【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及车辆动力控制和传感器融合，具体涉及一种基于观测器技术的轮速计失效分析系统。
技术介绍
1、随着电动自行车在全球范围内的广泛应用，其安全性和可靠性问题逐渐引起了人们的重视。轮速计作为电动自行车速度检测的重要传感器，在车辆的行驶控制中起到了至关重要的作用。然而，现有的轮速计检测系统在实际使用过程中常常面临一些挑战，例如：轮速计可能由于传感器的老化、外部环境影响或机械故障(如打滑、测速磁铁损坏、霍尔传感器疲劳倾斜等)而失效。这种失效不仅会导致速度测量的误差，甚至可能影响车辆的控制和安全性。
2、目前，针对轮速计失效的检测方法主要依赖于与轮速计进行通信或采用简单的滤波算法进行数据分析。然而，这些方法在处理轮速计失效尤其是长时间的失效和打滑情况时，存在较大的局限性。例如，低通滤波对轮速计打滑的响应速度较慢，且在长时间失效的情况下无法准确判断轮速计的有效性。此外，这些方法在复杂工况下(如非平稳路面、车辆加速或减速时)的检测准确性也有待提高。
3、具体的，方案一(仅利用与轮速计进行通信进行有效判断)：
4、仅利用测速传感器进行通信，根据速度传感器是否有应答而进行失效判断。此方法无法处理测速单元安装疲劳歪斜和测速传感器损坏的情况。在逻辑上无法完全闭环，无法判断轮速计是否有效。
5、方案二(仅利用与轮速计数据进行有效判断)(仿真结果如图1所示)：
6、根据用户在非激烈骑行下的数据，对轮速计设计低通滤波。这里设计4阶巴特沃斯低通滤波，带宽约0.5hz。可以发现该方法有如下缺陷
7、1、对于轮速计打滑有较大的延迟，延迟约0.5秒，留给控制器的响应时间已经不多。
8、2、在打滑检出成功率更低。
9、3、轮数计长时间失效后，无法判断是否有效，需要产生轮速计的数据变化，无法处理测速单元安装疲劳歪斜和测速传感器损坏的情况；
10、方案三(仅利用轮速计和imu加速度计)(仿真结果如图2所示)：
11、如本方案，设计观测器，但仅仅利用轮速计和imu加速度计进行观测，有如下缺陷
12、1、相比较于方案二，本方案的打滑/失效失效响应速度得到较大提升，但在打滑/失效恢复时延迟依然较高；
13、2、在长时间打滑/失效时仍无法判断轮速度计的有效性；
14、3打滑/失效检出律仍有提升空间。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本专利技术提供一种基于观测器技术的轮速计失效分析系统，通过将加速度计、轮速计和gps模块的数据进行融合，利用扩展卡尔曼滤波器(ekf)对传感器数据进行处理，从而获得更为准确的车辆速度估计值，并能够在轮速计失效或打滑时及时检测并发出警报。与传统方法相比，该系统不仅能够提高对轮速计失效的响应速度，还能在复杂工况下保持较高的检测准确性，从而显著提升电动自行车的行驶安全性和稳定性。
2、本专利技术是通过以下技术方案来实现的：一种基于观测器技术的轮速计失效分析系统，包括：
3、加速度计，用于测量电动自行车的加速度信号；
4、轮速计，用于测量电动自行车的轮速信号；
5、全球定位系统模块，用于测量电动自行车的地面速度；
6、观测器模块，用于融合所述加速度信号、轮速信号和地面速度信号，以估算电动自行车的实际速度；
7、扩展卡尔曼滤波器，嵌入于所述观测器模块中，所述扩展卡尔曼滤波器用于：
8、建立系统的状态向量，包括电动自行车的速度和加速度的导数；
9、利用所述加速度计、轮速计和gps模块的测量值，结合系统的动态模型，进行状态预测和测量更新，生成估算的车辆速度；
10、对系统噪声和测量噪声进行协方差矩阵的实时调整，优化所述车辆速度的估算值；
11、失效分析模块，用于通过比较所述估算的车辆速度与所述轮速计的测量速度，当检测到两者之间的偏差超过预设的阈值时，判断轮速计的失效或打滑状态。
12、作为优选的技术方案，所述观测器模块通过如下步骤进行速度估算：
13、初始化系统的状态估计值和协方差矩阵；
14、利用状态转移矩阵预测下一时刻的状态，并根据测量值对状态进行更新；
15、通过计算卡尔曼增益，结合实际测量值修正预测值，生成更新后的速度估计值。
16、作为优选的技术方案，所述扩展卡尔曼滤波器通过动态调整测量模型中的权重系数。
17、作为优选的技术方案，所述失效分析模块包括阈值设定单元，该单元根据电动自行车的实时工况调整用于判断轮速计失效或打滑的偏差阈值。
18、作为优选的技术方案，还包括输出模块，当轮速计被判断为失效或打滑时，所述输出模块生成报警信号或控制信号，以提醒驾驶者或控制车载系统进行相应的处理。
19、作为优选的技术方案，还包括一个基于神经网络的自适应滤波模块，所述模块用于动态调整ekf的噪声协方差矩阵，以进一步提高系统对轮速计失效的响应速度和准确性。
20、作为优选的技术方案，还包括一个数据存储模块，用于存储加速度计、轮速计和gps模块的历史数据，以及失效分析的结果数据，以用于后续数据分析和优化系统性能。
21、作为优选的技术方案，还包括一个冗余传感器模块，当加速度计、轮速计或gps模块中的任意一个出现故障时，冗余传感器模块启动，以保证系统能够继续进行速度估算和失效检测。
22、本专利技术的有益效果是：本专利技术提出的基于观测器技术的轮速计失效分析系统，通过融合加速度计、轮速计和gps模块的多源数据，并利用扩展卡尔曼滤波器(ekf)进行实时处理，实现了对电动自行车速度的精确估算以及轮速计失效的高效检测。与现有技术相比，本专利技术具有以下显著优点：
23、首先，系统能够有效应对轮速计在恶劣工况下的打滑和长时间失效问题，通过对不同传感器数据的融合，显著提高了速度测量的准确性和可靠性；
24、其次，扩展卡尔曼滤波器的引入，使得系统能够动态调整传感器的噪声权重，进一步优化速度估算，提升了失效检测的响应速度和精度；
25、再次，系统具备阈值自适应调整功能，可以根据电动自行车的实际运行状况灵活调整失效判定标准，从而提高了检测的鲁棒性和适应性。
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1.一种基于观测器技术的轮速计失效分析系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于观测器技术的轮速计失效分析系统，其特征在于：所述观测器模块通过如下步骤进行速度估算：
3.根据权利要求1所述的基于观测器技术的轮速计失效分析系统，其特征在于：所述扩展卡尔曼滤波器通过动态调整测量模型中的权重系数。
4.根据权利要求1所述的基于观测器技术的轮速计失效分析系统，其特征在于：所述失效分析模块包括阈值设定单元，该单元根据电动自行车的实时工况调整用于判断轮速计失效或打滑的偏差阈值。
5.根据权利要求1所述的基于观测器技术的轮速计失效分析系统，其特征在于：还包括输出模块，当轮速计被判断为失效或打滑时，所述输出模块生成报警信号或控制信号，以提醒驾驶者或控制车载系统进行相应的处理。
6.根据权利要求1所述的基于观测器技术的轮速计失效分析系统，其特征在于：还包括一个基于神经网络的自适应滤波模块，所述模块用于动态调整EKF的噪声协方差矩阵，以进一步提高系统对轮速计失效的响应速度和准确性。
7.根据权利要求1所述的基于观测器
8.根据权利要求1所述的基于观测器技术的轮速计失效分析系统，其特征在于：还包括一个冗余传感器模块，当加速度计、轮速计或GPS模块中的任意一个出现故障时，冗余传感器模块启动，以保证系统能够继续进行速度估算和失效检测。
...【技术特征摘要】
1.一种基于观测器技术的轮速计失效分析系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于观测器技术的轮速计失效分析系统，其特征在于：所述观测器模块通过如下步骤进行速度估算：
3.根据权利要求1所述的基于观测器技术的轮速计失效分析系统，其特征在于：所述扩展卡尔曼滤波器通过动态调整测量模型中的权重系数。
4.根据权利要求1所述的基于观测器技术的轮速计失效分析系统，其特征在于：所述失效分析模块包括阈值设定单元，该单元根据电动自行车的实时工况调整用于判断轮速计失效或打滑的偏差阈值。
5.根据权利要求1所述的基于观测器技术的轮速计失效分析系统，其特征在于：还包括输出模块，当轮速计被判断为失效或打滑时，所述输出模块生成报警信号或控制信号，以提醒驾驶...
【专利技术属性】
技术研发人员：印章，张涛，
申请(专利权)人：特宙斯深圳科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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