汽车声品质试验数据管理与分析

摘要：论述了汽车声品质试验数据管理、分析的基本需求和声品质试验数据管理系统（SQTDMS）的设计过程。此系统可以支持单点数据、曲线数据和三维云图数据的导入、对比显示，并具有良好的扩展性。通过对原始声音信号进行保存，结合ArtemiS软件的Automation接口，可以回放声音信号，进行声品质主观评价。系统的建立可以帮助用户对汽车声品质试验数据进行管理、分析。

关键词：数据管理；声品质；ArtemiS软件；数据重用

中图分类号：TB132 文献标志码：A 文章编号：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

随着汽车行业的快速发展，汽车声品质的改进设计显得尤为重要。为此，国内外许多汽车厂商及专家学者也做了许多应用研究［1-5］。在汽车研发过程中进行声品质设计优化，需要对整车及其零部件进行大量的运行测试，随之带来了大量的、有待处理的试验数据［6］ ；试验人员对历史数据进行分析时，往往需要以手工的方式对数据进行挑选和整理，容易产生数据分析过程滞后，准确性不够，信息不畅通等一系列问题，导致决策失误，浪费大量的人力物力［7］。如果能对历史试验数据进行快速对比，研发人员能够挖掘其中规律性的东西，同时对设计重用也有一定的指导意义 ［8］。数据的可视化能够方便地显示数据之间的关联、比较、走势关系，有效揭示出数据的变化趋势，为设计决策提供数据支撑［9］。如果能够将试验分析结果数据放入数据库进行集中保存，通过定制专门的可视化组件，用户可以对试验数据进行特征比较、目标判定、特征提取等操作。同时对试验数据进行集中管理，有效地保护了企业的已有知识，使其得以继承，防止因人员流失等原因造成知识资源的流失［7-9］。

1 需求分析

1.1 现状

根据企业目前的现状，目前声品质信号的采集一般使用HEAD数字、模拟人工头，这样不仅能够采集到双耳的声音信号，还可以采集到其它相关的控制信号，同时支持声音信号的回放。对一台样车进行声品质综合评价，需要在多种试验工况下对声音信号进行采集，如匀速、加速、滑行等。国际上提出过许多声品质的参量［4，10］，在进行客观参量计算时，不同工况采用的分析方法和试验结果类型也各不相同（见表1）。

表 1 试验结果数据类型

另外，试验时的图片、样车信息、天气状况等也是影响试验结果的因素，需要进行保存。

目前的声品质研究工作已经积累了大量样车的试验数据，在以后的研发过程中数据量还会进一步加大，且同一台样车可能会在不同的状态下进行多次试验，以验证设计改进的效果。由于条件限制，已有的试验数据分散地保存在各种存储介质中，没有专人管理，数据安全性、唯一性无法得到保障。用户在分析试验数据时，需要经常拿历史试验结果进行对比；随着技术的进步，也可能需要对历史试验数据进行重新计算，因此数据分析的参数信息也需要保存。另外，主观评价在声品质分析中占有重要地位，需要对采集的原始声音信号进行保存、索引，以便快速调用。

1.2 需求

鉴于目前声品质试验数据的管理需求和数据特点，目前迫切需要将试验数据纳入到统一的管理体系下，进行集中管理；建立专门的数据库系统是一个较为切实可行的方案。声品质试验数据的管理及分析主要包括以下内容：

1）原始数据的管理：原始数据是进行试验结果计算的依据，同时也是进行声品质主观评价的基本需要，所以必须对原始数据进行保存，并与试验样车、计算结果建立关联，方便用户进行后续的分析。

2）计算结果的管理：不同工况下的采集信号，其选择的分析方法、分析参数、试验结果格式是各不相同的。如匀速工况，评价指标一般为响度的平均值，是单点数据；加速工况评价指标为语音清晰度—转速的曲线，是一个二维数组。具体如表2所示。

表 2 试验结果数据格式

3）附加信息的管理：试验时的天气状况、道路状况、对试验条件的特殊说明等都会直接影响试验的结果；不同的试验工况，其行驶路面，选择挡位可能不同，这些数据也是数据分析的重要参考；另外，不同工况下的试验数据，采用的分析参数（分析频带、是否滤波、计算步长等）也可能不同；上述信息都需要进行保存。另外，试验图片、试验报告等文件也是重要的参考信息，需要纳入到系统的管理范围内。

4）试验样车的管理：试验样车的排量、状态（如载荷、选用轮胎、座椅材质等）是进行数据分析的重要参考依据，同时试验样车还是进行数据组织、分类的依据，系统需要建立样车的管理库，用户可以进行样车添加、修改等操作。

5）数据的可视化：能够对保存的试验结果数据进行可视化显示，并支持多条数据的对比显示，方便试验分析人员发现数据间的规律。

2 软件设计及实现

在SQTDMS系统中，试验样车是数据组织的基本单位。试验原始数据是若干声音文件的集合，每个文件可以使用不同的分析方法进行多次计算，计算结果以测点进行区分。部分数据表的关键字段及连接关系如图1所示。

2.1 目录树

SQTDMS系统中的数据呈树型的层次结构，有确定的父子关系，所有的试验数据在目录树中以节点的形式呈现，如图2所示。目录树反映了数据间的父子关系，便于用户选取、浏览试验数据。

在目录树中，父级节点同其子节点是一对多的关系。附件作为一种特殊的节点形式存在，它可以挂接在任意类型的节点下，这样更符合实际的应用需求。

目录树对应的数据库表（tb_Tree）部分字段定义如表3所示。

系统的编制基于Visual Studio 2008和Sql Server 2005；在加载目录树时，需要对tb_Tree表格进行树型查询，但Sql Server 2005本身不支持树型查询SQL语句，系统通过在数据库中建立函数通过递归查询的方式来实现具体需求。函数定义如下：

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

这样通过SQL语句SELECT A.* FROM ［tb_tree］ A，f_id（） B WHERE（a.［node_id］ = b.［id］） ORDER BY b.sid即可以获得需要的按树形结构排序的数据表，并以此建立多级的目录树。

2.2 基础信息管理

2.2.1 量纲、试验结果类型

目前企业进行声品质主客观评价一般是基于HEAD ArtemiS10.0软件，其分析方法和数据量纲是可以枚举的；且在声品质数据分析过程中，基本不需要进行数据单位的换算；所以关于数据量纲和类型的定义可以固化，降低了系统设计的复杂程度，但在数据表设计时已预留了可能的扩展。数据量纲及类型具体如表4所示。

2.2.2 样车管理

样车的排量、生产日期、行驶里程、轮胎型号等信息有的会直接影响试验结果，有的对试验结果分析有重要的参考作用，因此在建立试验样车实例时需要对此类信息进行输入保存；同时样车图片、基本参数、VIN号等信息也可以作为可选项输入，为以后数据查询提供参考。

为保证试验样车的唯一性，在目录树中新建样车节点时只能通过已有样车列表进行选择，防止一台样车被重复添加。

2.3 试验结果的导入

HEAD ArtemiS软件允许高级编程语言通过Automation接口对其进行控制，这就为数据的批量操作和自动化处理提供了可能。

SQTDMS系统的导入功能包括数据的extract（抽取）、transfer（转换）、clean（清洗）和load（装载）等几个步骤。首先，从数据源中提取数据的数值、量纲信息、附加信息（自动或用户手动输入），将其转换成自定义的格式，然后存入到数据库中。试验数据的导入有以下两种途径：

1）根据生成的Excel文件自动导入：ArtemiS软件可以将计算结果导出成Excel文件，其文件格式是相对固定的，可以通过编程方式进行自动化处理，从而完成批量导入操作。

2）通过ArtemiS工程文件自动计算并导入：在ArtemiS软件中，用户可以将需要计算的时域信号文件载入，设定好需要的分析方法和相关参数。利用Automation接口控制ArtemiS文件使其计算、生成结果文件，从而完成数据导入。该方法自动化程度较高。

工程文件导入方法如图3所示。

声品质试验稳态工况的试验结果，主要是一些单点数据，如怠速工况下各测点的响度、语音清晰度平均值。根据目前的试验条件，针对乘用车，人工头（数字、模拟）位置主要有前排驾驶员、副驾、后排左侧、后排右侧四个位置，可将单点数据以表5的格式保存，并支持表格的自定义扩充，方便将数据放入同一个视图中进行比较。

2.4 附加信息管理

数据的附加信息数量较多，且不能枚举。通过建立专门的附加信息数据表，结合自动读取和用户手动输入，可将此类信息正确地保存到数据库中。附加信息的类型允许用户进行自定义扩充。

试验过程中产生的图片、报告等文件可以以附件的形式保存到目录树中。

2.5 时域文件播放

由于声品质的好坏是由人来评判的，只有人参与到听觉事件中，并根据主观心理期望进行判断才能产生声品质。目前，主观评价是进行声品质评价的重要方法，客观评价指标的准确性需要通过主观评价试验来验证［4，5，12］；因此在实际的数据分析过程中，试验人员需要对原始时域信号进行回放，结合客观计算值，以便发现主客观分析之间的关系。ArtemiS的Automation接口提供了HEADArtemiS.Player对象，支持对时域信号进行回放，如果条件允许，还可以连接高保真的音响回放设备，提高主观分析的准确度。声音回放的功能见图4。

2.6 图形化显示

试验数据处理分析包括两方面，一方面可以针对现有的数据进行分析展示，另一方面可以与历史试验数据进行比较分析［11］。试验数据保存到数据库中，还不能满足试验人员的数据分析需要。为验证设计改进的效果，用户往往需要将不同样车或同一样车不同状态下的同工况数据进行比较。在以往的管理模式下，用户需要先收集相应的原始数据文件并重新计算，或者从各个试验报告中将结果数据提取出来，然后再统一显示，此过程较为复杂，而且容易出错。当试验结果按固定格式保存到数据库中后，通过定制相应的数据显示组件，通过简单的拖放，就可以方便地将同类型的数据放在同一个视图中，大大提高了数据分析的效率。如前文述，声品质的试验结果数据可分为三种类型，一维点数据，二维曲线数据和三维云图数据［7］。因此需要定制三种不同的数据显示组件。系统的主界面见图5。

3 应用

使用SQTDMS系统对声品质试验数据进行管理、分析，试验人员可以方便地导入已有数据；系统提供的数据视图和搜索功能可以帮助试验人员快速定位目标数据，为数据分析提供支持。数据以自定义的格式保存到数据库中，其他用户对数据的访问不需要安装相关的分析软件及其使用授权，使数据利用更加充分。数据进行统一保存后，其安全性和唯一性得到了较好的保障。在进行数据查看时，试验人员通过简单的拖放操作就可以得到需要的分析视图，不再需要以往繁琐的数据收集及整理操作，提高了工作效率，有利于企业声品质研究的进一步发展。

4 总结

本文的汽车声品质试验数据分析管理系统设计使用SQL Server 2005为数据库平台，以Visual Studio 2008为开发语言。通过对企业声品质研究的具体需求进行研究，阐述了建立系统的基本思路和关键问题的解决方案，结合HEAD ArtemiS软件，实现了对原始时域文件的保存、管理及回放控制、试验附加信息的管理、试验结果的导入、可视化对比分析，能够很好的满足当前的数据管理、分析需要。数据按自定义格式保存到数据库中，数据分析与展示脱离的原来的数据分析软件，降低了数据访问的成本。为以后进行其它类型试验数据的管理及相关系统的开发提供了参考。

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