趙明旭 劉叢浩 徐鳳

摘要：在高級(jí)輔助駕駛（ADAS）中信號(hào)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(hào)的采集引進(jìn)的是美國(guó)儀器公司的NI設(shè)備，因具有高精度、高實(shí)時(shí)性等特點(diǎn)，被國(guó)內(nèi)外各大高校和企業(yè)研究所所認(rèn)可。針對(duì)拉線傳感器自身產(chǎn)生的信號(hào)白噪聲用NI設(shè)備進(jìn)行信號(hào)采集，在Matlab環(huán)境下，用卡爾曼濾波語言算法實(shí)現(xiàn)濾波，得到拉線在輸出信號(hào)的時(shí)候減少波動(dòng)，進(jìn)而保證車輛在行進(jìn)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(shí)驗(yàn)平臺(tái);信號(hào)處理;卡爾曼濾波

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

中圖分類號(hào)：TP212.6? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）18-0044-02

0? 引言

目前，我國(guó)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(jìn)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(shí)代的科技感，給人們帶來了全新的駕駛體驗(yàn)[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(duì)我國(guó)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(dòng)化和智能化。自動(dòng)化和智能化追本溯源是計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字信號(hào)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(hào)處理從以前的人類肉眼觀察變成用精密儀器進(jìn)行測(cè)量。在信號(hào)的產(chǎn)生過程中不免會(huì)有一些白噪聲的產(chǎn)生，其實(shí)白噪聲的產(chǎn)生也是一個(gè)隨機(jī)過程，這時(shí)就需要我們引進(jìn)濾波器。顧名思義，所謂的濾波器就是能夠過濾信號(hào)的器具[3]。濾波器在進(jìn)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(shí)驗(yàn)平臺(tái)中，運(yùn)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(cè)得的數(shù)據(jù)更加接近真實(shí)值，從而保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的真實(shí)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(duì)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(gè)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制效果。所以傳感器的設(shè)計(jì)制作體積小，測(cè)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(zhǎng)度的情況下，產(chǎn)生的電壓值作為信號(hào)的輸入，如圖1所示為拉線傳感器的主要參數(shù)。

為了進(jìn)行有效的測(cè)量并得到精確的測(cè)量結(jié)果，電壓傳感器的輸出信號(hào)必須在數(shù)據(jù)采集卡前進(jìn)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(shí)技術(shù)和同步技術(shù)、具有加強(qiáng)的多核的驅(qū)動(dòng)與應(yīng)用軟件的性能，并且能提高性能至新的高度點(diǎn)，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(hào)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(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和觀察任務(wù)。采集板卡模擬電路信號(hào)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(zhǎng)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(jìn)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(dòng)器以及GPIB總線、串口等外圍I/O等）在該軟件的上位機(jī)上找到創(chuàng)建NI-DAQmax通道，然后進(jìn)行創(chuàng)建信號(hào)的采集，選擇模擬輸入中的電壓信號(hào)輸入，最后在采集板卡中選擇本文的模擬信號(hào)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(diǎn)擊運(yùn)行即可。如圖4所示。

開發(fā)平臺(tái)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(jī)PXIe設(shè)備將各種傳感器信號(hào)和CAN信號(hào)能夠?qū)崟r(shí)進(jìn)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(jìn)行線控轉(zhuǎn)向。

3? 功能實(shí)現(xiàn)

對(duì)拉線傳感器的定長(zhǎng)的信號(hào)波動(dòng)，通過采集卡的信號(hào)輸入給NI設(shè)備，得到一組拉線傳感器的靜態(tài)波動(dòng)數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)生成，導(dǎo)入到Matlab中運(yùn)用卡爾曼濾波算法對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)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(duì)比如圖6所示。

4? 結(jié)論

通過卡爾曼濾波算法對(duì)拉線傳感器在NI設(shè)備上的信號(hào)采集，在Matlab中濾波，實(shí)驗(yàn)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(shí)時(shí)信號(hào)，并且通過卡爾曼濾波算法得到的數(shù)據(jù)信號(hào)更加接近真實(shí)值數(shù)據(jù)，使得數(shù)據(jù)更加可靠準(zhǔn)確。

參考文獻(xiàn)：

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[3]森榮二，薛培鼎.LC濾波器設(shè)計(jì)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(guó)勝，等.基于LabVIEW的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)和分析平臺(tái)[J].化工自動(dòng)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(tái)的汽車部件性能測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)，2015.