新能源燃料電池電動(dòng)車氣壓值信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)控方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種新能源燃料電池電動(dòng)車氣壓值信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)控方法，屬于信號(hào)與信息處理【技術(shù)領(lǐng)域】。該方法包括以下步驟：步驟一：通過安裝在新能源電車電瓶下的傳感器采集電瓶當(dāng)前的氣壓測(cè)量值Ck；步驟二：采用無損卡爾曼濾波UKF(Unscented?Kalman?Filter)技術(shù)對(duì)采集的氣壓測(cè)量值進(jìn)行濾波；步驟三：對(duì)經(jīng)過濾波處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，并對(duì)不符合實(shí)際情況的濾波值進(jìn)行修正；步驟四：存儲(chǔ)得到修正后的氣壓值并進(jìn)行繪制和顯示。本方法能夠及時(shí)準(zhǔn)確的反應(yīng)電車實(shí)際的能源值，從而方便實(shí)時(shí)了解電車當(dāng)前的能源剩余量及時(shí)給車補(bǔ)充燃料，避免電池出現(xiàn)過充或過放現(xiàn)象。
【專利說明】新能源燃料電池電動(dòng)車氣壓值信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)控方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于信號(hào)與信息處理【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種新能源燃料電池電動(dòng)車氣壓值信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)控方法。

【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前，隨著能源緊缺的問題愈發(fā)突出，人們?cè)絹碓疥P(guān)注生態(tài)環(huán)保和節(jié)能技術(shù)，電動(dòng)汽車隨之備受看好。伴隨著國(guó)內(nèi)霧霾污染的加劇，政府及民眾都已經(jīng)認(rèn)識(shí)到了霧霾污染的危害性，而新能源汽車幾乎可以解決汽車尾氣污染甚至是實(shí)現(xiàn)汽車尾氣的零排放，因此大力推廣新能源汽車也已經(jīng)獲得了政府部門的重視，未來新能源汽車的發(fā)展必將走上新的更快的軌道上來，同時(shí)，隨著近些年來技術(shù)的發(fā)展，基于氫能源的燃料電池電動(dòng)車得到了快速發(fā)展。
[0003]新能源燃料電池的氣壓值是通過安裝在氣瓶下的傳感器測(cè)量并返回的。但是，由于傳感器本身的精度存在誤差，會(huì)使得傳感器測(cè)出的氣壓值與真實(shí)值間存在誤差；此外，汽車在運(yùn)行過程中會(huì)出現(xiàn)急剎或因道路不平而造成的顛簸等情況，這些情況也會(huì)使傳感器輸出不符合實(shí)際的錯(cuò)誤氣壓值或出現(xiàn)陡升陡降的氣壓點(diǎn)，如附圖3中的標(biāo)注。陡升可能是由于實(shí)際在給電車加氣引起的，也有可能是外界干擾造成的，此時(shí)需要對(duì)氣壓值進(jìn)行判斷；而陡降點(diǎn)則是因外界干擾引起的點(diǎn)也是要濾除的點(diǎn)。在實(shí)際情況中，除加氣外電車的氣壓值應(yīng)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。如果不能實(shí)時(shí)檢測(cè)燃料剩余量的真實(shí)狀態(tài)，就有可能會(huì)引起電池的過充或過放，對(duì)昂貴的電池造成損傷。
[0004]因此，如何對(duì)新能源燃料電池電動(dòng)車的氣壓監(jiān)控值信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)修正和監(jiān)控，以使得氣壓值信號(hào)更加準(zhǔn)確顯得至關(guān)重要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種新能源燃料電池電動(dòng)車氣壓值信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)控方法，該方法針對(duì)新能源燃料電池電車的氣瓶氣壓值實(shí)時(shí)監(jiān)控，濾除掉傳感器不精確造成的干擾、修正汽車運(yùn)行中造成的錯(cuò)誤波動(dòng)點(diǎn)，并判斷出實(shí)際加氣點(diǎn)，及時(shí)準(zhǔn)確的反應(yīng)電車實(shí)際的能源值，從而方便實(shí)時(shí)了解電車當(dāng)前的能源剩余量及時(shí)給車補(bǔ)充燃料，避免電池出現(xiàn)過充或過放現(xiàn)象。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0007]—種新能源燃料電池電動(dòng)車氣壓值信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)控方法，包括以下步驟:步驟一:通過安裝在新能源電車電瓶下的傳感器采集電瓶當(dāng)前的氣壓測(cè)量值Ck ;步驟二:采用無損卡爾曼濾波UKF(Unscented Kalman Filter)技術(shù)對(duì)采集的氣壓測(cè)量值進(jìn)行濾波；步驟三:對(duì)經(jīng)過濾波處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，并對(duì)不符合實(shí)際情況的濾波值進(jìn)行修正；步驟四:存儲(chǔ)得到修正后的氣壓值并進(jìn)行繪制和顯示。
[0008]進(jìn)一步，在步驟二中，假設(shè)卡爾曼濾波的狀態(tài)方程Xk等于前一狀態(tài)的最優(yōu)值Xlri與一高斯噪聲Wk的和，測(cè)量方程為裝在新能源電車電瓶下的傳感器返回的電瓶當(dāng)前氣壓值Ck和一高斯噪聲ek的和，將狀態(tài)方程和測(cè)量方程作為無損卡爾曼濾波的輸入控制量，即:
[0009]狀態(tài)方程為:Xk = f (Xk^1) +wk,測(cè)量方程為:Zk = Ck+ek ;同時(shí),估計(jì)誤差Wk的協(xié)方差Qk、測(cè)量誤差ek的協(xié)方差Rk也作為無損卡爾曼濾波的輸入變量；經(jīng)過無損卡爾曼濾波后，輸出去噪后的最優(yōu)值Vk及協(xié)方差Pk。
[0010]進(jìn)一步，在步驟三中，在得到經(jīng)過UKF濾波的濾波值Vk后，還需進(jìn)一步對(duì)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷:首先，判斷此時(shí)的濾波值是否為加氣點(diǎn)，在實(shí)際情況中只有對(duì)燃料電池汽車加氣時(shí)，燃料電池汽車的氣瓶電壓值才呈現(xiàn)突然增加的狀態(tài)，除此之外，氣瓶氣壓值均呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)；其次，對(duì)不滿足實(shí)際情況的濾波值修正，即若濾波值Vk不是實(shí)際加氣值，但是又高于前一時(shí)刻值Vlri，此時(shí)需要確定出錯(cuò)的數(shù)值并進(jìn)行修正。
[0011]進(jìn)一步，在步驟三中，采用滑動(dòng)窗對(duì)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，需要等待下一時(shí)刻的值νκ+1來判斷出錯(cuò)的數(shù)值然后對(duì)錯(cuò)誤數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。
[0012]本發(fā)明的有益效果在于:本方法針對(duì)新能源燃料電池電車的氣瓶氣壓值實(shí)時(shí)監(jiān)控，濾除掉傳感器不精確造成的干擾、修正汽車運(yùn)行中造成的錯(cuò)誤波動(dòng)點(diǎn)，并判斷出實(shí)際加氣點(diǎn)，及時(shí)準(zhǔn)確的反應(yīng)電車實(shí)際的能源值，從而方便實(shí)時(shí)了解電車當(dāng)前的能源剩余量及時(shí)給車補(bǔ)充燃料，避免電池出現(xiàn)過充或過放現(xiàn)象。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進(jìn)行說明:
[0014]圖1為UKF濾波器的框圖；
[0015]圖2為本發(fā)明的濾波修正流程圖；
[0016]圖3為無處理的電車氣瓶氣壓；
[0017]圖4為經(jīng)過UKF濾波后的數(shù)據(jù)；
[0018]圖5為經(jīng)過本發(fā)明處理后的電車氣瓶氣壓；
[0019]圖6為實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的具體實(shí)施框圖；
[0020]圖7為濾波修正模塊的實(shí)施框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021 ] 下面將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0022]本發(fā)明所述的新能源燃料電池電動(dòng)車氣壓值信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)控方法，包括以下步驟:步驟一:通過安裝在新能源電車電瓶下的傳感器采集電瓶當(dāng)前的氣壓測(cè)量值Ck ;步驟二:采用無損卡爾曼濾波UKF(Unscented Kalman Filter)技術(shù)對(duì)采集的氣壓測(cè)量值進(jìn)行濾波；步驟三:對(duì)經(jīng)過濾波處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，并對(duì)不符合實(shí)際情況的濾波值進(jìn)行修正；步驟四:存儲(chǔ)得到修正后的氣壓值并進(jìn)行繪制和顯示。
[0023]在本實(shí)施例中，以重慶恒通新能源燃料公交車為例，對(duì)氣壓值測(cè)量信號(hào)的濾波修正的系統(tǒng)圖如圖6所示:
[0024]其高壓氫氣瓶是公交車上盛放氫氣燃料的裝置，傳感器則安裝在高壓氫氣瓶下。傳感器每隔2秒返回一個(gè)電瓶的氣壓值。后臺(tái)接收到傳感器傳回的氣壓數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，然后濾波修正模塊再對(duì)存儲(chǔ)的氣壓值進(jìn)行濾波，濾除掉噪聲造成的干擾，并修正其中錯(cuò)誤的氣壓值。把燃料電池電車氣壓值實(shí)時(shí)顯示在后臺(tái)顯示屏上。
[0025]本實(shí)施例中的濾波修正模塊對(duì)得到的初始數(shù)據(jù)濾波、修正過程如圖7所示。
[0026]首先，假設(shè)卡爾曼濾波的狀態(tài)方程Xk等于前一狀態(tài)的最優(yōu)值Xlri與一高斯噪聲Wk的和；測(cè)量方程是裝在新能源電車電瓶下的傳感器返回電瓶當(dāng)前的氣壓值Ck和一高斯噪聲ek的和。并把狀態(tài)方程和測(cè)量方程作為UKF的輸入控制量。無損卡爾曼濾波的過程如圖1所示。
[0027]狀態(tài)方程為:
[0028]Xk = f (Xh) +Wk
[0029]測(cè)量方程為:Zk = Ck+ek
[0030]此外，估計(jì)誤差Wk的協(xié)方差Qk、測(cè)量誤差ek的協(xié)方差Rk也是UKF的輸入變量。經(jīng)過UKF濾波后，輸出去噪后的最優(yōu)值Vk及協(xié)方差Pk。經(jīng)過UKF去噪后的濾波值，再經(jīng)過修正模塊才能輸出滿足實(shí)際情況的真實(shí)值。濾波修正過程如圖2所示。
[0031]具體步驟如下:
[0032]I)首先進(jìn)行了一次抽樣，即間隔15個(gè)點(diǎn)(時(shí)間間隔為30秒)存儲(chǔ)電瓶的氣壓值Ck。并把估計(jì)值和測(cè)量值及誤差的協(xié)方差輸入到UKF濾波器，輸出的值認(rèn)為是去噪后的最優(yōu)值VkO
[0033]2)如果Vk-Vlri≥A時(shí)，則認(rèn)為Vk是電車的真實(shí)加氣。其中A值由研究電車加氣行為分析得出。
[0034]3)如果Vk-Vlrl≤B時(shí)，則認(rèn)為Vk值出錯(cuò)并剔除掉此值。其中B值是由研究電車的實(shí)際能耗確定的。
[0035]4)如果a = Vk-Vk^1/ Λ t < O時(shí)，認(rèn)為Vlri時(shí)刻的值是準(zhǔn)確的值。
[0036]5)反之，如果a = Vk-Vk^1/ Δ t > O,由2)以排除不是加氣點(diǎn)。此時(shí)，不能確定是Vk^1還是Vk出錯(cuò)。還需要通過Vk+1的數(shù)值來判斷出錯(cuò)的數(shù)據(jù)。若vk+1-vk/ Λ t < O時(shí)，則判斷為V1正確，Vk出錯(cuò)，并對(duì)其進(jìn)行修正；若vk+1-vk/ Λ t > O時(shí)，則判斷為Vk正確，Vlri出錯(cuò)，并對(duì)其進(jìn)行修正。
[0037]6)最后把處理過的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存，繪制出電車氣瓶氣壓的變化曲線。
[0038]如圖3所示，氣瓶氣壓有很多陡降陡升的點(diǎn)，這些點(diǎn)不符合實(shí)際。并且圖3是在所有數(shù)據(jù)已知的情況繪制的，不能實(shí)時(shí)判斷出錯(cuò)的數(shù)據(jù)。
[0039]如圖4所示，數(shù)據(jù)經(jīng)過UKF濾波器，與圖3相比數(shù)據(jù)除去了其中的噪聲曲線變得更平滑。但是仍然不判斷其中出錯(cuò)的數(shù)據(jù)。
[0040]圖5是經(jīng)過本發(fā)明濾波修正模塊后，與圖4相比較，已經(jīng)剔除掉了陡降的點(diǎn)并且修正出錯(cuò)的數(shù)據(jù)。圖5中的數(shù)據(jù)一直是遞減的趨勢(shì)，加氣后的走勢(shì)也是下降的。
[0041]最后說明的是，以上優(yōu)選實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通過上述優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對(duì)其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書所限定的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種新能源燃料電池電動(dòng)車氣壓值信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)控方法，其特征在于:包括以下步驟: 步驟一:通過安裝在新能源電車電瓶下的傳感器采集電瓶當(dāng)前的氣壓測(cè)量值Ck ；步驟二:采用無損卡爾曼濾波(UKF, Unscented Kalman Filter)技術(shù)對(duì)采集的氣壓測(cè)量值進(jìn)行濾波； 步驟三:對(duì)經(jīng)過濾波處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，并對(duì)不符合實(shí)際情況的濾波值進(jìn)行修正； 步驟四:存儲(chǔ)得到修正后的氣壓值并進(jìn)行繪制和顯示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新能源燃料電池電動(dòng)車氣壓值信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)控方法，其特征在于:在步驟二中，假設(shè)卡爾曼濾波的狀態(tài)方程Xk等于前一狀態(tài)的最優(yōu)值Xlri與一高斯噪聲Wk的和，測(cè)量方程為裝在新能源電車電瓶下的傳感器返回的電瓶當(dāng)前氣壓值Ck和一高斯噪聲ek的和，將狀態(tài)方程和測(cè)量方程作為無損卡爾曼濾波的輸入控制量，即: 狀態(tài)方程為:xk = f (Xk-D+Wk,測(cè)量方程為:Zk = Ck+ek ;同時(shí),估計(jì)誤差wk的協(xié)方差Qk、測(cè)量誤差ek的協(xié)方差Rk也作為無損卡爾曼濾波的輸入變量；經(jīng)過無損卡爾曼濾波后，輸出去噪后的最優(yōu)值Vk及協(xié)方差Pk。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新能源燃料電池電動(dòng)車氣壓值信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)控方法，其特征在于:在步驟三中，在得到經(jīng)過UKF濾波的濾波值Vk后，還需進(jìn)一步對(duì)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷:首先，判斷此時(shí)的濾波值是否為加氣點(diǎn)，在實(shí)際情況中只有對(duì)燃料電池汽車加氣時(shí)，燃料電池汽車的氣瓶電壓值才呈現(xiàn)突然增加的狀態(tài)，除此之外，氣瓶氣壓值均呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)；其次，對(duì)不滿足實(shí)際情況的濾波值修正，即若濾波值Vk不是實(shí)際加氣值，但是又高于前一時(shí)刻值Vlri，此時(shí)需要確定出錯(cuò)的數(shù)值并進(jìn)行修正。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種新能源燃料電池電動(dòng)車氣壓值信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)控方法，其特征在于:在步驟三中，采用滑動(dòng)窗對(duì)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，需要等待下一時(shí)刻的值VK+1來判斷出錯(cuò)的數(shù)值然后對(duì)錯(cuò)誤數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。
【文檔編號(hào)】G01R31/36GK104076295SQ201410349833
【公開日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2014年7月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月22日
【發(fā)明者】賈云健, 趙倩 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)