[發明專利]基于擴展卡爾曼濾波的多溫度傳感器融合方法

有效

• 申請號: 201710123793.X
• 申請日: 2017-03-03
• 公開（公告）號: CN106840458B
• 公開（公告）日: 2019-04-05
• 發明（設計）人: 常濤;王鵬;張飛鐵;花睿;閆洪黎;周慧
• 申請（專利權）人: 鎮江海姆霍茲傳熱傳動系統有限公司
• 主分類號: G01K13/00
• 分類號: G01K13/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

本發明公開了一種基于擴展卡爾曼濾波的多溫度傳感器融合方法，加熱器在溫度測量計算時，融合模型計算、各溫度點的測量值，提高溫度測量的精度，并在溫度傳感器失效時保證系統安全運行。本發明不僅能反映各溫度點以及系統輸入在理論上的相互關系，充分利用已有溫度采集傳感器信息，且控制裝置計算量不大，能實時完成數據更新。在溫度傳感器不能直接放置在被測位置時，也能利用系統模型和測量值的數據融合來估計被測位置的溫度。本發明降低了硬件設計難度和硬件電路成本，還能正確估計被測點的溫度。在溫度傳感器單點失效時，能根據其他溫度傳感器的數據和系統模型，估計每個溫度點的溫度，保證加熱系統安全有效運行，提升系統安全等級。

技術領域

本發明涉及一種電動車輛或者混合動力車輛加熱器的溫度采集和估算方法，尤其涉及一種基于擴展卡爾曼濾波的多溫度傳感器融合方法，屬于汽車設備技術領域。

背景技術

車輛的加熱系統需要快速、準確地通過加熱介質提供熱量，由于絕緣等要求，加熱系統的溫度傳感器不可能直接與加熱介質或者加熱元件相連接，水溫傳感器一般在水道外面，加熱元件與加熱元件溫度傳感器之間也相隔一層薄膜，在不同的工況下溫度測量值會有不同的差值，這些誤差還與加熱系統的結構設計、選用材料等多方面有關。

為了實現準確的溫度控制和高溫、溫升保護，溫度信息的準確性是必須的，直接使用單一溫度傳感器信號作為溫度信息已不能滿足系統的要求，真實溫度預測的準確性對系統性能的影響巨大。

現有的溫度估計方法主要有以下兩種：

1)模型計算法：加熱系統的結構參數和材料參數都是已知的，可以分析和推算系統的傳熱模型，并根據已有的溫度傳感器信息，計算不同工況下加熱系統不同位置下的溫度，這種方法只要建模精度足夠高，參數選擇誤差小，可以足夠精確地估算溫度，缺點是計算量太大，不適合加熱系統上的控制裝置計算。若減少計算量，必須降低模型精度，且結構參數和材料參數不可能完全準確，各方面的誤差若在持續計算的過程中發生單方向漂移，會引起較大誤差。

2)標定查表法：目標溫度點溫度與傳感器溫度點溫度有內在的聯系，且與外部功率輸入有關，考慮到這些因素，用一張復雜的表格來體現這些因素的互相關系，并通過大量的標定實驗來支撐表格內的數據。在加熱系統工作時，通過已知的傳感器數據查相應的表格，來確定目標溫度點溫度。這種方法不需要加熱系統控制裝置做復雜的計算，但需要大量的試驗支撐，并正確分析各因素對溫度估計的影響。

直接使用模型計算法計算量大，且會有誤差漂移，沒有溫度修正；標定查表法對實驗要求較高，要覆蓋各種工況，實驗量大，成本很高。因此上述兩種方法在實踐中實用性不高。

現有的電動車輛或者混合動力車輛加熱器的溫度檢測大多采用直接測量法，在加熱器的不同位置安置多個溫度傳感器，檢測每一個溫度點的溫度。但是，加熱器溫度直接測量的方法會受傳感器安置位置的影響，溫度傳感器故障會給系統帶來巨大的風險，各溫度傳感器監測值也沒有考慮互相之間的關系，因此，設計一種多溫度傳感器數據融合方法具有現實意義。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于擴展卡爾曼濾波的多溫度傳感器融合方法，加熱器在溫度測量計算時，融合模型計算、各溫度點的測量值，提高溫度測量的精度，并在溫度傳感器失效時保證系統安全運行。

本發明的目的通過以下技術方案予以實現：

一種基于擴展卡爾曼濾波的多溫度傳感器融合方法，包括：

給出狀態方程和輸出方程，輸出方程也叫測量方程：

式中X＝[x₁ x₂ x₃ x₄ … x_n]為n個狀態變量，指待估計的溫度點溫度值；

為n個狀態變量的一階導數；