宋東洋 王碩

【摘 要】近幾年，小波理論得到快速的發(fā)展，不僅是被應(yīng)用于數(shù)學(xué)學(xué)學(xué)科，更是在其他的學(xué)科中得到應(yīng)用于推廣，這在較大程度上促進(jìn)了小波理論的發(fā)展。車輛工程領(lǐng)域?qū)τ谛〔ǚ治龅膽?yīng)用率呈現(xiàn)出一個(gè)上升的趨勢(shì)，不僅是由于小波分析本身所具有較為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)性，更是在于小波理論在車輛工程中有著較為明顯的應(yīng)用效果。因此，本文針對(duì)于小波理論在車輛工程理論中的應(yīng)用進(jìn)行研究，并在現(xiàn)有數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上指出小波理論在該領(lǐng)域應(yīng)用的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

【關(guān)鍵詞】小波理論；車輛工程；應(yīng)用原理；發(fā)展趨勢(shì)

小波理論是當(dāng)前應(yīng)用數(shù)學(xué)與工程學(xué)科中的一個(gè)發(fā)展迅猛的領(lǐng)域，經(jīng)過(guò)近三十年的探索研究，小波理論的數(shù)學(xué)形式體系已經(jīng)建立，其理論在實(shí)際中的應(yīng)用基礎(chǔ)更加扎實(shí)，不僅是能夠解決數(shù)學(xué)中存在的問(wèn)題，該理論更是與快速發(fā)展的信息技術(shù)結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了在應(yīng)用數(shù)學(xué)、物理學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、信號(hào)與信息處理以及圖像處理等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，發(fā)揮出重要的作用。本文針對(duì)于小波理論在車輛工程中的應(yīng)用進(jìn)行研究，指出小波理論對(duì)于車輛工程領(lǐng)域的發(fā)展的重要意義，并在此基礎(chǔ)上指出小波理論在該領(lǐng)域應(yīng)用的前景，旨在進(jìn)一步促進(jìn)小波理論在實(shí)際中的應(yīng)用。

一、小波理論概述

小波理論的概念最早是有法國(guó)從事石油信號(hào)處理的工程師J.Morlet 在1974年首先提出的，通過(guò)物理的直觀和信號(hào)處理的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的需要建立了反演公式，當(dāng)時(shí)未能得到數(shù)學(xué)家的認(rèn)可，在后期的發(fā)展中才逐步獲得相應(yīng)的認(rèn)可。小波理論的小波函數(shù)源于多分辨分析，其基本思想是將擴(kuò)中的函數(shù)f（t）表示為一系列逐次逼近表達(dá)式，其中每一個(gè)都是f（t）動(dòng)經(jīng)過(guò)平滑后的形式，它們分別對(duì)應(yīng)不同的分辨率。多分辨分析又稱多尺度分析，是建立在函數(shù)空間概念基礎(chǔ)上的理論，其思想的形成來(lái)源于工程。傅里葉和短時(shí)傅里葉變換不能實(shí)現(xiàn)高頻時(shí)窄窗，低頻時(shí)寬窗，在其不能解決超一維度變化的問(wèn)題時(shí)，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(lǐng)域的應(yīng)用

小波理論在處理車輛工程費(fèi)穩(wěn)態(tài)信號(hào)時(shí)呈現(xiàn)出較為強(qiáng)勁的生命力，因此，小波理論在車輛工程中的應(yīng)用主要包括汽車碰撞試驗(yàn)和模擬、車內(nèi)聲品質(zhì)客觀評(píng)價(jià)、故障檢測(cè)與診斷、車輛振動(dòng)信號(hào)處理等內(nèi)容，本文將對(duì)其具體的應(yīng)用進(jìn)行具體的分析。

（一）小波理論在汽車碰撞試驗(yàn)與模擬中的應(yīng)用

汽車在駕駛的過(guò)程中，由于一些不可控的因素影響發(fā)生碰撞是不可避免的，在世界各國(guó)汽車生產(chǎn)企業(yè)研制新款汽車的過(guò)程中，都是需要對(duì)汽車制定碰撞試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，這種直接的碰撞試驗(yàn)?zāi)軌蜃顬橹苯印⒆顬榭陀^的反映出汽車的性能。由于在試驗(yàn)過(guò)程中數(shù)據(jù)較為復(fù)雜，不僅是較為耗時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生較為高額的試驗(yàn)費(fèi)用，而借助于小波理論能夠通過(guò)Gabor-Wavelet變換分析模擬汽車碰撞的信號(hào)，將汽車碰撞的過(guò)程中進(jìn)行再現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了汽車碰撞過(guò)程中，降低了汽車研發(fā)的成本。

（二）小波理論在車內(nèi)聲品質(zhì)客觀評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

汽車的品質(zhì)不僅是包括外部的性能，還包括汽車內(nèi)部噪聲等一系列的性能，因此，在對(duì)汽車車內(nèi)聲品質(zhì)測(cè)度時(shí)，需要對(duì)噪聲的頻率、來(lái)源進(jìn)行分析與確定，只有這樣才能夠制定出相應(yīng)的降低噪聲的措施。在實(shí)際分析的過(guò)程中，小波理論能夠?qū)④噧?nèi)時(shí)變?cè)肼曅盘?hào)的譜分析和時(shí)間分布模式進(jìn)行模擬、分析，尤其是在汽車加速時(shí)轟鳴噪聲的特性分析等，這對(duì)于提出改進(jìn)汽車車內(nèi)聲品質(zhì)具有重要的意義。

（三）小波理論在汽車故障檢測(cè)與診斷中的應(yīng)用

所謂汽車故障診斷，主要是針對(duì)于汽車在駕駛中潛在的安全事故隱患進(jìn)行檢測(cè)，盡可能確定當(dāng)前汽車的技術(shù)狀況，并對(duì)現(xiàn)有存在的故障進(jìn)行檢測(cè)、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(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，由于小波變換在時(shí)域與頻域應(yīng)用中存在一定的限制性，因此，小波分析被廣泛的應(yīng)用于汽車復(fù)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(wèn)題，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車后橋總成故障進(jìn)行檢測(cè)。

（四）小波理論在車輛振動(dòng)信號(hào)處理中的應(yīng)用

車輛振動(dòng)會(huì)對(duì)汽車中乘客的乘坐舒適性產(chǎn)生影響，甚至是會(huì)影響到汽車駕駛的安全水平。因此，在汽車出廠之前需要對(duì)汽車的減震設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真試驗(yàn)，盡可能科學(xué)合理的處理振動(dòng)信號(hào)。具體來(lái)說(shuō)，小波理論在處理汽車振動(dòng)與設(shè)計(jì)中有著較高的優(yōu)勢(shì)，不僅是能夠借助于小波能量譜研究車輛座椅的振動(dòng)特性，還能夠在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)找出振動(dòng)信號(hào)的源，在汽車車輛振動(dòng)信號(hào)的解決、處理中發(fā)揮出積極地作用。

三、小波理論在車輛工程領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)

小波理論在車輛工程中不僅是能夠應(yīng)用于上述環(huán)節(jié)，還能夠在車輛控制、非平穩(wěn)路況模擬分析等環(huán)節(jié)上發(fā)揮出重要的意義。對(duì)于車輛工程領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，小波理論的應(yīng)用前景較為廣闊，需要在信息技術(shù)不斷發(fā)展的今天，進(jìn)一步挖掘小波理論的應(yīng)用價(jià)值。

（一）小波理論與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合應(yīng)用

當(dāng)前國(guó)際上對(duì)于將小波理論與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合在一起的分析較熱， 在未來(lái)的發(fā)展過(guò)程中，能夠基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能處理技術(shù)、模糊計(jì)算以及進(jìn)化計(jì)算等研究，將小波理論進(jìn)一步發(fā)展，實(shí)現(xiàn)小波理論內(nèi)涵的進(jìn)一步充實(shí)，這能夠提高小波理論在車輛工程領(lǐng)域的應(yīng)用范圍，增強(qiáng)小波理論的實(shí)際效用。

（二）小波理論面向網(wǎng)絡(luò)的低速率圖像壓縮

目前小波理論應(yīng)用于數(shù)據(jù)或者是圖像的壓縮中多是對(duì)靜止圖像進(jìn)行研究，而隨著時(shí)代的發(fā)展，面向網(wǎng)絡(luò)的活動(dòng)圖像壓縮也會(huì)向著解決方塊效應(yīng)和蚊式噪聲方向發(fā)展。在未來(lái)小波理論發(fā)展的過(guò)程中，將會(huì)演化出面向網(wǎng)絡(luò)的低速率圖像壓縮的小波分析并行算法，這對(duì)于提高小波理論的應(yīng)用價(jià)值，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)小波理論的創(chuàng)新具有重要的意義。

（三）向量小波及高維小波的新發(fā)展

小波理論具有較為廣泛的內(nèi)容，其中二維小波以及高維小波是其中的重要內(nèi)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(gòu)造、性質(zhì)以及相應(yīng)的應(yīng)用研究，由于多種因素的限制，理論的復(fù)雜程度相對(duì)較高，近幾年來(lái)這方面的成果相對(duì)較少，在未來(lái)小波理論發(fā)展的過(guò)程中可能會(huì)在這個(gè)角度實(shí)現(xiàn)新的創(chuàng)新，這對(duì)于小波理論的進(jìn)一步發(fā)展具有重要意義。

四、結(jié)論

小波理論內(nèi)涵較為豐富，在車輛工程領(lǐng)域應(yīng)用的過(guò)程中也并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)全面的應(yīng)用的目的，在未來(lái)得發(fā)展中，小波理論不僅能夠在汽車碰撞試驗(yàn)和模擬、車內(nèi)聲品質(zhì)客觀評(píng)價(jià)、故障檢測(cè)與診斷、車輛振動(dòng)信號(hào)處理等方面發(fā)揮出重要的作用，還可以在其他的領(lǐng)域中發(fā)揮出更大的價(jià)值，為車輛工程領(lǐng)域的價(jià)值創(chuàng)新做出相應(yīng)的貢獻(xiàn)。

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