專利名稱：信號處理方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明要求2005年6月22日提交的題為“Signal Processing Methods andApparatus”的澳大利亞專利申請第2004903397號的優(yōu)先權(quán)，該申請的內(nèi)容全部結(jié)合在此作為參考。
本發(fā)明涉及提供數(shù)據(jù)的多級前向預(yù)測濾波的信號處理方法和裝置。本發(fā)明還涉及包括使用多級前向預(yù)測濾波器的車輛管理系統(tǒng)在內(nèi)的實(shí)現(xiàn)多級前向預(yù)測濾波的控制系統(tǒng)。
通常，控制系統(tǒng)包括能夠操作一個(gè)或多個(gè)執(zhí)行器的控制單元，以及能夠提供與系統(tǒng)狀態(tài)有關(guān)的數(shù)據(jù)的一個(gè)或多個(gè)傳感器?？刂茊卧褂眠@些傳感器數(shù)據(jù)做出控制決策并基于系統(tǒng)狀態(tài)操作執(zhí)行器。
控制系統(tǒng)通常提供安全措施以對抗傳感器故障，例如提供冗余傳感器和/或故障自動(dòng)保護(hù)狀態(tài)。除了完全的傳感器損失之外，控制系統(tǒng)還會(huì)遭受間歇數(shù)據(jù)損失。例如，傳感器數(shù)據(jù)有時(shí)未能到達(dá)控制單元。產(chǎn)生這一情況的原因很多，并且可能由于傳感器本身和/或數(shù)據(jù)傳輸路徑的臨時(shí)問題。例如，它可能是由于瞬時(shí)短路或斷開、通信網(wǎng)絡(luò)故障和/或噪聲的突然增加所引起的。
為了解決間歇數(shù)據(jù)丟失問題，已知提供了一種嘗試從先前接收到的真實(shí)傳感器數(shù)據(jù)來預(yù)測傳感器數(shù)據(jù)的預(yù)測濾波器。于是，當(dāng)一級或多級傳感器采樣缺少真實(shí)數(shù)據(jù)時(shí)，控制單元就使用預(yù)測濾波器來確定丟失的數(shù)據(jù)應(yīng)該是什么(基于多個(gè)先前的真實(shí)數(shù)據(jù)樣值)。
本發(fā)明的目的在于提供用于在實(shí)際傳感器數(shù)據(jù)丟失時(shí)預(yù)測數(shù)據(jù)的新穎方法和裝置。
從一個(gè)方面來看，本發(fā)明提供一種具有處理單元和傳感器的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括用于傳感器數(shù)據(jù)的多級前向預(yù)測濾波器，該濾波器基于在先數(shù)據(jù)樣值的加權(quán)函數(shù)來預(yù)測數(shù)據(jù)樣值，其中該濾波器不考慮需要預(yù)測的丟失的數(shù)據(jù)樣本的量，使用單組權(quán)值來對這些在先數(shù)據(jù)樣值加權(quán)，并且其中該組權(quán)值先前已基于傳感器信號的特性確定。
從一方面來看，本發(fā)明可被看做一類有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器。然而，在現(xiàn)有的預(yù)測FIR濾波器系統(tǒng)中，必須應(yīng)用多個(gè)不同的濾波器，每個(gè)濾波器都帶有自己的一組權(quán)值，因?yàn)闉V波器必須取決于預(yù)測要處理多少個(gè)連續(xù)丟失的數(shù)據(jù)樣值，例如系統(tǒng)需要考慮最后一個(gè)真實(shí)數(shù)據(jù)樣值之前的一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)還是更多的數(shù)據(jù)級來變化。于是，在現(xiàn)有技術(shù)的濾波器中，濾波器權(quán)值是基于必須預(yù)測的數(shù)據(jù)之前的級數(shù)如果數(shù)據(jù)僅在一個(gè)時(shí)間段內(nèi)丟失，則有一組系數(shù)適用，如果數(shù)據(jù)在兩個(gè)連續(xù)的時(shí)間段內(nèi)丟失，則需要另一組系數(shù)，而如果數(shù)據(jù)在三個(gè)采樣間隔內(nèi)丟失，則還需要再一組系數(shù)。確定提前4級或更多級采樣的能力就需要相應(yīng)的權(quán)值組數(shù)增加。
相反的是，本發(fā)明僅使用單獨(dú)的一組權(quán)值，而不論必須預(yù)測的數(shù)據(jù)之前的級數(shù)。本發(fā)明因僅需存儲(chǔ)一組權(quán)值，所以能節(jié)省存儲(chǔ)器。因?yàn)闊o需損失寶貴的處理時(shí)間來為預(yù)測的樣本選擇一組合適的權(quán)值，所以它還能節(jié)約計(jì)算時(shí)間。因此，本發(fā)明尤其適用于對時(shí)間和/或存儲(chǔ)器要求高并需要實(shí)時(shí)預(yù)測濾波的應(yīng)用。
本發(fā)明從系統(tǒng)專用的觀點(diǎn)而非要在多少級之前預(yù)測數(shù)據(jù)的觀點(diǎn)來配置預(yù)測濾波器的構(gòu)造。于是，在本發(fā)明的方法中，基于使用濾波器的輸出傳感器信號的特定動(dòng)態(tài)特性來確定單獨(dú)一組權(quán)值。這與權(quán)值不是傳感器特性的函數(shù)的現(xiàn)有技術(shù)相反。在現(xiàn)有技術(shù)中，預(yù)測濾波器和它們的權(quán)值有著更為廣泛的應(yīng)用，而在本發(fā)明中，一組權(quán)值適用于特定的傳感器或傳感器類型。于是，在本發(fā)明中，為降低存儲(chǔ)器和/或計(jì)算時(shí)間開銷而犧牲了一般性。本發(fā)明還提供了更高性能的預(yù)測。
控制系統(tǒng)可以包括例如車輛管理/控制系統(tǒng)。在這些系統(tǒng)中，車輛狀態(tài)和駕駛員指令被高速采樣并處理，但同時(shí)卻限制了可用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器的量。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明能夠提供一種提供面對這些限制的預(yù)測濾波的極佳方法。采樣的數(shù)據(jù)例如可以包括諸如輪轉(zhuǎn)速和偏航之類的車輛狀態(tài)，以及諸如踩剎車、踩油門和打方向盤之類的駕駛員指令。
本發(fā)明假設(shè)傳感器動(dòng)態(tài)特性不隨時(shí)間大幅變化，并且通常也的確如此。于是，一般傳感器將隨時(shí)間保持穩(wěn)定或發(fā)生災(zāi)難性的故障。在后一種情況下，必須使用替換的控制策略，例如提供冗余傳感器和/或觸發(fā)故障自動(dòng)保護(hù)狀態(tài)，諸如關(guān)機(jī)。這種情況例如會(huì)在確定有一組以上數(shù)據(jù)樣值丟失時(shí)發(fā)生。
在一個(gè)實(shí)施例中，該系統(tǒng)被配置成使得權(quán)值可更新，例如可以在閃存中提供這些權(quán)值。這將允許每隔一定時(shí)間更新權(quán)值，并允許在需要時(shí)基于傳感器隨時(shí)間的漸變來修改這些權(quán)值。這一更新例如可以在車輛等的常規(guī)服務(wù)期間進(jìn)行。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，預(yù)測一級前的數(shù)據(jù)樣值作為多個(gè)(P個(gè))先前接收的實(shí)際數(shù)據(jù)樣本的線性組合。這P個(gè)數(shù)據(jù)樣值被臨時(shí)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，每一新接收到的數(shù)據(jù)樣值被放入存儲(chǔ)器中，且最老的數(shù)據(jù)樣本相應(yīng)地被丟棄。當(dāng)由于丟失一樣值而必須預(yù)測一級前的數(shù)據(jù)樣本時(shí)，該預(yù)測出的數(shù)據(jù)樣本就作為最新的數(shù)據(jù)樣本存儲(chǔ)，而當(dāng)必須預(yù)測兩級前的數(shù)據(jù)樣本時(shí)，它是最近預(yù)測出的數(shù)據(jù)樣本和前P-1個(gè)物理數(shù)據(jù)樣本的線性組合。
濾波器可以采取如下形式y(tǒng)^(k)=Σi=1Paiy′(k-i)---(1)]]>其中y′(k-i)可以等于前一數(shù)據(jù)樣值y(k-i)或先前預(yù)測出的樣值 為了確定用于一傳感器的濾波器權(quán)值，可以使用訓(xùn)練程序，在訓(xùn)練程序中，將來自所感興趣的傳感器的輸出的已知訓(xùn)練數(shù)據(jù)應(yīng)用于濾波器，并迭代濾波器系數(shù)以提供最優(yōu)的誤差函數(shù)。
這一訓(xùn)練程序可由處理單元本身在合適的時(shí)間執(zhí)行，或者可以由外部處理器用額外的存儲(chǔ)器容量等進(jìn)行處理。外部處理器例如可以插入到控制系統(tǒng)中以接收所感興趣的傳感器信號?？蛇x地，可例如通過使用恒等傳感器系統(tǒng)，即恒等傳感器和恒等受監(jiān)視對象，在系統(tǒng)外部對傳感器信號進(jìn)行建模/仿真。
在一個(gè)實(shí)施例中，在需要的預(yù)測達(dá)到L個(gè)可能丟失的數(shù)據(jù)并使用了N個(gè)訓(xùn)練數(shù)據(jù)的情況下，誤差函數(shù)可以采取L項(xiàng)之和的形式，對每一級可能的前向預(yù)測有一項(xiàng)，其中每一項(xiàng)都是實(shí)際數(shù)據(jù)值與為該項(xiàng)的前級預(yù)測出的誤差之間的全部N個(gè)數(shù)據(jù)的誤差之和。于是，誤差函數(shù)的形式如下E=12Σj=1L{Σk=1N[y(k)-yj(k)]2}---(2)]]>該誤差函數(shù)的最小化提供了一組與已執(zhí)行哪個(gè)訓(xùn)練有關(guān)的并能應(yīng)用于該傳感器的一級至L級前向預(yù)測中的任一級的權(quán)值。
在一個(gè)實(shí)施例中，可以對該誤差函數(shù)的各項(xiàng)進(jìn)行加權(quán)以排列多級前向預(yù)測中一級或多級的優(yōu)先順序E=12Σj=1L{CjΣk=1N[y(k)-yj(k)]2}---(3)]]>于是，如果傳感器系統(tǒng)是丟失數(shù)據(jù)通常在三個(gè)樣本中連續(xù)出現(xiàn)的系統(tǒng)，則加權(quán)該誤差函數(shù)使得三級前的項(xiàng)C3具有更高的權(quán)值，而這將在確定權(quán)值的過程中起支配作用。在這一情況下，所得的權(quán)值將為三級前向預(yù)測提供最佳預(yù)測。
在一個(gè)實(shí)施例中，對誤差函數(shù)加權(quán)，使得第一級前向預(yù)測的權(quán)值大于第二級，依此類推，即C1＞C2＞...CL，因?yàn)榍闆r通常是丟失的數(shù)據(jù)最經(jīng)常的是作為單個(gè)丟失數(shù)據(jù)出現(xiàn)，并且連續(xù)丟失的數(shù)據(jù)的數(shù)目越多，這一情形出現(xiàn)的可能性也就越小。
誤差函數(shù)也可以采取其他合適的形式，即作為多級前向預(yù)測的函數(shù)反映預(yù)測優(yōu)度的形式。它可以被概括成E=Σj=1LCj{Σk=1Nρ(yj(k)-y(k))}---(4)]]>其中ρ(x)是滿足下列性質(zhì)的任何函數(shù)1)ρ(x)＝0，2)對全部的x來說，ρ(x)≥0，3)如果|x1|＞|x2|，則ρ(|x1|)＞ρ(|x2|)。于是，在以上的方程式(2)和(3)中，得到ρ(x)＝1/2x2。
迭代可以采取任何合適的形式，并且在一個(gè)實(shí)施例中，可以使用最陡梯度方法來優(yōu)化該誤差函數(shù)。在這個(gè)實(shí)施例中，參考系數(shù)的權(quán)值向量來確定誤差函數(shù)的梯度，并沿著該梯度向下移動(dòng)權(quán)值向量。
動(dòng)量項(xiàng)可被包括在權(quán)值向量迭代的確定過程中，從而避免該迭代被困在局部極小。
迭代可由零階保持濾波器開始，即除了第一個(gè)濾波器權(quán)值之外的全部權(quán)值都被初始設(shè)置為0。如果重新調(diào)整，則該迭代可以從當(dāng)前的一組系數(shù)開始。
一旦優(yōu)化了該誤差函數(shù)，就使用所得的權(quán)值作為用于所考慮的傳感器的濾波器權(quán)值。隨后在正常的實(shí)時(shí)處理中使用這些系數(shù)以在控制系統(tǒng)的操作期間預(yù)測丟失的數(shù)據(jù)。
也可以使用其他的優(yōu)化算法。于是，問題就是搜索誤差函數(shù)或價(jià)值函數(shù)(2)或(3)的絕對最小值，而該問題就是一個(gè)優(yōu)化問題。其他的優(yōu)化搜索算法例如可以包括動(dòng)態(tài)編程、遺傳算法以及進(jìn)化計(jì)算機(jī)算法。
假設(shè)傳感器信號的動(dòng)態(tài)特性保持穩(wěn)定，則可以繼續(xù)使用迭代的權(quán)值。但若是出于某些原因傳感器信號的動(dòng)態(tài)特性變化，則需要重新調(diào)整權(quán)值。如上所述，這可以通過在設(shè)備的常規(guī)服務(wù)期間重新測試和重新確定權(quán)值來實(shí)現(xiàn)。它還可以被自適應(yīng)地實(shí)時(shí)執(zhí)行。在一個(gè)實(shí)施例中，處理單元可包括調(diào)整權(quán)值的例程，例如在每次未在控制過程中使用傳感器的時(shí)候?；蛘?，還可以由插入到系統(tǒng)中或作為對例如恒等傳感器系統(tǒng)的仿真的一部分的外部處理器來進(jìn)行權(quán)值調(diào)整。
使用的訓(xùn)練數(shù)據(jù)樣值額個(gè)數(shù)N可以取決于傳感器信號的動(dòng)態(tài)特性改變。它還可取決于使用它的應(yīng)用。例如，如果傳感器是制動(dòng)踏板內(nèi)的位移傳感器或力傳感器，則N個(gè)訓(xùn)練數(shù)據(jù)樣值應(yīng)該包括用于所有可能的制動(dòng)狀態(tài)的傳感器信號，包括例如松開制動(dòng)、軟和階段制動(dòng)、硬和突然制動(dòng)等等。于是，訓(xùn)練數(shù)據(jù)較佳地仿真在傳感器監(jiān)視的系統(tǒng)中出現(xiàn)的所有主要類型的系統(tǒng)狀態(tài)。
建模的多級前向預(yù)測的個(gè)數(shù)L也可以改變。一般L是應(yīng)用了預(yù)測濾波器的系統(tǒng)可以容忍的連續(xù)丟失的數(shù)據(jù)樣值的最大數(shù)目。在系統(tǒng)中多于L個(gè)連續(xù)丟失的數(shù)據(jù)采樣則要求一個(gè)替換策略，諸如忽略數(shù)據(jù)、使用冗余傳感器和/或進(jìn)入諸如關(guān)機(jī)等故障自動(dòng)保護(hù)狀態(tài)。
使用的權(quán)值和在前數(shù)據(jù)樣值的數(shù)目越大，預(yù)測通常就越好，但這會(huì)導(dǎo)致使用更多的存儲(chǔ)器以及更多的處理器時(shí)間來確定該預(yù)測。
本發(fā)明可以在許多不同種類的控制系統(tǒng)中使用。傳感器和處理單元之間的連接可以采取任何合適的形式，例如可以是直接連接或沿著通信總線或其他網(wǎng)絡(luò)(電纜線或無線)的連接。處理單元可以接收來自傳感器的離散數(shù)據(jù)樣值，或者可以接收稍后將由該處理單元采樣的連續(xù)信號。在任一情況下，如果因?yàn)閭鞲衅餍盘杹G失或破壞而無法獲取數(shù)據(jù)樣值，則可使用預(yù)測濾波器來提供丟失的數(shù)據(jù)。
對丟失的數(shù)據(jù)樣值的檢測可以采取任何合適的形式。例如，控制單元可以例如通過諸如檢驗(yàn)和數(shù)字之類的誤差檢測算法的處理來確定未接收到來自傳感器的通信、或者接收到的數(shù)據(jù)/信號是傳感器的正常數(shù)據(jù)范圍之外的信號、或者數(shù)據(jù)已被破壞。
如上所述，本發(fā)明的控制系統(tǒng)可用于車輛控制。它也可用于其他領(lǐng)域。它例如可用于其中一個(gè)或多個(gè)傳感器在系統(tǒng)中其關(guān)鍵作用的系統(tǒng)，以及其中丟失的傳感器數(shù)據(jù)會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)故障和/或引發(fā)危及安全的問題的系統(tǒng)。例如，它通?？蓱?yīng)用于制動(dòng)系統(tǒng)。其他的示例可包括航天控制系統(tǒng)、軍事控制系統(tǒng)、衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)和空間機(jī)器人控制系統(tǒng)，特別是那些主要受其本身的傳感器自主控制的系統(tǒng)。它例如可以涉及其中傳感器數(shù)據(jù)流是GPS數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。它在對可用的存儲(chǔ)器數(shù)量和/或處理時(shí)間有著嚴(yán)格限制的應(yīng)用中尤為有效。
本發(fā)明還提供一種使用上述預(yù)測濾波器的信號處理方法。由此，從另一個(gè)方面來看，本發(fā)明提供一種包含預(yù)測傳感器數(shù)據(jù)的步驟在內(nèi)的控制傳感器系統(tǒng)的方法，該方法包括基于在前數(shù)據(jù)樣值的加權(quán)函數(shù)預(yù)測數(shù)據(jù)樣值的步驟，其中使用單獨(dú)的一組權(quán)值來對函數(shù)加權(quán)以預(yù)測多種個(gè)數(shù)不同的連續(xù)丟失的數(shù)據(jù)樣值，并且其中該組權(quán)值先前已基于傳感器輸出的特性確定。
本發(fā)明還提供一種調(diào)整上述預(yù)測濾波器權(quán)值的方法。這樣，從另一個(gè)方面來看，本發(fā)明提供一種確定用于傳感器的多級前向預(yù)測濾波器的權(quán)值的方法，該方法包括為多種預(yù)測確定單獨(dú)的一組權(quán)值的步驟，其中該組權(quán)值是基于傳感器輸出的特性來確定的。
本發(fā)明還提供一種用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的計(jì)算機(jī)軟件。這樣，從另一方面來看，本發(fā)明提供了以來自傳感器的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)來控制系統(tǒng)的軟件，該軟件包括檢測傳感器數(shù)據(jù)不可用的組件；以及當(dāng)傳感器數(shù)據(jù)不可用時(shí)估計(jì)傳感器數(shù)據(jù)的組件，該傳感器數(shù)據(jù)是基于在前數(shù)據(jù)樣值的加權(quán)函數(shù)來估計(jì)的，其中使用單獨(dú)的一組權(quán)值來為全部估計(jì)加權(quán)在前數(shù)據(jù)樣本，并且這些權(quán)值是基于傳感器輸出的特性。
該計(jì)算機(jī)軟件可以在任何合適的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)上提供，并且本發(fā)明提供一種其上帶有該計(jì)算機(jī)軟件的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)。本發(fā)明還提供可嵌入該軟件的硬件和固件。
本發(fā)明還提供一種服務(wù)根據(jù)本發(fā)明的控制系統(tǒng)的方法，其中依據(jù)傳感器信號動(dòng)態(tài)特性的任何變化來測試并重新調(diào)整濾波器權(quán)值。
本發(fā)明尤其適用于車輛控制系統(tǒng)，并且從另一方面來看，還提供了一種包括控制單元和傳感器的車輛控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括用于傳感器數(shù)據(jù)的多級前向預(yù)測濾波器，該濾波器基于在前數(shù)據(jù)樣值的加權(quán)函數(shù)來預(yù)測數(shù)據(jù)樣值，其中該濾波器使用單獨(dú)的一組權(quán)值來對在前數(shù)據(jù)樣值加權(quán)，而不考慮需要預(yù)測的丟失數(shù)據(jù)樣值的個(gè)數(shù)，并且該組權(quán)值先前已基于傳感器信號的特性來確定。
從另一方面來看，本發(fā)明提供一種包括控制單元和傳感器的控制系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)包括用來確定丟失的傳感器數(shù)據(jù)的預(yù)測濾波器，該濾波器采取如下形式y(tǒng)^(k)=Σi=1Paiy′(k-i)]]>其中y′(k-i)等于前一數(shù)據(jù)樣值y(k-i)或先前預(yù)測出的樣值 并且其中ai是基于傳感器信號的特性來確定的，使得對所有丟失數(shù)據(jù)預(yù)測都使用同一組ai。
應(yīng)該注意到，上述的任一方面都可以適當(dāng)?shù)匕ㄅc上述其他方面相關(guān)的任何特征。
如下將參考附圖僅作為示例來描述本發(fā)明的實(shí)施例。應(yīng)該理解，各附圖的特殊性無法替代本發(fā)明的在前描述的一般性。
在附圖中

圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的結(jié)合了預(yù)測濾波器的車輛控制系統(tǒng)的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的結(jié)合了預(yù)測濾波器的通用控制系統(tǒng)的示意框圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的關(guān)于一種訓(xùn)練方法的流程圖，該方法用于為預(yù)測濾波器確定一組最優(yōu)權(quán)值。
參見圖1，以圖示的形式示出一車輛管理系統(tǒng)。該管理系統(tǒng)包括電子控制單元(處理單元)1，該單元接收來自關(guān)于車輛狀態(tài)和駕駛員指令的各傳感器的信號，并將信號輸出給各執(zhí)行器以控制車輛的操作。
車輛傳感器可以包括用于確定車輪3的轉(zhuǎn)動(dòng)速度的輪轉(zhuǎn)速傳感器2，以及用于確定例如溫度之類的發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器4。
駕駛員指令傳感器例如可以包括提供與駕駛員的剎車需求呈正比的信號的剎車踏板傳感器5，該信號例如可由踏板的移動(dòng)量或由駕駛員的腳對踏板所施的力來確定。
還可包括其他的駕駛員需求傳感器(人機(jī)交互(HMI)傳感器)以及車輛和發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)傳感器，并由標(biāo)號6所概括。它們可以包括偏航傳感器、諸如NOX和O2傳感器等廢氣傳感器、基于駕駛員旋轉(zhuǎn)方向盤的轉(zhuǎn)向角傳感器、以及用于駕駛員剎車踏板的傳感器。也可包括各種其他的線控(by-wire)控制傳感器，例如可能的剎車線控傳感器可以包括夾緊力傳感器、(測量剎車卡鉗內(nèi)電動(dòng)機(jī)電流的)電流傳感器、以及(測量電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子角位移的)轉(zhuǎn)子編碼器。
控制單元1分析來自各傳感器的數(shù)據(jù)，并通過向各執(zhí)行器應(yīng)用控制信號基于這些數(shù)據(jù)來執(zhí)行各種車輛管理功能。
這些執(zhí)行器例如可以包括車輪3上的剎車執(zhí)行器7，還可以包括例如發(fā)動(dòng)機(jī)控制執(zhí)行器8，諸如燃料噴射器、火花點(diǎn)火器、排氣反饋控制等等。
控制單元1能以多種不同的方式控制車輛。這些方式可以包括例如防抱死系統(tǒng)(ABS)、牽引控制(TC)、車輛穩(wěn)定性、巡航控制功能和應(yīng)急剎車控制。它們還可包括通用發(fā)動(dòng)機(jī)管理，例如用于優(yōu)化燃料效率、加速度等的定時(shí)和燃料噴射量管理?？刂茊卧?還能以例如線控車輛控制方式來控制常規(guī)駕駛功能，使得駕駛員的需求(例如，期望加速或剎車等)能為控制單元所注意，控制單元隨后可執(zhí)行必要的命令以實(shí)現(xiàn)期望的動(dòng)作。
控制單元1、傳感器2、4、5、6、和執(zhí)行器7、8可以用任何合適的方式通信。它們可以被獨(dú)立地連接在一起，和/或可以經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)通信總線連接在一起。
依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，如果控制單元1未能接收到來自各個(gè)傳感器中的一個(gè)或多個(gè)(例如，來自車輪傳感器2或剎車傳感器5)的數(shù)據(jù)樣本，則控制單元1就基于先前的數(shù)據(jù)樣值實(shí)現(xiàn)用于預(yù)測這些丟失的數(shù)據(jù)樣值的多級前向預(yù)測濾波器。這樣即使在傳感器數(shù)據(jù)因?yàn)槔缗R時(shí)短路或斷開或是噪聲電平中的尖峰脈沖等原因而丟失的情況下仍能確保維持對車輪的恰當(dāng)控制。
控制單元1具有存儲(chǔ)在采樣時(shí)刻(k-1)Ts至(k-P)Ts從傳感器接收的最后P個(gè)數(shù)據(jù)樣值y(k-i)(i＝1至P)的存儲(chǔ)器9，其中k是當(dāng)前樣值數(shù)而Ts是采樣時(shí)刻。于是，一旦接收到新的數(shù)據(jù)樣值，就丟棄最老的所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)記錄，當(dāng)前存儲(chǔ)的每個(gè)數(shù)據(jù)值向后移動(dòng)一個(gè)存儲(chǔ)單元變?yōu)閿?shù)據(jù)y(k-(i+1))，而新的數(shù)據(jù)樣值被記錄在數(shù)據(jù)位置y(k-1)。
當(dāng)有單個(gè)數(shù)據(jù)樣值丟失時(shí)，預(yù)測存儲(chǔ)器就使用已存儲(chǔ)的P個(gè)在前數(shù)據(jù)樣值以提供一級前向預(yù)測。該濾波器是基于使用一組P個(gè)權(quán)值ai(i＝1至P)的FIR濾波器，該組權(quán)值也被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器9內(nèi)并先前已在下述討論的訓(xùn)練過程中為傳感器確定。所存儲(chǔ)的在先數(shù)據(jù)樣值y(k-i)中的每一個(gè)都有一個(gè)系數(shù)ai，因此預(yù)測出的數(shù)據(jù)樣值是前P個(gè)實(shí)際數(shù)據(jù)樣值的加權(quán)線性組合。
一旦預(yù)測了丟失的數(shù)據(jù)樣值，就像對待真實(shí)的數(shù)據(jù)值那樣對其進(jìn)行處理并用于車輛控制過程。還可以將所預(yù)測的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器9內(nèi)作為最新的數(shù)據(jù)樣值，并且該預(yù)測出的數(shù)據(jù)與從傳感器處實(shí)際接收的數(shù)據(jù)樣值之間不作出區(qū)分。
如果丟失了兩個(gè)連續(xù)的數(shù)據(jù)樣值，則預(yù)測濾波器在檢測到第一個(gè)丟失的數(shù)據(jù)時(shí)使用上述相同的過程來提供對應(yīng)于第一個(gè)丟失的數(shù)據(jù)的預(yù)測的數(shù)據(jù)樣值。當(dāng)檢測到第二個(gè)丟失的數(shù)據(jù)時(shí)，該預(yù)測濾波器就重復(fù)該過程以提供對應(yīng)于第二個(gè)丟失的數(shù)據(jù)的預(yù)測的數(shù)據(jù)樣值。然而在此情況下，該第二個(gè)預(yù)測的數(shù)據(jù)樣值是第一個(gè)預(yù)測的數(shù)據(jù)樣值與在第一個(gè)丟失的數(shù)據(jù)樣值之前接收到的P-1個(gè)真實(shí)數(shù)據(jù)樣值的加權(quán)線性組合。
對3個(gè)、4個(gè)、5個(gè)或更多個(gè)(直到L個(gè))丟失的數(shù)據(jù)樣值恰當(dāng)?shù)刂貜?fù)該過程。應(yīng)該注意到，系統(tǒng)無需知曉已丟失了多少個(gè)數(shù)據(jù)樣值，因?yàn)樗偸侵貜?fù)相同的過程。處理器1不需要使用寶貴的計(jì)算時(shí)間來確定丟失的數(shù)據(jù)的數(shù)目和合適的濾波器。它仍然對數(shù)據(jù)丟失的次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，這樣例如就能在丟失了超過設(shè)定數(shù)目的連續(xù)數(shù)據(jù)點(diǎn)時(shí)確定傳感器發(fā)生故障，且處理器1隨后切換到替換制度，在該替換制度中可將來自不同傳感器的數(shù)據(jù)用作代替或進(jìn)入故障自動(dòng)保護(hù)狀態(tài)。
可以采取任何形式來確定丟失的數(shù)據(jù)，例如可以通過在某一時(shí)間段內(nèi)所欠缺的來自傳感器的信號或是不良數(shù)據(jù)的接收來確定。不良數(shù)據(jù)例如可以是與正常操作參數(shù)不一致的數(shù)據(jù)值，例如太高或太低的電壓值等等。還可以通過例如校驗(yàn)和等檢錯(cuò)過程來確定數(shù)據(jù)是不良數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)可以是接收自傳感器的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，或是可由處理器本身在隨后采樣的模擬數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的一個(gè)特征是對所有的多級前向預(yù)測都使用相同的權(quán)值{a1，...aP}。這與已知的FIR濾波器相反，在已知的FIR濾波器中，權(quán)值ai是要預(yù)測數(shù)據(jù)樣值的在前級數(shù)的函數(shù)，即權(quán)值ai取決于丟失的數(shù)據(jù)樣值個(gè)數(shù)。
因?yàn)楸景l(fā)明能夠僅使用單獨(dú)的一組權(quán)值，所以就能節(jié)省存儲(chǔ)器空間。因?yàn)榭刂茊卧?不需要為任何特定的丟失數(shù)據(jù)確定需要哪些濾波器權(quán)值，所以還能減少計(jì)算時(shí)間。這些屬性在可用存儲(chǔ)器受到限制以及所需計(jì)算時(shí)間開銷很重要的車輛/發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)中尤為有用。
為了確定可用于所有多級前向預(yù)測的一組合適的權(quán)值ai，可以基于傳感器信號的特定動(dòng)態(tài)特性來優(yōu)化這些權(quán)值ai。于是，可以基于該傳感器的輸出的動(dòng)態(tài)特性來為剎車踏板傳感器6選擇一組特定權(quán)值系數(shù){a1，...aP}，而為車輪傳感器2選擇另一組系數(shù)。
為確定用于一傳感器的權(quán)值，可以使用一組用于傳感器的已知訓(xùn)練數(shù)據(jù)來調(diào)整相關(guān)聯(lián)的傳感器濾波器。這樣，能將N個(gè)已知的數(shù)據(jù)樣值送入濾波器，并迭代權(quán)值ai從而優(yōu)化實(shí)際數(shù)據(jù)和預(yù)測數(shù)據(jù)之間的誤差函數(shù)。隨后將提供最優(yōu)結(jié)果的系數(shù)用作實(shí)時(shí)計(jì)算系數(shù)。以下將更完全地討論一種形式的誤差函數(shù)和迭代方法。
應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，傳感器信號動(dòng)態(tài)特性可以取決于傳感器本身的特性和要感測的對象/特征的特性兩者。于是，轉(zhuǎn)動(dòng)速度傳感器在用作輪轉(zhuǎn)速傳感器2以監(jiān)視車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)具有一種信號動(dòng)態(tài)特性，而在用于監(jiān)視凸輪軸之類的轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)則具有不同的信號動(dòng)態(tài)特性。因此，雖然可以在每一情況下使用同一個(gè)傳感器，但是需要不同的濾波器權(quán)值。在傳感器和所監(jiān)視的項(xiàng)目相同的情況下，可以使用相同的權(quán)值，例如對全部四個(gè)輪轉(zhuǎn)速傳感器可以使用相同的權(quán)值。但是情況也可以是例如后輪或前輪等直接由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的車輪可以具有與無驅(qū)動(dòng)從動(dòng)輪不同的信號動(dòng)態(tài)特性，在這種情況下就需要單獨(dú)的各組權(quán)值。同樣，同種傳感器也會(huì)因?yàn)橹圃鞎r(shí)的公差或隨時(shí)間的磨損等原因而具有不同的特性，在這種情況下用于監(jiān)視相同的特征的相同種類的傳感器可能需要不同的權(quán)值。
一般而言，傳感器特性隨時(shí)間保持穩(wěn)定，所以一旦在最初確定了權(quán)值，濾波器就會(huì)在其使用壽命內(nèi)持續(xù)提供良好結(jié)果。但如果因?yàn)槔缋匣蚰p等確實(shí)出現(xiàn)了傳感器特性的變化，則可確定新的權(quán)值。這些變化可以在例如車輛的正常服務(wù)期間的合適的時(shí)刻通過重新調(diào)整權(quán)值而得到補(bǔ)償。重新調(diào)整可由插入到系統(tǒng)中的外部設(shè)備來執(zhí)行，或者可由處理器本身執(zhí)行?？刂茊卧?可以在使用期間，例如在不需要傳感器輸出并且控制單元有空閑的計(jì)算時(shí)間可用的時(shí)段被編程以重新調(diào)整這些權(quán)值。
現(xiàn)在討論本濾波器過程背后的理論。
在處理單元(例如，經(jīng)由網(wǎng)絡(luò))接收到來自傳感器的數(shù)據(jù)樣值的情況下，會(huì)因?yàn)槔缢矔r(shí)短路和網(wǎng)絡(luò)故障之類的原因而丟失某些數(shù)據(jù)樣值。處理單元應(yīng)該用預(yù)測出的值代替丟失的樣值。假設(shè)最多可以處理L個(gè)連續(xù)丟失的數(shù)據(jù)樣值。如果丟失了L個(gè)以上連續(xù)的樣值，則處理器可以切換至另一控制策略，例如其中控制命令是基于其他可用的傳感數(shù)據(jù)或基于冗余傳感器等的策略，或者系統(tǒng)進(jìn)入故障自動(dòng)保護(hù)狀態(tài)直到問題被解決的策略。
基于最近丟失的樣值的個(gè)數(shù)，可以通過前一級、前二級等直至前L級預(yù)測來處理丟失的樣值。每個(gè)丟失的樣值的預(yù)測值是最近P個(gè)數(shù)據(jù)值的線性組合，如下y^(k)=Σi=1Paiy′(k-i)---(5)]]>其中，y′(k-i)可以等于前一數(shù)據(jù)樣值y(k-i)或先前預(yù)測出的樣值 因?yàn)榭捎玫拇鎯?chǔ)器、復(fù)雜度和代碼執(zhí)行延遲的限制，所以不希望為前一級、前二級等直至前L級預(yù)測搜索不同的ai權(quán)值。因此，調(diào)整濾波器以使其在所有情況下都使用相同的ai值進(jìn)行預(yù)測。
在一級前向預(yù)測的情況下，通過P個(gè)在前的真實(shí)樣值的線性組合來估計(jì)第一個(gè)丟失的樣值，如下y1(k)=Σi=1Paiy(k-i)---(6)]]>在二級前向預(yù)測的情況下，通過最近預(yù)測出的樣值與P-1個(gè)在前數(shù)據(jù)樣值的同一線性組合來估計(jì)第二個(gè)丟失的樣值，如下y2(k)=a1y1(k-1)+Σi=2Paiy(k-i)---(7)]]>將(6)中的y1(k-1)代入(7)可得到如下方程式y(tǒng)2(k)=aiaPy(k-P-1)+Σi=2P(a1ai-1+ai)y(k-i)---(8)]]>在三級前向預(yù)測的情況下，類似地計(jì)算預(yù)測出的樣值，如下y3(k)=a1y2(k-1)+a2y1(k-2)+Σi=3Paiy(k-i)---(9)]]>并且通過代入(6)中的y1(k-2)和(8)中的y2(k-1)，可獲得如下公式y(tǒng)3(k)=(ai2aP-1+a1aP+a2aP-1)y(k-P-1)+(ai2aP+a2aP)y(k-P-2)]]>+Σj=3P(a12ai-2+a1aj-1+a2ai-2+ai)y(k-i)]]>(10)一般而言，第j個(gè)丟失的數(shù)據(jù)樣值可由如下方程式給出yj(k)=Σi=0j-1aiyj-1(k-i)+Σi=jPaiy(k-i)---(11)]]>其中2≤j≤L并且a0＝0。假設(shè)P≥L，這是合理的，因?yàn)樽畲笕菰S丟失的數(shù)據(jù)樣值的個(gè)數(shù)L在實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中通常較小。通過迭代減去(11)中先前預(yù)測出的yj-1，就可導(dǎo)出如下通式y(tǒng)j(k)=Σi=jP+j-1Aijy(k-i);1≤j≤L---(12)]]>其中乘數(shù)Aij可以通過如下方程式遞歸計(jì)算Aij＝ai；1≤i≤P(13)Aij=0;i<jai+Σi=1j-1aiAi-1j-1;j≤i≤PΣi=1j-1aiAi-1j-1;P<i<j+P0;i≥j+P---(14)]]>
其中2≤j≤L≤P。方程式(12)示出了建議的預(yù)測濾波器是帶有如下傳遞函數(shù)的FIR濾波器HFTRj(z-1)=Yj(z-1)/Y(z-1)=Σi=jP+j-1Aijz-1;1≤j≤L.---(15)]]>依據(jù)本發(fā)明，調(diào)整ai權(quán)值的方法是使得能使用所得的濾波器通過(6)、(7)、(9)或(11)來預(yù)測所需個(gè)數(shù)(直至L個(gè))丟失的數(shù)據(jù)樣值中任一個(gè)的丟失值。
在本調(diào)整方法中，搜索ai值以使如下誤差函數(shù)最小E=12Σj=1L{CjΣL=1N[y(k)-yj(k)]2}---(16)]]>其中N是用于離線調(diào)整的樣值總數(shù)，而Cj是基于1至L級前向預(yù)測的執(zhí)行優(yōu)先順序，例如基于多級預(yù)測中每一級的期望頻率來選擇的常數(shù)。該優(yōu)先順序取決于應(yīng)用。在大多數(shù)實(shí)時(shí)應(yīng)用中，越低的前向預(yù)測級數(shù)具有越高的優(yōu)先順序，即C1＞C2＞...CL。盡管如此，也可以設(shè)置其他的優(yōu)先順序，例如若發(fā)現(xiàn)樣值時(shí)常三個(gè)一組地丟失，那么就將C3設(shè)為優(yōu)先。
可以利用最陡梯度方法來優(yōu)化誤差函數(shù)。在此方法中，權(quán)值向量Θ＝[a1a2...aP]T在與該權(quán)值向量相關(guān)的誤差函數(shù)梯度向量的相反方向上迭代地移動(dòng)。因此，需要計(jì)算梯度，該梯度的表達(dá)式如下▿θE=[∂E∂a1∂E∂a2···∂E∂aP]T---(17)]]>∂E∂aj=Σi=1L{CiΣk=1N∂yi(k)∂aj(y(k)-yi(k))}---(18)]]>方程式(8)、(10)和(12-14)示出了對yi(k)/aj的直接計(jì)算，并且當(dāng)i＞1時(shí)其公式化會(huì)變得復(fù)雜。因此，可改為基于(6)、(7)、(9)和(11)做出更易于公式化和計(jì)算的間接迭代計(jì)算。對(6)求aj的偏導(dǎo)就能簡單給出∂y1(k)∂aj=y(k-j)---(19)]]>對(7)求aj的偏導(dǎo)并代入(19)的y1(k)/aj就可給出∂y2(k)∂aj=y1(k-1)+aiy(k-2)]]>∂y2(k)∂aj>1=y1(k-j)+aiy(k-j-1)]]>對(9)求aj的偏導(dǎo)并代入(19)和(20)的y1(k)/aj和y2(k)/aj就可得到
∂y3(k)∂a1=y2(k-1)+a1y1(k-2)+(a12+a2)y(k-3)]]>∂y3(k)∂a2=y1(k-2)+aiy(k-3)(a12+a2)y(k-4)---(21)]]>∂y3(k)∂aj>2=y(k-j)+aiy(k-j-1)]]>通過類似的方法，就能得到關(guān)于y1(k)/aj的如下通式∂yi(k)/∂aj=Σi=0i-j-1B1yi-j-1(k-l-j)+Σl-i-jl-iB1y(k-i-j);j<iΣi=0i-1B1y(k-l-j);j≥i---(22)]]>其中1≤j≤P，2≤j≤L，并且乘數(shù)Bl可由如下方程式遞歸地計(jì)算B1=1;l=0Σj=1min(LP)ajBi-1;l>0---(23)]]>(17)和(18)中的梯度向量可由(19-23)算出，并在隨后通過如下規(guī)則應(yīng)用于權(quán)值自適應(yīng)ΔΘ(l)＝-ηΘE(l)+αΔΘ(l-1)(24)其中l(wèi)是對全部N個(gè)樣值總體的搜索過程的迭代次數(shù)，-ηΘE(l)是最陡梯度項(xiàng)而αΔΘ(l-1)是被添加用來避免局部極小值的動(dòng)量項(xiàng)。
在搜索算法中，可將濾波器權(quán)值向量初始化為[100...0]T，使得濾波器對應(yīng)于零階保持系統(tǒng)，而該零階保持系統(tǒng)是簡單且通用的預(yù)測器。通過(17-24)離線調(diào)整權(quán)值并在實(shí)時(shí)應(yīng)用中用這些權(quán)值來處理丟失的數(shù)據(jù)。
如果因?yàn)槿魏卧蚨箓鞲衅餍盘柕膭?dòng)態(tài)特性發(fā)生變化，那么通過實(shí)時(shí)使用方程式(17-24)就能自適應(yīng)地調(diào)整濾波器權(quán)值，即忽略(18)的和并用信號采樣時(shí)間k來代替(24)中的l。
雖然以上討論主要關(guān)于車輛管理系統(tǒng)，但是本發(fā)明也可應(yīng)用于一般的控制系統(tǒng)，并且一般的控制系統(tǒng)在圖2中以框圖形式示出。
由此，處理器20可接收來自傳感器的輸入數(shù)據(jù)樣值22，并相應(yīng)地控制執(zhí)行器24或采取合適的動(dòng)作。處理器20可以包括存儲(chǔ)P個(gè)在前數(shù)據(jù)樣值y(k-i)或者預(yù)測出的數(shù)據(jù)y′(k-i)(1≤i≤P)以及濾波器權(quán)值{a1，...，aP}的相關(guān)聯(lián)的存儲(chǔ)器26和28。
由此，在處理器20確定未及時(shí)接收到數(shù)據(jù)22時(shí)，它使用上述濾波器來運(yùn)行預(yù)測算法，其中對任意個(gè)連續(xù)丟失的數(shù)據(jù)都使用相同的濾波器權(quán)值{a1，...aP}并已經(jīng)為例如傳感器和被感測特征/對象等從其接收到數(shù)據(jù)的特定傳感器系統(tǒng)調(diào)整了濾波器權(quán)值。
處理器20可以如圖3中的流程圖所示地運(yùn)行權(quán)值調(diào)整過程。該過程可以在離線和訓(xùn)練模式下進(jìn)行。可選地，該程序可以在插入到處理器系統(tǒng)中的外部裝置上運(yùn)行，或在對傳感器信號的動(dòng)態(tài)它特性進(jìn)行方針，例如從恒等傳感器系統(tǒng)中獲取數(shù)據(jù)的外部裝置上運(yùn)行。
如此，傳感器20可以在步驟S10中接收已知的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，并在步驟S20中將濾波器權(quán)值{a1，...aP}設(shè)置成[100...0]的簡單零階保持濾波器，或者如果傳感器先前已被調(diào)整，則可使用當(dāng)前存儲(chǔ)的權(quán)值設(shè)置。處理器隨后在步驟S30中確定實(shí)際數(shù)據(jù)值和用于各級前向預(yù)測的預(yù)測值之間的例如如上所述的誤差函數(shù)E的值。處理器20隨后在步驟S40中例如通過確定誤差函數(shù)在設(shè)定次數(shù)的迭代中無明顯變化或者通過確定誤差是否已低于一特定閾值來確定權(quán)值是否已被優(yōu)化。如果未被優(yōu)化，則處理器在步驟S50中修改權(quán)值ai，并在步驟S30中重新確定誤差函數(shù)。繼續(xù)這一迭代直到確定誤差函數(shù)被優(yōu)化，此時(shí)在步驟S60處，將當(dāng)前存儲(chǔ)的權(quán)值ai設(shè)置成用于實(shí)時(shí)使用的濾波器權(quán)值。
其他的控制系統(tǒng)例如還可以包括其中一個(gè)或多個(gè)傳感器在系統(tǒng)中起到關(guān)鍵作用的系統(tǒng)，以及其中傳感器數(shù)據(jù)丟失會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)故障和/或引起危及安全問題的系統(tǒng)。本發(fā)明一般可應(yīng)用于例如制動(dòng)系統(tǒng)。其他的示例可包括航天控制系統(tǒng)、軍事控制系統(tǒng)、衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)和空間機(jī)器人控制系統(tǒng)，特別是那些主要受其本身傳感器自主控制的系統(tǒng)。它例如可以涉及傳感器數(shù)據(jù)流是GPS數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。它在對可用的存儲(chǔ)器數(shù)量和/或處理時(shí)間有著嚴(yán)格限制的應(yīng)用中尤為有效。
應(yīng)該理解，可以對前述各部分做出各種改變、附加和/或修改而不背離本發(fā)明的范圍，并且本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，可以依據(jù)上述教示以各種方式用軟件、固件和/或硬件來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種帶有處理單元和傳感器的控制系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括用于傳感器數(shù)據(jù)的多級前向預(yù)測濾波器，所述濾波器基于在前數(shù)據(jù)樣值的加權(quán)函數(shù)預(yù)測數(shù)據(jù)樣值，其中所述濾波器使用單獨(dú)的一組權(quán)值來對所述在前數(shù)據(jù)樣值加權(quán)，而不考慮需要預(yù)測的丟失的數(shù)據(jù)樣值的個(gè)數(shù)，并且其中所述一組權(quán)值先前已基于傳感器信號的特性來確定。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述權(quán)值是通過優(yōu)化用于所述傳感器的已知輸出信號和預(yù)測出的輸出信號之間的誤差函數(shù)來確定的。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述優(yōu)化過程是基于采取多項(xiàng)之和形式的誤差函數(shù)，對每一級可能的前向預(yù)測有一項(xiàng)，每一項(xiàng)都是實(shí)際數(shù)據(jù)值和用于該項(xiàng)前級的預(yù)測值之間的全部數(shù)據(jù)樣值的誤差之和。
4.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述誤差函數(shù)被加權(quán)以對所述多級前向預(yù)測中的一個(gè)或多個(gè)進(jìn)行優(yōu)先排序。
5.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，要預(yù)測的丟失的級數(shù)越低，所述優(yōu)先權(quán)值就越高。
6.如權(quán)利要求2、3、4或5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述優(yōu)化過程是基于迭代過程。
7.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述迭代過程是基于最陡梯度下降方法。
8.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)是車輛管理系統(tǒng)。
9.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)是車輛剎車系統(tǒng)。
10.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器是輪轉(zhuǎn)速傳感器或腳踏板傳感器，例如剎車踏板傳感器。
11.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述權(quán)值可更新。
12.一種包括控制單元和傳感器的控制系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)包括用于確定丟失的傳感器數(shù)據(jù)的預(yù)測濾波器，所述濾波器采取如下形式y(tǒng)^(k)=Σj=1Paiy′(k-i)---(4)]]>其中y′(k-i)等于前一數(shù)據(jù)樣值y(k-i)或先前預(yù)測出的樣值 ，并且其中αi基于傳感器信號的特性來確定，使得對所有丟失的數(shù)據(jù)預(yù)測都使用同一組αi。
13.如權(quán)利要求12所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述權(quán)值αi是基于采取如下形式的誤差函數(shù)的優(yōu)化來確定的E=12Σj=1L{CjΣk=1N[y(k)-yj(k)]2}]]>其中上是要預(yù)測的連續(xù)丟失的數(shù)據(jù)樣值的最大數(shù)目，Cj是用于對所述多個(gè)連續(xù)丟失的數(shù)據(jù)樣值中的一個(gè)或多個(gè)進(jìn)行優(yōu)先排序的權(quán)值，并且其中ρ(x)是具有下列性質(zhì)的任何函數(shù)1)ρ(x)＝0，2)對全部的x來說，ρ(x)≥0，3)如果|x1|＞|x2|，則ρ(|x1|)＞ρ(x2)。
14.如權(quán)利要求12所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述權(quán)值αi是基于采取如下形式的誤差函數(shù)的優(yōu)化來確定的E=12Σj=1L{CjΣk=1N[y(k)-yj(k)]2}]]>其中L是要預(yù)測的連續(xù)丟失的數(shù)據(jù)樣值的最大數(shù)目，Cj是用于對所述多個(gè)連續(xù)丟失的數(shù)據(jù)樣值中的一個(gè)或多個(gè)進(jìn)行優(yōu)先排序的權(quán)值。
15.一種包括預(yù)測傳感器數(shù)據(jù)的步驟的控制傳感器系統(tǒng)的方法，所述方法包括基于在先數(shù)據(jù)樣值的加權(quán)函數(shù)來預(yù)測數(shù)據(jù)樣值的步驟，其中使用單獨(dú)的一組權(quán)值來對所述預(yù)測函數(shù)加權(quán)以預(yù)測多種個(gè)數(shù)不同的連續(xù)丟失的數(shù)據(jù)樣值，并且其中所述一組權(quán)值先前已所述傳感器輸出的特性來確定。
16.一種確定用于傳感器的多級前向預(yù)測濾波器權(quán)值的方法，所述方法包括為多種預(yù)測確定單獨(dú)的一組權(quán)值的步驟，其中所述一組權(quán)值是所述傳感器輸出的特性來確定的。
17.一種基于來自傳感器的數(shù)據(jù)來控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)軟件，所述軟件包括檢測傳感器數(shù)據(jù)不可用的組件；以及當(dāng)所述傳感器數(shù)據(jù)不可用時(shí)估計(jì)所述傳感器數(shù)據(jù)的組件，所述傳感器數(shù)據(jù)基于在先數(shù)據(jù)樣值的加權(quán)函數(shù)來估計(jì)，其中使用單獨(dú)的一組權(quán)值來為全部估計(jì)加權(quán)在先數(shù)據(jù)樣值，并且所述權(quán)值是基于傳感器輸出的特性。
18.一種包括控制單元和傳感器的車輛控制系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括用于傳感器數(shù)據(jù)的多級前向預(yù)測濾波器，所述濾波器基于在先數(shù)據(jù)樣值的加權(quán)函數(shù)來預(yù)測數(shù)據(jù)樣值，其中所述濾波器使用單獨(dú)的一組權(quán)值來對在先數(shù)據(jù)樣值加權(quán)，而不考慮需要預(yù)測的丟失的數(shù)據(jù)樣值的個(gè)數(shù)，并且所述一組權(quán)值先前已基于傳感器信號的特性來確定。
全文摘要
一種具有處理單元(20)和用于提供數(shù)據(jù)樣值(22)的傳感器的控制系統(tǒng)，諸如車輛管理系統(tǒng)，包括基于在先數(shù)據(jù)樣值(26)的加權(quán)函數(shù)預(yù)測數(shù)據(jù)樣值的多級前向預(yù)測濾波器。這允許系統(tǒng)在例如實(shí)際數(shù)據(jù)樣值(22)因?yàn)樵肼?、通信故障等原因臨時(shí)中斷的情況下使用預(yù)測出的數(shù)據(jù)樣值繼續(xù)工作，而不考慮需要預(yù)測的丟失的數(shù)據(jù)樣值的數(shù)目，并且該組權(quán)值(28)可以基于傳感器信號的特性來確定。還討論了確定該組權(quán)值的各種方法。
文檔編號G05B13/02GK1981251SQ200580019925
公開日2007年6月13日 申請日期2005年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月22日
發(fā)明者R·霍塞納扎德 申請人:拉比特合資有限公司