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摘要：道路路面不平度数据是车辆工程試验中研究外部输入激励的主要成分，影响车辆行驶的平顺性、乘坐舒适性、操纵稳定性、零部件疲劳寿命、运输效率、油耗等各个方面，在汽车工程领域中，常常使用道路谱，即路面不平度曲线的功率谱密度来反映路面的质量好坏。本文对道路路面谱的测量方式、测试系统构成及信号的处理、曲线拟合及光滑等技术手段进行了简要综述。
关键词：道路路面谱；信号处理；FFT
1、路面谱的简介
道路路面不平度数据是车辆工程试验中研究外部输入激励的主要成分，影响车辆行驶的平顺性、乘坐舒适性、操纵稳定性、零部件疲劳寿命、运输效率、油耗等各个方面，在汽车工程领域中，常常使用道路谱，即路面不平度曲线的功率谱密度来反映路面的质量好坏。
因此准确获取某个地区的道路路面平整度和路面能量分布的总体概况就显得非常重要，只有获得了能够代表地区典型特征的道路谱，车辆设计开发人员才能有针对性的设计和开发车辆，才能准确地了解开发车辆的性能是否满足在该路该地区的道路上行驶。
2、路面谱的生成方法
目前的车辆工程研究中，选择道路谱曲线，即道路路面不平度数据的功率谱密度PSD（Power Spectral Density）曲线作为车辆外部输入的主要分析工具。PSD是将道路断面看成由不同特性的短波、中波及长波组成，通过分析不同频率下的高程、速度、加速度的方差来分析路面断面的不平整性。经过车辆振动系统作用后的功率谱分析可以比较不同波长下输入、输出的变化，从而知道平整度敏感的频率范围，有利于评价动力反应类平整度的特征，也为车辆振动系统的优化提供分析基础，故此在道路工程和车辆工程中被大量采用。然而工程师们往往使用的是一条随机路段的PSD曲线，或者是一条仿真路面数据的PSD曲线，这些都不能在总体上、全局上，反映一个地区的路面特征，不利于汽车厂商针对不同的地区进行区域化分析和区域化车辆市场的投放和研发，因此为了能够能够生成代表地区或者道路类型的典型道路谱往往采用典型路段的选取和测量、道路谱计算和滤波、典型道路谱的提取三个步骤来完成。
3、信号处理技术在路面谱生成中的应用
3.1数据的采集及预处理
（1）为了避免采样过程中的频率混淆，采样过程中应当遵循采样定理，采集信号中所包含的频谱分量不得高于采样频率的一半，因而在构建道路谱数据采集系统过程中，一般都会在信号采集过程中使用抗混滤波器。
（2）另外需要根据采集条件设定分析空间频率的范围、采样频率等，应选择一个具有适当截止频率的高通滤波器来消除其影响，这种处理称为消除趋势项。
（3）为了避免谱的失真（泄露），常采用汉宁窗函数，并设定修正系数为8/3。
3.2信号分析方法——FFT
（1）模拟量的数字化
由于在路谱采集中常用的路面不平度测量仪等通过机械方式采集到连续的模拟量电压或电流信号，为便于分析需对模拟量进行过数字化。
（2）比FFT（快速傅里叶变换）简介
快速傅里叶变换（FFT）是离散信号傅里叶变换（DFT）的一种快速算法。利用DFF系数的对称性和周期性，合并DFT运算中的某些项；将长序列分解为短序列，从而减少其运算量。
FFT的计算过程简介如下：
设序列点数N=2M，M为整数。若不满足，则补零
X（n）DFT为：
通过分组，大幅度减少了数据处理运算量，所以使用FFF算法可以大大提高傅里叶变换的运算速度，运算时间缩短一到两个数量级，从而使DFT变换应用迅速普及，在频谱分析中具有较大的实用价值。
3.3路谱的统计精度及优化
在计算得到某一地区所有测量路段的道路谱之后，将其所有道路谱曲线绘制与双对数坐标系下，在每一个频程中的中心空间频率处，计算所有测量路段在该频率处谱值的均值，连接所关注空间频率范围内所有中心频率处的均值，形成均值谱，该均值谱就是能够代表该地区路面特征的典型道路谱。
4、总结
现代工程开发中，测量技术是支撑工程开发的重要手段，不同于传统的机械式测量，通过信号处理与变换的方式。将传统的机械时域信号在时域、频域等多个空间范围内对信号进行了分析，在不同维度内对信号进行分析理解，极大地拓宽了信号的处理手段及便捷度。同時，为了适应计算机对数据的采集、处理，衍生了数字信号处理技术，为我们的工程技术研究增加了可靠的技术手段。
关键词：道路路面谱；信号处理；FFT
1、路面谱的简介
道路路面不平度数据是车辆工程试验中研究外部输入激励的主要成分，影响车辆行驶的平顺性、乘坐舒适性、操纵稳定性、零部件疲劳寿命、运输效率、油耗等各个方面，在汽车工程领域中，常常使用道路谱，即路面不平度曲线的功率谱密度来反映路面的质量好坏。
因此准确获取某个地区的道路路面平整度和路面能量分布的总体概况就显得非常重要，只有获得了能够代表地区典型特征的道路谱，车辆设计开发人员才能有针对性的设计和开发车辆，才能准确地了解开发车辆的性能是否满足在该路该地区的道路上行驶。
2、路面谱的生成方法
目前的车辆工程研究中，选择道路谱曲线，即道路路面不平度数据的功率谱密度PSD（Power Spectral Density）曲线作为车辆外部输入的主要分析工具。PSD是将道路断面看成由不同特性的短波、中波及长波组成，通过分析不同频率下的高程、速度、加速度的方差来分析路面断面的不平整性。经过车辆振动系统作用后的功率谱分析可以比较不同波长下输入、输出的变化，从而知道平整度敏感的频率范围，有利于评价动力反应类平整度的特征，也为车辆振动系统的优化提供分析基础，故此在道路工程和车辆工程中被大量采用。然而工程师们往往使用的是一条随机路段的PSD曲线，或者是一条仿真路面数据的PSD曲线，这些都不能在总体上、全局上，反映一个地区的路面特征，不利于汽车厂商针对不同的地区进行区域化分析和区域化车辆市场的投放和研发，因此为了能够能够生成代表地区或者道路类型的典型道路谱往往采用典型路段的选取和测量、道路谱计算和滤波、典型道路谱的提取三个步骤来完成。
3、信号处理技术在路面谱生成中的应用
3.1数据的采集及预处理
（1）为了避免采样过程中的频率混淆，采样过程中应当遵循采样定理，采集信号中所包含的频谱分量不得高于采样频率的一半，因而在构建道路谱数据采集系统过程中，一般都会在信号采集过程中使用抗混滤波器。
（2）另外需要根据采集条件设定分析空间频率的范围、采样频率等，应选择一个具有适当截止频率的高通滤波器来消除其影响，这种处理称为消除趋势项。
（3）为了避免谱的失真（泄露），常采用汉宁窗函数，并设定修正系数为8/3。
3.2信号分析方法——FFT
（1）模拟量的数字化
由于在路谱采集中常用的路面不平度测量仪等通过机械方式采集到连续的模拟量电压或电流信号，为便于分析需对模拟量进行过数字化。
（2）比FFT（快速傅里叶变换）简介
快速傅里叶变换（FFT）是离散信号傅里叶变换（DFT）的一种快速算法。利用DFF系数的对称性和周期性，合并DFT运算中的某些项；将长序列分解为短序列，从而减少其运算量。
FFT的计算过程简介如下：
设序列点数N=2M，M为整数。若不满足，则补零
X（n）DFT为：
通过分组，大幅度减少了数据处理运算量，所以使用FFF算法可以大大提高傅里叶变换的运算速度，运算时间缩短一到两个数量级，从而使DFT变换应用迅速普及，在频谱分析中具有较大的实用价值。
3.3路谱的统计精度及优化
在计算得到某一地区所有测量路段的道路谱之后，将其所有道路谱曲线绘制与双对数坐标系下，在每一个频程中的中心空间频率处，计算所有测量路段在该频率处谱值的均值，连接所关注空间频率范围内所有中心频率处的均值，形成均值谱，该均值谱就是能够代表该地区路面特征的典型道路谱。
4、总结
现代工程开发中，测量技术是支撑工程开发的重要手段，不同于传统的机械式测量，通过信号处理与变换的方式。将传统的机械时域信号在时域、频域等多个空间范围内对信号进行了分析，在不同维度内对信号进行分析理解，极大地拓宽了信号的处理手段及便捷度。同時，为了适应计算机对数据的采集、处理，衍生了数字信号处理技术，为我们的工程技术研究增加了可靠的技术手段。