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談?wù)勁鲎膊ㄐ危铀俣刃盘?hào)）轉(zhuǎn)成速度和位移信號(hào)的方法

2019-05-18 23:36:04·  來源：座椅檢測(cè)知多少  
　
汽車座椅直接和駕乘人員身體相接觸，是保護(hù)駕乘人員安全駕駛的重要因素之一。一款汽車座椅在上市之前需要經(jīng)過靜態(tài)、動(dòng)態(tài)、高低溫、舒適性和VOC等測(cè)試，其中正碰
汽車座椅直接和駕乘人員身體相接觸，是保護(hù)駕乘人員安全駕駛的重要因素之一。一款汽車座椅在上市之前需要經(jīng)過靜態(tài)、動(dòng)態(tài)、高低溫、舒適性和VOC等測(cè)試，其中正碰和后碰測(cè)試是汽車座椅試驗(yàn)項(xiàng)目中必不可少的測(cè)試項(xiàng)。座椅骨架在發(fā)生碰撞時(shí)應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和較小的變形量，座椅滑軌在前后方向應(yīng)鎖止，才能夠?yàn)槌丝吞峁┳銐虻谋Ｗo(hù)和逃生空間。
數(shù)日之前曾觀摩某汽車座椅的碰撞試驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)非常震撼。碰撞臺(tái)車瞬間將座椅推出，座椅及試驗(yàn)平臺(tái)在幾毫秒的時(shí)間內(nèi)加速度達(dá)到30g以上。（PS.以后開車一定要小心謹(jǐn)慎哦，碰撞不是鬧著玩兒！）
 
碰撞臺(tái)車試驗(yàn)輸入波形為加速度曲線，加速度曲線來源于CAE分析或者整車碰撞試驗(yàn)實(shí)車采集。試驗(yàn)前一名試驗(yàn)工程師通過碰撞臺(tái)車自帶的控制軟件把加速度曲線轉(zhuǎn)成速度曲線以判斷試驗(yàn)條件。我當(dāng)時(shí)覺得非常驚奇，就想著自己能不能也得到這樣的結(jié)果呢？
 
回家之后，我查詢了一些資料發(fā)現(xiàn)MATLAB軟件自帶的cumtrapz函數(shù)可以滿足我的使用要求。cumtrapz函數(shù)和trapz函數(shù)都是基于梯形法則的數(shù)值積分公式，區(qū)別是：前者輸出一個(gè)長(zhǎng)度和原數(shù)據(jù)長(zhǎng)度一樣的數(shù)列，每一個(gè)數(shù)對(duì)應(yīng)原來數(shù)列相應(yīng)數(shù)的積分；后者只能輸出一個(gè)積分結(jié)果。于是琢磨了一下，將思緒整理成代碼如下：
[NUM,TXT,RAW]=xlsread('C:\Acc.xlsx'); % 讀取excel文件，此處注意路徑設(shè)置
t=NUM(:,1);     %讀入時(shí)間,單位為s
Acc=NUM(:,2);  %讀入加速度單位為m/s^2
figure('Name','碰撞波形圖')
plot(t,Acc);
xlabel('時(shí)間 （s）'); ylabel('加速度 （m/s^2）')
title('碰撞波形圖');
v=3.6*cumtrapz(t,Acc);  %速度單位轉(zhuǎn)換為km/h
figure('Name','速度曲線圖')
plot(t,v);
xlabel('時(shí)間 （s）'); ylabel('速度 （m/s）')
title('速度曲線圖');
s=cumtrapz(t,cumtrapz(t,Acc)); %位移單位為m
figure('Name','位移曲線圖')
plot(t,s);
xlabel('時(shí)間 （s）'); ylabel('位移 （m/s）')
title('位移曲線圖');
為了方便可以將代碼打包成獨(dú)立可執(zhí)行程序，本文使用MATLAB軟件中的APP Designer模塊建立一個(gè)小程序。App Designer模塊是一個(gè)豐富的開發(fā)環(huán)境，它同時(shí)提供布局和代碼兩種視圖、集成了大量的交互式組件。
軟件界面如下圖所示，使用非常簡(jiǎn)單：首先導(dǎo)入碰撞波形信號(hào)，波形將顯示在軟件左上角圖框內(nèi)；然后旋轉(zhuǎn)按鈕選擇計(jì)算速度/位移，結(jié)果將直接顯示在軟件右上角的圖框內(nèi)；最后單擊“保存按鈕”可以根據(jù)需要將最終計(jì)算結(jié)果保存在Excel表中。當(dāng)旋轉(zhuǎn)按鈕指向速度/位移時(shí)，指示燈將點(diǎn)亮成“綠色”；否則指示燈顏色為“紅色”。
軟件操作如下動(dòng)圖所示，旋轉(zhuǎn)按鈕結(jié)果將直接顯示出來。
需要注意的是此積分方式屬于時(shí)域積分，積分結(jié)果受原始信號(hào)影響很大。若原始加速度信號(hào)中存在零漂、趨勢(shì)項(xiàng)等，則得到的結(jié)果將與真值相差非常大。有資料表明頻域積分能取得更好的結(jié)果，之后會(huì)有另一篇文章進(jìn)行介紹。
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