汽车ABS试验轮速信号异常值的识别和处理

杨刚，尚志诚，钟欣

汽车ABS试验轮速信号异常值的识别和处理

杨刚1,2，尚志诚1,2，钟欣1,2

（1.重庆车辆检测研究院有限公司 国家客车质量监督检验中心，重庆 401122；2.电动汽车安全评价重庆市工业和信息化重点实验室，重庆 401122）

提出了一种汽车ABS试验轮速信号异常值识别和处理的方法，剔除轮速信号中异常数据。基于Hampel识别器识别异常点，将异常信号点进行剔除，并采用最小二乘法对剔除点进行插值，有效的除去轮速信号中的干扰,最后用试验验证了该方法能有效地除去轮速信号异常值。

汽车；防抱制动系统；轮速信号；Hampel识别器

引言

车辆防抱制动性能是汽车安全的重要组成部分，当前众多主动安全系统也是以车辆防抱制动性能为基础，车辆防抱制动性能也是国内汽车法规中强制性检测内容。

用轮速传感器采集轮速信号时，传感器经常受到强电的干扰，特别是在新能源汽车上。此外，轮速传感器有时也会受到安装不当和路面的影响，造成测试数据出现较大的波动。现有研究基本都通过调整屏蔽线束[1]，从电磁干扰的角度去掉干扰；或通过滤波技术消除虚假信号造成的影响[2][3]，但是算法复杂且无法完全消除异常点。本文提出基于Hampel识别器识别异常点，将异常信号点进行剔除后再用最小二乘法进行插值，得到正常轮速信号，并用试验验证方法的准确性。

1 轮速信号抗干扰处原理

汽车安装轮速传感器做防抱制动性能试验时，轮速传感器会受到车辆高压电和实际道路的影响，轮速信号会出现异常。当轮速传感器出现异常时，在轮速信号上会体现出数据的急剧增加或减小，那些数据点在图形上显示是较尖锐的，为了找出这些异常点，可利用Hampel识别器识别信号的异常点，将异常信号点进行剔除后再用最小二乘法进行插值，得到正常轮速信号，其原理图如图1所示。

图1 轮速信号异常值的识别和处理原理图

1.1 Hampel识别器原理

Hampel识别器是属于时域滤波器的一种，对于给定的数据集，给它假设一个分布和概率模型[4]，数据异常点会表现出与模型期望相差较大，根据模型不一致检验确定异常点，这样便标记出了异常点。

设要处理的数据集={1,2,…,x}，对包含个数据的求中位数，其中=()，构建数据集={1,2,…,z}= {|1-|,|2-|,…,| x-|}，对求中位数，设=()。再次构建数据集={1,2,…,m}={1/,2/, …, z/}，给定一个阀值，若中数据大于给定的数时认为数据异常，表示数据集与中值相差超过个标准差时数据异常，其中值需要根据实际信号进行赋值。

1.2 最小二乘法拟合插值

用Hampel识别器识别异常点后，需要将其剔除掉后重新赋值，为了保存数据的完整性和连续性，可采用插值的方式进行赋值。常见的是对信号进行最小二乘法多项式拟合插值，根据信号的复杂程度选择多项式的阶次，插值后便得到正常的轮速信号。

2 试验测试及算法验证

2.1 试验测试

为了验证Hampel识别器对ABS试验轮速信号异常值的识别和处理的准确性，用某国产电动客车在重庆机动车强检试验场进行防抱制动性能试验。试验基于GB/T 13594-2003《机动车和挂车防抱制动系统性能和试验方法》[5]，测试设备包括4个轮速传感器和数据采集器，轮速传感器分别采集测试车辆的4个轮速，下图2所示为防抱制动性能试验的低附试验图。

图2 防抱制动性能试验

2.2 算法验证

测试车辆在满载情况下进行试验，测试低附路面附着系数为0.3，在电动机脱开状态下以初速度40 km/h进行制动，采集试验数据，数据的采样频率为100 Hz。采集的数据中发现车辆左前轮轮速传感器数据出现异常，其他轮速信号正常，车速和左前轮速的数据如下图3所示。

图3 低附试验轮速信号异常图

从图3可知，轮速信号出现急剧增加，与正常该工况下的信号不相符。利用Hampel识别器识别轮速信号的异常点，对左前轮速信号每次以50个点作为数据集，每次滑窗移动一个点，如果某个样本与中值相差超过3个标准差则认为是异常。对异常信号进行剔除，并用最小二乘法插值后得到校正后的信号如图4所示。从图4可知，校正后的信号与原信号是重合的，但是把轮速信号的异常点剔除了，能较好的处理异常信号。

图4 低附试验轮速信号校正图

进行满载低附到高附试验，在电动机脱开状态下以初速度50 km/h进行制动，试验采样频率为100 Hz。车辆左前轮轮速传感器数据出现异常，其他轮速信号正常，车速和左前轮速的数据如下图5所示。

图5 低附到高附试验轮速信号异常图

图5中轮速信号也出现异常，与正常该工况下的信号不符合。利用Hampel识别器识别异常点，对异常信号进行剔除，并用最小二乘法插值后得到校正后的信号如图6所示，校正后的信号把轮速信号的异常点剔除了。

图6 低附到高附试验轮速信号校正图

3 结论

针对ABS试验轮速信号出现异常值，本文提出一种轮速信号异常值的识别和处理方法。根据Hampel识别器较好地识别识别信号突变的特点，将异常信号点进行识别和剔除，再用最小二乘法进行插值，复原实际轮速信号。最后用试验验证该方法能够在不同工况下有效的滤除异常信号并保留正常信号，因而具有十分重要的价值。

[1] 李高林,齐林剑,周宇奎.电动汽车轮速传感器信号失真整改[J].安全与电磁兼容,2012(06):68-70.

[2] 蒋克荣,王治森,孙骏.基于小波变换的汽车轮速信号去噪[J].农业机械学报,2007(11):1-3.

[3] 厉朴,宋健,于良耀.ABS轮速信号抗干扰处理方法[J].汽车技术, 2001(05):15-17.

[4] 邹焱飚,林兆花,谢存禧.监护信息系统中异常值的识别和处理方法[J].测试技术学报,2007(06):531-535.

[5] GB/T 13594-2003,机动车和挂车防抱制动性能和试验方法[S].

Identification and Treatment of Abnormal Values of Wheel Speed Signals for Automobile Anti-lock Braking

Yang Gang1,2, Shang Zhicheng1,2, Zhong Xin1,2

( 1.National Bus Quality Supervision and Inspection Center, Chongqing Vehicle Test& Research Institute Co., Ltd., Chongqing 401122; 2.Electric Vehicle Safety Evaluation Chongqing Key Laboratory of Industry and Information Technology, Chongqing 401122 )

A method for identifying and processing the abnormal value of the wheel speed signal of the automobile ABS test is proposed, and the abnormal data in the wheel speed signal is eliminated. The abnormal points are identified and removed based on Hampel identifier. The least square method is used to interpolate the culling points, and the interference in the wheel speed signal are effectively removed. Finally, the experiment verifies that the method can effectively remove the abnormal value of the wheel speed signal.

Automobile; Anti-lock brake system; Wheel speed signal; Hampel identifier

A

1671-7988(2020)24-108-03

U467.1+1

A

1671-7988(2020)24-108-03

杨刚，硕士，工程师，就职于重庆车辆检测研究院有限公司，主要从事汽车主动安全测试和车辆NVH研究。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2020.24.036

CLC NO.: U467.1+1