CN110429304B - 一种用于车辆的氢燃料电池发动机控制器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于车辆的氢燃料电池发动机控制器，该用于车辆的氢燃料电池发动机控制器包括中央处理模块、电源管理模块、模拟量输入模块、开关量输入模块和功率驱动模块，以此实现该氢燃料电池发动机控制器对双电堆氢燃料电池和/或单电堆氢燃料电池的不同模式控制操作。

Description

一种用于车辆的氢燃料电池发动机控制器
技术领域
本发明涉及新能源燃料电池的技术领域，特别涉及一种用于车辆的氢燃料电池发动机控制器。
背景技术
氢燃料电池发动机由于其高能效和环保等特点已经成为国内外研究的热点。其中，氢燃料电池发动机控制器作为氢燃料电池汽车的核心部件，直接影响氢燃料电池汽车的运行性能。
在实际应用中，当氢燃料电池发动机应用于载荷较小的车辆时，这需要使用单电堆氢燃料电池发动机就能够满足相应的功率输出要求，但是当氢燃料电池发动机应用于载荷较大的车辆时，单电堆氢燃料电池发动机无法实现大功率输出，在此情况下，需要布置双电堆氢燃料电池发动机来提供驱动功率。目前的氢燃料电池发动机控制器并不能同时兼容控制单电堆氢燃料电池发动机和双电堆氢燃料电池发动机，这严重地阻碍氢燃料电池发动机的普及应用。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种用于车辆的氢燃料电池发动机控制器，该用于车辆的氢燃料电池发动机控制器包括中央处理模块、电源管理模块、模拟量输入模块、开关量输入模块和功率驱动模块；其中，该电源管理模块用于提供该氢燃料电池发动机控制器的控制器电源以及其连接若干传感器各自的传感器电源的控制管理操作；该模拟量输入模块用于与该若干传感器连接，以此接收来自该若干传感器的不同检测模拟信号；该开关量输入模块用于与该若干传感器连接，以此接收与该若干传感器开关动作相一致的开关动作模拟信号；该功率驱动模块用于向与该氢燃料电池发动机控制器连接的若干执行器发送若干不同驱动控制信号；该中央处理模块用于控制该电源管理模块、该模拟量输入模块、该开关量输入模块和该功率驱动模块的工作，以此实现该氢燃料电池发动机控制器对双电堆氢燃料电池和/或单电堆氢燃料电池的不同模式控制操作。该用于车辆的氢燃料电池发动机控制器具有如下优点：第一，能够应用于双电堆燃料电池发动机控制的同时兼容单电堆燃料电池发动机控制以满足不同功率需求的车辆；第二，提高了氢燃料电池汽车的输出功率并且解决了将氢燃料电池用于大功率车辆场合的技术瓶颈，同时还提高系统可靠性以及实现了对氢燃料电池发动机的有效控制；第三，实现了双电堆氢燃料电池发动机的动力耦合输出控制，将双电堆氢燃料电池发动机的控制整合到一个控制器中，使双电堆氢燃料电池发动机输出功率实现无缝耦合以此提高系统运行效率；第四，由于双电堆氢燃料电池的控制集成到一个控制器，其能够降低了批量生产及检测成本和提高设计的经济性；第五，该氢燃料电池发动机控制器能够满足更少的控制器与线束降低了对布置空间的要求，从而方便整车布置并且使得车辆内部更加简洁与美观；第六，该氢燃料电池发动机控制器能够将原本有可能发生在两个控制器的故障集中在一个控制器中，以便于故障的查找与排除；第七，该氢燃料电池发动机控制器还降低了控制软件开发的难度以及一套软件控制双电堆氢燃料电池发动机使输出功率更加稳定，同时提高系统响应速度。
本发明提供一种用于车辆的氢燃料电池发动机控制器，其特征在于：
所述用于车辆的氢燃料电池发动机控制器包括中央处理模块、电源管理模块、模拟量输入模块、开关量输入模块和功率驱动模块；其中，
所述电源管理模块用于提供所述氢燃料电池发动机控制器的控制器电源以及其连接若干传感器各自的传感器电源的控制管理操作；
所述模拟量输入模块用于与所述若干传感器连接，以此接收来自所述若干传感器的不同检测模拟信号；
所述开关量输入模块用于与所述若干传感器连接，以此接收与所述若干传感器开关动作相一致的开关动作模拟信号；
所述功率驱动模块用于向与所述氢燃料电池发动机控制器连接的若干执行器发送若干不同驱动控制信号；
所述中央处理模块用于控制所述电源管理模块、所述模拟量输入模块、所述开关量输入模块和所述功率驱动模块的工作，以此实现所述氢燃料电池发动机控制器对双电堆氢燃料电池和/或单电堆氢燃料电池的不同模式控制操作；
所述中央处理模块还支持采用Matlab和/或Simulink和/或ECUCoder工具图形化编程，通过所述Matlab和/或Simulink和/或ECUCoder工具在控制算法图形化编程后自动生成算法的可执行文件和标定数据库，通过上位机自动的将代码下载到所述中央处理模块中，实现整个中央处理模块的软件控制和在线标定。
进一步，所述电源管理模块包括蓄电池管理子模块、点火开关管理子模块和传感器电源管理子模块；其中，
所述蓄电池管理子模块用于对所述氢燃料电池发动机控制器自身供电电源进行控制管理操作；
所述点火开关管理子模块用于对所述双电堆氢燃料电池和/或所述单电堆氢燃料电池进行点火控制管理操作；
所述传感器电源管理子模块用于对所述若干传感器各自的传感器电源分别进行适应性的控制管理操作；
进一步，所述模拟量输入模块包括若干电阻量输入子模块、若干第一电压量输入子模块和若干第二电压量输入子模块；其中，
所述若干电阻量输入子模块与若干无源传感器连接，以此接收来自所述若干无源传感器的不同模拟电阻信号；
所述若干第一电压量输入子模块与若干第一有源传感器连接，以此接收来自所述若干第一有源传感器的第一模拟电压信号；
所述若干第二电压量输入子模块与若干第二有源传感器连接，以此接收来自所述若干第二有源传感器的第二模拟电压信号；
所述第一模拟电压信号不同于所述第二模拟电压信号；
进一步，所述开关量输入模块包括若干高有效开关量输入子模块和若干低有效开关量输入子模块；其中，
所述若干高有效开关量输入子模块中的每一个用于接收高有效开关动作模拟信号；
所述低有效开关量输入子模块中的每一个用于接收低有效开关动作模拟信号；
所述若干高有效开关量输入子模块的数量不同于所述低有效开关量输入子模块的数量；
进一步，所述功率驱动模块包括若干高端功率驱动子模块、若干低端功率驱动子模块和若干H桥恒流驱动子模块；其中，
所述若干高端功率驱动子模块包括若干Peak-hold驱动单元、若干第一功率驱动单元和若干第二功率驱动单元；
所述若干低端功率驱动子模块包括若干第三功率驱动单元、若干第四功率驱动单元和若干第五功率驱动单元；
所述若干高端功率驱动子模块和所述若干低端功率驱动模块用于分别向对应的不同执行器发送不同模式的驱动控制信号，以此实现对不同执行器的PWM工作模式控制和/或开关工作模式控制；
进一步，所述若干高端功率驱动子模块包括九个Peak-hold驱动单元、五个第一功率驱动单元和九个第二功率驱动单元；其中，
所述九个Peak-hold驱动单元均能够对不同执行器进行PWM工作模式控制和开关工作模式控制；
所述五个第一功率驱动单元均能够对不同执行器进行PWM工作模式控制和开关工作模式控制；
所述九个第二功率驱动单元中的其中三个均能够对不同执行器进行PWM工作模式控制和开关工作模式控制，并且另外六个只能够对不同执行器进行开关工作模式控制；
或者，
所述若干低端功率驱动子模块包括四个第三功率驱动单元、两个第四功率驱动单元和四个第五功率驱动单元；其中，
所述四个第三功率驱动单元均能够对不同执行器进行PWM工作模式控制和开关工作模式控制；
所述两个第四功率驱动单元均能够对不同执行器进行PWM工作模式控制和开关工作模式控制；
所述四个第五功率驱动单元只能够对不同执行器进行开关工作模式控制；
或者，
所述若干H桥恒流驱动子模块的数量为两个；
进一步，所述用于车辆的氢燃料电池发动机控制器还包括频率量输入模块；
所述频率量输入模块用于与所述若干传感器连接，以此接收来自所述若干传感器的不同频率输入量；
所述频率量输入模块包括若干PWM频率输入子模块，所述若干PWM频率输入子模块中的每一个接收输入频率的范围为10Hz-20kHz，并且其对应高电平电压的范围为3.3V-32V；
进一步，所述用于车辆的氢燃料电池发动机控制器还包括CAN通信模块；
所述CAN通信模块包括一个或者多个CAN通信线路子模块和通信接口子模块；其中，
所述一个或者多个CAN通信线路子模块用于实现所述中央处理模块、电源管理模块、所述模拟量输入模块、所述开关量输入模块、所述功率驱动模块和所述频率量输入模块相互之间的数据通信；
所述通信接口子模块用于实现所述氢燃料电池发动机控制器与所述若干传感器和/或所述若干执行器之间的数据通信；
进一步，所述用于车辆的氢燃料电池发动机控制器还包括氢气系统管理控制虚拟模块、空气系统管理控制虚拟模块、冷却系统管理控制虚拟模块和电力系统管理控制虚拟模块；其中，
所述氢气系统管理控制虚拟模块用于提供与所述氢燃料电池发动机控制器连接的氢气系统的第一工作状态控制操作；
所述空气系统管理控制虚拟模块用于提供与所述氢燃料电池发动机控制器连接的空气系统的第二工作状态控制操作；
所述冷却系统管理控制虚拟模块用于提供与所述氢燃料电池发动机控制器连接的冷却系统的第三工作状态控制操作；
所述电力系统管理控制虚拟模块用于提供与所述氢燃料电池发动机控制器连接的电力系统的第四工作状态控制操作；
进一步，所述第一工作状态控制操作用于对所述氢气系统的氢气调节器、排水泵、氢气循环泵和喷氢阀中的至少一者进行工作模式的调节切换；
所述第二工作状态控制操作用于对所述空气系统的排气阀、空气阀和空气压缩机中的至少一者进行工作模式的调节切换；
所述第三工作状态控制操作用于对所述冷却系统的加热器、冷却风扇、冷却水泵和增湿水泵中的至少一者进行工作模式的调节切换；
所述第四工作状态控制操作用于对所述电力系统的输出电流进行DC-DC模式的协调控制。
相比于现有技术，该用于车辆的氢燃料电池发动机控制器包括中央处理模块、电源管理模块、模拟量输入模块、开关量输入模块和功率驱动模块；其中，该电源管理模块用于提供该氢燃料电池发动机控制器的控制器电源以及其连接若干传感器各自的传感器电源的控制管理操作；该模拟量输入模块用于与该若干传感器连接，以此接收来自该若干传感器的不同检测模拟信号；该开关量输入模块用于与该若干传感器连接，以此接收与该若干传感器开关动作相一致的开关动作模拟信号；该功率驱动模块用于向与该氢燃料电池发动机控制器连接的若干执行器发送若干不同驱动控制信号；该中央处理模块用于控制该电源管理模块、该模拟量输入模块、该开关量输入模块和该功率驱动模块的工作，以此实现该氢燃料电池发动机控制器对双电堆氢燃料电池和/或单电堆氢燃料电池的不同模式控制操作。该用于车辆的氢燃料电池发动机控制器具有如下优点：第一，能够应用于双电堆燃料电池发动机控制的同时兼容单电堆燃料电池发动机控制以满足不同功率需求的车辆；第二，提高了氢燃料电池汽车的输出功率并且解决了将氢燃料电池用于大功率车辆场合的技术瓶颈，同时还提高系统可靠性以及实现了对氢燃料电池发动机的有效控制；第三，实现了双电堆氢燃料电池发动机的动力耦合输出控制，将双电堆氢燃料电池发动机的控制整合到一个控制器中，使双电堆氢燃料电池发动机输出功率实现无缝耦合以此提高系统运行效率；第四，由于双电堆氢燃料电池的控制集成到一个控制器，其能够降低了批量生产及检测成本和提高设计的经济性；第五，该氢燃料电池发动机控制器能够满足更少的控制器与线束降低了对布置空间的要求，从而方便整车布置并且使得车辆内部更加简洁与美观；第六，该氢燃料电池发动机控制器能够将原本有可能发生在两个控制器的故障集中在一个控制器中，以便于故障的查找与排除；第七，该氢燃料电池发动机控制器还降低了控制软件开发的难度以及一套软件控制双电堆氢燃料电池发动机使输出功率更加稳定，同时提高系统响应速度。
进一步，所述氢燃料电池发动机控制器对双电堆氢燃料电池和/或单电堆氢燃料电池的不同模式控制操作过程中，能够根据车辆的自身的一些基本情况以及车辆所处环境智能控制所述氢燃料电池启动双电堆氢燃料电池和/或单电堆氢燃料电池；
在所述智能控制过程中，首先根据所述车辆的自身基本情况以及所处环境自动的控制所述车辆的速度；
在控制所述车辆的速度过程中，存在一个速度控制数据库，所述数据库中，存在P-1条数据，每条数据中均含有N个车速控制指标数值化后的值，并且每条数据都标注有该条数据的车速控制指标数值化后的值所对应的理想车速；
获取所述车辆当前的所述N个车速控制指标的数值化后的值，将所述值与速度控制数据库中的P-1条数据的值，共同组建为一个P行N列的矩阵B，所述矩阵B的第一行数据为所述车辆当前的N个车速控制指标数值化后的值，第2到P行的数据为所述速度控制数据库中的P-1条数据的N个车速控制指标数值化后的值；
对于所述矩阵B先进行数值预处理，形成一个无量纲的矩阵X；
将所述矩阵X，利用公式(2)，计算当前车辆的状况与数据库中哪条数据最接近；
Figure GDA0002579297860000081
其中，Xi2+1,j为矩阵X的第i2+1行，第j列的值，Li2为当前车辆的状况与数据库中第i2条数据的距离，i2＝1、2、3……P-1；
选择在Li2中最小的值所对应的速度控制数据库中的那条数据，所述最小的值所对应的数据所标注的理想车速则为当前车辆的控制车速；
然后，利用公式(3)计算所述车辆的预期功率；
Figure GDA0002579297860000082
其中，Ps为所述车辆的预期功率；Vc为当前车辆的控制车速，φ1为所述车辆的传动效率，φ2所述发动机的效率，m为所述车辆的质量，g为所述车辆所处地区的重力加速度，μ为所述车辆的轮胎的材质的摩擦系数，Cd所述车辆的风阻系数，S为所述车辆的迎风面积,
Figure GDA0002579297860000083
为道路的坡度；
同时，为了节约所述发动机的制造成本，以及不造成能源的浪费，所述发动机的每个电堆氢燃料电池的最大输出功率由公式(4)来确定：
Figure GDA0002579297860000091
其中，Pe为每个电堆氢燃料电池的最大输出功率，Vmax为所述车辆预计能达到的最大车速，mmax为所述车辆最大承重质量，包含自身质量和载物质量；
同时，在当所述Ps大于Pe时，所述发动机启动双电堆氢燃料电池，当所述Ps小于Pe时，所述发动机启动单电堆氢燃料电池。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种用于车辆的氢燃料电池发动机控制器的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参阅图1，为本发明实施例提供的一种用于车辆的氢燃料电池发动机控制器的结构示意图。该用于车辆的氢燃料电池发动机控制器包括中央处理模块、电源管理模块、模拟量输入模块、开关量输入模块和功率驱动模块；其中，
该电源管理模块用于提供该氢燃料电池发动机控制器的控制器电源以及其连接若干传感器各自的传感器电源的控制管理操作；
该模拟量输入模块用于与该若干传感器连接，以此接收来自该若干传感器的不同检测模拟信号；
该开关量输入模块用于与该若干传感器连接，以此接收与该若干传感器开关动作相一致的开关动作模拟信号；
该功率驱动模块用于向与该氢燃料电池发动机控制器连接的若干执行器发送若干不同驱动控制信号；
该中央处理模块用于控制该电源管理模块、该模拟量输入模块、该开关量输入模块和该功率驱动模块的工作，以此实现该氢燃料电池发动机控制器对双电堆氢燃料电池和/或单电堆氢燃料电池的不同模式控制操作。
所述中央处理模块支持采用Matlab和/或Simulink和/或ECUCoder工具图形化编程，通过所述Matlab和/或Simulink和/或ECUCoder工具在控制算法图形化编程后自动生成算法的可执行文件和标定数据库，通过上位机自动的将代码下载到所述中央处理模块中，实现整个中央处理模块的软件控制和在线标定。
优选地，该电源管理模块包括蓄电池管理子模块、点火开关管理子模块和传感器电源管理子模块；
优选地，该蓄电池管理子模块用于对该氢燃料电池发动机控制器自身供电电源进行控制管理操作；
优选地，该点火开关管理子模块用于对该双电堆氢燃料电池和/或该单电堆氢燃料电池进行点火控制管理操作；
优选地，该传感器电源管理子模块用于对该若干传感器各自的传感器电源分别进行适应性的控制管理操作；
优选地，该模拟量输入模块包括若干电阻量输入子模块、若干第一电压量输入子模块和若干第二电压量输入子模块；
优选地，该若干电阻量输入子模块与若干无源传感器连接，以此接收来自该若干无源传感器的不同模拟电阻信号；
优选地，该若干第一电压量输入子模块与若干第一有源传感器连接，以此接收来自该若干第一有源传感器的第一模拟电压信号；
优选地，该若干第二电压量输入子模块与若干第二有源传感器连接，以此接收来自该若干第二有源传感器的第二模拟电压信号；
优选地，该第一模拟电压信号不同于该第二模拟电压信号；
优选地，该开关量输入模块包括若干高有效开关量输入子模块和若干低有效开关量输入子模块；
优选地，该若干高有效开关量输入子模块中的每一个用于接收高有效开关动作模拟信号；
优选地，该低有效开关量输入子模块中的每一个用于接收低有效开关动作模拟信号；
优选地，该若干高有效开关量输入子模块的数量不同于该低有效开关量输入子模块的数量；
优选地，该功率驱动模块包括若干高端功率驱动子模块、若干低端功率驱动子模块和若干H桥恒流驱动子模块；
优选地，该若干高端功率驱动子模块包括若干Peak-hold驱动单元、若干第一功率驱动单元和若干第二功率驱动单元；
优选地，该若干低端功率驱动子模块包括若干第三功率驱动单元、若干第四功率驱动单元和若干第五功率驱动单元；
优选地，该若干高端功率驱动子模块和该若干低端功率驱动模块用于分别向对应的不同执行器发送不同模式的驱动控制信号，以此实现对不同执行器的PWM工作模式控制和/或开关工作模式控制；
优选地，该若干高端功率驱动子模块包括九个Peak-hold驱动单元、五个第一功率驱动单元和九个第二功率驱动单元；
优选地，该九个Peak-hold驱动单元均能够对不同执行器进行PWM工作模式控制和开关工作模式控制；
优选地，该五个第一功率驱动单元均能够对不同执行器进行PWM工作模式控制和开关工作模式控制；
优选地，该九个第二功率驱动单元中的其中三个均能够对不同执行器进行PWM工作模式控制和开关工作模式控制，并且另外六个只能够对不同执行器进行开关工作模式控制；
优选地，该若干低端功率驱动子模块包括四个第三功率驱动单元、两个第四功率驱动单元和四个第五功率驱动单元；
优选地，该四个第三功率驱动单元均能够对不同执行器进行PWM工作模式控制和开关工作模式控制；
优选地，该两个第四功率驱动单元均能够对不同执行器进行PWM工作模式控制和开关工作模式控制；
优选地，该四个第五功率驱动单元只能够对不同执行器进行开关工作模式控制；
优选地，该若干H桥恒流驱动子模块的数量为两个；
优选地，该用于车辆的氢燃料电池发动机控制器还包括频率量输入模块；
优选地，该频率量输入模块用于与该若干传感器连接，以此接收来自该若干传感器的不同频率输入量；
优选地，该频率量输入模块包括若干PWM频率输入子模块，该若干PWM频率输入子模块中的每一个接收输入频率的范围为10Hz-20kHz，并且其对应高电平电压的范围为3.3V-32V；
优选地，该用于车辆的氢燃料电池发动机控制器还包括CAN通信模块；
优选地，该CAN通信模块包括一个或者多个CAN通信线路子模块和通信接口子模块；
优选地，该一个或者多个CAN通信线路子模块用于实现该中央处理模块、电源管理模块、该模拟量输入模块、该开关量输入模块、该功率驱动模块和该频率量输入模块相互之间的数据通信；
优选地，该通信接口子模块用于实现该氢燃料电池发动机控制器与该若干传感器和/或该若干执行器之间的数据通信；
优选地，该用于车辆的氢燃料电池发动机控制器还包括氢气系统管理控制虚拟模块、空气系统管理控制虚拟模块、冷却系统管理控制虚拟模块和电力系统管理控制虚拟模块；
优选地，该氢气系统管理控制虚拟模块用于提供与该氢燃料电池发动机控制器连接的氢气系统的第一工作状态控制操作；
优选地，该空气系统管理控制虚拟模块用于提供与该氢燃料电池发动机控制器连接的空气系统的第二工作状态控制操作；
优选地，该冷却系统管理控制虚拟模块用于提供与该氢燃料电池发动机控制器连接的冷却系统的第三工作状态控制操作；
优选地，该电力系统管理控制虚拟模块用于提供与该氢燃料电池发动机控制器连接的电力系统的第四工作状态控制操作；
优选地，该第一工作状态控制操作用于对该氢气系统的氢气调节器、排水泵、氢气循环泵和喷氢阀中的至少一者进行工作模式的调节切换；
优选地，该第二工作状态控制操作用于对该空气系统的排气阀、空气阀和空气压缩机中的至少一者进行工作模式的调节切换；
优选地，该第三工作状态控制操作用于对该冷却系统的加热器、冷却风扇、冷却水泵和增湿水泵中的至少一者进行工作模式的调节切换；
优选地，该第四工作状态控制操作用于对该电力系统的输出电流进行DC-DC模式的协调控制。
优选地，所述氢燃料电池发动机控制器对双电堆氢燃料电池和/或单电堆氢燃料电池的不同模式控制操作过程中，能够根据车辆的自身的一些基本情况以及车辆所处环境智能控制所述氢燃料电池启动双电堆氢燃料电池和/或单电堆氢燃料电池；
在所述智能控制过程中，首先根据所述车辆的自身基本情况以及所处环境自动的控制所述车辆的速度；
在控制所述车辆的速度过程中，存在一个速度控制数据库，所述数据库中，存在P-1条数据，每条数据中均含有N个车速控制指标数值化后的值，并且每条数据都标注有该条数据的车速控制指标数值化后的值所对应的理想车速；
所述N个车辆控制指标包含有：当前车速指标、所述车辆质量、道路材质、太阳光照强度、车辆连续行驶时长、风速、最近障碍物距离、驾驶者视力情况等；
其中所述数值化为，对于原来即为数值所表达的东西不做修改，对于原来不是数值表达的东西，则用数值来表示，例如道路材质可能为水泥路、沥青路、泥土路、沙子路等，则分别用数值1、2、3、4、5等来表示所述值；
获取所述车辆当前的所述N个车速控制指标的数值化后的值，将所述值与速度控制数据库中的P-1条数据的值，共同组建为一个P行N列的矩阵B，所述矩阵B的第一行数据为所述车辆当前的N个车速控制指标数值化后的值，第2到P行的数据为所述速度控制数据库中的P-1条数据的N个车速控制指标数值化后的值；
对于所述矩阵B先进行数值预处理，形成一个无量纲的矩阵X；
其中，预处理采用如下公式(1)所示；
Figure GDA0002579297860000141
其中，Bi,j为需要进行数据预处理的数值，即为所述矩阵B中的第i条数据对应的车速控制指标的第j个参数的值，Xi,j为将Bi,j进行数据预处理后的值，即为矩阵B中的第i条数据对应的车速控制指标的第j个参数的值进行数据预处理后的值，且任意大写字母对应的下标均表示位置的值，则下标处的字符可以用任意字符替换，即Bt1,j中的t1和Bi,j中i一样，均表示第i/t1条数据，i＝1、2、3……P,j＝1、2、3、……N；
利用公式(1)可以将车速控制指标存在的不同的度量标准，使得在计算时不同的指标间的值差异过大，从而使得某个指标可能取值普遍偏大或者偏小而使建立的模型受该指标的影响巨大，从而使得模型存对整体的评价存在误差，同时在公式(1)中，利用了绝对值，从而使得求差异和时，不会出现有负数，从而在求和时正数和负数抵消，时本来可能存在很大差异的情况下，而差异和的值很小，同时在分母处+0.01，避免了分母为0的情况，使得计算过程中出现计算结果错误；
将所述矩阵X，利用公式(2)，计算当前车辆的状况与数据库中哪条数据最接近；
Figure GDA0002579297860000151
其中，Xi2+1,j为矩阵X的第i2+1行，第j列的值，Li2为当前车辆的状况与数据库中第i2条数据的距离，i2＝1、2、3……P-1；
选择在Li2中最小的值所对应的速度控制数据库中的那条数据，所述最小的值所对应的数据所标注的理想车速则为当前车辆的控制车速；
即若L3的值最小，则速度控制数据库中的第3条数据所对应的车速就是当前车辆的控制车速。
利用公式(2)可以得到在不同情况下，所述车辆能根据数据库中所预存的理想车速智能控制所述车辆的车速，从而达到智能控速效果；
然后，利用公式(3)计算所述车辆的预期功率；
Figure GDA0002579297860000161
其中，Ps为所述车辆的预期功率；Vc为当前车辆的控制车速，φ1为所述车辆的传动效率，φ2所述发动机的效率，m为所述车辆的质量，g为所述车辆所处地区的重力加速度，μ为所述车辆的轮胎的材质的摩擦系数，Cd所述车辆的风阻系数，S为所述车辆的迎风面积,
Figure GDA0002579297860000162
为道路的坡度；
且功率的单位为瓦，速度单位为m/s，质量单位为kg,加速度单位为m/s2，迎风面积的单位为m2；
根据公式(1)，可以智能的确定不同的车辆在不同的环境下，以及不同的行驶速度的情况下，所需耗能的多少，从而能实时监控实时功率，使得所述车辆能根据实时功率来确定所述氢燃料电池启动双电堆氢燃料电池和/或单电堆氢燃料电池。
同时，为了节约所述发动机的制造成本，以及不造成能源的浪费，所述发动机的每个电堆氢燃料电池的最大输出功率由公式(4)来确定：
Figure GDA0002579297860000163
其中，Pe为每个电堆氢燃料电池的最大输出功率，Vmax为所述车辆预计能达到的最大车速，mmax为所述车辆最大承重质量，包含自身质量和载物质量；
利用公式(2)，可以根据每辆车辆不同的特征，以及车辆的最大车速等，来确定所述发动机的氢燃料电池的每个电堆氢燃料电池的最大输出功率，而达到所述车辆能满足车辆需求，但不会造成最大输出功率的浪费。
同时，在当所述Ps大于Pe时，所述发动机启动双电堆氢燃料电池，当所述Ps小于Pe时，所述发动机启动单电堆氢燃料电池。
有益效果：(1)可以根据环境智能的控制所述车速；
(2)在所述控制车速时，采用了多个指标进行判断，使得考虑更为全面，且在判断时，为避免单位造成的不同，采用了数据预处理技术，使得数据无量钢化；
(3)根据控制的车速，计算所述车速，在当前环境下所需的功率；
(4)智能确定所述发动机的每个电堆氢燃料电池的最大功率，从而使得能够满足车辆的正常运行，但不会造成车辆浪费，同时也不会因为需要大功率的电堆氢燃料电池而造成成本过高的情况；
(5)能根据当前所需的功率，自动控制启动双电堆氢燃料电池或者单电堆氢燃料电池。
从上述实施例可以看出，该用于车辆的氢燃料电池发动机控制器包括中央处理模块、电源管理模块、模拟量输入模块、开关量输入模块和功率驱动模块；其中，该电源管理模块用于提供该氢燃料电池发动机控制器的控制器电源以及其连接若干传感器各自的传感器电源的控制管理操作；该模拟量输入模块用于与该若干传感器连接，以此接收来自该若干传感器的不同检测模拟信号；该开关量输入模块用于与该若干传感器连接，以此接收与该若干传感器开关动作相一致的开关动作模拟信号；该功率驱动模块用于向与该氢燃料电池发动机控制器连接的若干执行器发送若干不同驱动控制信号；该中央处理模块用于控制该电源管理模块、该模拟量输入模块、该开关量输入模块和该功率驱动模块的工作，以此实现该氢燃料电池发动机控制器对双电堆氢燃料电池和/或单电堆氢燃料电池的不同模式控制操作。该用于车辆的氢燃料电池发动机控制器具有如下优点：第一，能够应用于双电堆燃料电池发动机控制的同时兼容单电堆燃料电池发动机控制以满足不同功率需求的车辆；第二，提高了氢燃料电池汽车的输出功率并且解决了将氢燃料电池用于大功率车辆场合的技术瓶颈，同时还提高系统可靠性以及实现了对氢燃料电池发动机的有效控制；第三，实现了双电堆氢燃料电池发动机的动力耦合输出控制，将双电堆氢燃料电池发动机的控制整合到一个控制器中，使双电堆氢燃料电池发动机输出功率实现无缝耦合以此提高系统运行效率；第四，由于双电堆氢燃料电池的控制集成到一个控制器，其能够降低了批量生产及检测成本和提高设计的经济性；第五，该氢燃料电池发动机控制器能够满足更少的控制器与线束降低了对布置空间的要求，从而方便整车布置并且使得车辆内部更加简洁与美观；第六，该氢燃料电池发动机控制器能够将原本有可能发生在两个控制器的故障集中在一个控制器中，以便于故障的查找与排除；第七，该氢燃料电池发动机控制器还降低了控制软件开发的难度以及一套软件控制双电堆氢燃料电池发动机使输出功率更加稳定，同时提高系统响应速度。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种用于车辆的氢燃料电池发动机控制器，其特征在于：
所述用于车辆的氢燃料电池发动机控制器包括中央处理模块、电源管理模块、模拟量输入模块、开关量输入模块和功率驱动模块；其中，
所述电源管理模块用于提供所述氢燃料电池发动机控制器的控制器电源以及其连接若干传感器各自的传感器电源的控制管理操作；
所述模拟量输入模块用于与所述若干传感器连接，以此接收来自所述若干传感器的不同检测模拟信号；
所述开关量输入模块用于与所述若干传感器连接，以此接收与所述若干传感器开关动作相一致的开关动作模拟信号；
所述功率驱动模块用于向与所述氢燃料电池发动机控制器连接的若干执行器发送若干不同驱动控制信号；
所述中央处理模块用于控制所述电源管理模块、所述模拟量输入模块、所述开关量输入模块和所述功率驱动模块的工作，以此实现所述氢燃料电池发动机控制器对双电堆氢燃料电池和/或单电堆氢燃料电池的不同模式控制操作；
所述中央处理模块还支持采用Matlab和/或Simulink和/或ECUCoder工具图形化编程，通过所述Matlab和/或Simulink和/或ECUCoder工具在控制算法图形化编程后自动生成算法的可执行文件和标定数据库，通过上位机自动的将代码下载到所述中央处理模块中，实现整个中央处理模块的软件控制和在线标定；
所述氢燃料电池发动机控制器对双电堆氢燃料电池和/或单电堆氢燃料电池的不同模式控制操作过程中，能够根据车辆的自身的一些基本情况以及车辆所处环境智能控制所述氢燃料电池启动双电堆氢燃料电池和/或单电堆氢燃料电池；
在所述智能控制过程中，首先根据所述车辆的自身基本情况以及所处环境自动的控制所述车辆的速度；
在控制所述车辆的速度过程中，存在一个速度控制数据库，所述数据库中，存在P-1条数据，每条数据中均含有N个车速控制指标数值化后的值，并且每条数据都标注有该条数据的车速控制指标数值化后的值所对应的理想车速；
获取所述车辆当前的所述N个车速控制指标的数值化后的值，将所述值与速度控制数据库中的P-1条数据的值，共同组建为一个P行N列的矩阵B，所述矩阵B的第一行数据为所述车辆当前的N个车速控制指标数值化后的值，第2到P行的数据为所述速度控制数据库中的P-1条数据的N个车速控制指标数值化后的值；
对于所述矩阵B先进行数值预处理，形成一个无量纲的矩阵X；
将所述矩阵X，利用公式(2)，计算当前车辆的状况与数据库中哪条数据最接近；
Figure FDA0002579297850000021
其中，Xi2+1,j为矩阵X的第i2+1行，第j列的值，Li2为当前车辆的状况与数据库中第i2条数据的距离，i2＝1、2、3……P-1；
选择在Li2中最小的值所对应的速度控制数据库中的那条数据，所述最小的值所对应的数据所标注的理想车速则为当前车辆的控制车速；
然后，利用公式(3)计算所述车辆的预期功率；
Figure FDA0002579297850000022
其中，Ps为所述车辆的预期功率；Vc为当前车辆的控制车速，φ1为所述车辆的传动效率，φ2所述发动机的效率，m为所述车辆的质量，g为所述车辆所处地区的重力加速度，μ为所述车辆的轮胎的材质的摩擦系数，Cd所述车辆的风阻系数，S为所述车辆的迎风面积,
Figure FDA0002579297850000032
为道路的坡度；
同时，为了节约所述发动机的制造成本，以及不造成能源的浪费，所述发动机的每个电堆氢燃料电池的最大输出功率由公式(4)来确定：
Figure FDA0002579297850000031
其中，Pe为每个电堆氢燃料电池的最大输出功率，Vmax为所述车辆预计能达到的最大车速，mmax为所述车辆最大承重质量，包含自身质量和载物质量；
同时，在当所述Ps大于Pe时，所述发动机启动双电堆氢燃料电池，当所述Ps小于Pe时，所述发动机启动单电堆氢燃料电池。
2.如权利要求1所述的用于车辆的氢燃料电池发动机控制器，其特征在于：所述电源管理模块包括蓄电池管理子模块、点火开关管理子模块和传感器电源管理子模块；其中，
所述蓄电池管理子模块用于对所述氢燃料电池发动机控制器自身供电电源进行控制管理操作；
所述点火开关管理子模块用于对所述双电堆氢燃料电池和/或所述单电堆氢燃料电池进行点火控制管理操作；
所述传感器电源管理子模块用于对所述若干传感器各自的传感器电源分别进行适应性的控制管理操作。
3.如权利要求1所述的用于车辆的氢燃料电池发动机控制器，其特征在于：所述模拟量输入模块包括若干电阻量输入子模块、若干第一电压量输入子模块和若干第二电压量输入子模块；其中，
所述若干电阻量输入子模块与若干无源传感器连接，以此接收来自所述若干无源传感器的不同模拟电阻信号；
所述若干第一电压量输入子模块与若干第一有源传感器连接，以此接收来自所述若干第一有源传感器的第一模拟电压信号；
所述若干第二电压量输入子模块与若干第二有源传感器连接，以此接收来自所述若干第二有源传感器的第二模拟电压信号；
所述第一模拟电压信号不同于所述第二模拟电压信号。
4.如权利要求1所述的用于车辆的氢燃料电池发动机控制器，其特征在于：所述开关量输入模块包括若干高有效开关量输入子模块和若干低有效开关量输入子模块；其中，
所述若干高有效开关量输入子模块中的每一个用于接收高有效开关动作模拟信号；
所述低有效开关量输入子模块中的每一个用于接收低有效开关动作模拟信号；
所述若干高有效开关量输入子模块的数量不同于所述低有效开关量输入子模块的数量。
5.如权利要求1所述的用于车辆的氢燃料电池发动机控制器，其特征在于：所述功率驱动模块包括若干高端功率驱动子模块、若干低端功率驱动子模块和若干H桥恒流驱动子模块；其中，
所述若干高端功率驱动子模块包括若干Peak-hold驱动单元、若干第一功率驱动单元和若干第二功率驱动单元；
所述若干低端功率驱动子模块包括若干第三功率驱动单元、若干第四功率驱动单元和若干第五功率驱动单元；
所述若干高端功率驱动子模块和所述若干低端功率驱动模块用于分别向对应的不同执行器发送不同模式的驱动控制信号，以此实现对不同执行器的PWM工作模式控制和/或开关工作模式控制。
6.如权利要求5所述的用于车辆的氢燃料电池发动机控制器，其特征在于：所述若干高端功率驱动子模块包括九个Peak-hold驱动单元、五个第一功率驱动单元和九个第二功率驱动单元；其中，
所述九个Peak-hold驱动单元均能够对不同执行器进行PWM工作模式控制和开关工作模式控制；
所述五个第一功率驱动单元均能够对不同执行器进行PWM工作模式控制和开关工作模式控制；
所述九个第二功率驱动单元中的其中三个均能够对不同执行器进行PWM工作模式控制和开关工作模式控制，并且另外六个只能够对不同执行器进行开关工作模式控制；
或者，
所述若干低端功率驱动子模块包括四个第三功率驱动单元、两个第四功率驱动单元和四个第五功率驱动单元；其中，
所述四个第三功率驱动单元均能够对不同执行器进行PWM工作模式控制和开关工作模式控制；
所述两个第四功率驱动单元均能够对不同执行器进行PWM工作模式控制和开关工作模式控制；
所述四个第五功率驱动单元只能够对不同执行器进行开关工作模式控制；
或者，
所述若干H桥恒流驱动子模块的数量为两个。
7.如权利要求1所述的用于车辆的氢燃料电池发动机控制器，其特征在于：所述用于车辆的氢燃料电池发动机控制器还包括频率量输入模块；
所述频率量输入模块用于与所述若干传感器连接，以此接收来自所述若干传感器的不同频率输入量；
所述频率量输入模块包括若干PWM频率输入子模块，所述若干PWM频率输入子模块中的每一个接收输入频率的范围为10Hz-20kHz，并且其对应高电平电压的范围为3.3V-32V。
8.如权利要求7所述的用于车辆的氢燃料电池发动机控制器，其特征在于：所述用于车辆的氢燃料电池发动机控制器还包括CAN通信模块；
所述CAN通信模块包括一个或者多个CAN通信线路子模块和通信接口子模块；其中，
所述一个或者多个CAN通信线路子模块用于实现所述中央处理模块、电源管理模块、所述模拟量输入模块、所述开关量输入模块、所述功率驱动模块和所述频率量输入模块相互之间的数据通信；
所述通信接口子模块用于实现所述氢燃料电池发动机控制器与所述若干传感器和/或所述若干执行器之间的数据通信。
9.如权利要求1所述的用于车辆的氢燃料电池发动机控制器，其特征在于：所述用于车辆的氢燃料电池发动机控制器还包括氢气系统管理控制虚拟模块、空气系统管理控制虚拟模块、冷却系统管理控制虚拟模块和电力系统管理控制虚拟模块；其中，
所述氢气系统管理控制虚拟模块用于提供与所述氢燃料电池发动机控制器连接的氢气系统的第一工作状态控制操作；
所述空气系统管理控制虚拟模块用于提供与所述氢燃料电池发动机控制器连接的空气系统的第二工作状态控制操作；
所述冷却系统管理控制虚拟模块用于提供与所述氢燃料电池发动机控制器连接的冷却系统的第三工作状态控制操作；
所述电力系统管理控制虚拟模块用于提供与所述氢燃料电池发动机控制器连接的电力系统的第四工作状态控制操作；
所述第一工作状态控制操作用于对所述氢气系统的氢气调节器、排水泵、氢气循环泵和喷氢阀中的至少一者进行工作模式的调节切换；
所述第二工作状态控制操作用于对所述空气系统的排气阀、空气阀和空气压缩机中的至少一者进行工作模式的调节切换；
所述第三工作状态控制操作用于对所述冷却系统的加热器、冷却风扇、冷却水泵和增湿水泵中的至少一者进行工作模式的调节切换；
所述第四工作状态控制操作用于对所述电力系统的输出电流进行DC-DC模式的协调控制。
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