線控轉(zhuǎn)向拉線傳感器降噪方法研究

趙明旭 劉叢浩 徐鳳

摘要：在高級輔助駕駛（ADAS）中信號的采集和輸出隨著智能駕駛的大量普及變得越來越重要。信號的采集引進的是美國儀器公司的NI設(shè)備，因具有高精度、高實時性等特點，被國內(nèi)外各大高校和企業(yè)研究所所認可。針對拉線傳感器自身產(chǎn)生的信號白噪聲用NI設(shè)備進行信號采集，在Matlab環(huán)境下，用卡爾曼濾波語言算法實現(xiàn)濾波，得到拉線在輸出信號的時候減少波動，進而保證車輛在行進間具有較好的操縱穩(wěn)定性。

Abstract： The acquisition and output of signals in Advanced Assisted Driving （ADAS） is becoming increasingly important with the massive popularity of intelligent driving. The signal acquisition is introduced by NI equipment from American Instruments which is recognized by major universities and corporate research institutes at home and abroad for its high accuracy and high real-time characteristics. For the signal white noise generated by The acquisition and output of signals in Advanced Assisted Driving （ADAS） is becoming increasingly important with the massive popularity of intelligent driving. The signal acquisition is introduced by NI equipment from American Instruments， which is recognized by major universities and corporate research institutes at home and abroad for its high accuracy and high real-time characteristics. For the signal white noise generated by the pull wire sensor itself using NI equipment for signal acquisition， in the Matlab environment， using Kalman filtering language algorithm to achieve filtering， to get the pull wire in the output signal to reduce fluctuations， and thus to ensure that the vehicle in the travel to maintain a better handling stability and driving experience.

關(guān)鍵詞：ADAS實驗平臺;信號處理;卡爾曼濾波

Key words： ADAS experimental platform;signal processing;kalman filtering

中圖分類號：TP212.6? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）18-0044-02

0? 引言

目前，我國汽車產(chǎn)業(yè)正處于高速發(fā)展的上升階段，并且，在汽車生產(chǎn)技術(shù)中心，融入了先進的電子技術(shù)和智能技術(shù)，使現(xiàn)在的汽車制造更具備時代的科技感，給人們帶來了全新的駕駛體驗[1]。隨著科學(xué)水平的發(fā)展科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域都得到了很好的提升，對我國汽車制造業(yè)也是一次突破。汽車線控技術(shù)的發(fā)展越來越趨向自動化和智能化。自動化和智能化追本溯源是計算機技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字信號處理技術(shù)得到了越來越廣泛地應(yīng)用，它已成為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)必不可少的工具[2]。信號處理從以前的人類肉眼觀察變成用精密儀器進行測量。在信號的產(chǎn)生過程中不免會有一些白噪聲的產(chǎn)生，其實白噪聲的產(chǎn)生也是一個隨機過程，這時就需要我們引進濾波器。顧名思義，所謂的濾波器就是能夠過濾信號的器具[3]。濾波器在進行濾波的過程中并不是萬能的[4]，濾波只是最大限度的降低白噪聲的干擾，有的濾波器并不是完全的消除噪聲，有的則可能完全地消除。

本文在ADAS實驗平臺中，運用卡爾曼濾波算法將拉線傳感器產(chǎn)生的系統(tǒng)白噪聲濾除，使得我們所測得的數(shù)據(jù)更加接近真實值，從而保證實驗數(shù)據(jù)的真實性和可靠性。

1? 硬件部分

傳感器是作為線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的重要組成部分，對駕駛員的轉(zhuǎn)向意圖的響應(yīng)靈敏度和車輛的轉(zhuǎn)角的采集精確度將影響整個轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制效果。所以傳感器的設(shè)計制作體積小，測量誤差小和轉(zhuǎn)換速度快就顯得尤為重要。本文采用了拉線傳感器在固定長度的情況下，產(chǎn)生的電壓值作為信號的輸入，如圖1所示為拉線傳感器的主要參數(shù)。

為了進行有效的測量并得到精確的測量結(jié)果，電壓傳感器的輸出信號必須在數(shù)據(jù)采集卡前進行調(diào)理[5]。該采集板卡是NI公司中X系列中NI PXLe-6363GONGN 數(shù)據(jù)采集模塊，能夠很好的具有處理PCI Express總線、NI-STC3定時技術(shù)和同步技術(shù)、具有加強的多核的驅(qū)動與應(yīng)用軟件的性能，并且能提高性能至新的高度點，該板卡單通道最大采樣率為2MS/s、多通道最大采樣率為1MS/s，具有32路單端或16路查分模擬信號輸入AI、4路模擬量輸出AO、是一種多功能采集板[6]，與NI-Max并用進行數(shù)據(jù)的采集和觀察任務(wù)。采集板卡模擬電路信號的幅值是-10～+10V。本文使用NI PXIe-6363板卡采集模擬輸入。NI PXIe-6363板卡相配套的還有SCA-68A屏蔽接線端和2米長的SHC68-68-EPM屏蔽電纜[7]。如圖2所示為NI PLIe設(shè)備。

2? 軟件部分

本文采用局域網(wǎng)進行數(shù)據(jù)的通信，在主控PC端找到NI-Max軟件，如圖3所示。

（NI-PXIe-8880是2.53GHZ雙核PXIe內(nèi)嵌式控制器，最大支持4GB的DDR2內(nèi)存。該控制器采集板卡配備告訴的USB接口、因特網(wǎng)接口、硬盤驅(qū)動器以及GPIB總線、串口等外圍I/O等）在該軟件的上位機上找到創(chuàng)建NI-DAQmax通道，然后進行創(chuàng)建信號的采集，選擇模擬輸入中的電壓信號輸入，最后在采集板卡中選擇本文的模擬信號輸入ai16，修改拉線傳感器的最大值和最小值電壓值的變化范圍0～+10V，點擊運行即可。如圖4所示。

開發(fā)平臺主要設(shè)備上使用的各硬件設(shè)備中，按功能主要是能夠通過下位機PXIe設(shè)備將各種傳感器信號和CAN信號能夠?qū)崟r進行傳遞，并且可以將軟件驚醒聯(lián)合仿真并按照轉(zhuǎn)向的控制策略進行線控轉(zhuǎn)向。

3? 功能實現(xiàn)

對拉線傳感器的定長的信號波動，通過采集卡的信號輸入給NI設(shè)備，得到一組拉線傳感器的靜態(tài)波動數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)生成，導(dǎo)入到Matlab中運用卡爾曼濾波算法對數(shù)據(jù)信號進行濾波，從而得到我們需要的數(shù)據(jù)。流程圖如圖5。

最終得到的數(shù)據(jù)對比如圖6所示。

4? 結(jié)論

通過卡爾曼濾波算法對拉線傳感器在NI設(shè)備上的信號采集，在Matlab中濾波，實驗結(jié)果表明NI設(shè)備能有效地接受拉線傳感器的靜態(tài)實時信號，并且通過卡爾曼濾波算法得到的數(shù)據(jù)信號更加接近真實值數(shù)據(jù)，使得數(shù)據(jù)更加可靠準確。

參考文獻：

[1]劉蕾.探究線控技術(shù)在汽車電子應(yīng)用中的實現(xiàn)[J].電子世界，2020（15）：179-180.

[2]JOHNG. PROAKIS， DIMITRISG.MANOLAK. 數(shù)字信號處理：原理、算法與應(yīng)用[M].電子工業(yè)出版社，2004.

[3]森榮二，薛培鼎.LC濾波器設(shè)計與制作[M].科學(xué)出版社， 2006.

[4]黃小平，王巖.卡爾曼濾波原理及應(yīng)用[M].電子工業(yè)出版社，2015.

[5]董林，沈頌陽，張國勝，等.基于LabVIEW的電能質(zhì)量監(jiān)測和分析平臺[J].化工自動化及儀表，2016，43（002）：177-180.

[6]產(chǎn)品規(guī)范 PXIe-6363[EB/OL].https：//www.ni.com/pdf/manuals/377776a_0118.pdf.2018.

[7]齊海軍.面向LabVIEW和PXI平臺的汽車部件性能測試系統(tǒng)設(shè)計[D].安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)，2015.