浅析汽车安全性能检测系统中的软件滤波算法及设计

浅析汽车安全性能检测系统中的软件滤波算法及设计
发表时间：2009-11-23T16:00:47.763Z 来源：《中小企业管理与科技》2009年6月上旬刊供稿作者：刘晓艳
[导读] 汽车在为人类带来便利的同时，也带来了大气污染、环境噪声及交通安全等一系列问题。

刘晓艳（五常市运输管理站）
摘要：汽车安全检测系统中的电子设备运行在一定的环境条件下，常会遇到各种各样的干扰，对于这些干扰仅靠硬件抗干扰措施是不够的，还需用软件滤波来进一步克服干扰，以提高系统的可靠性和检测数据的准确性。

本文分析了汽车安全性能检测系统中常用的软件滤波方法，着重阐述了利用未确知有理数理论进行滤波的方法及其在制动信号滤波中的应用。

关键词：软件滤波干扰算法未确知有理数
0 引言
汽车在为人类带来便利的同时，也带来了大气污染、环境噪声及交通安全等一系列问题。

因此，如何把汽车废气和噪音污染限制在一定的范围内，同时又能做到安全性能相对较高，是汽车制造应重点考虑的主要因素。

汽车本身是一个较为复杂的系统，出厂时都要求符合一定的标准，但随着行驶里程的增加和使用时间的延续，其性能和安全状况将会不断降低，那么汽车运行一段时间后是否还能满足标准的要求？这就要定期对其进行安全检测。

所谓软件滤波就是将无限的连续物理信号在一定条件下变成有限的离散的数值信号，再通过计算机把有用信号与干扰信号分离开来的方法，也就是说从数据系列中提取逼真数据的软件算法。

1 模拟量信号输入的软件滤波算法
1.1 常见的滤波算法
1.1.1 限幅滤波法(又称程序判断滤波法)方法：根据经验确定一个最大偏差值a，每次检测到的本次值与上次值之差≤a，则本次值有效；如果本次值与上次值之差＞a，则本次值无效，放弃本次值，用上次值代替本次值。

优点：能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰；缺点：无法抑制那种周期性的干扰，平滑度差。

1.1.2 中位值滤波法方法：连续采样N次(N取奇数)，把N次采样值按大小排列，取中间值为本次有效值。

优点：能有效克服因偶然因素引起的波动干扰，对温度、液位变化缓慢的被测参数有良好的滤波效果；缺点：对流量、速度等快速变化的参数不宜。

1.1.3 算术平均滤波法方法：连续取N个采样值进行算术平均运算。

N值较大时，信号平滑度较高，但灵敏度较低；N值较小时，信号平滑度较低，但灵敏度较高。

N值的选取：一般流量，N＝12；压力，N＝4。

优点：适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波，这样信号的特点是有一个平均值，信号在某一数值范围附近上下波动；缺点：对于测量速度较慢或要求数据计算速度较快的实时控制不适用，比较浪费RAM。

1.1.4 递推平均滤波法(又称滑动平均滤波法)方法：把连续取N个采样值看成一个队列，队列的长度固定为N，每次采样到一个新数据放入队尾，并扔掉原来队首的一个数据。

把队列中的N个数据进行算术平均运算，就可获得新的滤波结果。

N值的选取：流量，N＝12；压力：N＝4；液面，N＝4～12；温度，N＝1～4。

优点：对周期性干扰有良好的抑制作用，平滑度高，适用于高频振荡的系统；缺点：灵敏度低，对偶然出现的脉冲性干扰的抑制作用较差，易消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差，不适用于脉冲干扰比较严重的场合，比较浪费RAM。

1.1.5 一阶滞后滤波法方法：取a＝0～1，本次滤波结果＝(1－a)×本次采样值＋a×上次滤波结果。

优点：对周期性干扰具有良好的抑制作用，适用于波动频率较高的场合；缺点：相位滞后，灵敏度低(滞后程度取决于a值大小)，不能消除滤波频率高于采样频率的1／2的干扰信号。

1.1.6 加权递推平均滤波法方法：是对递推平均滤波法的改进，即不同时刻的数据加以不同的权，通常是，越接近现时刻的数据，权取得越大。

给予新采样值的权系数越大，则灵敏度越高，但信号平滑度越低。

优点：适用于有较大纯滞后时间常数的对象和采样周期较短的系统；缺点：对于纯滞后时间常数较小，采样周期较长，变化缓慢的信号不能迅速反应系统当前所受干扰的严重程度，滤波效果差。

1.2 未确知有理数滤波以上是几种常见的滤波方法，但是在实际应用中，所面临的随机干扰往往不是单一的，有时候既要消除脉冲干扰又要做数据平滑，单一的使用以上方法很难达到预期目的。

引入未确知有理数滤波的方法，它既能消除脉冲干扰又能使数据平滑。

1.2.1 原理测量结果是一个未确知数A，其中φ(x)是检测值的可信度分布密度函数，如何定义φ(x)使之具有能区分是否偶然跳动的功能是最关键的问题。

把偶然跳动和电压量确实变大(小)两种情况分析比较发现：如果Vi是偶然跳动，则Vi是孤立的，在Vi的某领域内
Vi(1≤j≤n，j≠i)个数为零，若Vi是电压确实变大(小)时，Vi领域中Vi多，则认为Vi的可信度就大，反之Vi的可信度就小。

具体定义为：
为了使采样平稳，采用这个未确知有理数A的数学期望，这样，就很好的解决了滤波中的消除脉冲干扰和做数据平滑的问题。

1.2.2 优点测量值的跳动如果是交流电引起的，则后续值也会变大，按E(A)计算的结果会很快接近实际电压量。

这种方法和模糊理论的滤波方法F比，虽然计算量大，但抗干扰性能好。

如果跟其它滤波方法比，它的计算量并不大。

按照现在的计算手段，这点计算微不足道。

因此，利用未确知有理数处理滤波的方法具有实际价值，是可行的。

2 开关量信号输入的软件滤波设计
系统的开关量输入往往与检测流程的控制有着较为紧密的联系，对开关量信号的错误采样常常会给车辆的检测带来较大的混乱和麻烦。

为此，确保对开关量信号的正确输入显得尤为重要。

系统采用了以下3种滤波方法：
2.1 按时间等待开关量信号稳定对开关量信号进行多次采样直到采样结果在指定时间内保持不变时，方判为有效。

在检测系统中对于车辆是否停车到位的判断使用此项功能。

2.2 按次数等待开关量信号稳定对开关量信号进行多次采样直到采样结果连续N次保持不变时，方判为有效。

在检测系统中，对于车轴是否通过指定位置的判断使用此项功能。

2.3 手动开关输入的去抖处理对于手动开关的输入，系统在检测到手动开关的输入后进行了20ms的延时，以避免因抖动造成的错误输入。

计算机安全性能检测系统检测数据的准确性和检测结果的可靠性不仅与系统硬件有关，而且与系统软件抗干扰的性能有直接关系。

通
过设计合理的软件滤波程序，能有效地提高计算机检测系统检测数据的准确性和检测结果的可靠性。

文中介绍的方法已应用于多项科研课题中，获得了良好的效果。