汽車(chē)聲品質(zhì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理與分析

摘要：論述了汽車(chē)聲品質(zhì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理、分析的基本需求和聲品質(zhì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（SQTDMS）的設(shè)計(jì)過(guò)程。此系統(tǒng)可以支持單點(diǎn)數(shù)據(jù)、曲線數(shù)據(jù)和三維云圖數(shù)據(jù)的導(dǎo)入、對(duì)比顯示，并具有良好的擴(kuò)展性。通過(guò)對(duì)原始聲音信號(hào)進(jìn)行保存，結(jié)合ArtemiS軟件的Automation接口，可以回放聲音信號(hào)，進(jìn)行聲品質(zhì)主觀評(píng)價(jià)。系統(tǒng)的建立可以幫助用戶對(duì)汽車(chē)聲品質(zhì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理、分析。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)管理；聲品質(zhì)；ArtemiS軟件；數(shù)據(jù)重用

中圖分類(lèi)號(hào)：TB132 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1005-2550（2011）02-0071-05

Sound Quality Data Management and Analyzing

YE Chang-jing

（National Automobile Quality Supervision and Test Center（Xiangfan），Xiangfan441004，China）

Abstract：Based on the basic needs of sound quality data management and analyzing， a Sound Quality Tests Data Management System （SQTDMS） was established with functions such as data import，centralized display and good expansibility. The quick playback of primary sound signals is also supported using the relative software interface of ArtemiS. Both subjective and objective evaluation of sound quality can be carried on though this system.

Key words：Data Management；Sound Quality；ArtemiS；Data Reuse

隨著汽車(chē)行業(yè)的快速發(fā)展，汽車(chē)聲品質(zhì)的改進(jìn)設(shè)計(jì)顯得尤為重要。為此，國(guó)內(nèi)外許多汽車(chē)廠商及專(zhuān)家學(xué)者也做了許多應(yīng)用研究［1-5］。在汽車(chē)研發(fā)過(guò)程中進(jìn)行聲品質(zhì)設(shè)計(jì)優(yōu)化，需要對(duì)整車(chē)及其零部件進(jìn)行大量的運(yùn)行測(cè)試，隨之帶來(lái)了大量的、有待處理的試驗(yàn)數(shù)據(jù)［6］ ；試驗(yàn)人員對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析時(shí)，往往需要以手工的方式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行挑選和整理，容易產(chǎn)生數(shù)據(jù)分析過(guò)程滯后，準(zhǔn)確性不夠，信息不暢通等一系列問(wèn)題，導(dǎo)致決策失誤，浪費(fèi)大量的人力物力［7］。如果能對(duì)歷史試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速對(duì)比，研發(fā)人員能夠挖掘其中規(guī)律性的東西，同時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)重用也有一定的指導(dǎo)意義 ［8］。數(shù)據(jù)的可視化能夠方便地顯示數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)、比較、走勢(shì)關(guān)系，有效揭示出數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)，為設(shè)計(jì)決策提供數(shù)據(jù)支撐［9］。如果能夠?qū)⒃囼?yàn)分析結(jié)果數(shù)據(jù)放入數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行集中保存，通過(guò)定制專(zhuān)門(mén)的可視化組件，用戶可以對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行特征比較、目標(biāo)判定、特征提取等操作。同時(shí)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行集中管理，有效地保護(hù)了企業(yè)的已有知識(shí)，使其得以繼承，防止因人員流失等原因造成知識(shí)資源的流失［7-9］。

1 需求分析

1.1 現(xiàn)狀

根據(jù)企業(yè)目前的現(xiàn)狀，目前聲品質(zhì)信號(hào)的采集一般使用HEAD數(shù)字、模擬人工頭，這樣不僅能夠采集到雙耳的聲音信號(hào)，還可以采集到其它相關(guān)的控制信號(hào)，同時(shí)支持聲音信號(hào)的回放。對(duì)一臺(tái)樣車(chē)進(jìn)行聲品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)，需要在多種試驗(yàn)工況下對(duì)聲音信號(hào)進(jìn)行采集，如勻速、加速、滑行等。國(guó)際上提出過(guò)許多聲品質(zhì)的參量［4，10］，在進(jìn)行客觀參量計(jì)算時(shí)，不同工況采用的分析方法和試驗(yàn)結(jié)果類(lèi)型也各不相同（見(jiàn)表1）。

表 1 試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)類(lèi)型

另外，試驗(yàn)時(shí)的圖片、樣車(chē)信息、天氣狀況等也是影響試驗(yàn)結(jié)果的因素，需要進(jìn)行保存。

目前的聲品質(zhì)研究工作已經(jīng)積累了大量樣車(chē)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，在以后的研發(fā)過(guò)程中數(shù)據(jù)量還會(huì)進(jìn)一步加大，且同一臺(tái)樣車(chē)可能會(huì)在不同的狀態(tài)下進(jìn)行多次試驗(yàn)，以驗(yàn)證設(shè)計(jì)改進(jìn)的效果。由于條件限制，已有的試驗(yàn)數(shù)據(jù)分散地保存在各種存儲(chǔ)介質(zhì)中，沒(méi)有專(zhuān)人管理，數(shù)據(jù)安全性、唯一性無(wú)法得到保障。用戶在分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，需要經(jīng)常拿歷史試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比；隨著技術(shù)的進(jìn)步，也可能需要對(duì)歷史試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行重新計(jì)算，因此數(shù)據(jù)分析的參數(shù)信息也需要保存。另外，主觀評(píng)價(jià)在聲品質(zhì)分析中占有重要地位，需要對(duì)采集的原始聲音信號(hào)進(jìn)行保存、索引，以便快速調(diào)用。

1.2 需求

鑒于目前聲品質(zhì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的管理需求和數(shù)據(jù)特點(diǎn)，目前迫切需要將試驗(yàn)數(shù)據(jù)納入到統(tǒng)一的管理體系下，進(jìn)行集中管理；建立專(zhuān)門(mén)的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是一個(gè)較為切實(shí)可行的方案。聲品質(zhì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的管理及分析主要包括以下內(nèi)容：

1）原始數(shù)據(jù)的管理：原始數(shù)據(jù)是進(jìn)行試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算的依據(jù)，同時(shí)也是進(jìn)行聲品質(zhì)主觀評(píng)價(jià)的基本需要，所以必須對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，并與試驗(yàn)樣車(chē)、計(jì)算結(jié)果建立關(guān)聯(lián)，方便用戶進(jìn)行后續(xù)的分析。

2）計(jì)算結(jié)果的管理：不同工況下的采集信號(hào)，其選擇的分析方法、分析參數(shù)、試驗(yàn)結(jié)果格式是各不相同的。如勻速工況，評(píng)價(jià)指標(biāo)一般為響度的平均值，是單點(diǎn)數(shù)據(jù)；加速工況評(píng)價(jià)指標(biāo)為語(yǔ)音清晰度—轉(zhuǎn)速的曲線，是一個(gè)二維數(shù)組。具體如表2所示。

表 2 試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)格式

3）附加信息的管理：試驗(yàn)時(shí)的天氣狀況、道路狀況、對(duì)試驗(yàn)條件的特殊說(shuō)明等都會(huì)直接影響試驗(yàn)的結(jié)果；不同的試驗(yàn)工況，其行駛路面，選擇擋位可能不同，這些數(shù)據(jù)也是數(shù)據(jù)分析的重要參考；另外，不同工況下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用的分析參數(shù)（分析頻帶、是否濾波、計(jì)算步長(zhǎng)等）也可能不同；上述信息都需要進(jìn)行保存。另外，試驗(yàn)圖片、試驗(yàn)報(bào)告等文件也是重要的參考信息，需要納入到系統(tǒng)的管理范圍內(nèi)。

4）試驗(yàn)樣車(chē)的管理：試驗(yàn)樣車(chē)的排量、狀態(tài)（如載荷、選用輪胎、座椅材質(zhì)等）是進(jìn)行數(shù)據(jù)分析的重要參考依據(jù)，同時(shí)試驗(yàn)樣車(chē)還是進(jìn)行數(shù)據(jù)組織、分類(lèi)的依據(jù)，系統(tǒng)需要建立樣車(chē)的管理庫(kù)，用戶可以進(jìn)行樣車(chē)添加、修改等操作。

5）數(shù)據(jù)的可視化：能夠?qū)Ρ４娴脑囼?yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化顯示，并支持多條數(shù)據(jù)的對(duì)比顯示，方便試驗(yàn)分析人員發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)間的規(guī)律。

2 軟件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

在SQTDMS系統(tǒng)中，試驗(yàn)樣車(chē)是數(shù)據(jù)組織的基本單位。試驗(yàn)原始數(shù)據(jù)是若干聲音文件的集合，每個(gè)文件可以使用不同的分析方法進(jìn)行多次計(jì)算，計(jì)算結(jié)果以測(cè)點(diǎn)進(jìn)行區(qū)分。部分?jǐn)?shù)據(jù)表的關(guān)鍵字段及連接關(guān)系如圖1所示。

2.1 目錄樹(shù)

SQTDMS系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)呈樹(shù)型的層次結(jié)構(gòu)，有確定的父子關(guān)系，所有的試驗(yàn)數(shù)據(jù)在目錄樹(shù)中以節(jié)點(diǎn)的形式呈現(xiàn)，如圖2所示。目錄樹(shù)反映了數(shù)據(jù)間的父子關(guān)系，便于用戶選取、瀏覽試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

在目錄樹(shù)中，父級(jí)節(jié)點(diǎn)同其子節(jié)點(diǎn)是一對(duì)多的關(guān)系。附件作為一種特殊的節(jié)點(diǎn)形式存在，它可以掛接在任意類(lèi)型的節(jié)點(diǎn)下，這樣更符合實(shí)際的應(yīng)用需求。

目錄樹(shù)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)表（tb_Tree）部分字段定義如表3所示。

系統(tǒng)的編制基于Visual Studio 2008和Sql Server 2005；在加載目錄樹(shù)時(shí)，需要對(duì)tb_Tree表格進(jìn)行樹(shù)型查詢，但Sql Server 2005本身不支持樹(shù)型查詢SQL語(yǔ)句，系統(tǒng)通過(guò)在數(shù)據(jù)庫(kù)中建立函數(shù)通過(guò)遞歸查詢的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)具體需求。函數(shù)定義如下：

if exists （select * from dbo.sysobjects where id = object_id（N'［dbo］.［f_id］'） and xtype in （N'FN'， N'IF'， N'TF'）） drop function ［dbo］.［f_id］

GO

CREATE FUNCTION f_id（）

RETURNS TABLE

AS

RETURN（

WITH stb（［id］，［level］，［sid］）

AS（

SELECT ［node_id］，1，CAST（RIGHT（10000+［node_id］，4） as varchar（8000））

FROM ［tb_tree］

WHERE ［node_fatherid］=0

UNION ALL

SELECT A.［node_id］，B.［level］+1，B.sid+RIGHT（10000+A.［ node _id］，4）

FROM ［tb_tree］ A，stb B

WHERE A.［node_fatherid］=B.［id］）

SELECT * FROM stb

）

GO

這樣通過(guò)SQL語(yǔ)句SELECT A.* FROM ［tb_tree］ A，f_id（） B WHERE（a.［node_id］ = b.［id］） ORDER BY b.sid即可以獲得需要的按樹(shù)形結(jié)構(gòu)排序的數(shù)據(jù)表，并以此建立多級(jí)的目錄樹(shù)。

2.2 基礎(chǔ)信息管理

2.2.1 量綱、試驗(yàn)結(jié)果類(lèi)型

目前企業(yè)進(jìn)行聲品質(zhì)主客觀評(píng)價(jià)一般是基于HEAD ArtemiS10.0軟件，其分析方法和數(shù)據(jù)量綱是可以枚舉的；且在聲品質(zhì)數(shù)據(jù)分析過(guò)程中，基本不需要進(jìn)行數(shù)據(jù)單位的換算；所以關(guān)于數(shù)據(jù)量綱和類(lèi)型的定義可以固化，降低了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度，但在數(shù)據(jù)表設(shè)計(jì)時(shí)已預(yù)留了可能的擴(kuò)展。數(shù)據(jù)量綱及類(lèi)型具體如表4所示。

2.2.2 樣車(chē)管理

樣車(chē)的排量、生產(chǎn)日期、行駛里程、輪胎型號(hào)等信息有的會(huì)直接影響試驗(yàn)結(jié)果，有的對(duì)試驗(yàn)結(jié)果分析有重要的參考作用，因此在建立試驗(yàn)樣車(chē)實(shí)例時(shí)需要對(duì)此類(lèi)信息進(jìn)行輸入保存；同時(shí)樣車(chē)圖片、基本參數(shù)、VIN號(hào)等信息也可以作為可選項(xiàng)輸入，為以后數(shù)據(jù)查詢提供參考。

為保證試驗(yàn)樣車(chē)的唯一性，在目錄樹(shù)中新建樣車(chē)節(jié)點(diǎn)時(shí)只能通過(guò)已有樣車(chē)列表進(jìn)行選擇，防止一臺(tái)樣車(chē)被重復(fù)添加。

2.3 試驗(yàn)結(jié)果的導(dǎo)入

HEAD ArtemiS軟件允許高級(jí)編程語(yǔ)言通過(guò)Automation接口對(duì)其進(jìn)行控制，這就為數(shù)據(jù)的批量操作和自動(dòng)化處理提供了可能。

SQTDMS系統(tǒng)的導(dǎo)入功能包括數(shù)據(jù)的extract（抽取）、transfer（轉(zhuǎn)換）、clean（清洗）和load（裝載）等幾個(gè)步驟。首先，從數(shù)據(jù)源中提取數(shù)據(jù)的數(shù)值、量綱信息、附加信息（自動(dòng)或用戶手動(dòng)輸入），將其轉(zhuǎn)換成自定義的格式，然后存入到數(shù)據(jù)庫(kù)中。試驗(yàn)數(shù)據(jù)的導(dǎo)入有以下兩種途徑：

1）根據(jù)生成的Excel文件自動(dòng)導(dǎo)入：ArtemiS軟件可以將計(jì)算結(jié)果導(dǎo)出成Excel文件，其文件格式是相對(duì)固定的，可以通過(guò)編程方式進(jìn)行自動(dòng)化處理，從而完成批量導(dǎo)入操作。

2）通過(guò)ArtemiS工程文件自動(dòng)計(jì)算并導(dǎo)入：在ArtemiS軟件中，用戶可以將需要計(jì)算的時(shí)域信號(hào)文件載入，設(shè)定好需要的分析方法和相關(guān)參數(shù)。利用Automation接口控制ArtemiS文件使其計(jì)算、生成結(jié)果文件，從而完成數(shù)據(jù)導(dǎo)入。該方法自動(dòng)化程度較高。

工程文件導(dǎo)入方法如圖3所示。

聲品質(zhì)試驗(yàn)穩(wěn)態(tài)工況的試驗(yàn)結(jié)果，主要是一些單點(diǎn)數(shù)據(jù)，如怠速工況下各測(cè)點(diǎn)的響度、語(yǔ)音清晰度平均值。根據(jù)目前的試驗(yàn)條件，針對(duì)乘用車(chē)，人工頭（數(shù)字、模擬）位置主要有前排駕駛員、副駕、后排左側(cè)、后排右側(cè)四個(gè)位置，可將單點(diǎn)數(shù)據(jù)以表5的格式保存，并支持表格的自定義擴(kuò)充，方便將數(shù)據(jù)放入同一個(gè)視圖中進(jìn)行比較。

2.4 附加信息管理

數(shù)據(jù)的附加信息數(shù)量較多，且不能枚舉。通過(guò)建立專(zhuān)門(mén)的附加信息數(shù)據(jù)表，結(jié)合自動(dòng)讀取和用戶手動(dòng)輸入，可將此類(lèi)信息正確地保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中。附加信息的類(lèi)型允許用戶進(jìn)行自定義擴(kuò)充。

試驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生的圖片、報(bào)告等文件可以以附件的形式保存到目錄樹(shù)中。

2.5 時(shí)域文件播放

由于聲品質(zhì)的好壞是由人來(lái)評(píng)判的，只有人參與到聽(tīng)覺(jué)事件中，并根據(jù)主觀心理期望進(jìn)行判斷才能產(chǎn)生聲品質(zhì)。目前，主觀評(píng)價(jià)是進(jìn)行聲品質(zhì)評(píng)價(jià)的重要方法，客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)的準(zhǔn)確性需要通過(guò)主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證［4，5，12］；因此在實(shí)際的數(shù)據(jù)分析過(guò)程中，試驗(yàn)人員需要對(duì)原始時(shí)域信號(hào)進(jìn)行回放，結(jié)合客觀計(jì)算值，以便發(fā)現(xiàn)主客觀分析之間的關(guān)系。ArtemiS的Automation接口提供了HEADArtemiS.Player對(duì)象，支持對(duì)時(shí)域信號(hào)進(jìn)行回放，如果條件允許，還可以連接高保真的音響回放設(shè)備，提高主觀分析的準(zhǔn)確度。聲音回放的功能見(jiàn)圖4。

2.6 圖形化顯示

試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理分析包括兩方面，一方面可以針對(duì)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析展示，另一方面可以與歷史試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析［11］。試驗(yàn)數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中，還不能滿足試驗(yàn)人員的數(shù)據(jù)分析需要。為驗(yàn)證設(shè)計(jì)改進(jìn)的效果，用戶往往需要將不同樣車(chē)或同一樣車(chē)不同狀態(tài)下的同工況數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。在以往的管理模式下，用戶需要先收集相應(yīng)的原始數(shù)據(jù)文件并重新計(jì)算，或者從各個(gè)試驗(yàn)報(bào)告中將結(jié)果數(shù)據(jù)提取出來(lái)，然后再統(tǒng)一顯示，此過(guò)程較為復(fù)雜，而且容易出錯(cuò)。當(dāng)試驗(yàn)結(jié)果按固定格式保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中后，通過(guò)定制相應(yīng)的數(shù)據(jù)顯示組件，通過(guò)簡(jiǎn)單的拖放，就可以方便地將同類(lèi)型的數(shù)據(jù)放在同一個(gè)視圖中，大大提高了數(shù)據(jù)分析的效率。如前文述，聲品質(zhì)的試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)可分為三種類(lèi)型，一維點(diǎn)數(shù)據(jù)，二維曲線數(shù)據(jù)和三維云圖數(shù)據(jù)［7］。因此需要定制三種不同的數(shù)據(jù)顯示組件。系統(tǒng)的主界面見(jiàn)圖5。

3 應(yīng)用

使用SQTDMS系統(tǒng)對(duì)聲品質(zhì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理、分析，試驗(yàn)人員可以方便地導(dǎo)入已有數(shù)據(jù)；系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)視圖和搜索功能可以幫助試驗(yàn)人員快速定位目標(biāo)數(shù)據(jù)，為數(shù)據(jù)分析提供支持。數(shù)據(jù)以自定義的格式保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中，其他用戶對(duì)數(shù)據(jù)的訪問(wèn)不需要安裝相關(guān)的分析軟件及其使用授權(quán)，使數(shù)據(jù)利用更加充分。數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一保存后，其安全性和唯一性得到了較好的保障。在進(jìn)行數(shù)據(jù)查看時(shí)，試驗(yàn)人員通過(guò)簡(jiǎn)單的拖放操作就可以得到需要的分析視圖，不再需要以往繁瑣的數(shù)據(jù)收集及整理操作，提高了工作效率，有利于企業(yè)聲品質(zhì)研究的進(jìn)一步發(fā)展。

4 總結(jié)

本文的汽車(chē)聲品質(zhì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用SQL Server 2005為數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)，以Visual Studio 2008為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言。通過(guò)對(duì)企業(yè)聲品質(zhì)研究的具體需求進(jìn)行研究，闡述了建立系統(tǒng)的基本思路和關(guān)鍵問(wèn)題的解決方案，結(jié)合HEAD ArtemiS軟件，實(shí)現(xiàn)了對(duì)原始時(shí)域文件的保存、管理及回放控制、試驗(yàn)附加信息的管理、試驗(yàn)結(jié)果的導(dǎo)入、可視化對(duì)比分析，能夠很好的滿足當(dāng)前的數(shù)據(jù)管理、分析需要。數(shù)據(jù)按自定義格式保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中，數(shù)據(jù)分析與展示脫離的原來(lái)的數(shù)據(jù)分析軟件，降低了數(shù)據(jù)訪問(wèn)的成本。為以后進(jìn)行其它類(lèi)型試驗(yàn)數(shù)據(jù)的管理及相關(guān)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)提供了參考。

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