一种电涡流式车载角度传感器杂散磁场抑制方法与流程

本发明属于传感器，具体地说，是涉及一种电涡流式车载角度传感器杂散磁场抑制方法。

背景技术：

1、传感器技术作为现代汽车电子控制系统的核心感知元件，在车辆的转向系统、动力系统、传动系统以及底盘稳定控制系统中承担着获取物理信号的关键职能，其测量精度和运行可靠性直接决定了整车电子控制系统的性能表现与安全保障能力。车载角度传感器作为传感器家族中的重要分支，广泛应用于电子助力转向角度监测、节气门开度检测、变速箱档位识别以及轮速与偏航率测量等核心应用场景。

2、电涡流式角度传感器基于电磁感应原理工作，通过向激励线圈通入交变电流产生交变磁场，利用金属目标体在交变磁场中感应生成的电涡流所产生的次级磁场进行位置或角度的非接触式测量。这种测量方式具有响应速度快、测量精度高、环境适应性强以及与被测目标无机械接触等显著技术优势，在汽车恶劣工作环境下的角度测量应用中展现出独特的适用价值。

3、然而，现有技术中的电涡流式车载角度传感器在实际应用中面临着严峻的杂散磁场干扰问题。现代汽车内部存在大量的电磁干扰源，包括驱动电机、起动机、发电机、大电流线束以及各类永磁体等，这些干扰源产生的杂散磁场会叠加在被测目标体所产生的目标磁场上，导致传感器检测到的磁场信号发生偏移和失真，进而造成角度测量结果的精度下降和输出波动。此外，车载环境中杂散磁场的空间分布和强度随车辆工作状态的动态变化而呈现出高度的非线性特征，传统的位置补偿或查表校正等软硬件方法难以有效应对这种时变非线性的干扰耦合，导致传感器的测量精度和可靠性难以满足高级辅助驾驶及自动驾驶系统对角度传感器日益严苛的性能要求。杂散磁场干扰问题已成为制约电涡流式角度传感器在车载领域进一步推广应用的关键技术瓶颈，亟待从方法论层面提出切实有效的技术解决方案。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种电涡流式车载角度传感器杂散磁场抑制方法，主要解决车载角度传感器在使用过程中易受杂散磁场干扰、导致测量精度下降的问题。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种电涡流式车载角度传感器杂散磁场抑制方法，包括以下步骤：

4、s1，通过有限元仿真模块构建汽车内部典型电磁干扰源的空间磁场分布计算模型，基于有限元仿真结果采用叠加原理构建杂散磁场的时域干扰模型；

5、s2，通过电流传感器实时采集激励线圈的电流波形，采集得到的电流波形数据经过低通滤波预处理后传输至多阶自适应陷波滤波器的参考输入端口；

6、s3，传感器激励信号生成模块采用直接数字频率合成技术产生包含至少两个不同频率成分的复合激励信号，基于复合激励信号进行数字化采样；

7、s4，通过频域分析算法对数字化采样的数据进行快速傅里叶变换处理获取信号的频谱分布特征数据；

8、s5，基于多频率分离算法，利用目标磁场分量与干扰磁场分量在频域上的位置差异对频谱分布特征数据实现有效分离，经频域分离处理后的频谱分布特征数据通过逆快速傅里叶变换转换回时域；

9、s6，通过多阶自适应陷波滤波器自适应滤除信号中混入的工频及其谐波磁场干扰，输出抑制工频干扰后的信号；

10、s7，利用时域无限脉冲响应低通滤波器对自适应陷波滤波器的输出信号进行二次滤波处理，实现对残余共模干扰的有效抑制；

11、s8，采用反正切函数运算将车载角度传感器的正交磁场信号分量转换为对应的角度值。

12、进一步地，所述时域干扰模型以汽车动力系统域、车身结构域以及座舱电子设备域为核心分析区域，将驱动电机、起动电机、交流发电机、燃油泵电机、风扇电机、雨刮电机的空间位置坐标作为模型输入参数，每一种干扰源等效为具有特定空间分布特征的磁场偶极子阵列；所述时域干扰模型将总体干扰磁场分解为静态偏置分量与动态时变分量，静态偏置分量采用高斯白噪声激励下的系统响应测试方法标定，动态时变分量采用自回归滑动平均模型进行数学描述。

13、进一步地，所述有限元仿真模块采用自适应加密策略在干扰源近场区域将网格单元尺寸控制在0.1mm以内，在远场区域采用渐变粗化策略将网格单元尺寸逐步过渡至5mm；仿真计算完成后输出汽车内部三维空间中的磁场强度分布云图。

14、进一步地，所述静态偏置分量的标定过程采用高斯白噪声激励下的系统响应测试方法实现，包括：

15、向传感器施加带宽覆盖直流至500hz的高斯白噪声激励信号，采集传感器在激励信号作用下的输出响应，通过统计平均方法提取静态偏置分量的幅值与相位特性；动态时变分量的自回归滑动平均模型结构为arma形式，其中自回归阶数不低于3阶。

16、进一步地，在所述步骤s3中，所述数字化采样通过将复合激励信号送入模拟前端预处理电路处理后由模数转换器实现，所述模拟前端预处理电路包括一级低噪声仪表放大器与二级抗混叠低通滤波器。

17、进一步地，所述多阶自适应陷波滤波器的阶数根据干扰信号的频率成分复杂度动态确定：当干扰信号中包含的显著谐波分量数量不超过4个时，滤波器阶数设置为4阶；当谐波分量数量在5至6个范围内时，滤波器阶数设置为6阶；当谐波分量数量达到7个及以上时，滤波器阶数设置为8阶；陷波深度参数设置为不低于40db。

18、进一步地，所述时域无限脉冲响应低通滤波器采用级联型二阶节实现，每个二阶节由两个极点与有限零点组成；对于四阶滤波器结构，采用两个二阶节级联的配置方案；滤波器的截止频率参数在0.5hz~2hz范围内根据车载角度传感器输出信号的高频分量能量占比进行动态调整。

19、进一步地，在所述步骤s8中，采用分段线性化校正表进行转换后的角度校正；所述分段线性化校正表将360度角度范围划分为至少8个独立校准区间，每个区间采用独立的线性校正模型进行角度校正。

20、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

21、（1）本发明通过构建汽车内部杂散磁场的时域干扰模型，并结合多频率分离算法与多阶自适应陷波滤波器的协同作用，实现了对车载复杂电磁环境下工频及其谐波干扰的自适应抑制。该方法首先基于有限元仿真和叠加原理建立涵盖静态偏置分量与动态时变分量的杂散磁场干扰模型，再利用目标磁场与干扰磁场在频域上的位置差异进行有效分离，最后由多阶自适应陷波滤波器根据干扰频率成分复杂度动态调整滤波器阶数与陷波深度，实现工频基波及其各次谐波的精准跟踪与滤除，显著提升了传感器在动态电磁干扰环境下的抗干扰能力。

22、（2）本发明通过采用直接数字频率合成技术产生包含至少两个不同频率成分的复合激励信号，并结合频域分析算法与逆快速傅里叶变换实现目标磁场与干扰磁场的有效分离，从而在不增加硬件成本的条件下提高了信号的信噪比与测量灵敏度。复合激励信号的两个频率分量分别设置在5khz~10khz与20khz~50khz范围内，既避免了与工频及其谐波频率的重叠，又充分利用了传感器探头响应特性的平坦区域，有效降低了信号处理过程中对目标信号的意外衰减，保证了角度测量的准确性与稳定性。

23、（3）本发明通过时域无限脉冲响应低通滤波器与自适应陷波滤波器的级联滤波架构，结合反正切函数运算与分段线性化校正，实现了对残余共模干扰的多级递进式抑制与高精度角度解算。低通滤波器采用巴特沃斯型级联二阶节结构，截止频率根据输出信号高频分量能量占比在0.5hz至2hz范围内动态调整，在保证动态响应速度的同时有效抑制残余噪声；角度解算环节采用分段线性化校正表将360度范围划分为多个独立校准区间，每个区间采用独立的线性校正模型进行补偿，实现了角度测量分辨率的显著提升，满足车载角度传感器在高级辅助驾驶及自动驾驶系统中的严苛精度要求。