Simulink模拟信号滤波处理、信号解析及仿真测试验证方法

一、制动踏板电气特性

电动汽车的制动踏板通过制动踏板踩下的行程值不同，输出不同的电压信号，VCU接收到这个电压信号后， 通过滤波处理后，参照制动踏板电气特性，解析出制动踏板开度值0%-100%，以解析出的制动踏板开度值来提供给制动有效、制动回馈、制动优先，需要检测制动有效的动作，比如整车上电，挂挡等使用。因此，制动踏板信号的采集和处理至关重要。下图为一般制动踏板电气特性图。

二、制动踏板信号的采集及处理原理

VCU采集制动踏板的电压信号，通过模数转换电路将模拟信号电压转换为数字信号电压值，转换的数字信号电压值通过底层传递至应用层。

应用层接收到此信号后，由于车辆运行中的抖动，驾驶员采制动踏板产生的波动以及电压信号传递过程中收到的干扰，会导致采集的电压信号出现毛刺或突变，不能真实反映驾驶员的意图。

因此，需要对采集的信号进行滤波处理，过滤掉突变的信号，并对采集的信号进行平滑处理，使其能够最终得到一条能反映驾驶员意图的平稳的制动开度信号值。

三、制动踏板信号滤波处理方法的分类

1、低通滤波

要过滤掉采集电压的毛刺和干扰，需要使用低通滤波器，即允许低频信号通过，不允许高频信号通过。

‌低通滤波的核心公式是一阶低通滤波算法，其公式为‌：

Y(n) = α * X(n) + (1 - α) * Y(n-1)

其中：

• α 是滤波系数

• X(n) 是本次采样值

• Y(n) 是本次滤波输出值

• Y(n-1) 是上次滤波输出值。‌

此外，低通滤波器的基本理论公式为：

y(t) = K * u(t) + (1 - K) * y(t-1)

其中，K 一般介于 0~1 之间，dT 是运行步长，T 是时间常数。‌

‌公式的来源和应用‌：

低通滤波器是一种过滤方式，允许低频信号通过而阻止高频信号。它的主要应用是去除信号中的毛刺和干扰，特别是在工程上应用较多。‌

注：模型中的Factor系数值范围为[0,1]，可以进行标定，找到一个最合适的系数。

2、均值滤波

要使得采集的电压信号平滑无毛刺，则需要使用平均滤波，将一定周期内采集的多个电压信号值取平均值，从而达到平滑信号的目的。

均值滤波也称为线性滤波，其采用的主要方法为邻域平均法。线性滤波的基本原理是用均值代替原图像中的各个像素值，即对待处理的当前像素点（x，y），选择一个模板，该模板由其近邻的若干像素组成，求模板中所有像素的均值，再把该均值赋予当前像素点（x，y），作为处理后图像在该点上的灰度g（x，y），即g（x，y）=∑f（x，y）/m，m为该模板中包含当前像素在内的像素总个数。

注：均值滤波的个数越少，均值滤波效果越差，但是信号失真程度较低，个数越多，均值滤波效果变好，但是信号失真程度增加，可以经过标定找到一个最合适的值。

四、制动踏板信号解析及故障判定策略

1、制动踏板行程 0-100% 对应的电压信号为 0.95-3.3V

2、制动踏板行程电压信号大于5.1V或小于0.04V判定有制动踏板信号超限故障

五、制动踏板电压信号解析及故障判断建模

1、将滤波后的电压信号根据制动踏板开度电气特性曲线，采用1-D Lookup Table模块解析为制动踏板开度值

2、对滤波后的制动踏板电压信号与设定的正常电压范围进行对比判定是否故障，如果正常电压范围，报制动故障，此时制动开度值设定为100%

3、完整的制动踏板开度电压信号滤波处理、制动开度解析及故障判断模型

六、仿真测试验证

1、在模型主界面，选择菜单栏仿真-运行，仿真运行模型

2、运行后报了错误，根据提示为数据类型不符，需转换数据类型

3、在Add模块后段增加convert数据类型转换模块，设置为uint16

4、再次运行模型，有报了一个故障，根据提示修改查表模块Look Table外插方法

5、再次运行，没有错误，可以进行下一步的仿真验证

6、在库浏览器-Sources中选择Random Number，随机数生成器，设置相关参数

7、在库浏览器-Commonly Used Blocks中选择Scope示波器，并将输入信号，经低通滤波处理信号，经均值滤波处理信号，解析制动踏板开度信号及制动踏板故障信号显示出，再次进行仿真运行

8、运行完成后，打开Scope，可以看出经过滤波之后，信号毛刺及突变大大减少，输出的信号曲线比较平滑，当然可以通过调整低通滤波系数及均值滤波个数，进行仿真测试，得到一组最佳的值

七、总结

本文通过制动踏板模拟信号滤波处理、制动开度值解析及仿真测试验证介绍了模拟信号滤波处理、信号解析及仿真测试验证的方法，类似的模拟信号，比如油门踏板信号、温度传感器信号、气压传感器信号等的滤波处理、信号解析仿真测试验证可以采用同样的方法进行处理。希望通过本文的介绍，可以给相关技术人员一些参考和帮助。