论文部分内容阅读
摘要：在高级辅助驾驶（ADAS）中信号的采集和输出随着智能驾驶的大量普及变得越来越重要。信号的采集引进的是美国仪器公司的NI设备，因具有高精度、高实时性等特点，被国内外各大高校和企业研究所所认可。针对拉线传感器自身产生的信号白噪声用NI设备进行信号采集，在Matlab环境下，用卡尔曼滤波语言算法实现滤波，得到拉线在输出信号的时候减少波动，进而保证车辆在行进间具有较好的操纵稳定性。
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.
關键词：ADAS实验平台;信号处理;卡尔曼滤波
Key words： ADAS experimental platform;signal processing;kalman filtering
中图分类号：TP212.6 文献标识码：A 文章编号：1674-957X（2021）18-0044-02
0 引言
目前，我国汽车产业正处于高速发展的上升阶段，并且，在汽车生产技术中心，融入了先进的电子技术和智能技术，使现在的汽车制造更具备时代的科技感，给人们带来了全新的驾驶体验[1]。随着科学水平的发展科学技术领域都得到了很好的提升，对我国汽车制造业也是一次突破。汽车线控技术的发展越来越趋向自动化和智能化。自动化和智能化追本溯源是计算机技术的发展，数字信号处理技术得到了越来越广泛地应用，它已成为现代科学技术必不可少的工具[2]。信号处理从以前的人类肉眼观察变成用精密仪器进行测量。在信号的产生过程中不免会有一些白噪声的产生，其实白噪声的产生也是一个随机过程，这时就需要我们引进滤波器。顾名思义，所谓的滤波器就是能够过滤信号的器具[3]。滤波器在进行滤波的过程中并不是万能的[4]，滤波只是最大限度的降低白噪声的干扰，有的滤波器并不是完全的消除噪声，有的则可能完全地消除。
本文在ADAS实验平台中，运用卡尔曼滤波算法将拉线传感器产生的系统白噪声滤除，使得我们所测得的数据更加接近真实值，从而保证实验数据的真实性和可靠性。
1 硬件部分
传感器是作为线控转向系统的重要组成部分，对驾驶员的转向意图的响应灵敏度和车辆的转角的采集精确度将影响整个转向系统的控制效果。所以传感器的设计制作体积小，测量误差小和转换速度快就显得尤为重要。本文采用了拉线传感器在固定长度的情况下，产生的电压值作为信号的输入，如图1所示为拉线传感器的主要参数。 为了进行有效的测量并得到精确的测量结果，电压传感器的输出信号必须在数据采集卡前进行调理[5]。该采集板卡是NI公司中X系列中NI PXLe-6363GONGN 數据采集模块，能够很好的具有处理PCI Express总线、NI-STC3定时技术和同步技术、具有加强的多核的驱动与应用软件的性能，并且能提高性能至新的高度点，该板卡单通道最大采样率为2MS/s、多通道最大采样率为1MS/s，具有32路单端或16路查分模拟信号输入AI、4路模拟量输出AO、是一种多功能采集板[6]，与NI-Max并用进行数据的采集和观察任务。采集板卡模拟电路信号的幅值是-10～+10V。本文使用NI PXIe-6363板卡采集模拟输入。NI PXIe-6363板卡相配套的还有SCA-68A屏蔽接线端和2米长的SHC68-68-EPM屏蔽电缆[7]。如图2所示为NI PLIe设备。
2 软件部分
本文采用局域网进行数据的通信，在主控PC端找到NI-Max软件，如图3所示。
（NI-PXIe-8880是2.53GHZ双核PXIe内嵌式控制器，最大支持4GB的DDR2内存。该控制器采集板卡配备告诉的USB接口、因特网接口、硬盘驱动器以及GPIB总线、串口等外围I/O等）在该软件的上位机上找到创建NI-DAQmax通道，然后进行创建信号的采集，选择模拟输入中的电压信号输入，最后在采集板卡中选择本文的模拟信号输入ai16，修改拉线传感器的最大值和最小值电压值的变化范围0～+10V，点击运行即可。如图4所示。
开发平台主要设备上使用的各硬件设备中，按功能主要是能够通过下位机PXIe设备将各种传感器信号和CAN信号能够实时进行传递，并且可以将软件惊醒联合仿真并按照转向的控制策略进行线控转向。
3 功能实现
对拉线传感器的定长的信号波动，通过采集卡的信号输入给NI设备，得到一组拉线传感器的静态波动数据，将数据生成，导入到Matlab中运用卡尔曼滤波算法对数据信号进行滤波，从而得到我们需要的数据。流程图如图5。
最终得到的数据对比如图6所示。
4 结论
通过卡尔曼滤波算法对拉线传感器在NI设备上的信号采集，在Matlab中滤波，实验结果表明NI设备能有效地接受拉线传感器的静态实时信号，并且通过卡尔曼滤波算法得到的数据信号更加接近真实值数据，使得数据更加可靠准确。
参考文献：
[1]刘蕾.探究线控技术在汽车电子应用中的实现[J].电子世界，2020（15）：179-180.
[2]JOHNG. PROAKIS， DIMITRISG.MANOLAK. 数字信号处理：原理、算法与应用[M].电子工业出版社，2004.
[3]森荣二，薛培鼎.LC滤波器设计与制作[M].科学出版社， 2006.
[4]黄小平，王岩.卡尔曼滤波原理及应用[M].电子工业出版社，2015.
[5]董林，沈颂阳，张国胜，等.基于LabVIEW的电能质量监测和分析平台[J].化工自动化及仪表，2016，43（002）：177-180.
[6]产品规范 PXIe-6363[EB/OL].https：//www.ni.com/pdf/manuals/377776a_0118.pdf.2018.
[7]齐海军.面向LabVIEW和PXI平台的汽车部件性能测试系统设计[D].安徽农业大学，2015.
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.
關键词：ADAS实验平台;信号处理;卡尔曼滤波
Key words： ADAS experimental platform;signal processing;kalman filtering
中图分类号：TP212.6 文献标识码：A 文章编号：1674-957X（2021）18-0044-02
0 引言
目前，我国汽车产业正处于高速发展的上升阶段，并且，在汽车生产技术中心，融入了先进的电子技术和智能技术，使现在的汽车制造更具备时代的科技感，给人们带来了全新的驾驶体验[1]。随着科学水平的发展科学技术领域都得到了很好的提升，对我国汽车制造业也是一次突破。汽车线控技术的发展越来越趋向自动化和智能化。自动化和智能化追本溯源是计算机技术的发展，数字信号处理技术得到了越来越广泛地应用，它已成为现代科学技术必不可少的工具[2]。信号处理从以前的人类肉眼观察变成用精密仪器进行测量。在信号的产生过程中不免会有一些白噪声的产生，其实白噪声的产生也是一个随机过程，这时就需要我们引进滤波器。顾名思义，所谓的滤波器就是能够过滤信号的器具[3]。滤波器在进行滤波的过程中并不是万能的[4]，滤波只是最大限度的降低白噪声的干扰，有的滤波器并不是完全的消除噪声，有的则可能完全地消除。
本文在ADAS实验平台中，运用卡尔曼滤波算法将拉线传感器产生的系统白噪声滤除，使得我们所测得的数据更加接近真实值，从而保证实验数据的真实性和可靠性。
1 硬件部分
传感器是作为线控转向系统的重要组成部分，对驾驶员的转向意图的响应灵敏度和车辆的转角的采集精确度将影响整个转向系统的控制效果。所以传感器的设计制作体积小，测量误差小和转换速度快就显得尤为重要。本文采用了拉线传感器在固定长度的情况下，产生的电压值作为信号的输入，如图1所示为拉线传感器的主要参数。 为了进行有效的测量并得到精确的测量结果，电压传感器的输出信号必须在数据采集卡前进行调理[5]。该采集板卡是NI公司中X系列中NI PXLe-6363GONGN 數据采集模块，能够很好的具有处理PCI Express总线、NI-STC3定时技术和同步技术、具有加强的多核的驱动与应用软件的性能，并且能提高性能至新的高度点，该板卡单通道最大采样率为2MS/s、多通道最大采样率为1MS/s，具有32路单端或16路查分模拟信号输入AI、4路模拟量输出AO、是一种多功能采集板[6]，与NI-Max并用进行数据的采集和观察任务。采集板卡模拟电路信号的幅值是-10～+10V。本文使用NI PXIe-6363板卡采集模拟输入。NI PXIe-6363板卡相配套的还有SCA-68A屏蔽接线端和2米长的SHC68-68-EPM屏蔽电缆[7]。如图2所示为NI PLIe设备。
2 软件部分
本文采用局域网进行数据的通信，在主控PC端找到NI-Max软件，如图3所示。
（NI-PXIe-8880是2.53GHZ双核PXIe内嵌式控制器，最大支持4GB的DDR2内存。该控制器采集板卡配备告诉的USB接口、因特网接口、硬盘驱动器以及GPIB总线、串口等外围I/O等）在该软件的上位机上找到创建NI-DAQmax通道，然后进行创建信号的采集，选择模拟输入中的电压信号输入，最后在采集板卡中选择本文的模拟信号输入ai16，修改拉线传感器的最大值和最小值电压值的变化范围0～+10V，点击运行即可。如图4所示。
开发平台主要设备上使用的各硬件设备中，按功能主要是能够通过下位机PXIe设备将各种传感器信号和CAN信号能够实时进行传递，并且可以将软件惊醒联合仿真并按照转向的控制策略进行线控转向。
3 功能实现
对拉线传感器的定长的信号波动，通过采集卡的信号输入给NI设备，得到一组拉线传感器的静态波动数据，将数据生成，导入到Matlab中运用卡尔曼滤波算法对数据信号进行滤波，从而得到我们需要的数据。流程图如图5。
最终得到的数据对比如图6所示。
4 结论
通过卡尔曼滤波算法对拉线传感器在NI设备上的信号采集，在Matlab中滤波，实验结果表明NI设备能有效地接受拉线传感器的静态实时信号，并且通过卡尔曼滤波算法得到的数据信号更加接近真实值数据，使得数据更加可靠准确。
参考文献：
[1]刘蕾.探究线控技术在汽车电子应用中的实现[J].电子世界，2020（15）：179-180.
[2]JOHNG. PROAKIS， DIMITRISG.MANOLAK. 数字信号处理：原理、算法与应用[M].电子工业出版社，2004.
[3]森荣二，薛培鼎.LC滤波器设计与制作[M].科学出版社， 2006.
[4]黄小平，王岩.卡尔曼滤波原理及应用[M].电子工业出版社，2015.
[5]董林，沈颂阳，张国胜，等.基于LabVIEW的电能质量监测和分析平台[J].化工自动化及仪表，2016，43（002）：177-180.
[6]产品规范 PXIe-6363[EB/OL].https：//www.ni.com/pdf/manuals/377776a_0118.pdf.2018.
[7]齐海军.面向LabVIEW和PXI平台的汽车部件性能测试系统设计[D].安徽农业大学，2015.