CN103968909A

CN103968909A - 一种车辆油耗计算方法及其装置

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Publication number: CN103968909A
Application number: CN201310597113.XA
Authority: CN
Inventors: 蔡爵威
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-11-22
Filing date: 2013-11-22
Publication date: 2014-08-06
Anticipated expiration: 2033-11-22
Also published as: CN103968909B

Abstract

本发明公开了一种车辆油耗计算方法及其装置，其中，车辆油耗计算方法包括:通过诊断接口实时读取发动机的运行参数；根据发动机的运行参数计算并获得发动机每循环燃烧的空气的摩尔量；根据发动机每循环燃烧的空气的摩尔量计算并获得单位时间内燃烧的燃油质量；根据单位时间内燃烧的燃油质量计算获得瞬时油耗值，本发明的计算方法可使油耗测试仪真实准确地反映瞬时油耗和平均油耗信息，解决了以往类似产品在油耗准确性上的不足，特别是在高海拔地区、高温和高寒地区环境下，油耗计算值严重偏离实际值的问题。

Description

一种车辆油耗计算方法及其装置

技术领域

本发明涉及汽车领域，尤其涉及一种车辆油耗计算方法及其装置。

背景技术

截止2012年年底，中国民用轿车保有量接近6000万辆，其中，10万元以下的小型/紧凑型轿车占了绝大部分。对于12万元以上的轿车，通常自带瞬时/平均油耗显示功能，即驾驶员可以通过仪表直接看到该车的油耗信息。而12万元以下轿车，则大多没有油耗统计功能。

针对低端车的车主希望了解本车瞬时/平均油耗的需求，市场上有一些产品通过连接到汽车OBDII诊断接口上，获取一些基本的发动机参数，粗略计算出汽车的瞬时油耗和平均油耗，虽然大致实现了油耗显示功能，但计算方法粗糙，精确度很低，无法反映真实油耗信息。

发动机的油耗受很多因素的影响，要精确计算油耗，必须建立一个精确的数学模型，将发动机的多个参数都纳入计算。目前市场上类似产品的油耗计算方法简陋，仅仅通过获取发动机的少数几个参数来计算发动机油耗，忽略了很多影响因素，因此计算精度非常低，在很多环境和工况下，其显示值不能代表其真实油耗。

发明内容

针对以上车辆瞬时及平均油耗计算方法存在的上述不足，本发明的目的是提供一种可以真实准确地反映车辆油耗和平均油耗信息的计算方法及其装置。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种车辆油耗计算方法，包括油耗测试仪，其特征在于，该计算方法包括以下步骤：

通过诊断接口实时读取发动机的运行参数；

根据发动机的运行参数计算并获得发动机每循环燃烧的空气的摩尔量；

根据发动机每循环燃烧的空气的摩尔量计算并获得单位时间内燃烧的燃油质量；

根据单位时间内燃烧的燃油质量计算并获得瞬时油耗值。

依照本发明的一个方面，其中，所述根据发动机的运行参数计算并获得发动机每循环燃烧的空气的摩尔量具体为：根据参与燃烧的空气压强、发动机排量、气体常量和燃烧室温度计算并获得发动机每循环燃烧的空气的摩尔量。

依照本发明的一个方面，其中，所述根据发动机的运行参数计算并获得发动机每循环燃烧的空气的摩尔量具体为：根据克拉伯龙方程而得出，方程关系式如下：

n = \frac{(P_{e} - 7500) \cdot V}{R \cdot T} = \frac{(P_{e} - 7500) \cdot V}{8.3145 \cdot T_{c}}

式中，n表示每循环燃烧的空气的摩尔量，单位是mol；Pe为发动机进气压力，单位是Pa；V为发动机排量，单位是m³；R为气体常量,其值为常数8.3145，单位是J/(mol·K)；Tc为燃烧室温度，单位是K。

上述式中,燃烧室温度Tc的计算式如下:

T_{c} = (\frac{113875200}{{N_{m}}^{3}} - \frac{574992}{{N_{m}}^{2}} + \frac{1161.24}{N_{m}}) (T_{m} - T_{q}) + T_{q}

式中,Nm为发动机转速,单位是r/min；Tm为发动机冷却液温度，单位是K；Tq为进气温度，单位是K。

依照本发明的一个方面，其中，所述根据发动机每循环燃烧的空气的摩尔量计算并获得单位时间内燃烧的燃油质量具体为：根据每燃烧循环燃烧的空气质量、发动机转速和理论空燃比或每循环燃烧的空气的摩尔量、空气摩尔质量、发动机转速和理论空燃比或发动机实际进气压力、发动机排量、发动机转速和燃烧室温度，计算获得单位时间内燃烧的燃油质量。

依照本发明的一个方面，其中，根据发动机每循环燃烧的空气的摩尔量，以计算并获得单位时间内燃烧的燃油质量具体的计算公式如下：

M_{g} = \frac{M_{a} \cdot N_{m}}{R_{af} \cdot 2} = \frac{n \cdot m_{a} \cdot N_{m}}{R_{af} \cdot 2} = \frac{29 \cdot (P_{e} - 7500) \cdot V \cdot N_{m}}{8.3145 \cdot T_{c} \cdot 14.7 \cdot 2} = 0.11864 \cdot \frac{(P_{e} - 7500) \cdot V \cdot N_{m}}{T_{c}}

式中，Mg为单位时间内燃烧的燃油质量，单位是g/min；Ma为每燃烧循环燃烧的空气质量，单位是g；m_a代表空气摩尔质量，其值为常数29g/mol，Nm为发动机转速，单位是r/min；Raf为理论空燃比，其值为常数14.7。

依照本发明的一个方面，其中，所述根据单位时间内燃烧的燃油质量计算并获得瞬时油耗值的步骤具体为：所述瞬时油耗值根据单位时间内燃烧的燃油质量与汽油平均密度的比值，即得瞬时油耗值。

依照本发明的一个方面，其中，所述瞬时油耗值根据单位时间内燃烧的燃油质量与汽油平均密度的比值的具体计算公式如下：

V_{g} = \frac{M_{g}}{ρ_{g}} = \frac{0.11864}{0.73} \cdot \frac{(P_{e} - 7500) V \cdot N_{m}}{T_{c}} \cdot f = 0.16252 \cdot \frac{(P_{e} - 7500) \cdot V \cdot N_{m}}{T_{c}} \cdot f

式中，Vg为瞬时油耗值，单位为ml/min；ρ_g为汽油平均密度其值为常数0.73g/ml；f为修正因子。

依照本发明的一个方面，取任意长度的里程范围值，在该里程范围内对所述瞬时油耗值进行积分即可得平均油耗值。

一种车辆油耗计算装置，包括油耗测试仪，其特征在于，该装置还包括：

读取模块，用于读取发动机的运行参数；

计算获得发动机每循环燃烧的空气的摩尔量模块，用于根据发动机的运行参数以计算并获得发动机每循环燃烧的空气的摩尔量；

计算获得单位时间内燃烧的燃油质量模块，用于根据发动机每循环燃烧的空气的摩尔量，以计算并获得单位时间内燃烧的燃油质量；

计算并获得瞬时油耗值模块，用于根据单位时间内燃烧的燃油质量以计算并获得瞬时油耗值。

依照本发明的一个方面，其中，该装置还包括积分模块,用于在任意长度的里程范围值内对所述瞬时油耗值进行积分，得到平均油耗值。

本发明实施例提供的车辆油耗的计算方法及其装置，可以真实准确地反映瞬时油耗和平均油耗信息，解决了以往类似产品在油耗准确性上的不足，特别是在高海拔地区、高温和高寒地区环境下，油耗计算值严重偏离实际值的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所述的一种车辆油耗计算方法的实物连接示意图；

图2为本发明所述的一种车辆油耗计算方法的实施例的流程示意图；

图3为本发明所述的一种车辆油耗计算方法的具体的流程示意图；

图4为本发明所述的一种车辆油耗计算装置的示意图；

图5为本发明所述的一种车辆油耗计算方法计算得出的瞬时油耗与使用专业测试设备实测得出的瞬时油耗的对比示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术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，都属于本发明保护的范围。

如图1、图2、图3所示，本发明实施例的一种车辆油耗计算方法，包括油耗测试仪，该计算方法包括以下步骤：

步骤S1：通过诊断接口实时读取发动机的运行参数；

如图1所示，油耗测试仪11通过诊断接口12与车辆13连接后，该油耗测试仪11内部底层模块按OBDII标准的通讯协议里所规定的方式与车辆13通讯并直接可读取发动机的多个运行参数，发动机的具体运行参数可包括发动机转速、发动机进气压力、发动机冷却液温度、进气温度、气缸负荷值、车速、燃油系统状态（闭环/开环及其它）等。

步骤S2：根据发动机的运行参数计算并获得发动机每循环燃烧的空气的摩尔量；

根据发动机的运行参数计算并获得发动机每循环燃烧的空气的摩尔量具体为：根据参与燃烧的空气压强、发动机排量、气体常量和燃烧室温度计算并获得发动机每循环燃烧的空气的摩尔量。当诊断接口读取到步骤S1中发动机的运行参数值后，油耗测试仪开始计算并获得发动机每循环燃烧的空气的摩尔量。每循环燃烧的空气的摩尔量可根据克拉伯方程计算获得，其具体的计算公式如下：

n = \frac{(P_{e} - 7500) \cdot V}{R \cdot T} = \frac{(P_{e} - 7500) \cdot V}{8.3145 \cdot T_{c}} (mol)

式中，n表示每循环燃烧的空气的摩尔量，单位是mol；Pe为发动机进气压力，单位是Pa；V为发动机排量，单位是m³；R为气体常量,其值为8.3145J/(mol·K)；Tc为燃烧室温度，单位是K（开尔文）；

上述式中,燃烧室温度Tc的计算式如下:

T_{c} = (\frac{113875200}{{N_{m}}^{3}} - \frac{574992}{{N_{m}}^{2}} + \frac{1161.24}{N_{m}}) (T_{m} - T_{q}) + T_{q} (K)

在实际中，由于气缸在每个循环吸入空气之前，不能完全将上个循环燃烧产生的废气排除干净，因此在实际吸入新鲜空气时，上个循环产生的废气总是占了一部分压强，根据试验数据和经验，发动机平均残留废气压力大概在7500帕，因此上式中发动机实际进气压力值应为Pe-7500。

步骤S3：根据发动机每循环燃烧的空气的摩尔量计算并获得单位时间内燃烧的燃油质量；

根据发动机每循环燃烧的空气的摩尔量计算并获得单位时间内燃烧的燃油质量具体为：根据每燃烧循环燃烧的空气质量、发动机转速和理论空燃比以计算获得单位时间内燃烧的燃油质量；也可以根据每循环燃烧的空气的摩尔量、空气摩尔质量、发动机转速和理论空燃比以计算获得单位时间内燃烧的燃油质量；还可以根据发动机实际进气压力、发动机排量、发动机转速和燃烧室温度，以计算获得单位时间内燃烧的燃油质量。

以获得每分钟燃烧的燃油质量为例,车用四冲程发动机每个气缸都是每转两圈燃烧一次，因此发动机每分钟消耗的燃油质量可为：

M_{g} = \frac{M_{a} \cdot N_{m}}{R_{af} \cdot 2} = \frac{n \cdot m_{a} \cdot N_{m}}{R_{af} \cdot 2} = \frac{29 \cdot (P_{e} - 7500) \cdot V \cdot N_{m}}{8.3145 \cdot T_{c} \cdot 14.7 \cdot 2} = 0.11864 \cdot \frac{(P_{e} - 7500) \cdot V \cdot N_{m}}{T_{c}} (g / \min)

式中，Mg为单位时间内燃烧的燃油质量，单位是g/min；Ma为每燃烧循环燃烧的空气质量，单位是g；m_a代表空气摩尔质量，其值为常数29g/mol，Nm为发动机转速，单位是r/min；Raf为理论空燃比，其值为14.7。

步骤S4：根据单位时间内燃烧的燃油质量计算并获得瞬时油耗值。

根据单位时间内燃烧的燃油质量计算并获得瞬时油耗值的步骤具体为：所述瞬时油耗值根据单位时间内燃烧的燃油质量与汽油平均密度的比值，即得瞬时油耗值。也可以根据发动机进气压力Pe、发动机排量V、发动机转速Nm、燃烧室温度Tc和汽油平均密度ρ_g通过油耗测试仪来计算并获得瞬时油耗值。

车辆的瞬时油耗值，其具体的计算公式如下：

V_{g} = \frac{M_{g}}{ρ_{g}} = \frac{0.11864}{0.73} \cdot \frac{(P_{e} - 7500) V \cdot N_{m}}{T_{c}} \cdot f = 0.16252 \cdot \frac{(P_{e} - 7500) \cdot V \cdot N_{m}}{T_{c}} \cdot f

式中，Vg为瞬时油耗值，单位为ml/min；ρ_g为汽油平均密度，为常数值0.73g/ml；f为修正因子，在发动机实际运行时，比如在大油门，进气压力接近大气压时，发动机会加浓喷油，在松油门溜车发动机被车辆拖转时，发动机会切断喷油等等，因此实际计算时，可以根据发动机运行状况，对发动机瞬时油耗进行修正，定义修正因子为f，在发动机进入断油工况时其修正因子f等于0，在接近全负荷运行时（即当发动机进气压力接近大气压时）f等于1.1，在其它工况下f可都为1。其中，瞬时油耗值Vg的单位还可以由ml/min乘以6%即可转化成大家常用的单位升/小时（L/H）；还可以再除以车速，换算成大家熟悉的单位升每百公里（L/100km）。

在实际应用中，取任意长度的里程范围值，在该里程范围内对所述瞬时油耗值进行积分即可得平均油耗值。为了让用户能更直观的看到车辆在最近一段里程中行驶的平均油耗，可以通过积分方法对用户最近行驶过的N千米这一段平均油耗进行计算。

具体地，假设程序积分的时间步长是1秒，即每秒计算一次瞬时油耗和平均油耗。

1)当已行驶里程不足N千米时

这时，就计算整个已行驶的里程中的平均油耗。

第n秒时已消耗的油量为V_n升，第n+1秒时已消耗的油量为V_n+1升，

第n秒时的瞬时油耗为V_g升每小时，当n=0时，V₀=0；有如下关系：

V_n+1=V_n+V_g/3600 (L)

第n秒时已行驶的里程为L_n米，第n+1秒时已行驶的里程为L_n+1米，

第n秒时的车速为V_c千米每小时，当n=0时，L₀=0；有如下关系：

L_n+1=L_n+V_c/3.6(m)

则n+1秒时，在已行驶过的里程中，平均的百公里油耗为：

100·1000·V_n+1/L_n+1(L/100Km)

2)当已行驶里程超过N千米时

这时，就计算最近行驶过的N千米的平均油耗。

第n秒时最近N千米消耗的油量为V_n升，第n+1秒时最近N千米消耗的油量为V_n+1升，第n秒时的车速为V_c千米每小时，第n秒时的瞬时油耗为V_g升每小时，则：

第n秒到第n+1秒之间行驶过的距离为V_c/3.6米；

车辆行驶V_c/3.6米平均所消耗的油量为V_c·V_n/(3.6·1000·N)升；

因此：

V_n+1=V_n–V_c·V_n/(3.6·1000·N)+V_g/3600 (L)

则在n+1秒时，在最近行驶的N千米里程中，平均百公里油耗为：

100·V_n+1/N(L/100Km)

如图4所示，本实施例提供的一种车辆油耗计算装置，包括油耗测试仪、读取模块101、计算获得发动机每循环燃烧的空气的摩尔量模块102、计算获得单位时间内燃烧的燃油质量模块103、计算获得瞬时油耗值模块104。其中，所述读取模块，用于读取发动机的运行参数；计算获得发动机每循环燃烧的空气的摩尔量模块102，用于根据发动机的运行参数以计算并获得发动机每循环燃烧的空气的摩尔量；计算获得单位时间内燃烧的燃油质量模块103，用于根据发动机每循环燃烧的空气的摩尔量，以计算并获得单位时间内燃烧的燃油质量；计算获得瞬时油耗值模块104，用于根据单位时间内燃烧的燃油质量以计算并获得瞬时油耗值。

当油耗测试仪通过诊断接口与车辆连接后，油耗测试仪内部底层模块按OBDII标准的通讯协议与车辆通讯，通过读取模块获得所需的发动机转速、发动机进气压力、发动机冷却液温度、进气温度、车速、气缸负荷值、燃油系统状态（闭环/开环及其它）等各种参数，然后分别通过计算获得发动机每循环燃烧的空气的摩尔量模块102根据发动机的运行参数以计算并获得发动机每循环燃烧的空气的摩尔量，计算获得单位时间内燃烧的燃油质量模块103根据发动机每循环燃烧的空气的摩尔量，以计算并获得单位时间内燃烧的燃油质量，计算获得瞬时油耗值模块104根据单位时间内燃烧的燃油质量以计算并获得瞬时油耗值，也可以通过显示模块将计算所得到的信息以数字形式直观地显示给用户查看。

其中，车辆油耗计算装置还可包括积分模块，所述积分模块用于在任意长度的里程范围值内对所述瞬时油耗值进行积分，得到平均油耗值，该平均油耗值也可以通过显示模块将计算所得的信息以数字形式直观地显示给用户查看。

经过在不同季节、不同自然环境下做了大量的关于油耗准确性的实际验证，包括海拔4200m以上的高原，摄氏零下40度的严寒和摄氏40度以上的高温，试验证明在各种行车环境下使用该方法计算汽车的瞬时油耗和平均油耗是准确的，平均误差在5%以内，准确性远远高于未使用本发明的其它类似产品。

如图5中所示的细线条51，为使用发动机研发领域所用的专业测试设备实测得到的瞬时油耗值的曲线；如图5中所示的粗线条52为使用本发明计算得到的瞬时油耗值的曲线，由实测得到的瞬时油耗曲线与本发明计算得到的瞬时油耗值的曲线对比，可见本发明的计算结果与实测油耗非常吻合，在数据基础有限的情况下（从OBDII诊断接口能获取到的发动机参数有限），该方法利用有限的数据取得了较高的准确性。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域技术的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种车辆油耗计算方法，包括油耗测试仪，其特征在于，该计算方法包括以下步骤：

通过诊断接口实时读取发动机的运行参数；

根据单位时间内燃烧的燃油质量计算并获得瞬时油耗值。

2.按照权利要求1所述的车辆油耗计算方法，其特征在于，所述根据发动机的运行参数计算并获得发动机每循环燃烧的空气的摩尔量具体为：根据参与燃烧的空气压强、发动机排量、气体常量和燃烧室温度计算并获得发动机每循环燃烧的空气的摩尔量。

3.按照权利要求2所述的车辆油耗计算方法，其特征在于，所述根据发动机的运行参数计算并获得发动机每循环燃烧的空气的摩尔量具体为：根据克拉伯龙方程而得出，方程关系式如下：

n = \frac{(P_{e} - 7500) \cdot V}{R \cdot T} = \frac{(P_{e} - 7500) \cdot V}{8.3145 \cdot T_{c}}

式中，n表示每循环燃烧的空气的摩尔量，单位是mol；Pe为发动机进气压力，单位是Pa；V为发动机排量，单位是m³；R为气体常量,其值为常数8.3145，单位是J/(mol·K)；Tc为燃烧室温度，单位是K；

上述式中,燃烧室温度Tc的计算式如下:

T_{c} = (\frac{113875200}{{N_{m}}^{3}} - \frac{574992}{{N_{m}}^{2}} + \frac{1161.24}{N_{m}}) (T_{m} - T_{q}) + T_{q}

式中,N_m为发动机转速,单位是r/min；T_m为发动机冷却液温度，单位是K；T_q为进气温度，单位是K。

4.按照权利要求1所述的车辆油耗计算方法，其特征在于，所述根据发动机每循环燃烧的空气的摩尔量计算并获得单位时间内燃烧的燃油质量具体为：根据每燃烧循环燃烧的空气质量、发动机转速和理论空燃比或每循环燃烧的空气的摩尔量、空气摩尔质量、发动机转速和理论空燃比或发动机实际进气压力、发动机排量、发动机转速和燃烧室温度，计算获得单位时间内燃烧的燃油质量。

5.按照权利要求4所述的车辆油耗计算方法，其特征在于，根据发动机每循环燃烧的空气的摩尔量计算并获得单位时间内燃烧的燃油质量具体的计算公式如下：

M_{g} = \frac{M_{a} \cdot N_{m}}{R_{af} \cdot 2} = \frac{n \cdot m_{a} \cdot N_{m}}{R_{af} \cdot 2} = \frac{29 \cdot (P_{e} - 7500) \cdot V \cdot N_{m}}{8.3145 \cdot T_{c} \cdot 14.7 \cdot 2} = 0.11864 \cdot \frac{(P_{e} - 7500) \cdot V \cdot N_{m}}{T_{c}}

6.按照权利要求1所述的车辆油耗计算方法，其特征在于，所述根据单位时间内燃烧的燃油质量以计算并获得瞬时油耗值的步骤具体为：所述瞬时油耗值根据单位时间内燃烧的燃油质量与汽油平均密度的比值，即得瞬时油耗值。

7.按照权利要求6所述的车辆油耗计算方法，其特征在于，所述瞬时油耗值根据单位时间内燃烧的燃油质量与汽油平均密度的比值的具体计算公式如下：

V_{g} = \frac{M_{g}}{ρ_{g}} = \frac{0.11864}{0.73} \cdot \frac{(P_{e} - 7500) V \cdot N_{m}}{T_{c}} \cdot f = 0.16252 \cdot \frac{(P_{e} - 7500) \cdot V \cdot N_{m}}{T_{c}} \cdot f

式中，Vg为瞬时油耗值，单位为ml/min；ρ_g为汽油平均密度，其值为常数0.73g/ml；f为修正因子。

8.按照权利要求1至7之一所述的车辆油耗计算方法,其特征在于，取任意长度的里程范围值，在该里程范围内对所述瞬时油耗值进行积分即可得平均油耗值。

9.一种车辆油耗计算装置，包括油耗测试仪，其特征在于，该装置还包括：

读取模块，用于读取发动机的运行参数；

计算获得瞬时油耗值模块，用于根据单位时间内燃烧的燃油质量以计算并获得瞬时油耗值。

10.按照权利要求9所述的车辆油耗计算装置，其特征在于，该装置还包括积分模块,用于在任意长度的里程范围值内对所述瞬时油耗值进行积分，得到平均油耗值。