位移时间曲线，红色竖线则代表了当前时刻。当振型动画播放时，当前时刻线将随时间逐步向后推移，通过对照振型动画和标记了对应时刻的测点位移时间曲线，可以将后盖振动与车辆在路试过程中的大致位置联系起来。

将车尾的振型动画绘出后，即可据此确定，引发车尾振动的主要零件或结构部位，并可为后续进一步的优化指明方向。在本文所述典型实例中，由铰链固定点、“拳头”对手位置和后保位置测点构成的侧围轮廓线，在振动过程中变形很小；而后盖轮廓线相对于侧围轮廓线的相对振动则比较明显。上述结果提示该实例中，白车身的刚性较好，而后盖铰链和后盖锁的固定效果较差，在优化时应当优先考虑对铰链结构或锁方案选型进行调整。

请参考图7，基于上述发明构思，本申请还提供一种车辆尾部振动测试装置700，该装置700可以包括：获取模块710、第一处理模块720、第二处理模块730、转换模块740和分析模块750。获取模块710用于获取车辆尾部测试点的振动数据，振动数据包括位移传感器采集的位移数据和加速度计采集的加速度数据；第一处理模块720用于基于PSD分析算法和Fourier算法，对位移数据进行处理，得到目标振动频率范围；第二处理模块730用于基于目标振动频率范围，对加速度数据进行滤波处理，得到加速度数据对应的目标加速度频域信号；转换模块740用于转换目标加速度频域信号为加速度数据对应的目标位移时域信号；分析模块750用于基于目标位移时域信号，确定车辆尾部振动的主要零件和/或结构部位。

进一步地，第一处理模块720还用于根据Fourier算法，对位移数据中的位移时间序列进行处理，得到位移数据对应的位移频域信号；根据PSD算法，对位移数据对应的位移频域信号进行处理，得到位移数据对应的功率谱分布图；对功率谱分布图进行分析处理，确定目标振动频率范围。

进一步地，第一处理模块720还用于对位移数据对应的位移频域信号进行滤波处理。

进一步地，第二处理模块730还用于根据Fourier算法，将加速度数据的时域信号转换为加速度数据对应的加速度频域信号；根据目标振动频率范围，对加速度频域信号进行滤波处理，得到加速度数据对应的目标加速度频域信号。

进一步地，转换模块740还用于对目标加速度频域信号进行频域积分处理，得到加速度数据对应的位移频域信号；基于Fourier算法，对加速度数据对应的位移频域信号进行逆变换处理，得到目标位移时域信号。

进一步地，分析模块750还用于根据目标位移时域信号，确定车辆尾部对应的模态振型动画；对模态振型动画进行分析处理，确定车辆尾部振动的主要零件和/或结构部位。

基于上述发明构思，本申请还提供一种车辆，该车辆包括上述的车辆尾部振动测试装置700。

本申请先后采用的Fourier算法与PSD分析算法这两个技术手段处理位移传感器采集的位移数据和加速度计采集的加速度数据，充分发挥了位移传感器和加速度计各自的优势，同时又对其二者的缺点实现了互补，从而实现对车尾振动更好的分析，进一步提高测试车辆的准确性。

一实施例中，本申请还提供一种电子设备，包括：处理器；用于存储处理器可执行指令的存储器；其中，处理器通过运行可执行指令以实现上述的车辆尾部振动测试方法。

需要说明的是，上述实施例阐明的系统、装置或模块，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。一种典型的实现设备为计算机，计算机的具体形式可以是个人计算机、膝上型计算机、蜂窝电话、相机电话、智能电话、个人数字助理、媒体播放器、导航设备、电子邮件收发设备、游戏控制台、平板计算机、可穿戴设备或者这些设备中的任意几种设备的组合。

在一个典型的配置中，计算机包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。

内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。

计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带、磁盘存储、量子存储器、基于石墨烯的存储介质或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。

这里基于的术语和表述方式只是用于描述，本发明并不应局限于这些术语和表述。使用这些术语和表述并不意味着排除任何示意和描述(或其中部分)的等效特征，应认识到可能存在的各种修改也应包含在权利要求范围内。其他修改、变化和替换也可能存在。相应的，权利要求应视为覆盖所有这些等效物。

同样，需要指出的是，虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可做出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书的范围内。