CN112319497B - 氢能汽车燃料电池发动机背压阀自学习标定方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种氢能汽车燃料电池发动机背压阀自学习标定方法及系统；背压阀零点位置(初始位置)和全开位置可以在整个生命周期内完成自适应修正，无需重复标定；当背压阀阀片出现卡滞现象，背压阀驱动电机通过大的占空比冲击，完成背压阀片卡滞现象的修复功能。

Description

氢能汽车燃料电池发动机背压阀自学习标定方法及系统
技术领域
本发明涉及新能源汽车技术领域，尤其涉及一种氢能汽车燃料电池发动机背压阀自学习标定方法及系统。
背景技术
氢燃料电池发动机进气系统压力的控制可以有效地提升系统功率密度的，而进气系统压力主要由排气管路背压阀控制。背压阀作为一种位置控制的机械装置，通过直流电机、减速机构驱动背压阀阀片，背压阀阀片位置传感器检测值与背压阀设定目标开度PID闭环控制，输出电机控制的PWM信号。位置传感器的标定包括计算传感器输出电压信号和实际开度之间的对应关系，目前背压阀存在阀片卡滞，最大和最小角度发生偏移等工程问题，背压阀的自学习标定可以减少重复标定的任务量，并提升整个生命周期内背压阀的控制精度。
图2是背压阀位置传感器特性标定曲线图，横坐标为背压阀位置，单位为角度，纵轴为背压阀位置传感器信号电压值。左侧CT代表背压阀阀片全关状态，即零点位置；右侧WOT代表背压阀全开状态，即最大角位移位置(90°)，背压阀电机不工作时状态为零点位置。
背压阀位置传感器特性曲线由供应商提供，并写入到FCU(氢燃料电池发动机控制器)的Flash区，在不同的功率下设定电堆内部压力值，并转化计算得到背压阀目标设定角度。背压阀是一种基于阀片角度进行闭环调节阀体直流电机的装置，直流电机的驱动采用H桥控制，FCU控制H桥中MOSFET管(功率场效应晶体管)的栅极，使电机正转或反转。
在图2中，零点位置对应的传感器信号电压为U1，全开位置对应的传感器信号电压为U2。供应商提供的图纸规定零点位置和全开位置对应电压的公差范围，以此为依据设定背压阀位置传感器自学习的上限和下限区间，U1,min和U1,max为零点位置的电压变动上限和下限，U2,max和U2,min为最大角度位置的电压变动上限和下限。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种氢能汽车燃料电池发动机背压阀自学习标定方法及系统；本发明提供的一种氢能汽车燃料电池发动机背压阀自学习标定方法，包括以下步骤：
S101：氢燃料电池发动机控制器FCU低压上电，并进行初始化；具体为：背压阀电机输出端口占空比为0，电机不工作；
S102：FCU采集所述背压阀当前位置传感器的电压信号U；
S103：判断条件U>U2,max或者U<U1,min是否成立；若是，则到步骤S104；否则，到步骤S105；
S104：判定为所述位置传感器故障，FCU播报所述位置传感器短路或者短路故障，到步骤S110；
S105：判断U<＝U2,max且U>U1,max是否成立；若是，则到步骤S106；否则，到步骤S108；
S106：判定为背压阀阀片脱离零点位置范围，FCU判断背压阀阀片卡滞，并执行卡滞故障修复程序；具体为：
进入阀片卡滞冲击执行阶段，电机使用较大的短时超限占空比进行冲击，冲击时间小于5s；
冲击结束后，判断条件U>＝U1,min且U<＝U1,max是否成立；若是，到步骤S107；否则，到步骤S108；
S107：背压阀阀片卡滞修复成功，FCU播报背压阀阀片卡滞修复成功，到步骤S110；
S108：判断条件|U-U1|>A是否成立；若是，则到步骤S109；否则，代表背压阀位置精度满足要求，无需自学习标定，到步骤S110；其中，A为背压阀位置传感器自学习进入的窗口范围，为预设值；
S109：进入背压阀自学习阶段，背压阀进行自学习标定；
S110：结束。
进一步地，一种氢能汽车燃料电池发动机背压阀自学习标定系统，包括模块：
初始化模块，用于氢燃料电池发动机控制器FCU低压上电，并进行初始化；具体为：背压阀电机输出端口占空比为0，电机不工作；
电压采集模块，用于FCU采集所述背压阀当前位置传感器的电压信号U；
第一判断模块，用于判断条件U>U2,max或者U<U1,min是否成立；若是，则到第一播报模块；否则，到第二判断模块；
第一播报模块，用于判定为所述位置传感器故障，FCU播报所述位置传感器短路或者短路故障，到结束模块；
第二判断模块，用于判断U<＝U2,max且U>U1,max是否成立；若是，则到卡滞修复模块；否则，到第三判断模块；
卡滞修复模块，用于判定为背压阀阀片脱离零点位置范围，FCU判断背压阀阀片卡滞，并执行卡滞故障修复程序；具体为：
进入阀片卡滞冲击执行阶段，电机使用较大的短时超限占空比进行冲击，冲击时间小于5s；
冲击结束后，判断条件U>＝U1,min且U<＝U1,max是否成立；若是，到第二播报模块；否则，到第三判断模块；
第二播报模块，用于播报背压阀阀片卡滞修复成功，到结束模块；
第三判断模块，用于判断条件|U-U1|>A是否成立；若是，则到自学习标定模块；否则，代表背压阀位置精度满足要求，无需自学习标定，到结束模块；其中，A为背压阀位置传感器自学习进入的窗口范围，为预设值；
自学习标定模块，用于进入背压阀自学习阶段，背压阀进行自学习标定；
结束模块，用于结束整个程序。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：本发明提供的技术方案，背压阀零点位置(初始位置)和全开位置可以在整个生命周期内完成自适应修正，无需重复标定；当背压阀阀片出现卡滞现象，背压阀驱动电机通过大的占空比冲击，完成背压阀片卡滞现象的修复功能。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例中一种氢能汽车燃料电池发动机背压阀自学习标定方法的流程图；
图2是本发明实施例中背压阀位置传感器标定曲线示意图；
图3是本发明实施例中一种氢能汽车燃料电池发动机背压阀自学习标定系统的模块组成示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
本发明的实施例提供了一种氢能汽车燃料电池发动机背压阀自学习标定方法及系统。
请参考图1，图1是本发明实施例中一种氢能汽车燃料电池发动机背压阀自学习标定方法的流程图，具体包括如下步骤：
S101：氢燃料电池发动机控制器FCU低压上电，并进行初始化；具体为：背压阀电机输出端口占空比为0，电机不工作；
S102：FCU采集所述背压阀当前位置传感器的电压信号U；
S103：判断条件U>U2,max或者U<U1,min是否成立；若是，则到步骤S104；否则，到步骤S105；
S104：判定为所述位置传感器故障，FCU播报所述位置传感器短路或者短路故障，到步骤S110；
S105：判断U<＝U2,max且U>U1,max是否成立；若是，则到步骤S106；否则，到步骤S108；
S106：判定为背压阀阀片脱离零点位置范围，FCU判断背压阀阀片卡滞，并执行卡滞故障修复程序；具体为：
进入阀片卡滞冲击执行阶段，电机使用较大的短时超限占空比进行冲击，冲击时间小于5s；
冲击结束后，判断条件U>＝U1,min且U<＝U1,max是否成立；若是，到步骤S107；否则，到步骤S108；
S107：背压阀阀片卡滞修复成功，FCU播报背压阀阀片卡滞修复成功，到步骤S110；
S108：判断条件|U-U1|>A是否成立；若是，则到步骤S109；否则，代表背压阀位置精度满足要求，无需自学习标定，到步骤S110；其中，A为背压阀位置传感器自学习进入的窗口范围，为预设值；
S109：进入背压阀自学习阶段，背压阀进行自学习标定；
S110：结束。
其中，U1,min和U1,max为分别为背压阀阀片零点位置的电压变动上限和下限，U2,max为背压阀阀片全开位置的电压变动上限。
背压阀阀片全关状态为背压阀阀片零点位置；S2中，背压阀阀片全开状态，即最大角位移位置为背压阀阀片全开位置。
步骤S109中，背压阀自学习标定，包括：
S1：在背压阀的零点位置，FCU控制电机反向堵转2s，保持背压阀阀片全关状态，记录此时电压信号，并取2s内的电压信号均值，作为零点位置窗口电压信号U1’；
S2：FCU控制电机正向旋转至背压阀的全开位置，堵转保持2s，记录此时电压信号，取2s内电压信号均值，作为全开位置窗口电压信号U2’；
S3：将零点位置窗口电压信号U1’和全开位置窗口电压信号U2’分别赋值给U1和U2，从而更新背压阀位置传感器特性，如图2所示；
自学习结束后，返回步骤S102，进行循环控制。
请参阅图3，图3是本发明实施例中一种氢能汽车燃料电池发动机背压阀自学习标定系统的模块组成示意图；包括以下模块：
初始化模块11，用于氢燃料电池发动机控制器FCU低压上电，并进行初始化；具体为：背压阀电机输出端口占空比为0，电机不工作；
电压采集模块12，用于FCU采集所述背压阀当前位置传感器的电压信号U；
第一判断模块13，用于判断条件U>U2,max或者U<U1,min是否成立；若是，则到第一播报模块14；否则，到第二判断模块15；
第一播报模块14，用于判定为所述位置传感器故障，FCU播报所述位置传感器短路或者短路故障，到结束模块20；
第二判断模块15，用于判断U<＝U2,max且U>U1,max是否成立；若是，则到卡滞修复模块16；否则，到第三判断模块18；
卡滞修复模块16，用于判定为背压阀阀片脱离零点位置范围，FCU判断背压阀阀片卡滞，并执行卡滞故障修复程序；具体为：
进入阀片卡滞冲击执行阶段，电机使用较大的短时超限占空比进行冲击，冲击时间小于5s；
冲击结束后，判断条件U>＝U1,min且U<＝U1,max是否成立；若是，到第二播报模块17；否则，到第三判断模块18；
第二播报模块17，用于播报背压阀阀片卡滞修复成功，到结束模块20；
第三判断模块18，用于判断条件|U-U1|>A是否成立；若是，则到自学习标定模块19；否则，代表背压阀位置精度满足要求，无需自学习标定，到结束模块20；其中，A为背压阀位置传感器自学习进入的窗口范围，为预设值；
自学习标定模块19，用于进入背压阀自学习阶段，背压阀进行自学习标定；
结束模块20，用于结束整个程序。
在本发明实施例中，U1,min和U1,max为分别为背压阀阀片零点位置的电压变动上限和下限，U2,max为背压阀阀片全开位置的电压变动上限。
在本发明实施例中，背压阀阀片全关状态为背压阀阀片零点位置；背压阀阀片全开状态，即最大角位移位置为背压阀阀片全开位置。
在本发明实施例中，自学习标定模块中，背压阀自学习标定，包括以下单元：
零点位置窗口电压采集单元，用于在背压阀的零点位置，FCU控制电机反向堵转2s，保持背压阀阀片全关状态，记录此时电压信号，并取2s内的电压信号均值，作为零点位置窗口电压信号U1’；
全开位置窗口电压采集单元，用于FCU控制电机正向旋转至背压阀的全开位置，堵转保持2s，记录此时电压信号，取2s内电压信号均值，作为全开位置窗口电压信号U2’；
标定单元，用于将零点位置窗口电压信号U1’和全开位置窗口电压信号U2’分别赋值给U1和U2，从而更新背压阀位置传感器特性。
在本发明实施例中，标定单元中，自学习结束后，返回电压采集模块，进行循环控制。
本发明的有益效果是：本发明提供的技术方案，背压阀零点位置(初始位置)和全开位置可以在整个生命周期内完成自适应修正，无需重复标定；当背压阀阀片出现卡滞现象，背压阀驱动电机通过大的占空比冲击，完成背压阀片卡滞现象的修复功能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种氢能汽车燃料电池发动机背压阀自学习标定方法，其特征在于：包括以下步骤：
S101：氢燃料电池发动机控制器FCU低压上电，并进行初始化；具体为：背压阀电机输出端口占空比为0，电机不工作；
S102：FCU采集所述背压阀当前位置传感器的电压信号U；
S103：判断条件U>U2,max或者U<U1,min是否成立；若是，则到步骤S104；否则，到步骤S105；
S104：判定为所述位置传感器故障，FCU播报所述位置传感器短路或者短路故障，到步骤S110；
S105：判断U<＝U2,max且U>U1,max是否成立；若是，则到步骤S106；否则，到步骤S108；
S106：判定为背压阀阀片脱离零点位置范围，FCU判断背压阀阀片卡滞，并执行卡滞故障修复程序；具体为：
进入阀片卡滞冲击执行阶段，电机使用较大的短时超限占空比进行冲击，冲击时间小于5s；
冲击结束后，判断条件U>＝U1,min且U<＝U1,max是否成立；若是，到步骤S107；否则，到步骤S108；
S107：背压阀阀片卡滞修复成功，FCU播报背压阀阀片卡滞修复成功，到步骤S110；
S108：判断条件|U-U1|>A是否成立；若是，则到步骤S109；否则，代表背压阀位置精度满足要求，无需自学习标定，到步骤S110；其中，A为背压阀位置传感器自学习进入的窗口范围，为预设值；
S109：进入背压阀自学习阶段，背压阀进行自学习标定；
S110：结束；
其中，U1,min和U1,max为分别为背压阀阀片零点位置的电压变动上限和下限；U2,max为背压阀阀片全开位置的电压变动上限。
2.如权利要求1所述的一种氢能汽车燃料电池发动机背压阀自学习标定方法，其特征在于：背压阀阀片全关状态为背压阀阀片零点位置；S2中，背压阀阀片全开状态，即最大角位移位置为背压阀阀片全开位置。
3.如权利要求1所述的一种氢能汽车燃料电池发动机背压阀自学习标定方法，其特征在于：步骤S109中，背压阀自学习标定，包括：
S1：在背压阀的零点位置，FCU控制电机反向堵转2s，保持背压阀阀片全关状态，记录此时电压信号，并取2s内的电压信号均值，作为零点位置窗口电压信号U1’；
S2：FCU控制电机正向旋转至背压阀的全开位置，堵转保持2s，记录此时电压信号，取2s内电压信号均值，作为全开位置窗口电压信号U2’；
S3：将零点位置窗口电压信号U1’和全开位置窗口电压信号U2’分别赋值给U1和U2，从而更新背压阀位置传感器特性。
4.如权利要求3所述的一种氢能汽车燃料电池发动机背压阀自学习标定方法，其特征在于：S3中，自学习结束后，返回步骤S102，进行循环控制。
5.一种氢能汽车燃料电池发动机背压阀自学习标定系统，其特征在于：包括模块：
初始化模块，用于氢燃料电池发动机控制器FCU低压上电，并进行初始化；具体为：背压阀电机输出端口占空比为0，电机不工作；
电压采集模块，用于FCU采集所述背压阀当前位置传感器的电压信号U；
第一判断模块，用于判断条件U>U2,max或者U<U1,min是否成立；若是，则到第一播报模块；否则，到第二判断模块；
第一播报模块，用于判定为所述位置传感器故障，FCU播报所述位置传感器短路或者短路故障，到结束模块；
第二判断模块，用于判断U<＝U2,max且U>U1,max是否成立；若是，则到卡滞修复模块；否则，到第三判断模块；
卡滞修复模块，用于判定为背压阀阀片脱离零点位置范围，FCU判断背压阀阀片卡滞，并执行卡滞故障修复程序；具体为：
进入阀片卡滞冲击执行阶段，电机使用较大的短时超限占空比进行冲击，冲击时间小于5s；
冲击结束后，判断条件U>＝U1,min且U<＝U1,max是否成立；若是，到第二播报模块；否则，到第三判断模块；
第二播报模块，用于播报背压阀阀片卡滞修复成功，到结束模块；
第三判断模块，用于判断条件|U-U1|>A是否成立；若是，则到自学习标定模块；否则，代表背压阀位置精度满足要求，无需自学习标定，到结束模块；其中，A为背压阀位置传感器自学习进入的窗口范围，为预设值；
自学习标定模块，用于进入背压阀自学习阶段，背压阀进行自学习标定；
结束模块，用于结束整个程序；
其中，U1,min和U1,max为分别为背压阀阀片零点位置的电压变动上限和下限；U2,max为背压阀阀片全开位置的电压变动上限。
6.如权利要求5所述的一种氢能汽车燃料电池发动机背压阀自学习标定系统，其特征在于：背压阀阀片全关状态为背压阀阀片零点位置；背压阀阀片全开状态，即最大角位移位置为背压阀阀片全开位置。
7.如权利要求5所述的一种氢能汽车燃料电池发动机背压阀自学习标定系统，其特征在于：自学习标定模块中，背压阀自学习标定，包括以下单元：
零点位置窗口电压采集单元，用于在背压阀的零点位置，FCU控制电机反向堵转2s，保持背压阀阀片全关状态，记录此时电压信号，并取2s内的电压信号均值，作为零点位置窗口电压信号U1’；
全开位置窗口电压采集单元，用于FCU控制电机正向旋转至背压阀的全开位置，堵转保持2s，记录此时电压信号，取2s内电压信号均值，作为全开位置窗口电压信号U2’；
标定单元，用于将零点位置窗口电压信号U1’和全开位置窗口电压信号U2’分别赋值给U1和U2，从而更新背压阀位置传感器特性。
8.如权利要求7所述的一种氢能汽车燃料电池发动机背压阀自学习标定系统，其特征在于：标定单元中，自学习结束后，返回电压采集模块，进行循环控制。
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