基于ISO 2631标准的车辆平顺性加权加速度计算工具

资 源 简 介

该项目旨在通过MATLAB编程实现车辆行驶过程中加速度数据的深度分析与平顺性评估。其核心功能是计算频率加权加速度均方根值，这是衡量人体对振动主观感受的关键指标。系统首先对采集到的原始加速度时域信号进行预处理，包括零漂消除与低通滤波，随后根据ISO 2631-1国际标准中定义的频率加权函数（如用于垂直方向的Wk滤波器或用于水平方向的Wd滤波器），利用双线性变换法或脉冲响应不变法将连续传递函数设计成对应的离散数字滤波器。程序自动将原始录制的振动信号通过该加权滤波器，以补偿人体对不同频率振动敏感度的生理差异，从

详 情 说 明

ISO 2631 车辆平顺性加权加速度计算项目

项目介绍

本项目是一个基于 MATLAB 开发的车辆平顺性评估工具，严格遵循 ISO 2631-1 国际标准。其核心目标是处理车辆行驶过程中产生的原始加速度信号，通过模拟人体对不同频率振动的敏感程度，计算出客观的舒适性评价指标。项目实现了从原始数据预处理、频率加权滤波、统计指标计算到结果可视化展示的完整流程，为汽车底盘调校、悬架系统优化及乘坐舒适性评价提供科学的数据支撑。

功能特性

1. 三轴数据协同处理：支持车辆 X（纵向）、Y（横向）、Z（垂直）三个方向的加速度数据同步计算。
2. 标准化频率加权：内置 ISO 2631-1 定义的 Wk（用于垂直方向）和 Wd（用于水平方向）频率加权函数。
3. 高级信号预处理：包含自动去趋势（消除零漂）和低通滤波功能，确保分析数据的纯净度。
4. 多维度评价指标：自动计算加权均方根值（RMS）、总合振动值（a_v）、峰值因子（Crest Factor）以及振动剂量值（VDV）。
5. 智能舒适度分级：根据标准定义的阈值对计算结果进行文字化评估，直观反映不适感程度。
6. 可视化对比分析：提供时域波形对比图和功率谱密度（PSD）对比图，帮助分析各频段的能量分布。

系统要求

1. 软件环境：MATLAB R2016b 或更高版本。
2. 工具箱要求：需要信号处理工具箱（Signal Processing Toolbox）用于功率谱估计和基础滤波函数。

实现逻辑与算法详情

该项目的主程序逻辑分为以下七个主要阶段：

1. 参数初始化与数据模拟

系统首先定义采样频率（512Hz）和分析时长。为演示功能，程序模拟生成了包含低频简谐振动、随机高频噪声和直流漂移成分的三轴加速度信号。同时根据坐姿平顺性评价要求，设定了各轴向的加权系数（kx=1.4, ky=1.4, kz=1.0）。

2. 信号预处理

为了消除原始传感器的零点漂移和环境高频干扰，程序执行了两个步骤：

• 去趋势处理：通过移除信号中的线性趋势，使加速度信号围绕零值波动。
• 低通滤波：采用 4 阶巴特沃斯滤波器，截止频率设为 100Hz，滤除人体不敏感的高频机械噪声。

3. 加权滤波器设计

这是项目的核心算法部分。程序通过数学建模实现了 ISO 2631 规定的连续传递函数转化：

• 带通滤波：限制频率范围在 0.4Hz 至 100Hz 之间。
• 加权转换：针对 Wk 和 Wd 两种曲线，将加速度信号转换为反映人体生理感受的量。
• 数值设计：程序未直接调用控制系统工具箱，而是通过内部定义的双线性变换逻辑，将 S 域（连续）传递函数手动映射为 Z 域（离散）数字滤波器系数。

4. 频率加权处理

预处理后的信号流经设计好的离散 IIR 滤波器。Wd 滤波器应用于 X 和 Y 轴，Wk 滤波器应用于 Z 轴。此步骤补偿了人体对 4Hz-8Hz（垂直）及 0.5Hz-2Hz（水平）振动最为敏感的生理特性。

5. 平顺性指标计算

• RMS：计算各轴加权加速度的时间平均有效值。
• Av：将三个方向的加权值依据贡献比例进行向量合成，得出综合加权振动值。
• CF（峰值因子）：评估振动的冲击性，计算加权信号峰值与 RMS 的比值。
• VDV（振动剂量值）：通过加速度四次方积分计算，对于评估包含偶发冲击的振动更为准确。

6. 可视化分析

程序自动生成图形窗口：

• 时域对比：展示 Z 轴加权前后的波形重叠图，清晰显示加权滤波对信号振幅的修正。
• 频域对比：通过 Welch 法计算功率谱密度，在对数坐标下展示频率加权函数对不同频段能量的衰减或增强作用。

7. 统计输出与舒适度评估

程序在终端打印标准化的统计表格，并根据合成振动值 a_v 的大小，自动匹配 ISO 2631 定义的六个舒适度等级（从“极好”到“极其不适”）。

核心算法辅助功能说明

为了实现高精度的滤波器设计，程序内部构建了以下算法模块：

• 离散化引擎：利用双线性变换公式，处理最高二阶的传递函数转换，确保数字滤波器的频率响应与国际标准定义的连续曲线高度吻合。
• 级联滤波结构：通过串联高通、低通及特定频率步进滤波器，构建复杂的加权网络，保证了数值计算的稳定性。
• 积分逻辑：在 VDV 计算中采用数值积分法处理高阶时间历程，确保剂量值评估的准确性。

使用方法

1. 将项目文件放置在 MATLAB 当前工作路径下。
2. 运行主分析程序。
3. 程序将自动执行计算并在命令行窗口输出各项评价指标表格。
4. 观察弹出的可视化图形，分析车辆在不同频段的振动特性。
5. 如需分析实际采集的数据，只需将模拟数据生成部分替换为读取本地 CSV 或 MAT 文件的逻辑即可。