本發明屬于電動車輛的運行參數的監控，涉及一種氫燃料車輛行駛數據獲取方法及系統，用于對運行中的氫燃料機動車的運行信息的采集和隨時處理，確保車輛運行安全。
背景技術：
1、氫燃料電池汽車作為一種零排放、高效率的新能源汽車，正逐漸成為汽車工業發展的重要方向，在氫燃料車輛的運行過程中，氫氣安全性是整車控制策略中的重中之重，為了確保車輛運行安全，通常需要在底盤等關鍵部位安裝氫氣濃度傳感器，以實時監測是否存在氫氣泄漏，當監測到的氫氣濃度數據超過安全閾值時，車輛控制器會立即執行關斷氫氣供應、強制通風或整車斷電等保護措施。因此，氫氣監測數據的準確性直接關系到車輛的行駛安全及出勤率，現有一種用于非平穩信號去噪處理的方法為小波包閾值去噪算法，其具有良好的時頻局部化特性，能夠對包含豐富頻率成分的信號進行精細化分析與處理。
2、傳統的小波包閾值去噪算法在對氫氣濃度監測數據進行處理時，通常采用基于信號統計特征的通用閾值計算方式，這種方式默認噪聲是均勻分布的高斯白噪聲。然而，在氫燃料車輛實際行駛過程中，特別是高速行駛及雨雪天氣工況下，安裝在底盤區域的氫氣濃度傳感器會受到極大的環境干擾，車輛高速移動產生的強烈氣流湍流會在傳感器表面形成風壓噪聲，而高濕環境會導致傳感器電化學探頭表面形成水膜效應，產生非線性的濕度干擾噪聲，這兩種噪聲疊加后，使得氫氣濃度數據中混入了大量非高斯、非平穩的偽泄漏特征，若僅依據氫氣濃度數據自身的統計特征計算閾值，算法無法區分由高風速高濕度引起的劇烈噪聲波動與真實的氫氣泄漏引起的濃度突變，當車輛處于高速且高濕度的特殊工況時，傳統算法計算出的通用閾值往往偏小，導致噪聲被誤保留，引發系統誤報，或者在某些頻段閾值偏大，容易將微弱的早期泄漏信號當作噪聲濾除，造成漏報。
3、在現有的相關技術中，授權公告號為cn114987284b的中國專利文件：一種基于邊端協同計算的多傳感器電池熱失控預警系統，其公開了一種涉及多傳感器協同的預警系統，在數據處理階段，其邊緣計算模塊在接收到氫氣濃度等各傳感器的原始數據后，利用傳統的小波閾值法去除原始數據中的噪聲，隨后進行數據特征提取和熱失控風險評估，該專利申請文件在對氫氣濃度數據進行去噪時，采用的是標準的小波閾值去噪算法，其閾值通常是基于全局噪聲統計特征設定的固定參數，其缺陷在于：沒有考慮到氫燃料車輛在實際高速行駛或高濕環境下，風壓湍流和水膜效應對傳感器造成的非平穩、非高斯噪聲干擾，固定的去噪閾值在面臨車輛復雜行駛工況時，容易出現將真實氫氣濃度突變誤判為噪聲濾除，或者將強烈的環境風壓噪聲誤留為真實信號的情況，自適應能力不足。
4、在現有的相關技術中，授權公告號為cn112895900b的中國專利文件：一種氫能源有軌電車氫氣冗余監測保護裝置及方法，其公開了一種車載氫氣監測保護技術，其核心在于通過硬件與軟件結合的濾波模塊對氫濃度傳感器輸出的脈寬調制信號進行采集與處理，系統利用固定的濾波算法濾除脈寬調制信號中的高頻電磁干擾，隨后將處理后的脈寬調制信號占空比換算成對應的氫氣濃度數值，最后將獲取的氫氣濃度數值與預設的多個固定濃度安全閾值進行對比，從而實現分等級的故障預警以及相應的系統斷電保護操作，該專利申請文件依賴于針對電磁干擾設定的固定參數濾波處理，在面對氫燃料車輛于實際復雜道路行駛時，由于氫燃料車輛在高速行駛以及高濕度環境下，外部強烈的風壓湍流以及水膜效應會對氫氣傳感器造成嚴重的非平穩機械震蕩及環境干擾，該專利申請文件中固定的濾波參數無法根據車輛當前的實際行駛速度以及環境濕度進行自適應調整，這就容易導致在惡劣工況下將真實微小泄漏產生的突變信號當作噪聲抹除，或者將強烈的環境風壓噪聲誤認為真實泄漏信號，從而造成監測數據的嚴重失真以及預警系統的誤報。
5、在現有的相關技術中，授權公告號為cn113581015b的中國專利文件：燃料電池系統的安全預警方法及裝置，其公開了一種面向燃料電池車輛的安全診斷方法，其首先獲取車輛在運行或充電過程中的各項車載傳感器數據，隨后利用傳統的離散小波分解算法對上述車載傳感器數據進行多尺度分析，在小波分解的各個頻帶上設定固定的全局閾值以提取出其中的異常突變特征分量，最后通過判斷這些異常突變特征分量是否滿足預設的風險判定條件，來實現對燃料電池系統潛在安全風險的早期在線識別與分級預警，該專利申請文件在數據去噪與異常特征提取階段采用的是固定閾值的小波分解技術，其缺陷在于固定全局閾值缺乏對動態物理環境變化的自適應能力；當氫燃料車輛處于車速劇烈變化或者環境濕度極高的工況時，由外部環境引入的噪聲能量往往會發生急劇波動并與真實的傳感器異常信號產生模態混疊，由于該專利申請文件未能引入環境指標對小波去噪閾值進行動態修正，因此在面對高頻高能的環境噪聲時，固定的執行閾值往往顯得過低從而遺漏噪聲，或者在環境平穩時顯得過高從而削弱真實的微弱特征信號，最終降低了燃料電池系統的安全預警的準確性。
技術實現思路
1、本發明的目的在于克服現有技術的缺點，解決現有技術中傳統小波包閾值去噪算法在氫燃料車輛行駛數據獲取時，易對氫氣泄漏產生漏報以及誤報，無法準確識別潛在泄漏風險的技術問題，尋求設計提供一種氫燃料車輛行駛數據獲取方法及系統。
2、為了實現上述發明目的，本發明提供的一種氫燃料車輛行駛數據獲取方法及系統，主體工藝過程包括以下步驟：獲取車輛行駛過程中的氫氣濃度數據、行駛速度數據及環境濕度數據，進行預處理，得到時間窗內氫氣濃度數據、行駛速度數據及環境濕度數據；根據時間窗內氫氣濃度數據在小波包分解后得到的最高頻子帶內所有系數絕對值的中位數、所述系數的方差以及所述系數中的能量最大值，確定時間窗內氫氣濃度數據的波動程度；根據時間窗內行駛速度數據數值確定時間窗內行駛速度特征因子，根據時間窗內環境濕度數據數值確定時間窗內環境濕度特征因子，根據時間窗內行駛速度特征因子以及時間窗內環境濕度特征因子，結合時間窗內氫氣濃度數據的波動程度，確定時間窗內氫氣濃度數據的真實干擾程度；根據時間窗內氫氣濃度數據的真實干擾程度對通用閾值進行修正，確定時間窗內氫氣濃度數據使用的最終執行閾值；利用所述最終執行閾值對時間窗內氫氣濃度數據進行小波包閾值去噪處理，得到時間窗內去噪后的氫氣濃度數據。
3、本發明通過計算時間窗內氫氣濃度數據的波動程度，利用最高頻子帶系數中位數、方差與能量最大值，突出了受噪聲影響的氫氣濃度數據的波動特征；通過計算行駛速度特征因子與環境濕度特征因子，量化了外部干擾的強度，實現了對噪聲強度的分析；通過結合時間窗內行駛速度特征因子、環境濕度特征因子與波動程度計算時間窗內氫氣濃度數據的真實干擾程度，對通用閾值進行自適應修正，增強了小波包閾值去噪算法在復雜背景下的抗干擾能力；通過基于最終執行閾值得到時間窗內去噪后的氫氣濃度數據，實現了對氫燃料車輛氫氣濃度數據的清洗，提升了氫氣濃度數據獲取的準確性與魯棒性。
4、本發明所述的進行預處理，得到時間窗內氫氣濃度數據、行駛速度數據及環境濕度數據，包括：將采集到的氫氣濃度數據、行駛速度數據及環境濕度數據在時間戳上對齊，然后以時間軸上最后一個時刻為末端點根據預設長度劃分時間窗，得到時間窗內氫氣濃度數據、行駛速度數據及環境濕度數據。
5、本發明所述的時間窗內氫氣濃度數據的波動程度滿足表達式：
6、；式中，為第個時間窗內氫氣濃度數據的波動程度，為中位數運算，為第個時間窗內氫氣濃度數據在小波包分解后得到的最高頻子帶內第個系數值，為絕對值符號，為第個時間窗內氫氣濃度數據在小波包分解后得到的最高頻子帶內的系數個數，為第個時間窗內氫氣濃度數據在小波包分解后得到的最高頻子帶內所有系數的均值，為第個時間窗內氫氣濃度數據在小波包分解后得到的最高頻子帶內所有系數中的能量最大值，為自然指數函數。
7、本發明構建以最高頻子帶系數方差和能量最大值之間的乘積項以及最高頻子帶系數中位數的比值項的正相關函數關系，實現了時間窗內氫氣濃度數據的波動程度的評估，最高頻子帶系數方差與能量最大值乘積項反映了時間窗內氫氣濃度數據的高頻波動強度，最高頻子帶系數中位數的比值項提升了噪聲區域的貢獻，使得受噪聲影響的氫氣濃度數據計算得到數值較大的波動程度，從而為時間窗內氫氣濃度數據的真實干擾程度的計算提供了可靠的基礎。
8、本發明所述的時間窗內行駛速度特征因子的獲取方法為：將時間窗內行駛速度數據均值與時間窗內行駛速度數據的平均變化率之間的乘積作為第一數值，將第一數值與車輛設計的最高時速之間的比值作為時間窗內行駛速度特征因子。
9、本發明所述的時間窗內環境濕度特征因子的獲取方法為：將時間窗內環境濕度數據均值與飽和濕度的比值作為時間窗內環境濕度特征因子。
10、本發明所述的時間窗內氫氣濃度數據的真實干擾程度滿足表達式：
11、；式中，為第個時間窗內氫氣濃度數據的真實干擾程度，為第個時間窗內氫氣濃度數據的波動程度，為第個時間窗內行駛速度特征因子，為第個時間窗內環境濕度特征因子，為最大最小歸一化函數，為自然指數函數。
12、本發明通過構建包含時間窗內氫氣濃度數據的波動程度正相關項以及行駛速度特征因子和環境濕度特征因子之間乘積項的復合函數，實現了時間窗內氫氣濃度數據的真實干擾程度的評估，時間窗內氫氣濃度數據的波動程度項增強噪聲區域的干擾權重，行駛速度特征因子與環境濕度特征因子項放大外部噪聲干擾的貢獻，使得受噪聲影響的氫氣濃度數據計算得到較大的真實干擾程度，從而有效區分真實泄漏信號與背景噪聲。
13、本發明所述的通用閾值滿足表達式：
14、；式中，為第個時間窗內氫氣濃度數據使用的通用閾值，為中位數運算，為第個時間窗內氫氣濃度數據在小波包分解后得到的最高頻子帶內第個系數值，為絕對值符號，為第個時間窗內氫氣濃度數據在小波包分解后得到的最高頻子帶內的系數個數，ln為以常數e為底的自然對數函數。
15、本發明所述的時間窗內氫氣濃度數據使用的最終執行閾值滿足表達式：
16、；式中，為第個時間窗內氫氣濃度數據使用的最終執行閾值，為第個時間窗內氫氣濃度數據使用的通用閾值，為增益調節系數，為第個時間窗內氫氣濃度數據的真實干擾程度。
17、本發明通過時間窗內氫氣濃度數據的真實干擾程度對通用閾值進行動態調節，實現了最終執行閾值的自適應，在噪聲影響強烈的區域自動提高閾值以抑制誤濾，在泄漏特征明顯的區域保持較低閾值以保留真實響應，確保了去噪后的氫氣濃度數據的準確性。
18、本發明所述的得到時間窗內去噪后的氫氣濃度數據，包括：對于任意一個頻段子帶中的任意一個系數，響應于系數絕對值小于最終執行閾值，將系數值置零，響應于系數絕對值不小于最終執行閾值，將系數向零收縮；利用所有頻段的子帶以及所有頻段子帶的所有處理后的系數進行小波包逆變換重構，得到時間窗內去噪后的氫氣濃度數據。
19、本發明通過時間窗內氫氣濃度數據的最終執行閾值，進行了氫氣濃度數據的去噪，使得受噪聲影響區域能夠映射出真實氫氣濃度數據的低頻趨勢特征，實現了氫氣濃度數據的準確獲取。
20、本發明還提供一種氫燃料車輛行駛數據獲取系統，包括處理器和存儲器，所述存儲器存儲有計算機程序指令，當所述計算機程序指令被所述處理器執行時實現上述一種氫燃料車輛行駛數據獲取方法；
21、通過將上述氫燃料車輛行駛數據獲取方法生成計算機程序并存儲于存儲器中，以被處理器加載并執行，從而根據存儲器和處理器制作終端設備，方便使用。
22、本發明與現有技術相比，至少包括以下有益效果：
23、一是通過引入基于多特征融合的自適應最終執行閾值修正機制，解決了傳統小波包閾值去噪算法在氫燃料車輛環境下易將噪聲與泄漏信號混淆，導致對氫氣泄漏產生誤報或者漏報的技術難題。
24、二是通過分析最高頻子帶系數中位數、方差與能量最大值，確立了氫氣濃度數據的波動程度與受噪聲影響的氫氣濃度數據之間的內在映射關系，在此基礎上，進一步融合行駛速度特征因子與環境濕度特征因子，將反映波動強度的指標與反映外部干擾的指標進行了緊密耦合，實現了對噪聲背景的精準辨識。
25、三是能夠針對每一個時間窗，計算出其氫氣濃度數據的真實干擾程度，通過對通用閾值的自適應修正，實現了閾值與氫氣濃度數據局部特征的準確匹配，對于受噪聲影響區域，自動提高閾值以防止誤濾，對于真實泄漏區域，保持閾值以完整保留。最終，本發明提升了氫燃料車輛氫氣濃度數據獲取的準確性與抗干擾能力，增強了去噪處理的魯棒性，能夠及時、精準地識別潛在泄漏風險，為車輛安全監控與故障預警提供了堅實的技術保障。