CN115032328B - 一种车辆中气体泄漏探测的防误报控制系统及控制方法 - Google Patents

一种车辆中气体泄漏探测的防误报控制系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种车辆中气体泄漏探测的防误报控制系统及控制方法，属于车辆气体泄漏检测领域，方法包括获取车辆中各气体浓度传感器采集若干个周期的气体浓度数据，每个周期采集的浓度数据为：浓度值Ni、固有频率Yi；判断每个浓度数据的固有频率Yi是否在设定的频率阈值范围内，若在则保留该浓度数据，若不在则剔除该浓度数据；判断剩余每个浓度数据是否发生异常跳变，对于发生异常跳变的浓度数据，设置其浓度值由Ni变为Ni‑1，计算设定时间内每个浓度传感器的浓度平均值；将各浓度传感器的浓度平均值发送给车辆的仪表台，控制仪表台显示各浓度传感器的浓度平均值，能得到准确性较高的浓度检测值，大大提高了气体泄漏探测的防误报性能。

Description

一种车辆中气体泄漏探测的防误报控制系统及控制方法
技术领域
本发明属于车辆的气体泄漏检测领域，具体涉及一种车辆中气体泄漏探测的防误报控制系统及控制方法。
背景技术
现有技术中，公布号为CN112277649A的中国发明专利申请公开了一种燃料电池氢能汽车的氢安全系统及控制方法，该系统包括氢管理系统、整车控制器、汽车仪表以及若干个氢浓度传感器等，该方法通过氢管理系统获取各氢浓度传感器采集的气体浓度数据，并进行报警判断，将获取的气体浓度值与报警阈值进行比较，向汽车仪表发出一级报警命令或二级报警命令，由汽车仪表进行声光报警；由整车控制器接收二级报警命令，并根据整车运行状态，进行相应的控制操作。
但是，该方法存在的问题是，由于车辆运营环境中多变的温度、湿度条件以及整车复杂电磁环境的影响，车上布置的氢浓度传感器会不可避免的报出异常浓度数值，若车辆频繁误报出浓度超过设定阈值的故障，则需要进行多次不必要的维修，同时给车辆的使用者和售后服务人员带来很多不必要的麻烦，造成人力、物力上的损失。
发明内容
本发明的目的是提供一种车辆中气体泄漏探测的防误报控制系统及控制方法，用于解决现有车辆中探测气体泄漏装置容易误报的问题。
基于上述目的，一种车辆中气体泄漏探测的防误报控制方法的技术方案如下：
1)获取车辆中各气体浓度传感器采集若干个周期为t的气体浓度数据，每个周期采集的浓度数据为：浓度值Ni、固有频率Yi；
2)判断每个浓度数据的固有频率Yi是否在设定的频率阈值范围(YMIN～YMAX)内，若YMIN≤Yi≤YMAX，则保留该浓度数据；若Yi＞YMAX或Yi＜YMIN，则剔除该浓度数据；
3)判断剩余每个浓度数据是否发生异常跳变，对于发生异常跳变的浓度数据，设置其浓度值由Ni变为Ni-1，Ni-1为上一周期判定为正常浓度数据的浓度值；
4)根据经过步骤2)和步骤3)处理后的气体浓度数据，计算设定时间内每个浓度传感器的浓度平均值；将各浓度传感器的浓度平均值发送给车辆的仪表台，控制仪表台显示各浓度传感器的浓度平均值。
一种车辆中气体泄漏探测的防误报控制系统的技术方案如下：
包括设置在车辆各位置处的气体浓度传感器，用于检测泄漏的气体浓度；以及采集连接各气体浓度传感器的控制器，该控制器用于执行计算机程序时实现所述的防误报控制方法。
上述两个技术方案的有益效果是：
本发明的防误报控制方法及系统，能够有效的检测出气体浓度传感器采集的浓度异常值，经过三重过滤机制，即固有频率异常的浓度数据过滤、跳变数据的识别过滤，和采集周期内多个正常数据输出算数平均值的计算，最终能得到准确性较高的浓度检测值，大大提高了气体泄漏探测的防误报性能。
进一步的，为了方便维修人员及时对发生检测故障的气体浓度传感器进行处理，对于步骤3)中发生浓度数据异常跳变的浓度传感器，控制该浓度传感器进行自检，若自检后按照步骤3)中的内容再次判断出浓度数据发生异常跳变，则控制浓度传感器进行数据异常的状态灯显示，并控制仪表台进行报警提示。
进一步的，步骤4)中，所述的设定时间为上报气体浓度值的周期T，根据上报气体浓度值的周期T与气体浓度采集周期t相比的倍数值X，来计算X个浓度数据中的k个正常数据值的平均值，得到每个浓度传感器的浓度平均值。
基于上述目的，一种车辆中气体泄漏探测的防误报控制系统的技术方案如下：
包括第一控制器、第一控制器，以及设置在车上相应位置处的气体浓度传感器，第一控制器与气体浓度传感器通信连接，第一控制器与第二控制器通信连接，第二控制器控制连接车辆的仪表台；其中，气体浓度传感器用于采集车上相应位置处泄漏的气体浓度；
第一控制器用于获取车辆中各气体浓度传感器采集若干个周期为t的气体浓度数据，每个周期采集的浓度数据为：浓度值Ni、固有频率Yi；判断每个浓度数据的固有频率Yi是否在设定的频率阈值范围(YMIN～YMAX)内，若YMIN≤Yi≤YMAX，则保留该浓度数据；若Yi＞YMAX或Yi＜YMIN，则剔除该浓度数据；以及，判断剩余每个浓度数据是否发生异常跳变，对于发生异常跳变的浓度数据，设置其浓度值由Ni变为Ni-1，Ni-1为上一周期判定为正常浓度数据的浓度值；
第一控制器还用于根据经过处理后的气体浓度数据，计算设定时间内每个浓度传感器的浓度平均值；将各浓度传感器的浓度平均值发送第一控制器，由第二控制器控制车辆的仪表台显示各浓度传感器的浓度平均值；所述的第二控制器为整车控制器。
上述技术方案的有益效果是：
本发明的控制系统，通过气体浓度传感器、第一控制器和第二控制器之间的共同配合，能够有效的检测出气体浓度传感器采集的浓度异常值，经过三重过滤机制，即固有频率异常的浓度数据过滤、跳变数据的识别过滤，和采集周期内多个正常数据输出算数平均值的计算，最终能得到准确性较高的浓度检测值，大大提高了气体泄漏探测的防误报性能。
进一步的，所述的第一控制器在检测出发生异常跳变的浓度数据后，还用于向第二控制器发送相应气体浓度传感器检测浓度异常的信号，第二控制器收到该信号后，向第一控制器反馈控制指令，第二控制器根据该控制指令，向相应的气体浓度传感器发送自检指令，控制该气体浓度传感器进行自检，修复检测异常。
进一步的，所述的第二控制器控制连接各气体浓度传感器；若气体浓度传感器自检后，所述的第一控制器再次判断出存在浓度数据发生异常跳变，并向第二控制器发送检测浓度异常的信号，则由第二控制器控制相应气体浓度传感器进行数据异常的状态灯显示，并控制仪表台进行报警提示。
进一步的，所述的设定时间为上报气体浓度值的周期T，根据上报气体浓度值的周期T与气体浓度采集周期t相比的倍数值X，来计算X个浓度数据中的k个正常数据值的平均值，得到每个浓度传感器的浓度平均值。
附图说明
图1是本发明系统实施例1中车辆中气体泄漏探测的防误报控制系统示意图；
图2是本发明系统实施例2中车辆中气体泄漏探测的防误报控制系统的示意图；
图3是本发明方法实施例中防误报控制方法的异常数据判断和过滤流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
系统实施例1：
本实施例提出一种车辆中气体泄漏探测的防误报控制系统，适用于燃料电池车辆，如图1所示，该系统包括氢系统控制器(B)、整车控制器(C)，以及氢浓度传感器(A)，其中，各氢浓度传感器(A)与氢系统控制器(B)通信连接，氢系统控制器(B)和整车控制器(C)通信连接，整车控制器(C)与各氢浓度传感器(A)通信连接。
该系统中，氢浓度传感器(A)为一个或若干个，设置在车上的各个位置处，用于在相应空间位置上进行氢气浓度检测，并将检测到的浓度数据转换为通讯信号发送给氢系统控制器(B)。
氢系统控制器(B)用于接收氢浓度传感器(A)采集的浓度数据，并按照以下方法进行异常数据的判断和过滤，该方法包括：
a)进行频率异常的浓度数据过滤；
具体的，对于一个氢浓度传感器来说，其单个周期采集的浓度数据为：浓度值Ni、固有频率Yi；通过判断该固有频率Yi是否在设定的频率阈值范围(YMIN～YMAX)内，进行首次筛选判断，判断内容如下：
若固有频率在频率阈值范围内(YMIN≤Yi≤YMAX)，则保留数据Ni，进行下一采集数据Ni+1的固有频率判断；若固有频率超出该范围(Yi＞YMAX或Yi＜YMIN)，则直接剔除该数据，直接进行下个采集数据Ni+1的判断，数据Ni不计入下面步骤c)中的算术平均值计算。
b)进行发生异常跳变的浓度数据的识别过滤；
在步骤a)中过滤出频率异常的浓度数据后，需要进行数据的二次筛选，筛选思路为：结合发生跳变的数据变化差值和发生气体泄漏后氢气浓度变化的差值之间存在的差异，区分是否为异常数据。对于任一浓度数据的异常跳变判断，如图2所示，具体的判断方法如下：
判断浓度值Ni与上个周期采集的浓度值Ni-1之间差值的绝对值，若该差值的绝对值在设定的阈值范围P内，则判定数据Ni为正常数据，保留数据Ni；若该差值的绝对值不在设定的阈值范围P内，则判定数据Ni为异常跳变数据，数据Ni的值不保留，该值由判定为正常数据Ni-1的值代替。
本步骤中，若Ni为当前采集周期内的首个数据，则应与初始数值0进行求差和绝对值后，进行异常跳变判断。
c)进行氢浓度平均值的计算；
由于氢系统控制器向整车控制器上报浓度值的周期T，比氢浓度传感器采集数据的周期t长，即单个氢系统控制器的数据上报周期T内，各氢浓度传感器能够采集多个数据，并发送给氢系统控制器。因此，对于每个氢浓度传感器的多个数据，经过步骤a)和步骤b)筛选出正常数据后，进行算数平均值的计算，得到单个上报周期T的氢浓度平均值，并将该值发送至正常控制器。
例如，氢控制器上报周期T＝1000ms，氢浓度传感器采集周期t＝50ms，则取1000ms内20个数据中的k(k≤20)个正常数据值进行算术平均值计算，并最终上报至整车控制器。
上述的氢系统控制器(B)在步骤b)中检测出异常跳变数据后，向整车控制器(C)发送相应氢浓度传感器(A)检测浓度异常的信号，整车控制器(C)收到该信号后，向氢系统控制器(B)反馈控制指令，氢系统控制器(B)根据该控制指令，向相应的氢浓度传感器(A)发送自检指令，控制氢浓度传感器(A)运行自检程序，修复检测异常。
本系统中，如图1所示，整车控制器(C)还分别通信连接车辆的司机仪表台(D)和远程监控终端(E)，该整车控制器用于接收氢系统控制器(B)发送的氢浓度平均值，控制整车及各零部件动作。具体的控制过程包括：
一方面，整车控制器(C)将氢系统控制器(B)监测到的最终氢浓度数值(即氢浓度平均值)发送给仪表台(D)，进行浓度值的显示，同时将氢浓度平均值上传至远程监控终端(E)，用于司机和后台实时监控查询。
另一方面，当整车控制器(C)接收到氢系统控制器(B)传递的数据异常信号后，向氢系统控制器(B)传递运行氢浓度自检程序的命令(即自检命令)，并在仪表台处(D)报出“氢浓度读数异常，已启动自检修复功能”的提示。当再次自检后的设定阈值时间ΔT内，氢系统控制器(B)向整车控制器(C)再次报出数据异常后，由整车控制器(C)向氢浓度传感器(A)发送显示数据异常的状态灯控制信号，控制氢浓度传感器(A)的状态灯由绿色切换为红色，同时向仪表台(D)发送控制信号，通过仪表台(D)处报出“氢浓度读数故障，请及时维修”的提示。
本发明的控制系统，通过氢浓度传感器、氢系统控制器和整车控制器之间的共同配合，能够有效的检测出氢浓度传感器采集的浓度异常值，经过三重过滤机制，即固有频率异常的浓度数据过滤、跳变数据的识别过滤，和采集周期内多个正常数据输出算数平均值的计算，最终能得到准确性较高的浓度检测值，大大提高了气体泄漏探测的防误报性能。
并且，本控制系统能够及时、可靠的检测出发生故障的氢浓度传感器，对于发生氢浓度数据异常的氢浓度传感器，启动自检功能，若自检后的某个设定阈值时间内再次发生氢浓度数据异常，则判定传感器故障，并进行报警提示，方便维修人员及时处理，从而提升了氢浓度传感器的生命周期。
本实施例中，控制系统的应用场景为使用燃料电池的车辆，作为其他实施方式，该控制系统还可以应用至燃气车辆，当应用至燃气车辆时，该系统中的氢浓度传感器替换为可燃气体传感器，氢系统控制器替换为燃气系统控制器。
系统实施例2：
本实施例的防误报控制系统与系统实施例1中的防误报控制系统的不同之处，在于本控制系统只包括一个氢系统控制器，该控制器采集连接各氢浓度传感器，且控制器分别与仪表台和远程控制终端通信连接，系统的连接结构如图2所示。该控制器集成有系统实施例1中两个控制器B、C的功能，用于获取氢浓度传感器的浓度数据，并进行异常数据的判断、过滤，以及预警控制。
方法实施例：
本实施例提出一种车辆中气体泄漏探测的防误报控制方法，流程如图3所示，包括以下步骤：
1)获取车辆中各气体浓度传感器采集若干个周期为t的气体浓度数据，每个周期采集的浓度数据为：浓度值Ni、固有频率Yi。
2)判断每个浓度数据的固有频率Yi是否在设定的频率阈值范围(YMIN～YMAX)内，若YMIN≤Yi≤YMAX，则保留该浓度数据；若Yi＞YMAX或Yi＜YMIN，则剔除该浓度数据。
3)判断剩余每个浓度数据是否发生异常跳变，对于发生异常跳变的浓度数据，设置其浓度值由Ni变为Ni-1，Ni-1为上一周期的正常浓度数据的浓度值。
4)根据经过步骤2)和步骤3)处理后的气体浓度数据，计算设定时间内每个浓度传感器的浓度平均值；将各浓度传感器的浓度平均值发送给车辆的仪表台，控制仪表台显示各浓度传感器的浓度平均值。
本步骤中，设定时间为上报气体浓度值的周期T，根据上报气体浓度值的周期T与气体浓度采集周期t相比的倍数值X，来计算X个浓度数据中的k个正常数据值的平均值，k≤X。
5)对于步骤3)中发生浓度数据异常跳变的浓度传感器，控制该浓度传感器进行自检，若自检后按照步骤3)中的内容再次判断出浓度数据发生异常跳变，则控制浓度传感器进行数据异常的状态灯显示，并控制仪表台进行报警提示。
上述的步骤4)和步骤5)在步骤3)之后即可以分别进行，因此，两个步骤之间没有必然的时间先后的执行顺序。
本实施例的防误报控制方法，既可适用于系统实施例中的燃料电池车辆，也可适用于燃气车辆。当控制方法的应用场景不同时，采集的气体类型可能不同，使用的气体浓度传感器可能不同，例如，当应用场景为燃料电池车辆时，采集的是氢气浓度，使用的是氢浓度传感器；当应用场景为燃气车辆时，采集的气体为包括甲烷、乙烷等的可燃气体，采用对应的可燃气体浓度传感器即可。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种车辆中气体泄漏探测的防误报控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)获取车辆中各气体浓度传感器采集若干个周期为t的气体浓度数据，每个周期采集的浓度数据为：浓度值Ni、固有频率Yi；
2)判断每个浓度数据的固有频率Yi是否在设定的频率阈值范围(YMIN～YMAX)内，若YMIN≤Yi≤YMAX，则保留该浓度数据；若Yi＞YMAX或Yi＜YMIN，则剔除该浓度数据；
3)判断剩余每个浓度数据是否发生异常跳变，对于发生异常跳变的浓度数据，设置其浓度值由Ni变为Ni-1，Ni-1为上一周期判定为正常浓度数据的浓度值；对发生浓度数据异常跳变的浓度传感器，控制该浓度传感器进行自检，若自检后再次判断出浓度数据发生异常跳变，则控制浓度传感器进行数据异常的状态灯显示，并控制仪表台进行报警提示；
4)根据经过步骤2)和步骤3)处理后的气体浓度数据，计算设定时间内每个浓度传感器的浓度平均值；将各浓度传感器的浓度平均值发送给车辆的仪表台，控制仪表台显示各浓度传感器的浓度平均值。
2.根据权利要求1所述的车辆中气体泄漏探测的防误报控制方法，其特征在于，步骤4)中，所述的设定时间为上报气体浓度值的周期T，根据上报气体浓度值的周期T与气体浓度采集周期t相比的倍数值X，来计算X个浓度数据中的k个正常数据值的平均值，得到每个浓度传感器的浓度平均值。
3.一种车辆中气体泄漏探测的防误报控制系统，其特征在于，包括第一控制器、第一控制器，以及设置在车上相应位置处的气体浓度传感器，第一控制器与气体浓度传感器通信连接，第一控制器与第二控制器通信连接，第二控制器控制连接车辆的仪表台；其中，气体浓度传感器用于采集车上相应位置处泄漏的气体浓度；
第一控制器用于获取车辆中各气体浓度传感器采集若干个周期为t的气体浓度数据，每个周期采集的浓度数据为：浓度值Ni、固有频率Yi；判断每个浓度数据的固有频率Yi是否在设定的频率阈值范围(YMIN～YMAX)内，若YMIN≤Yi≤YMAX，则保留该浓度数据；若Yi＞YMAX或Yi＜YMIN，则剔除该浓度数据；以及，判断剩余每个浓度数据是否发生异常跳变，对于发生异常跳变的浓度数据，设置其浓度值由Ni变为Ni-1，Ni-1为上一周期判定为正常浓度数据的浓度值；所述的第一控制器在检测出发生异常跳变的浓度数据后，还用于向第二控制器发送相应气体浓度传感器检测浓度异常的信号，第二控制器收到该信号后，向第一控制器反馈控制指令，第二控制器根据该控制指令，向相应的气体浓度传感器发送自检指令，控制该气体浓度传感器进行自检，修复检测异常；
第一控制器还用于根据经过处理后的气体浓度数据，计算设定时间内每个浓度传感器的浓度平均值；将各浓度传感器的浓度平均值发送第一控制器，由第二控制器控制车辆的仪表台显示各浓度传感器的浓度平均值；所述的第二控制器为整车控制器。
4.根据权利要求3所述的车辆中气体泄漏探测的防误报控制系统，其特征在于，所述的第二控制器控制连接各气体浓度传感器；若气体浓度传感器自检后，所述的第一控制器再次判断出存在浓度数据发生异常跳变，并向第二控制器发送检测浓度异常的信号，则由第二控制器控制相应气体浓度传感器进行数据异常的状态灯显示，并控制仪表台进行报警提示。
5.根据权利要求3所述的车辆中气体泄漏探测的防误报控制系统，其特征在于，所述的设定时间为上报气体浓度值的周期T，根据上报气体浓度值的周期T与气体浓度采集周期t相比的倍数值X，来计算X个浓度数据中的k个正常数据值的平均值，得到每个浓度传感器的浓度平均值。
6.一种车辆中气体泄漏探测的防误报控制系统，其特征在于，包括设置在车辆各位置处的气体浓度传感器，用于检测泄漏的气体浓度；以及采集连接各气体浓度传感器的控制器，该控制器用于执行计算机程序时实现如权利要求1或2所述的防误报控制方法。
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