汽車ABS試驗輪速信號異常值的識別和處理

楊剛，尚志誠，鐘欣

汽車ABS試驗輪速信號異常值的識別和處理

楊剛1,2，尚志誠1,2，鐘欣1,2

（1.重慶車輛檢測研究院有限公司 國家客車質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心，重慶 401122；2.電動汽車安全評價重慶市工業(yè)和信息化重點實驗室，重慶 401122）

提出了一種汽車ABS試驗輪速信號異常值識別和處理的方法，剔除輪速信號中異常數(shù)據(jù)?；贖ampel識別器識別異常點，將異常信號點進行剔除，并采用最小二乘法對剔除點進行插值，有效的除去輪速信號中的干擾,最后用試驗驗證了該方法能有效地除去輪速信號異常值。

汽車；防抱制動系統(tǒng)；輪速信號；Hampel識別器

引言

車輛防抱制動性能是汽車安全的重要組成部分，當前眾多主動安全系統(tǒng)也是以車輛防抱制動性能為基礎(chǔ)，車輛防抱制動性能也是國內(nèi)汽車法規(guī)中強制性檢測內(nèi)容。

用輪速傳感器采集輪速信號時，傳感器經(jīng)常受到強電的干擾，特別是在新能源汽車上。此外，輪速傳感器有時也會受到安裝不當和路面的影響，造成測試數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大的波動。現(xiàn)有研究基本都通過調(diào)整屏蔽線束[1]，從電磁干擾的角度去掉干擾；或通過濾波技術(shù)消除虛假信號造成的影響[2][3]，但是算法復(fù)雜且無法完全消除異常點。本文提出基于Hampel識別器識別異常點，將異常信號點進行剔除后再用最小二乘法進行插值，得到正常輪速信號，并用試驗驗證方法的準確性。

1 輪速信號抗干擾處原理

汽車安裝輪速傳感器做防抱制動性能試驗時，輪速傳感器會受到車輛高壓電和實際道路的影響，輪速信號會出現(xiàn)異常。當輪速傳感器出現(xiàn)異常時，在輪速信號上會體現(xiàn)出數(shù)據(jù)的急劇增加或減小，那些數(shù)據(jù)點在圖形上顯示是較尖銳的，為了找出這些異常點，可利用Hampel識別器識別信號的異常點，將異常信號點進行剔除后再用最小二乘法進行插值，得到正常輪速信號，其原理圖如圖1所示。

圖1 輪速信號異常值的識別和處理原理圖

1.1 Hampel識別器原理

Hampel識別器是屬于時域濾波器的一種，對于給定的數(shù)據(jù)集，給它假設(shè)一個分布和概率模型[4]，數(shù)據(jù)異常點會表現(xiàn)出與模型期望相差較大，根據(jù)模型不一致檢驗確定異常點，這樣便標記出了異常點。

設(shè)要處理的數(shù)據(jù)集={1,2,…,x}，對包含個數(shù)據(jù)的求中位數(shù)，其中=()，構(gòu)建數(shù)據(jù)集={1,2,…,z}= {|1-|,|2-|,…,| x-|}，對求中位數(shù)，設(shè)=()。再次構(gòu)建數(shù)據(jù)集={1,2,…,m}={1/,2/, …, z/}，給定一個閥值，若中數(shù)據(jù)大于給定的數(shù)時認為數(shù)據(jù)異常，表示數(shù)據(jù)集與中值相差超過個標準差時數(shù)據(jù)異常，其中值需要根據(jù)實際信號進行賦值。

1.2 最小二乘法擬合插值

用Hampel識別器識別異常點后，需要將其剔除掉后重新賦值，為了保存數(shù)據(jù)的完整性和連續(xù)性，可采用插值的方式進行賦值。常見的是對信號進行最小二乘法多項式擬合插值，根據(jù)信號的復(fù)雜程度選擇多項式的階次，插值后便得到正常的輪速信號。

2 試驗測試及算法驗證

2.1 試驗測試

為了驗證Hampel識別器對ABS試驗輪速信號異常值的識別和處理的準確性，用某國產(chǎn)電動客車在重慶機動車強檢試驗場進行防抱制動性能試驗。試驗基于GB/T 13594-2003《機動車和掛車防抱制動系統(tǒng)性能和試驗方法》[5]，測試設(shè)備包括4個輪速傳感器和數(shù)據(jù)采集器，輪速傳感器分別采集測試車輛的4個輪速，下圖2所示為防抱制動性能試驗的低附試驗圖。

圖2 防抱制動性能試驗

2.2 算法驗證

測試車輛在滿載情況下進行試驗，測試低附路面附著系數(shù)為0.3，在電動機脫開狀態(tài)下以初速度40 km/h進行制動，采集試驗數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的采樣頻率為100 Hz。采集的數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)車輛左前輪輪速傳感器數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，其他輪速信號正常，車速和左前輪速的數(shù)據(jù)如下圖3所示。

圖3 低附試驗輪速信號異常圖

從圖3可知，輪速信號出現(xiàn)急劇增加，與正常該工況下的信號不相符。利用Hampel識別器識別輪速信號的異常點，對左前輪速信號每次以50個點作為數(shù)據(jù)集，每次滑窗移動一個點，如果某個樣本與中值相差超過3個標準差則認為是異常。對異常信號進行剔除，并用最小二乘法插值后得到校正后的信號如圖4所示。從圖4可知，校正后的信號與原信號是重合的，但是把輪速信號的異常點剔除了，能較好的處理異常信號。

圖4 低附試驗輪速信號校正圖

進行滿載低附到高附試驗，在電動機脫開狀態(tài)下以初速度50 km/h進行制動，試驗采樣頻率為100 Hz。車輛左前輪輪速傳感器數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，其他輪速信號正常，車速和左前輪速的數(shù)據(jù)如下圖5所示。

圖5 低附到高附試驗輪速信號異常圖

圖5中輪速信號也出現(xiàn)異常，與正常該工況下的信號不符合。利用Hampel識別器識別異常點，對異常信號進行剔除，并用最小二乘法插值后得到校正后的信號如圖6所示，校正后的信號把輪速信號的異常點剔除了。

圖6 低附到高附試驗輪速信號校正圖

3 結(jié)論

針對ABS試驗輪速信號出現(xiàn)異常值，本文提出一種輪速信號異常值的識別和處理方法。根據(jù)Hampel識別器較好地識別識別信號突變的特點，將異常信號點進行識別和剔除，再用最小二乘法進行插值，復(fù)原實際輪速信號。最后用試驗驗證該方法能夠在不同工況下有效的濾除異常信號并保留正常信號，因而具有十分重要的價值。

[1] 李高林,齊林劍,周宇奎.電動汽車輪速傳感器信號失真整改[J].安全與電磁兼容,2012(06):68-70.

[2] 蔣克榮,王治森,孫駿.基于小波變換的汽車輪速信號去噪[J].農(nóng)業(yè)機械學(xué)報,2007(11):1-3.

[3] 厲樸,宋健,于良耀.ABS輪速信號抗干擾處理方法[J].汽車技術(shù), 2001(05):15-17.

[4] 鄒焱飚,林兆花,謝存禧.監(jiān)護信息系統(tǒng)中異常值的識別和處理方法[J].測試技術(shù)學(xué)報,2007(06):531-535.

[5] GB/T 13594-2003,機動車和掛車防抱制動性能和試驗方法[S].

Identification and Treatment of Abnormal Values of Wheel Speed Signals for Automobile Anti-lock Braking

Yang Gang1,2, Shang Zhicheng1,2, Zhong Xin1,2

( 1.National Bus Quality Supervision and Inspection Center, Chongqing Vehicle Test& Research Institute Co., Ltd., Chongqing 401122; 2.Electric Vehicle Safety Evaluation Chongqing Key Laboratory of Industry and Information Technology, Chongqing 401122 )

A method for identifying and processing the abnormal value of the wheel speed signal of the automobile ABS test is proposed, and the abnormal data in the wheel speed signal is eliminated. The abnormal points are identified and removed based on Hampel identifier. The least square method is used to interpolate the culling points, and the interference in the wheel speed signal are effectively removed. Finally, the experiment verifies that the method can effectively remove the abnormal value of the wheel speed signal.

Automobile; Anti-lock brake system; Wheel speed signal; Hampel identifier

A

1671-7988(2020)24-108-03

U467.1+1

A

1671-7988(2020)24-108-03

楊剛，碩士，工程師，就職于重慶車輛檢測研究院有限公司，主要從事汽車主動安全測試和車輛NVH研究。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2020.24.036

CLC NO.: U467.1+1