汽車安全檢測結(jié)果對客戶來說極為重要。常常有一些客戶在檢測站檢測結(jié)果不合格后,將車開往汽車修理廠,維修人員卻不能檢查出檢測結(jié)果中的毛病。而這類車輛被稱為“假不合格”車輛,給客戶帶來極大的不便和心理上的不安。因此,提高檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性是十分必要的。影響檢測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和檢測結(jié)果可靠性的因素有很多,其中,檢測工藝、引車員的操作不當(dāng)是兩個主要因素。汽車安全檢測系統(tǒng)中的電子設(shè)備運行在一定的環(huán)境條件下,常會遇到各種各樣的干擾,對于這些干擾僅靠硬件抗干擾措施是不夠的,還需用軟件濾波來進一步克服干擾,以提高系統(tǒng)的可靠性和檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。 

        1軟件濾波 

        1.1定義 

        所謂軟件濾波就是將無限的連續(xù)物理信號在一定條件下變成有限的離散的 

        數(shù)值信號,再通過計算機把有用信號與干擾信號分離開來的方法,也就是說從數(shù)據(jù)系列中提取逼真數(shù)據(jù)的軟件算法。 

        1.2干擾信號的種類 

        采樣信號中常見的干擾信號有兩大類:一類為周期性的;一類為不規(guī)則的非周期性干擾信號,即隨機干擾。對于不同性質(zhì)的干擾,相應(yīng)的濾波對策是不同的。 1.3優(yōu)點 

        在測控系統(tǒng)中,往往由于工作環(huán)境惡劣以及系統(tǒng)內(nèi)部電子元件產(chǎn)生的噪聲等各種原因,使得輸入通道在生產(chǎn)現(xiàn)場所采集到的物理參數(shù)不可避免地混進了各種干擾信號,這些干擾不僅會影響到檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性,甚至可能導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常工作。因此,長期以來,如何更有效的消除和抑制干擾因素,提高系統(tǒng)的檢測精度,增強系統(tǒng)的可靠性是廣大設(shè)計人員追求的目標(biāo)。傳統(tǒng)的設(shè)計方法是在系統(tǒng)的信號入口處加入一定的硬件抗干擾濾波線路,這雖然能滿足一定的要求,但是由于一種硬件線路針對某一類干擾比較明顯,要想盡可能地消除多種干擾,就意味著增加更多的硬件線路,這樣以來,不僅使成本大大提高,而且系統(tǒng)也顯得更為復(fù)雜;另外,硬件器件本身也存在一定的缺陷,這勢必又引入了新的不精確因素;更主要的是硬件線路對有用信號頻率干擾往往顯得無能為力。因此,現(xiàn)代計算機控制系統(tǒng) 

        中往往采取軟件方式對原始的采樣信號進行數(shù)據(jù)檢測和轉(zhuǎn)換,達到為推理決策提供必要的事實的目的。 

        軟件濾波與硬件濾波相比具有以下幾個優(yōu)點: 

        ●軟件濾波無須增加硬件設(shè)備,其可靠性高、穩(wěn)定性好、成本低。 

        ●軟件濾波可適用于低頻信號(如0.01 Hz)克服了硬件濾波器的缺陷。 

        ●軟件濾波可以根據(jù)不同的信號,采用不同的濾波算法或參數(shù),具有靈活、方便、功能強的特點。 

        2汽車安全性能檢測系統(tǒng)中的軟件濾波方法 

        汽車檢測系統(tǒng)的軟件濾波主要涉及模擬量、開關(guān)量輸入兩方面。 

        2.1模擬量信號輸入的軟件濾波算法 

        2.1.1常見的濾波算法 

        (1)限幅濾波法(又稱程序判斷濾波法) 

        方法:根據(jù)經(jīng)驗確定一個最大偏差值a,每次檢測到的本次值與上次值之差≤a,則本次值有效;如果本次值與上次值之差>a,則本次值無效,放棄本次值,用上次值代替本次值。 

        優(yōu)點:能有效克服因偶然因素引起的脈沖干擾; 

        缺點:無法抑制那種周期性的干擾,平滑度差。 

        (2)中位值濾波法 

        方法:連續(xù)采樣N次(N取奇數(shù)),把N次采樣值按大小排列,取中間值為本次有效值。 

        優(yōu)點:能有效克服因偶然因素引起的波動干擾,對溫度、液位變化緩慢的被測參數(shù)有良好的濾波效果; 

        缺點:對流量、速度等快速變化的參數(shù)不宜。 

        (3)算術(shù)平均濾波法 

        方法:連續(xù)取N個采樣值進行算術(shù)平均運算。N值較大時,信號平滑度較高,但靈敏度較低; N值較小時,信號平滑度較低,但靈敏度較高。N值的選取:一般流量,N=12;壓力,N=4 。 

        優(yōu)點:適用于對一般具有隨機干擾的信號進行濾波,這樣信號的特點是有一個平均值,信號在某一數(shù)值范圍附近上下波動; 

        缺點:對于測量速度較慢或要求數(shù)據(jù)計算速度較快的實時控制不適用,比較浪費 RAM。 

        (4)遞推平均濾波法(又稱滑動平均濾波法) 

        方法:把連續(xù)取N個采樣值看成一個隊列,隊列的長度固定為N,每次采樣到一個新數(shù)據(jù)放入隊尾,并扔掉原來隊首的一個數(shù)據(jù)。把隊列中的N個數(shù)據(jù)進行算術(shù)平均運算,就可獲得新的濾波結(jié)果。N值的選取:流量,N=12;壓力:N=4;液面,N=4~12;溫度,N=1~4。 

        優(yōu)點:對周期性干擾有良好的抑制作用,平滑度高,適用于高頻振蕩的系統(tǒng); 

        缺點:靈敏度低,對偶然出現(xiàn)的脈沖性干擾的抑制作用較差,易消除由于脈沖干擾所引起的采樣值偏差,不適用于脈沖干擾比較嚴(yán)重的場合,比較浪費RAM。 

        (5)一階滯后濾波法 

        方法:取a=0~1,本次濾波結(jié)果=(1-a)×本次采樣值+a×上次濾波結(jié)果。 

        優(yōu)點:對周期性干擾具有良好的抑制作用,適用于波動頻率較高的場合; 

        缺點:相位滯后,靈敏度低(滯后程度取決于a值大小),不能消除濾波頻率高于采樣頻率的1/2的干擾信號。 

        (6)加權(quán)遞推平均濾波法 

        方法:是對遞推平均濾波法的改進,即不同時刻的數(shù)據(jù)加以不同的權(quán),通常是,越接近現(xiàn)時刻的數(shù)據(jù),權(quán)取得越大。給予新采樣值的權(quán)系數(shù)越大,則靈敏度越高,但信號平滑度越低。 

        優(yōu)點:適用于有較大純滯后時間常數(shù)的對象和采樣周期較短的系統(tǒng); 

        缺點:對于純滯后時間常數(shù)較小,采樣周期較長,變化緩慢的信號不能迅速反應(yīng)系統(tǒng)當(dāng)前所受干擾的嚴(yán)重程度,濾波效果差。 

        2.1.2未確知有理數(shù)濾波 

        以上是幾種常見的濾波方法,但是在實際應(yīng)用中,所面臨的隨機干擾往往不是單一的,有時候既要消除脈沖干擾又要做數(shù)據(jù)平滑,單一的使用以上方法很難達到預(yù)期目的。引入未確知有理數(shù)濾波的方法,它既能消除脈沖干擾又能使數(shù)據(jù)平滑。 

        (1)原理 

        測量結(jié)果是一個未確知數(shù)A,其中φ(x)是檢測值的可信度分布密度函數(shù),如何定義φ(x)使之具有能區(qū)分是否偶然跳動的功能是最關(guān)鍵的問題。把偶然跳動和電壓量確實變大(小)兩種情況分析比較發(fā)現(xiàn):如果Vi是偶然跳動,則Vi是孤立的,在V i的某領(lǐng)域內(nèi)Vi(1≤j≤n,j≠i)個數(shù)為零,若Vi是電壓確實變大(小)時,Vi領(lǐng)域中Vi 多,則認(rèn)為Vi的可信度就大,反之Vi的可信度就小。具體定義為:為了使采樣平穩(wěn),采用這個未確知有理數(shù)A的數(shù)學(xué)期望,這樣,就很好的解決了濾波中的消除脈沖干擾和做數(shù)據(jù)平滑的問題。 

        (2)優(yōu)點 

        測量值的跳動如果是交流電引起的,則后續(xù)值也會變大,按E(A)計算的結(jié)果會很快接近實際電壓量。這種方法和模糊理論的濾波方法F比,雖然計算量大,但抗干擾性能好。如果跟其它濾波方法比,它的計算量并不大。按照現(xiàn)在的計算手段,這點計算微不足道。因此,利用未確知有理數(shù)處理濾波的方法具有實際價值,是可行的。 

        (3)濾波程序流程(見圖1) 

        (4)濾波效果比較 

        現(xiàn)在利用未確知有理數(shù)進行濾波,對采集前后的波形進行比較: 

        圖2是檢測到的帶有干擾的正弦波信號,設(shè)計的數(shù)據(jù)采樣時間間隔為10 ms 圖3是對圖2中正弦波信號利用算術(shù)平均值法和中位值法相結(jié)合的復(fù)合濾波法進行濾波以后的波形圖。 

        圖4是對圖2中正弦波信號利用未確知有理數(shù)濾波法進行濾波以后的波形圖。 

        從以上3幅圖中可清楚地看出:盡管濾波后有延時,但波形圖相對位置沒有發(fā)生變化,濾波后的波形圖和濾波前一致,曲線已經(jīng)光滑了許多。圖3和圖2比較,未確知有理數(shù)濾波后的效果更明顯,算術(shù)平均值法和中位值法相結(jié)合和復(fù)合濾波法適用于對于精度要求不高的消除脈沖干擾和數(shù)據(jù)平滑的濾波,而未確知有理數(shù)濾波則能適用精度較高的濾波。 

        (5)在制動信號濾波中的應(yīng)用 

        汽車檢測線上有許多繼電器、接觸器及汽車的點火器在運行,環(huán)境十分惡劣,它們產(chǎn)生多種脈沖干擾,其中尖脈沖對微機的干擾是不可避免的。由于制動臺機械結(jié)構(gòu)上的因素,振動和沖擊也可能使輸入信號中夾雜有尖脈沖,從而引起制動曲線的變形。綜合考慮制動力曲線和制動差的精度要求,采用采樣次數(shù)較少的抗脈沖干擾的復(fù)合濾波進行濾波,既能消除脈沖干擾,又能做到數(shù)據(jù)平滑,因此,采用未確知有理數(shù)方法進行濾波是十分合適的。另外,未確知有理數(shù)方法對檢測系統(tǒng)的側(cè)滑和軸重信號也適用,這里不再贅述。 

        2.2開關(guān)量信號輸入的軟件濾波設(shè)計 

        系統(tǒng)的開關(guān)量輸入往往與檢測流程的控制有著較為緊密的聯(lián)系,對開關(guān)量信號的錯誤采樣常常會給車輛的檢測帶來較大的混亂和麻煩。為此,確保對開關(guān)量信號的正確輸入顯得尤為重要。系統(tǒng)采用了以下3種濾波方法: 

        1)按時間等待開關(guān)量信號穩(wěn)定。 

        對開關(guān)量信號進行多次采樣直到采樣結(jié)果在指定時間內(nèi)保持不變時,方判為有效。在檢測系統(tǒng)中對于車輛是否停車到位的判斷使用此項功能。 

        2)按次數(shù)等待開關(guān)量信號穩(wěn)定。 

        對開關(guān)量信號進行多次采樣直到采樣結(jié)果連續(xù)N次保持不變時,方判為有效。在檢測系統(tǒng)中,對于車軸是否通過指定位置的判斷使用此項功能。

        3)手動開關(guān)輸入的去抖處理。         

        對于手動開關(guān)的輸入,系統(tǒng)在檢測到手動開關(guān)的輸入后進行了20 ms的延時,以避免因抖動造成的錯誤輸入。         

        3結(jié)論         

        計算機安全性能檢測系統(tǒng)檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和檢測結(jié)果的可靠性不僅與系統(tǒng)硬件有關(guān),而且與系統(tǒng)軟件抗干擾的性能有直接關(guān)系。通過設(shè)計合理的軟件濾波程序,能有效地提高計算機檢測系統(tǒng)檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和檢測結(jié)果的可靠性。