一种车用氢能热机自适应喷氢控制方法

1.本发明涉及发动机改进的技术领域，尤其涉及一种车用氢能热机自适应喷氢控制方法。


背景技术：

2.氢气作为无碳的清洁能源，燃烧只产生水，可实现碳和污染物的近零排放，使用氢燃料发动机可推进碳中和进程。目前，国内外的氢燃料发动机都处于研究阶段，大多采用气道喷射的供氢系统，其特点是供氢压力低，通常为5bar，对应着氢瓶使用率高、续航里程高；缺点为功率密度低，热效率低，且回火风险大，主要原因是氢气密度小，气道喷射占据大量进气体积，使得充气效率变低，导致功率密度小、效率低，并且进气道内氢气密度大，一旦有热点或进气阶段缸内气体倒流回进气道，就会引起进气道内氢气燃烧或导致回火爆炸，进而造成结构损坏的严重后果。
3.现阶段，为了保障进气道内的氢气流动安全，一般有两种整体解决方向，一种是做好进气道内的异常情况检测，当检查出进气道异常时替换相应部件，另一种则考虑通过程序控制减压阀的开闭程度及时刻，从而控制喷氢状态，以保证喷射系统的运行安全。目前，暂未存在有关喷射系统感应实时条件从而自适应实现合理喷氢的控制方法。


技术实现要素：

4.本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
5.鉴于上述现有氢能热机喷射系统运行存在的问题，提出了本发明。
6.因此，本发明解决的技术问题是：解决现阶段暂未存在有关喷射系统感应实时条件从而自适应实现合理喷氢控制方法的问题。
7.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种车用氢能热机自适应喷氢控制方法，所述控制方法由喷氢控制系统进行控制，所述喷氢控制系统包括氢气瓶、进气管线、压力传感器、减压阀、气体增压泵、内燃机及mcu计算控制单元；其中，所述氢气瓶及所述内燃机通过所述进气管线连通运作，所述氢气瓶及所述进气管线的连通处设置有所述减压阀，所述氢气瓶与外接气体供应装置连通，其连通口处设置有所述气体增压泵，所述压力传感器及所述mcu计算控制单元电信号连接且均集成设置于所述进气管线内壁，所述减压阀、所述气体增压泵与所述mcu计算控制单元信号连接且受所述mcu计算控制单元控制运作；所述控制方法具体包括以下步骤：s1：所述压力传感器实时时刻监测所述进气管线内的气体压力，顺序存储各时刻的气体压力值，形成数据集；s2：将所述数据集传输至所述mcu计算控制单元中进行划分，并构建检测模型；s3：所述mcu计算控制单元训练所述检测模型，获得训练模型；s4：通过所述训练模型调整所述减压阀及所述增压泵的运行参数；s5：所述mcu计算控制单元通过调整后的所述运行参数控制所述减压阀及所述增压泵的运作。
8.作为本发明所述的车用氢能热机自适应喷氢控制方法的一种优选方案，其中：所述进气管线内周壁上设置有纳米促进层，所述纳米促进材料包括纳米粉末促进剂、粘结剂、膨胀系数调节剂和混合助剂。
9.作为本发明所述的车用氢能热机自适应喷氢控制方法的一种优选方案，其中：所述时刻为0.1ms的间隔。
10.作为本发明所述的车用氢能热机自适应喷氢控制方法的一种优选方案，其中：划分所述数据集、构建所述检测模型包括：将所述数据集按照6:2:2的比例划分，并对应划分后的所述数据集分别命名为训练集、验证集、测试集；训练所述训练集、所述验证集、所述测试集，获得所述检测模型。
11.作为本发明所述的车用氢能热机自适应喷氢控制方法的一种优选方案，其中：训练并获得所述检测模型具体包括：利用yolov3方法检测所述训练集中相较前序时刻点压力变动范围超出阈值的各时刻点；统计检测到的各时刻点及其压力信息，形成检测后的所述训练集；利用交叉熵作为损失函数，训练检测后的所述训练集、所述验证集及所述测试集，获得所述检测模型。
12.作为本发明所述的车用氢能热机自适应喷氢控制方法的一种优选方案，其中：压力变动范围的阈值为0.1n～0.3n。
13.作为本发明所述的车用氢能热机自适应喷氢控制方法的一种优选方案，其中：训练所述检测模型，获得所述训练模型包括，利用gluon-cn中的源码配置相关训练参数；结合代码运行，再次训练所述检测模型；获得所述训练模型。
14.作为本发明所述的车用氢能热机自适应喷氢控制方法的一种优选方案，其中：包括，利用所述测试集测试所述训练模型是否达到相关指标，并判断所述训练模型是否呈收敛状态；若所述训练模型训练时的损失下降值、精度上升值明显减小，则所述训练模型收敛；若所述训练模型在所述测试集上的测试精确度达到90%以上，则满足条件；若所述训练模型在所述测试集上的测试精确度不能达到90%以上，则继续扩充所述数据集，并调整相关参数再次进行训练，直至满足条件。
15.本发明的有益效果：本发明提供一种车用氢能热机自适应喷氢控制方法，时刻采集进气管线内的气体压力，形成数据集并进行划分，构建检测模型并训练获得训练模型，通过训练模型调整减压阀及增压泵的运行参数，通过调整后的运行参数控制其运作，实时感应系统喷射条件，通过优化训练模型及检测模型实现程度上的自适应检测及控制，解决了现阶段暂未存在有关喷射系统感应实时条件从而自适应实现合理喷氢控制方法的问题。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：图1为本发明提供的车用氢能热机自适应喷氢控制方法的整体方法流程图。
17.图2为本发明提供的车用氢能热机自适应喷氢控制系统的部件连接图。
18.图3为本发明提供的训练并获得检测模型的方法流程图。
具体实施方式
19.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。
20.现阶段，为了保障进气道内的氢气流动安全，一般有两种整体解决方向，一种是做好进气道内的异常情况检测，当检查出进气道异常时替换相应部件，另一种则考虑通过程序控制减压阀的开闭程度及时刻，从而控制喷氢状态，以保证喷射系统的运行安全。目前，暂未存在有关喷射系统感应实时条件从而自适应实现合理喷氢的控制方法。
21.故此，请参阅图1及图2，本发明提供一种车用氢能热机自适应喷氢控制方法，控制方法由喷氢控制系统进行控制，喷氢控制系统包括氢气瓶、进气管线、压力传感器、减压阀、气体增压泵、内燃机及mcu计算控制单元；其中，氢气瓶及内燃机通过进气管线连通运作，氢气瓶及进气管线的连通处设置有减压阀，氢气瓶与外接气体供应装置连通，其连通口处设置有气体增压泵，压力传感器及mcu计算控制单元电信号连接且均集成设置于进气管线内壁，减压阀、气体增压泵与mcu计算控制单元信号连接且受mcu计算控制单元控制运作；控制方法具体包括以下步骤：s1：压力传感器实时时刻监测进气管线内的气体压力，顺序存储各时刻的气体压力值，形成数据集；其中，时刻为0.1ms的间隔。
22.s2：将数据集传输至mcu计算控制单元中进行划分，并构建检测模型；进一步的，划分数据集、构建检测模型具体包括：将数据集按照6:2:2的比例划分，并对应划分后的数据集分别命名为训练集、验证集、测试集；训练训练集、验证集、测试集，获得检测模型。
23.更进一步的，参阅图3，训练并获得检测模型具体包括：s2.1：利用yolov3方法检测所训练集中相较前序时刻点压力变动范围超出阈值的各时刻点；其中，压力变动范围的阈值为0.1n～0.3n。
24.s2.2：统计检测到的各时刻点及其压力信息，形成检测后的训练集；s2.3：利用交叉熵作为损失函数，训练检测后的训练集、验证集及测试集，获得检测模型。
25.需要说明的是，yolov3方法——目标检测方法及损失函数均为现有技术的创造性运用，至于技术本身在此不做多余赘述。
26.s3：mcu计算控制单元训练检测模型，获得训练模型；进一步的，训练检测模型，获得训练模型包括：利用gluon-cn中的源码配置相关训练参数；结合代码运行，再次训练检测模型；获得训练模型。
27.更进一步的，还包括：利用测试集测试训练模型是否达到相关指标，并判断训练模型是否呈收敛状态；若训练模型训练时的损失下降值、精度上升值明显减小，则训练模型收敛；若训练模型在测试集上的测试精确度达到90%以上，则满足条件；若训练模型在测试集上的测试精确度不能达到90%以上，则继续扩充数据集，并调整相关参数再次进行训练，直至满足条件。
28.需要说明的是，gluon-cn用于配置相关训练参数，均为现有技术的创造性运用，至于技术本身在此不做多余赘述。
29.s4：通过训练模型调整减压阀及增压泵的运行参数；需要说明的是：当训练模型呈不收敛状态时，控制减压阀全关闭，增压泵不做要求；当训练模型呈收敛状态时，当测试精确度达到90%以上时，装置正常运行，当测试精确度未达到90%以上时，继续扩充数据集，同时，打开减压阀，关闭增压泵，且减压阀打开的程度为计算得出的精确度比例，如测试精确度为70%，则打开减压阀至阀体关闭程度的70%即可，同时关闭增压泵。
30.s5：mcu计算控制单元通过调整后的运行参数控制减压阀及增压泵的运作。
31.额外的，进气管线内周壁上设置有纳米促进层，纳米促进材料包括纳米粉末促进剂、粘结剂、膨胀系数调节剂和混合助剂。
32.且纳米粉末促进剂：粘结剂：膨胀系数调节剂：混合助剂（按重量比计算）＝80：6：12：20。
33.其中，纳米粉末促进剂包括纳米碳化硅粉末30%、纳米氧化铜10%、氧化锆粉末5%、氧化铬粉末45%和硅粉10%，其中纳米碳化硅粉末的粒径为100-200nm；纳米氧化铜的粒径为200-300nm；氧化锆粉末、氧化铬粉末的粒径可为20μm-500μm；硅粉的粒径小于4.5μm，具体为2 .0μm-4 .5μm。
34.粘结剂为磷酸二氢铝；膨胀系数调节剂为堇青石粉体和铬酸钴尖晶石粉 体，堇青石粉体和铬酸钴尖晶石粉体的重量比为1：1.2。
35.混合助剂为分散剂、消泡剂，分散剂与消泡剂的比例为4：6，其中，消泡剂为矿物油、有机硅或改性石蜡其中的一种或多种混合，分散剂为六偏磷酸钠、十二烷基苯磺酸钠或阴离子型聚合物盐中的一种或多种；其中分散剂及消泡剂可有效保证上述的纳米粉末促进剂的混合。
36.本发明采用纳米碳化硅粉末及纳米氧化铜粉末透过促进孔实现进气管线内的气体燃料进行促进增压混合，其中碳化硅、氧化锆粉末及氧化铬粉末构成第一层增压促进，纳米氧化铜与硅粉构成第二层增压促进，并两层增压促进相互叠加，增压促进具体对进气管线内的气体燃料进行辐照，能量以电磁波的形式扩散，并且纳米促进层除去相对于促进通道的一侧的其他外壳，内侧均为镀银纤维结构，将能量有效汇聚于纳米促进层相对于进气管线的一侧，整体增气体分子的活动速率，提高气体燃料的活性，使其稳定快速燃烧释放能量。
37.本发明提供一种车用氢能热机自适应喷氢控制方法，时刻采集进气管线内的气体压力，形成数据集并进行划分，构建检测模型并训练获得训练模型，通过训练模型调整减压阀及增压泵的运行参数，通过调整后的运行参数控制其运作，实时感应系统喷射条件，通过
优化训练模型及检测模型实现程度上的自适应检测及控制，解决了现阶段暂未存在有关喷射系统感应实时条件从而自适应实现合理喷氢控制方法的问题。
38.应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。