CN103248289B - 一种车载燃料电池发动机背压控制系统 - Google Patents
一种车载燃料电池发动机背压控制系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103248289B CN103248289B CN201310145316.5A CN201310145316A CN103248289B CN 103248289 B CN103248289 B CN 103248289B CN 201310145316 A CN201310145316 A CN 201310145316A CN 103248289 B CN103248289 B CN 103248289B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- back pressure
- valve
- controller
- motor
- gear set
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 13
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims abstract description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 6
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 5
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 5
- 238000011217 control strategy Methods 0.000 abstract description 5
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 abstract 1
- 101710163391 ADP-ribosyl cyclase/cyclic ADP-ribose hydrolase Proteins 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 description 1
- 238000011045 prefiltration Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
Abstract
本发明涉及一种车载燃料电池发动机的背压控制系统，包括控制模块和背压阀本体，所述的背压阀本体包括驱动电机(直流无刷电机)、减速齿轮组、阀门、复位弹簧以及位置传感器，所述的驱动电机连接减速齿轮组，所述的阀门的前端与减速齿轮组连接，后端与复位弹簧连接，所述的位置传感器设置在阀门上，其特征在于，所述的控制模块包括控制器和电机驱动器，所述的控制器连接位置传感器以及汽车的发动机ECU，所述的电机驱动器的输入端连接控制器，输出端连接驱动电机。与现有技术相比，本发明可靠性好，使用维修方便，控制策略易于实现，有利于提高燃料电池汽车的动力性、经济性、可靠性等性能。
Description
技术领域
本发明涉及汽车新能源技术领域，特别是一种车载燃料电池背压控制系统。
背景技术
在中压(或高压)PEMFC系统中，一方面，高的工作压力提高了燃料电池堆的功率密度；另一方面，提供高压空气的设备，如压缩机，会比低压电堆的风机消耗更多的功率，从而增加燃料电池发动机系统的辅助系统功耗。针对空压机系统，在同样的流量以及转速下可对应诸多背压压力，从而会出现不同的系统效率。因此，在不同工况点需要实时控制空气系统达到最佳空压机转速和背压，从而可以较大减少辅助系统功耗，另外还可以提升电堆寿命(在供气不足的情况下会大大降低电堆寿命)。目前，背压控制部件极少应用CAN总线接口以及CANopen协议，这在车载应用中是相当不便的；而且，背压控制实时性较强，不适合在AUTOSAR架构下实现软件开发。另外，燃料电池发动机系统中的空压机背压和流量耦合较强。为了提高系统性能，需要进一步优化现有的控制策略。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种车载燃料电池发动机背压控制系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种车载燃料电池发动机背压控制系统，包括控制模块和背压阀本体，所述的背压阀本体包括驱动电机、减速齿轮组、阀门、复位弹簧以及位置传感器，所述的驱动电机连接减速齿轮组，所述的阀门的前端与减速齿轮组连接，后端与复位弹簧连接，所述的位置传感器设置在阀门上，所述的控制模块包括控制器和电机驱动器，所述的控制器连接位置传感器以及汽车的发动机ECU，所述的电机驱动器的输入端连接控制器，输出端连接驱动电机；
所述的控制器接收来自发动机ECU控制指令，并根据由位置传感器获取的阀门当前位置信息，输出对应的控制信号给电机驱动器，由电机驱动器直接控制驱动电机的转动，使其通过减速齿轮组带动背压阀的阀门张开相应的角度。
所述的驱动电机为直流无刷电机。
所述的传感器与汽车的发动机ECU之间通过CAN通讯接口连接，并采用CANopen协议进行数据通讯。
所述的控制器在PID调节的基础上，安排过渡过程(对给定信号进行整形、滤波)并增加高增益观测器，所述的高增益观测器接收反馈信号，与输入信号进行PID调节后，由电机驱动器控制驱动电机的转动。
与现有技术相比，本发明的背压阀采用一种全新的结构，不只将驱动电机集成在阀门内，而且将背压阀控制器和电机驱动也集成在整个背压阀的电子元件部分，通过CAN口并采用CANopen协议实现和发动机ECU的通信，实施背压调节。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2是控制器的控制信号线路图；
图3是控制器的控制策略图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
如图1所示，一种车载燃料电池发动机背压控制系统，包括控制模块和背压阀本体，背压阀本体包括驱动电机(直流无刷电机)6、减速齿轮组7、阀门8、复位弹簧9以及位置传感器5，控制模块包括控制器3和电机驱动器4。驱动电机6连接减速齿轮组7，阀门8的前端与减速齿轮组7连接，后端与复位弹簧9连接，由复位弹簧9进行复位。位置传感器设置5在阀门8上，控制器3分别连接位置传感器5以及汽车的发动机ECU 2，电机驱动器4的输入端连接控制器3，输出端连接驱动电机6。
为了获得较为紧凑的控制装置，驱动电机6输出的扭矩首先通过减速齿轮组7的减速增扭，然后带动阀门8克服复位弹簧9的扭矩转动到相应的开度，位置传感器5实时反馈阀门8的开启位置，并将其转换为电压信号传送给控制器3。控制器3接收来自发动机ECU 1控制指令，并根据由位置传感器5获取的阀门当前位置信息，输出对应的控制信号给电机驱动器4，由电机驱动器4直接控制驱动电机6的转动，使其通过减速齿轮组7带动背压阀的阀门8张开相应的角度。
图2为控制器的控制信号线路图，θr为控制器输入的期望转角通过CAN总线进行连接和通讯，θf为阀门实际转角通过模拟电压信号(0～5V)进行通讯，还连接了电机驱动器，另外有12V的电源为控制器供电。
控制器控制策略如图3所示，与以往控制策略的不同点在于采用了自抗扰控制框架，自抗扰控制框架是一种新型非线性鲁棒控制框架，它依靠期望轨迹与实际轨迹的误差大小和方向来实施反馈控制，并通过系统总扰动实时轨迹来达到动态补偿线性化，它不依赖被控对象的具体数学模型，而是基于过程误差的有效调节方法。控制器由两部分组成：安排过渡过程，高增益观测器。1)合理安排过渡过程使得进入控制算法的给定值不突变，而是按照某种期望特性的变化，这是一种解决快速性和系统超调之间矛盾的有效方法。譬如，经典控制论中也常会采用前置滤波器(常采用一阶惯性环节)进行输入信号整形滤波。但在自抗扰控制器架构下的过渡过程安排通过选择离散形式的跟踪微分器不仅仅能延缓给定输入信号，而且还能准确提取其微分量，同时快慢又比较适中。2)高增益观测器能够通过已知的转角信息和模型信息估计出角速度信息，这比传统微分器具有更强的鲁棒性。
传感器与汽车的发动机ECU之间通过CAN通讯接口2来传送控制指令，CAN通讯口2采用CANopen协议。CANopen协议是CAN-in-Automation(CiA)定义的标准之一，提供了分布式控制系统的一种实现方案，CANopen在保证网络节点互用性的同时允许节点的功能随意扩展：或简单或复杂。
在不背离本专利本质的情况下，可将控制系统结构上做相应改动或者根据需要增加相应的传感器，但这些相应的变动都应属于本专利所属的权利要求保护范围之内。
Claims (3)
1.一种车载燃料电池发动机背压控制系统，包括控制模块和背压阀本体，所述的背压阀本体包括驱动电机、减速齿轮组、阀门、复位弹簧以及位置传感器，所述的驱动电机连接减速齿轮组，所述的阀门的前端与减速齿轮组连接，后端与复位弹簧连接，所述的位置传感器设置在阀门上，其特征在于，所述的控制模块包括控制器和电机驱动器，所述的控制器连接位置传感器以及汽车的发动机ECU，所述的电机驱动器的输入端连接控制器，输出端连接驱动电机；
所述的控制器接收来自发动机ECU控制指令，并根据由位置传感器获取的阀门当前位置信息，输出对应的控制信号给电机驱动器，由电机驱动器直接控制驱动电机的转动，使其通过减速齿轮组带动背压阀的阀门张开相应的角度；
所述的控制器在PID调节的基础上，安排过渡过程对给定信号进行整形、滤波，并增加高增益观测器，所述的高增益观测器接收反馈信号，与输入信号进行PID调节后，由电机驱动器控制驱动电机的转动。
2.根据权利要求1所述的一种车载燃料电池发动机背压控制系统，其特征在于，所述的驱动电机为直流无刷电机。
3.根据权利要求1所述的一种车载燃料电池发动机背压控制系统，其特征在于，所述的传感器与汽车的发动机ECU之间通过CAN通讯接口连接，并基于CANopen协议进行通讯。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310145316.5A CN103248289B (zh) | 2013-04-24 | 2013-04-24 | 一种车载燃料电池发动机背压控制系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310145316.5A CN103248289B (zh) | 2013-04-24 | 2013-04-24 | 一种车载燃料电池发动机背压控制系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103248289A CN103248289A (zh) | 2013-08-14 |
| CN103248289B true CN103248289B (zh) | 2015-10-21 |
Family
ID=48927553
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201310145316.5A Expired - Fee Related CN103248289B (zh) | 2013-04-24 | 2013-04-24 | 一种车载燃料电池发动机背压控制系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103248289B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114914482B (zh) * | 2022-06-28 | 2024-04-26 | 大洋电机燃料电池科技(中山)有限公司 | 自调节电子背压阀、燃料电池系统及控制方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1528614A (zh) * | 2003-09-26 | 2004-09-15 | 清华大学 | Mpc500处理器式电动汽车多能源动力总成控制装置 |
| CN1930722A (zh) * | 2004-04-02 | 2007-03-14 | 丰田自动车株式会社 | 燃料电池系统及其控制方法 |
| CN101197554A (zh) * | 2007-12-03 | 2008-06-11 | 天津理工大学 | 具有自抗扰转速控制电路的永磁无刷直流电机 |
| CN102354104A (zh) * | 2005-09-19 | 2012-02-15 | 克利夫兰州立大学 | 控制器、观测器及其应用 |
-
2013
- 2013-04-24 CN CN201310145316.5A patent/CN103248289B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1528614A (zh) * | 2003-09-26 | 2004-09-15 | 清华大学 | Mpc500处理器式电动汽车多能源动力总成控制装置 |
| CN1930722A (zh) * | 2004-04-02 | 2007-03-14 | 丰田自动车株式会社 | 燃料电池系统及其控制方法 |
| CN102354104A (zh) * | 2005-09-19 | 2012-02-15 | 克利夫兰州立大学 | 控制器、观测器及其应用 |
| CN101197554A (zh) * | 2007-12-03 | 2008-06-11 | 天津理工大学 | 具有自抗扰转速控制电路的永磁无刷直流电机 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 基于DSP的智能电动执行器控制系统研究;慈兆会;《中国优秀硕士学位论文全文数据库信息科技辑》;20100514;第20-30页，第32页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103248289A (zh) | 2013-08-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106042976B (zh) | 一种分布式驱动电动汽车在线实时转矩优化分配控制方法 | |
| CN104228609B (zh) | 一种用于轮毂电机驱动汽车车速控制方法 | |
| CN102320326B (zh) | 用于汽车线控转向系统的控制方法 | |
| CN106043419B (zh) | 电-液复合动力转向系统控制装置及其控制方法 | |
| CN202144763U (zh) | 一种发动机电子节气门控制的装置 | |
| CN205087004U (zh) | 一种智能车辆自动驾驶控制系统 | |
| CN106428197A (zh) | 基于多模式转向系统助力耦合器的控制器及控制方法 | |
| CN104494464B (zh) | 一种分布式驱动电动汽车多电机协调控制器 | |
| CN111452781B (zh) | 一种改善加速舒适性的轮毂电机驱动电动汽车强鲁棒自适应驱动防滑控制方法 | |
| CN106004523A (zh) | 一种分布式驱动电动汽车实时转矩优化控制的方法 | |
| CN102720603A (zh) | Egr阀初始位置自学习方法 | |
| CN106394310A (zh) | 一种四轮驱动电动汽车转矩分配控制方法 | |
| CN103248289B (zh) | 一种车载燃料电池发动机背压控制系统 | |
| CN104234821A (zh) | 一种航空增压器控制系统及其调节方法 | |
| CN106741132B (zh) | 一种多模式主动转向系统的控制器及其控制方法 | |
| CN102267366B (zh) | 一种串联混合动力客车的辅助功率单元及控制方法 | |
| CN109664939A (zh) | 一种线控转向系统及其控制方法 | |
| CN106329986A (zh) | 一种超声波电机反步自适应伺服控制方法 | |
| CN205113309U (zh) | 液力缓速器上比例阀的控制系统 | |
| CN112290057A (zh) | 一种基于涡轮增压的燃料电池供气系统及其控制方法 | |
| CN2934008Y (zh) | 车辆电动助力转向控制器 | |
| CN202338402U (zh) | 一种改进型电子节气门控制器 | |
| CN105026235B (zh) | 限制电机振荡的车况纠正功能的控制方法 | |
| CN117608196A (zh) | 一种直流电机伺服系统的预设时间跟踪控制方法 | |
| CN106487291A (zh) | 一种锂电驱动控制系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20151021 Termination date: 20180424 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |