毕业设计（论文）-汽车平顺计设计.doc

沈阳理工大学学士学位论文摘 要平顺计是评估汽车乘坐舒适程度的装置。介绍平顺计的工作原理，系统结构及关键技术。汽车平顺计由数字信号处理控制模块、数据采集模块，数据存储单元及数据显示模块组成。硬件系统核心是采用STM32F103作为数字信号处理器；由数字传感器ADXL345采集随机路面行驶汽车座位处振动加速度信号，并且完成模数转换；用TFT LCD彩屏显示结果。软件中采用防信号频谱混叠的汉宁窗提取加速度信号序列；用实数域哈特莱变换计算加速度信号的频谱；使用ISO2631标准计算1/3倍频振动加速度,采用ISO2631标准(GB4970等同)的1/3倍频振动加速度评价汽车平顺性。实验结果表明：汽车平顺计的硬件和软件系统设计合理可行的。关键词: 电子系统设计；数字信号处理；汽车平顺性；哈特莱变换 Abstract A ride comfort measuring meter is an evaluation device of seat of stochastic road vehicles. The working principle, system architecture and key technologies were introduced. The ride comfort measuring meter consist of digital signal processing module controller, data acquisition module, data storage memory and display component. The hardware core of the meter is digital signal processing with STM32F103 micro-controller; used the digital sensor ADXL345 to collect the vibration acceleration signal at seat of road vehicle; and display the results on the TFT color LCD module. The software is that adding Hanning window in extracting the acceleration signal sequence to prevent the signal spectrum aliasing; using Fast Hartley transform to compute acceleration signal spectrum in real domain; calculating the 1/3 octave vibration acceleration and evaluating ride comfort based on ISO2631 standard (GB4970 equivalent).The experimental results show that: the hardware and software of vehicle ride comfort measuring meter is reasonably and practicable.Keywords: electronic systems design; digital signal processing; vehicle ride comfort; Hartley Transform目 录1 引 言11.1 选题背景11.2 依据的原理11.2.1 ISO 2631国际化标准11.2.2 1/3倍频带分别评价法21.3 设计目的与意义32 需求分析52.1 规格设计52.2 软硬件环境53 系统设计63.1 概要设计63.2 逻辑设计63.3 物理设计74 详细设计94.1 硬件结构设计94.1.1 数据采集104.1.2 数据显示104.2 软件结构设计114.2.1 采样方法114.2.2 功率谱算法114.2.3 FHT算法124.2.4 1/3倍频带的算法125 算法的分析与验证155.1 功率谱仿真实现155.2 程序部分代码166 实验结果196.1 硬件下载实现196.2 结果分析21结 论22致 谢23参考文献24附录 A 英文原文25附录 B 中文翻译28301 引 言1.1 选题背景汽车的各种性能是相互影响的，汽车行驶平顺性也影响着其他性能的发挥。在汽车行驶过程中，如果行驶平顺性太差，强烈振动产生的动载荷会冲击汽车的零部件，加速零部件的磨损，降低零部件的疲劳寿命。汽车的强烈振动还会使车轮跳离地面，影响汽车的动力性，制动性，以及操作稳定性。汽车的强烈震动不仅降低零部件的疲劳寿命，还会使驾驶员疲惫，精力不集中，容易引发交通事故。所以它是同类汽车在市场竞争中争夺优势的一项重要性能指标。因而有关改善行驶平顺性方面的研究工作越来越受到重视。汽车平顺计能够测量汽车的振动强度，定量的评估汽车在一段时间内行驶路面的平顺情况，为汽车司机提供了一定的参考指标，为合理使用车辆提供了科学依据。此外，平顺计还可以在军事等其他领域上有广泛的应用。1.2 依据的原理1.2.1 ISO 2631国际化标准在综合大量资料基础上，国际标准化组织ISO 2631人体承受全身振动的评价指南。该标准用加速度均方根值给出了在中心频率1Hz80Hz振动频率范围内人体对振动反应的三种不同的感觉极限。标准给出了坐垫3个轴向的频率加权系数，规定安装在座椅上的传感器应能测量座椅面x，y，z 3个坐标轴方向的平移振动，即前后、左右和垂直的振动。评价指标采用加权加速度均方根值，可按3个轴向分别表示，也可采用3个轴向加权加速度均方根之和。标准附录中给出了计算3轴加权加速度均方根值的方法。ISO2631中评价振动对健康影响时，就考虑这3个轴向，且规定座椅靠背的水平振动可用座椅面水平振动来代替，加权系数修正为1.4。在ISO2631-1997中，计算振动评价指标时，给出了时域法和频域法两种方法，但国内对汽车平顺性的分析仅限于频域法，采用时域法的报到很少见，这就是无法获知峰值因子的原因。由于汽车平顺性指的是汽车振动对人体舒适性的影响，故参照ISO2631-1997中对舒适性的评价方法，对汽车平顺性试验数据进行分析，并与GB4970-2009进行对比。评价振动对舒适性的影响时ISO2631-1997给出了基本评价方法和辅助评价方法。在GB4970-2009中增加了振动对人体舒适性感觉影响的评价，1/3倍频带中心频率由原来的0. 9 Hz-80 Hz调整为0.5 Hz-80 Hz，同时重新定义了1/3倍频带的主要加权系数，增加了不同研究情况下采用的频率加权函数和轴加权系数表，给出了主、客观评价对应表;在加权加速度均方根值计算里面去掉了直接用功率谱密度计算加权加速度均方根值的方法。 1.2.2 1/3倍频带分别评价法1/3倍频分别评价法：对传至人体的加速度进行频谱分析，可得1/3倍频带的加速度均方根值谱。1/3倍频法认为：同时有许多个1/3倍频带都有能量作用于人体时，各个频带振动作用无明显联系，对人体产生的影响主要是人体感觉振动强度最大的一个1/3倍频带所造成的。直接分别评价法是把“疲劳工效降低界限”及由计算或频谱分析仪处理得到的1/3倍频带的加速度均方值画在同一张频谱图上。然后，检查各频带的加速度均方差是否都保持在界限值之下。水平方向频谱如图1.1所示。垂直方向频谱如图1.2所示。图1.1 水平方向疲劳工效降低界限图1.2 垂直方向疲劳工效降低界限上限频率、下限频率与中心频率的关系为 （1.1）有多个频带的振动能量作用于人体时，各频带的作用无明显联系，对人体的影响主要是由单个影响最突出的频带所造成。因此，要改善行驶平顺性，主要避免振动能量过于集中，尤其是在人体最敏感的频率范围内，不应有突出尖峰。根据GB4970可得出，对乘员(或驾驶员)人体及脚部地板处的振动用加权加速度均方根值评价，并分别用，表示前后方向、左右方向和垂直方向振动的加权加速度均方根值。人体及脚部地板处振动也可用综合总加权加速度均方根值，来表示。货车车厢的振动用加速度均方根值评价。汽车随机输人行驶平顺性以评价指标与车速的关系曲线作为基本评价方法。根据需要，随机输人行驶平顺性亦可只用常用车速的评价指标来评价1-10。1.3 设计目的与意义生物动力学研究表明，长时间的承受高强度的全身振动对于人体健康的损害是相当严重的。依据实验表明振动频率小于1HZ时，人感到头颅内振动，持续几分钟后，会有肌肉疼痛等不舒适的感觉,频率为2HZ时人感觉困乏爱打瞌睡，5至8HZ时感到难以忍受，而且呼吸和讲话都受到干扰，振动超过30HZ时，将对人双手的操作形成严重影响。汽车在行驶的过程中，路途的颠震与发动机的震颠，致使司机长期处于全身振动状态。虽然振动损伤很小，但这种损伤犹如滴水穿石可以累积。对于驾驶员的生命安全有严重的影响，而且随着社会发展人们经济水平的提高，汽车的普及是一种必然的趋势，为了保持驾驶员在复杂行驶和操纵条件下，具有良好的心理状态和准确灵敏的反应，我们应保持振动环境的舒适性。所以研究汽车的平顺性对于汽车的性能以及驾驶员的健康都有深远的意义。2 需求分析2.1 规格设计设计需要采集x,y,z三轴的加速度作为振动信号，所以选择三轴加速度传感器ADXL345采集信号。程序大约需要ROM 24.98kB，单片机ROM 8K，不适用。STM32F103RBT6，主频72MHZ，LQFP64封装，内部含有128K字节的FLASH和20K字节的SRAM， ARM Cortex-M3内核32位处理器，该内核满足集高性能、低功耗、实时应用等特性。所以本次设计选用STM32F103RBT6作为处理器。采用主控芯片为IlI9320的TFT LCD彩屏显示，可绘图，能直观的显示结果。采用ISO2631标准的1/3倍频振动加速度评价汽车平顺性。系统框图如图2.1所示。ILI9320 TFT ADXL345STM32F103RBT624C02图2.1 系统框图2.2 软硬件环境硬件系统1. 宿主机：微机2. 应用系统由STM32系列ARM模块、ADXL345数字传感器、TFT LCD液晶屏等组成。软件系统：1. 宿主机：windows7；keil MDK3.5；MATLAB7.52. 应用系统：开发语言keil C513 系统设计3.1 概要设计平顺计是用来测量车辆行驶过程中的振动情况及对人体的影响。路面行驶的车辆信号是非平稳的，通过传感器ADXL345采集汽车行驶时的振动信号。假设信号在数秒内是平稳的，为了得到短时的信号，对信号进行加窗操作，用实数型哈特莱变换计算汽车振动对人体激励的加速度功率谱。用ISO2631标准(GB4970等同)的1/3倍频振动加速度评价汽车平顺性。对照GB4970给出的加速度范围，可得出该车辆的振动对人体的影响大小，从而得出平顺性好坏。3.2 逻辑设计STM32控制数据采集、数据处理和结果显示。由ADXL345的输出速率与带宽要求，系统选择传感器采用10位分辨率模式，输出数据速率为800HZ，带宽即采样频率为200HZ，即采样周期为0.005s。STM32F103RBT6主频72M，所以定时器控制字为72M/=360000。系统采用多线程模式运行，数据的采集，处理，绘图同时进行，保证数据实时性和结果的动态显示。设计采集的数据达到128个时即对其进行处理。线程一：STM32F103RBT6 通过定时器控制ADXL345定时采样振动信号模拟数据，传感器内置A/D转换芯片，输出数字信号。将数据存入一个缓冲区buffer1。线程二：当缓冲区数据达到处理条件后，对数据进行加窗以及FHT处理，处理后的三组数据存入一个处理池中。线程三：用Welch的平均周期图方法来计算信号的自功率谱。对处理池中的三组数据根据GB4970进行1/3倍频带计算，所得数据存入另一个缓冲区buffer2。线程四： 根据GB4970对缓冲区buffer2的数据计算总加权加速度。同时在彩屏TFT上绘功率谱图，即显示计算功率谱时所得的x，y，z三组值，显示最终总加速度av值。逻辑框图如图3.1所示。ADXL345加速度A/D数字信号处理STM32TFT彩屏显示加汉宁窗FHT频谱分析功率谱计算1/3倍频加速度计算x(n)z-1z-1z-1图3.1 逻辑框图3.3 物理设计1) 数据采集模块：利用ADXL345对汽车振动情况的测量，采集模拟数据。ADXL345通过其内置的ADC将加速度信号转换为数字量存放在片内缓冲区,使用SPI总线读取三轴数据。2) 信号的采集与预处理模块：ARM机用过定时器定时采集数据存入缓冲区，当缓冲区数据达到处理条件后进行预处理，包括加窗防止信号混叠，采用哈特莱变换进行频谱分析。3) 功率谱分析模块：ARM机利用平均周期图方法来计算信号的自功率谱。把信号分成相等的很多段，同时对每段数据加窗处理，各段之间有重叠，这样会使方差减小。4) 1/3倍频振动加速度分析模块：ARM机根据ISO2631标准(GB4970等同)求得1/3倍频振动加速度。计算采用10等分进行，首先根据所得功率谱求的1/3倍频加速度均方根值，然后对一段频率进行10等分，分别对每段分别进行加权求和最终求的三轴加权加速度均方根值。根据频率加权函数求的总加权加速度，最后比照所给的舒适度评价标准表。5) 液晶显示模块：由ARM模块控制图形和文字在ILI9320TFT彩屏上的显示。设计绘功率谱图和显示最终加速度结果。调用ili9320_PutStr_8x16函数显示坐标轴字符以及总加速度值。调用Drawchart1函数绘制功率谱图以及背景图。4 详细设计4.1 硬件结构设计电子系统是指电子元器件或部件组成的能够生产、传输或处理电信号及信息的客观实体。一个复杂的电子系统可以分成若干个子系统，其中每个子系统又可分解为由若干个部件组成的系统。一个电子系统一般由控制系统、信号检测装置、执行机构以及人机界面几个部分组成。系统是一个比较完整的电子系统，由MCU最小系统作为控制系统，采集电路作为信号检测装置，A/D电路作为执行机构，TFT彩屏作为人机界面。采用自顶向下的设计方法，根连电路任务书要求，从整体上规划整个系统的功能以及性能。使界面简单，电路简单。根据整体规划，控制系统控制ADXL345加速度振动传感器采集信号以及进行模数转换处理后交给控制系统STM32F103RBT6处理，最终的评价结果由TFT LCD彩屏显示。汽车平顺计系统采用模块化设计思想，主要由ARM模块，数据采集模块，数字化处理及数据计算模块，液晶显示模块四部分组成。用实数型哈特莱变换实现复数型傅里叶变换，来解决计算效率和数据存储问题，平顺性分析所需要的数据采集，滤波，变换,指标计算及显示都可以在ARM系统上实现。控制系统原理结构如图4.1所示。图4.1 控制系统部分原理结构图4.1.1 数据采集ADXL345用于数据采集，是ADI公司的三轴数字加速度传感器，采用14脚封装形式。可选择的测量范围有2 g，4 g，8 g或16 g。既能测量运动或冲击导致的动态加速度，也能测量静止加速度，例如重力加速度，使得器件可作为倾斜传感器使用。ADXL345最大可感知土16g的加速度,感应精度可达3.9mg /LSB,倾角测量典型误差小于1。通过其内置的ADC将加速度信号转换为数字量存放在片内缓冲区,使用SPI总线读取数据.在实际使用中,为提高输出数据的稳定性,设置感应范围为2 g,感应精度为3.9 mg,可以满足人体动作加速度范围与精度要求.传感器采样速度在6.253 200 Hz之间可调,因为无线发送数据需要时间较长,并且低采样速率可以降低噪声干扰,将采样速度设定在100Hz,即10ms输出1组数据。ADXL345内部结构如图4.2所示。图4.1 控制系统原理结构图4.1.2 数据显示液晶TFT显示器是显示模块，专门用于显示图形，数字，字符等的液晶显示模块,液晶本身并不发光，显示屏由许多可以发出任意颜色的光线的像素组成，主要控制各个像素显示相应的颜色就可以达到产生图像的目的。在TFT LCD中一般会采用背光技术，为了能精确的控制每一个像素的颜色和亮度就需要在每一个象色之后安装一个类似百叶窗的开关，当“百叶窗”打开时光线就可以透射过来，而“百叶窗”关上之后，光线就无法透射。本次设计所用的TFT LCD屏采用的ILI9320控制器，LCD屏为320*240分辨率，16位真彩显示。ILI9320控制器是一款带有262144中颜色的单芯片SoC驱动的晶体管显示器，320*240的分辨率，包括720路源极驱动以及320路的栅极驱动，自带有显存，容量为172800字节。ILI9320控制模块的16位数据与显存间的对应关系如图4.3所示。图4.3 控制模块的16位数据与显存间的对应关系4.2 软件结构设计4.2.1 采样方法通过传感器ADXL345采集振动加速度信号数据，其内置的ADC将加速度信号转换为数字量存放在片内缓冲区,使用SPI总线读取数据。数据处理过程中计算功率谱密度时采用窗函数防止信号发生混叠。数据处理中涉及的采样时间间隔、频率分辨率和独立样本个数等需要在满足采样定理及实际工程需要的基础上确定。根据GB4970规定，要求信号截止频率 =90HZ，所以采样频率=2取200HZ。利用定时器、中断实现数据的采样。定时器定时采集数据放入缓冲区。4.2.2 功率谱算法用Welch的平均周期图方法来计算信号的自功率谱和相关函数。设有限长序列x(n)(n=0,1,N-1)的功率谱为。用平均周期图方法进行功率谱估计的计算过程如下：1. 把x(n)分成长度为M的K段，相邻段重叠个M/2样本，同时对每段数据加窗处理，这样第i段数据为 0nM-1, 0iK-1 （4.1）其中为窗函数（如矩形窗、海明窗等）。2. 用FFT算法计算序列的L点离散傅里叶变换 0kL-1, 0iK-1 （4.2）如果ML，序列就要补L-M个零。3. 计算周期图 0kL-1, 0iK-1 （4.3）4. 计算K段周期图的平均值，从而得到功率谱的估值为 0kL-1 （4.4）其中。4.2.3 FHT算法对实序列x(n),如果希望对其进行实数域变换，就需要对其进行DFT变换。将DFT分解，可以通过时域分解和频域分解方法实现DHT快速算法(又称FHT)。哈特莱变换(DFT)是一种与傅氏变换相似的积分变换,具有傅氏变换的大部分特性。利用与快速傅氏变换相同的结构可以构造快速哈特莱变换(FHT)。但是,与傅氏变换相比,哈特莱变换具有两个明显的优点:其一,正反变换是一致的;其二,它是一种实数变换。正因为如此,它的计算速度比傅氏变换快,因为实数运算所需的内存仅是复数的一半,所以在任何以傅氏变换为计算工具的数据处理过程中(如滤波、正演模拟和偏移等),用哈特莱变换代替傅氏变换,不仅速度快,而且节省内存。4.2.4 1/3倍频带的算法加权加速度均方根值是按振动方向并根据人体对振动频率的敏感程度而进行加权计算的，是人体振动评价指标。加权加速度均方根值的计算公式及步骤如下：1) 先计算1/3倍频带加速度均方根值 （4.5）中心频率为的第j (j=1，2，323)个1/3倍频带加速度均方根值，单位为米每二次方秒（m/s2）；、分别是1/3倍频带的中心频率为的上、下限频率；加速度自功率谱密度函数，由等带宽频率分析得到；2) 再计算三轴加权加速度均方根值： ， ， （4.6），分别为X，Y，Z三轴加权加速度均方根值；第j个1/3倍频带的加权系数，根据测点的位置和方向不同分别取的具体取值由GB4970中得出，如表4.1所示。表4.1 不同测点、方向的倍频带的加权系数图位置坐标轴名称频率加权函数座椅座垫上方纵向横向垂向靠背纵向横向垂向脚纵向横向垂向3) 对于记录的加速度时间历程，通过符合规定的频率加权滤波网络得到加权加速度时间历程，按公式计算： （4.7）加权加速度时间历程，单位为米每二次方秒(m/)；T作用时间，单位为秒(s)。4) 总加权加速度均方根值的计算：即座椅座垫上方、座椅靠背及驾驶室地板处各点（X，Y，Z三轴）的总加权加速度均方根值计算： （4.8）前后方向(即x轴向)加权加速度均方根值，单位为米每二次方秒(m/s2) ；左右方向(即y轴向)加权加速度均方根值，单位为米每二次方秒(m/s2) ；垂直方向(即z轴向)加权加速度均方根值，单位为米每二次方秒(m/s2) ；j=1、2、3分别代表座椅座垫上方、座椅靠背及驾驶室地板三个位置；某点总加权加速度均方根值，单位为米每二次方秒(m/s2) 。kx、ky、kz为各轴轴加权系数，取值如表4.2所示。表4.2 不同研究情况采用的轴加权系数位置坐标轴名称轴加权系数座椅座垫上方纵向横向垂向靠背纵向横向垂向脚纵向横向垂向5 算法的分析与验证5.1 功率谱仿真实现Matlab仿真功率谱,程序如下：%Welch 法：Welch 法对 Bartlett 法进行了两方面的修正，一是选择适当的窗函数 w(n)，并在周期图计算前直接加进去，加窗的优点是无论什么样的窗函数均可使谱估计非负。二是在分段时，可使各段之间有重叠，这样会使方差减小。%Matlab 代码示例 ：Fs=200;%采样周期n=0:1/Fs:1; xn=cos(2*pi*40*n)+3*cos(2*pi*90*n)+randn(size(n); %产生含有噪声的序列nfft=128; %采样点数window1=hann(nfft);%汉宁窗noverlap=64; %数据有重叠range=half; %频率间隔为0 Fs/2，计算一半的频率Pxx,f=pwelch(xn,window,noverlap,nfft,Fs,range); % Welch法计算功率谱plot_Pxx=10*log10(Pxx); %结果显示转化为dBfigure(1)plot(f,plot_Pxx);运行结果如图5.1所示。图5.1 MATLAB仿真功率谱图结果分析可得，信号应集中在40HZ和90HZ之间，与理论所得结论一致。 5.2 程序部分代码/ 1/3倍频振动加速度的计算float getgw(float pdata,s32 len,const short Wx)float left,right; /定义变量s32 x,j,pin;float total,fj,sumall;left = pindai0; / 下限频率right = pindai1; /上限频率pin = 1; /变量赋初值total = 0;sumall = 0;for(x = 3; x PAGE_SIZE / 2;x+) /将频带的每一段分成10等分该方法效率较低 for(j = 0;j left & fj = right)/如果数据的频率超出上限，则 if(total 0.01)total = total* 64/1000 ;total = sqrt(total); /求得1/3加速度均方根值total = Wxpin-1 * total /1000.0; /数据加权sumall += total *total;/加权加速度均方根值total = 0;/下一组，清零left = right;pin+;if(pin PINDAI)return sumall; /结束right = pindaipin; else break; /跳出该循环 return 0;/用平均周期法计算自功率谱/调用了全局变量 receive_buffer 和3个缓存池/vu32 dealpos ：在接收缓存区的起始位置s32 index : 0-x 1-y 2-z; s32 numfifo : 第几个处理池; float buffer：处理缓存区void deal_buffer(vu32 dealpos,s32 index,s32 numfifo,float buffer)s32 x;for(x = 0; x PAGE_SIZE; x+)if(index = 0)bufferx = GET_FGX(receive_buffer(dealpos + x)% BUFFER_LEN) * windowx; /x轴数据加窗else if(index = 1)bufferx = GET_FGY(receive_buffer(dealpos + x)% BUFFER_LEN) * windowx; /y轴数据加窗else if(index = 2) bufferx = GET_FGZ(receive_buffer(dealpos + x)% BUFFER_LEN) * windowx; /z轴数据加窗daoxu(buffer,PAGE_SIZE); /数据倒序输入 fht(buffer,LOG_PAGE);/数据进行fht变换，调用fht函数for(x = 0; x PAGE_SIZE / 2; x+)/计算周期图if(index = 0)gx_fifonumfifox= bufferx * bufferx + bufferPAGE_SIZE - x * bufferPAGE_SIZE - x; /计算x轴方向周期图else if(index = 1)gy_fifonumfifox= bufferx * bufferx + bufferPAGE_SIZE - x * bufferPAGE_SIZE - x; /计算x轴方向周期图else if(index = 2) gz_fifonumfifox= bufferx * bufferx + bufferPAGE_SIZE - x * bufferPAGE_SIZE - x; /计算x轴方向周期图/ 计算k段周期图的平均值，从而得到功率谱的估值void avgpsd(float pdataPAGE_SIZE/2,float respsdx)s32 i,j;for(i = 0;i PAGE_SIZE/2 ; i +)respsdxi = 0;for(j = 0; j DEEPTH ; j+)respsdxi += pdataji;respsdxi = respsdxi / DEEPTH;respsdxi = respsdxi / han_total;6 实验结果6.1 硬件下载实现将上面实现的几个模块整合在一起，最终实现该设计试验的数据采集，实时数据处理，数据计算，数据显示，最终完成设计要求。总体外观如图6.1所示。图6.1外观示例图传感器感应振动加速度，ARM芯片内部处理数据以后，显示在TFT上。振动加速度较大时结果显示如图6.2所示。图6.2 TFT显示示例图一将传感器上下移动，此时振动加速度比较大，界面显示为功率谱图波动大，点幅度不断变化，图下方总加速度av 值也随之不断变大。振动加速度较小时结果显示如图6.3所示。图6.3 TFT显示示例图二将传感器放在水平桌子上不懂，此时振动加速度比较小，可以看到界面上的功率谱图点幅度不断下降，最后接近0，此时图下方总加速度av 显示值也不断变小。6.2 结果分析图6.2所示为实验结果，根据GB4970计算1/3倍频振动加速度。其中绿色，蓝色，红色点分别为X轴，Y轴，Z轴的自功率谱图。图形下面显示的数字av为总加权加速度均方根值。将显示的数字对照下表即可得出所测汽车振动对人体舒适性感觉。加权加速度值和人的主观感觉之间的关系如图6.3所示。表6.3 总加权加速度均方根值与人的主观感觉之间的关系总加权加速度均方根值人的主观感觉小于0.315没有不舒服0.3150.63有些不舒服0.51比较不舒服0.81.6不舒服1.252.5很不舒服大于2极不舒服结 论汽车平顺计硬件系由数据采集模块、模数转换模块、数据存储模块及数据显示模块组成，系统采用STM32F103RBT6为微控制器，外扩8KB RAM组成控制器，振动加速度数据采集和模数转换使用ADXL345型三轴数字加速度传感器，由液晶彩屏模块TFT LCD显示数据；用哈明窗截取离散序列信号能够防止信号混叠，用实数型哈特莱变换实现复数型傅里叶变换，数据存储量节省一半，计算效率也有提高；采用ISO2631标准(GB4970等同)的1/3倍频振动加速度来作为评价汽车平顺性的方法。最终仿真和实物验证结果表明，硬件系统设计合理，软件设计方案是可行的。但是本系统仍然有一些不足之处。比如，断电的情况下数据将会丢失，不利于记录与查询；数据更新速度较快，导致偶尔计算速度跟不上，显示的图形出现分段现象；计算1/3倍频振动加速度时，用10等分频率区间累加代替区间积分，最终的结果不够精确。车的强烈振动不仅降低零件的疲劳寿命，还会使司机疲惫,精力不集中，容易引发交通事故。所以它是同类汽车在市场竞争中争夺优势的一项重要性能指标。汽车平顺计将数据采集、功率谱分析和平顺性测试集成在32位ARM系统，体积小，功耗低，上电即可工作，操作简单。预期在汽车运用及管理方面有广泛的应用。致 谢日月如梭，四年的大学生活即将结束。回想起这四年的大学生活，感慨万千。这四年的学习和生活虽短暂却很充实。在论文的最后，我想用简短的几句话向帮助过我的老师、同学表示深深的谢意！首先，我衷心的感谢我的指导老师郑浩哲老师！在毕业设计选题、设计、编写论文过程中，郑老师投入了很多的时间和精力来进行指导。郑老师帮助我收集文献资料，并对我所做的课题提出有效的改进方案。大学期间，我在电子技术方面特别是单片机控制方面的学习离不开郑老师对我耐心指导，无论在理论上还是实践上都给予我极大地帮助。郑老师渊博的知识、严谨的作风、诲人不倦的态度和学术上精益求精的精神让我受益终生。郑老师严谨的教学作风，尤其是他对每个学生高度负责的态度，堪称教师队伍中的典范。其次，感谢刘昶老师、程磊老师、崔宁海老师、孙维广老师、沈红老师、张启东老师、张德慧老师和黄迎春老师等，没有你们循循善诱的教导，我也无法取得今天的成绩。另外，还要感谢同学四年来对我的关心与支持，感谢各位老师在学习期间对我的严格要求。同时也要感谢身边朋友的热心帮助，没有你们的支持与关心，就没有我今天的毕业设计！参考文献1 张志飞，徐中明，贺岩松对汽车平顺性方法的探讨与建议J重庆大学学报，2010，33(4)2 Ozan Tuncel, Polat Sendur, Murat Ozkan, Ahmet Guney. Technical note: Ride comfort optimisation of Ford cargo truck cabinJ, International Journal of Vehicle Design, 2010, 52(1-4) 3 汤爱华，欧键，邓国红汽车平顺性试验数据处理方法J重庆工学院学报(自然科学版)，2008,22(3)4 李群芳，张士军，黄建单片微型计算机与接口技术M第3版电子工业出版社，2008：48-545 胡汉才单片机原理及其接口技术M第1版清华大学出版社，1996：145-1516 先锋工作室单片机程序设计实例M 第1版清华大学出版社，2003：48-517 谭浩强C程序设计M 第2版清华大学出版社，1999：45-488 徐爱钧，彭秀华Keil Cx51 V7.0单片机高级语言编程与pVision2应用实践M电子工业出版社，2004：28-329 黄智伟全国大学生电子设计竞赛训练教程M电子工业出版社，2004:100-10410 李岩，韩劲松，孟晓英基于ARM嵌入式系统接口技术M第1版清华大学出版社，2009：93-108附录 A 英文原文ADXL345FEATURESThe ADXL345 is a small, thin, ultralow power, 3-axis accelerometer with high resolution (13-bit) measurement at up to 16 g. Digital output data is formatted as 16-bit twos complement and is acces- sible through either a SPI (3- or 4-wire) or I 2 C digital interface. The ADXL345 is well suited for mobile device applications.It measures the static acceleration of gravity in tilt-sensing appli- ations, as well as dynamic acceleration resulting from motion or shock. Its high resolution (3.9 mg/LSB) enables measurement of inclination changes less than 1.0. everal special sensing functions are provided. Activity and inactivity sensing detect the presence or lack of motion by comparing the acceleration on any axis with user-set thresholds. Tap sensing detects single and double taps in any direction. Free- fall sensing detects if the device is falling. These functions can be mapped individually to either of two interrupt output pins. An integrated, patent pending memory management system with a 32-level first in, first out (FIFO) buffer can be used to store data to minimize host processor activity and lower overall system power consumption. Low power modes enable intelligent motion-based power management with threshold sensing and active acceleration measurement at extremely low power dissipation. The ADXL345 is supplied in a small, thin, 3 mm 5 mm 1 mm, 14-lead, plastic package.The ADXL345 is a complete 3-axis acceleration measurement system with a selectable measurement range of 2 g, 4 g, 8 g, or 16 g. It measures both dynamic acceleration resulting from motion or shock and static acceleration, such as gravity, that allows the device to be used as a tilt sensor. The sensor is a polysilicon surface-micromachined structure built on top of a silicon wafer. Polysilicon springs suspend the structure over the surface of the wafer and provide a resistance against forces due to applied acceleration. Deflection of the structure is measured using differential capacitors that consist ofindependent fixed plates and plates attached to the moving mass. Acceleration deflects the proof mass and unbalances the differential capacitor, resulting in a sensor output whose ampli-tude is proportional to acceleration. Phase-sensitive demodulation is used to determine the magnitude and polarity of the acceleration.POWER SEQUENCING Power can be applied to VS or VDD I/O in any sequence without damaging the ADXL345. All possible power-on modes are summarized in Table 6. The interface voltage level is set with the interface supply voltage, VDD I/O, which must be present to ensure that the ADXL345 does not create a conflict on the communication bus. For single-supply operation, VDD I/O can be the same as the main supply, VS. In a dual-supply application, however, VDD I/O can differ from VS to accommodate the desired interface voltage, as long as VS is greater than or equal to VDD I/O. After VS is applied, the device enters standby mode, where power consumption is minimized and the device waits for VDD I/O to be applie