CN105644565A - 一种混合动力汽车负载的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车技术领域，提供了一种混合动力汽车负载的测量方法。该方法包括：S1、测量汽车的整车质量m和汽车转动惯量系数σ；S2、根据整车质量m和汽车转动惯量系数σ计算出滚动阻力F_f、空气阻力F_w、加速阻力F_j；S3、测量汽车行驶过程中电机输出驱动力F_tn；S4、将滚动阻力F_f、空气阻力F_w、加速阻力F_j和电机输出驱动力F_tn代入动力学方程F_t＝F_f+F_w+F_i+F_j中，求得的坡度阻力F_i求出坡度。其中，该方法采用牛顿第二定律公式计算出行驶过程中汽车的坡度，其不需要安装坡度传感器，不仅节省了费用，而且可以优化整车的动力性能和经济性能。

Description

一种混合动力汽车负载的测量方法

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，尤其涉及一种混合动力汽车负载的测量方法。

背景技术

通常所说的混合动力一般是指油电混合动力，即燃料和电能的混合。而混合动力汽车则是有电动马达作为发动机的辅助动力驱动汽车。当动力总成工作状态为正常行驶时，混合动力汽车的动力传输路径为：电动机或者发动机和电动机-AMT-传动轴-车桥-车轮，请参见图1。

目前，随着混合动力汽车的迅速发展，其用途越来越广泛的应用在商用车上，其中公交车为混合动力应用的最广泛的市场。由于混合动力汽车的行驶负载直接决定了发动机的行驶工况，对整车经济性、动力性有决定性作用，因此准确计算整车负载对控制策略的实时调整应用有着至关重要的作用。

车辆的负载包括两方面的内容，第一部分是车辆的总质量，另一部分是坡度，这两个因素直接影响控制策略的作用效果。

现有技术中，专利号为201180034014的专利公开了一种用于估算车辆重量的方法和设备，其基于加速度计对整车质量进行预估，并对得到的质量不断进行修正。专利号为200910081458.3的专利公开了一种混合动力汽车行驶负载预测方法，其记录一个时间段的数据，利用正交余弦变化和支持向量机的混合动力汽车行驶负载预测方法。

现有技术中对车辆的负载计算过程中存在的问题是，车速采集精度不高，地面滚动阻力系数变化较大时，估算不准确。其中地面滚动阻力系数与地面状况有关，比如砂石路、水泥路滚动阻力系数会有较大差别，车辆从一种路面行驶到另一种时可能与标定好的一般行驶路面的计算方法(比如在水泥路面做实验，将车辆行驶的路面默认为水泥路面)有差别。显然上述车速和地面滚动阻力系数的误差将导致最终对负载计算的误差。

此外，现有技术中大多数车辆在计算行驶负载时必须安装坡度传感器以确定车辆的行驶坡度，而在没有坡度传感器的车辆上，坡度无法计算。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题就是提供一种混合动力汽车负载的测量方法，在保证测量精度的前提下，其不需要安装坡度传感器，从而可以优化整车的动力性能和经济性能。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种混合动力汽车负载的测量方法，包括坡度的测量，坡度的测量包括以下步骤：

S1、测量汽车的整车质量m和汽车转动惯量系数σ；

S2、根据S1中测得的整车质量m和汽车转动惯量系数σ，求得汽车行驶过程中的滚动阻力F_f、空气阻力F_w、加速阻力F_j；

S3、测量汽车行驶过程中电机输出驱动力F_tn；

S4、将滚动阻力F_f、空气阻力F_w、加速阻力F_j和电机输出驱动力F_tn代入方程F_t＝F_f+F_w+F_i+F_j，求出坡度阻力F_i，其中，F_t＝F_f+F_w+F_i+F_j为汽车行驶过程中的动力学方程；

S5、根据所述S4中求得的坡度阻力F_i求出坡度。

优选地，S1包括：

S101、当电机转速超过标定转速开始计时t₀，记录[t₀,t₀+Δt]时间内电机实际扭矩值F_t1，F_t2….F_tn，变速箱输出轴实际转速值n₁，n₂…n_n，得到动力学方程： $F_{tn}=F_f+F_w+F_i+\mathrm{\σ}\·m\·\frac{v_n-v_{n-1}}{dt},$ 并得到从t₀开始Δt时间内 $\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{F}_{ti}=\ΣF_f+\ΣF_w+\ΣF_i+\mathrm{\σ}\·m\·\frac{v_n-v_1}{dt},$ 其中，v_n、v _n-1 ……v₁为当前阶段的汽车车速，且单位为m/s；

S102、当第一次换挡时，从空挡时开始计时t_0′，从t_0′开始记录Δt时间内电机实际扭矩值F_t1'，F_t2'…F_tn'，变速箱输出轴实际转速值n₁'，n₂′...n_n′，得到动力学方程： ${F_{tn}}^{\′}=F_f+F_w+F_i+m\·\frac{{v_n}^{\′}-{v_{n-1}}^{\′}}{dt},$ 并得到从t_0′开始Δt时间内 $\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{F_{ti}}^{\′}=\ΣF_f+\ΣF_w+\ΣF_i+m\·\frac{{v_n}^{\′}-{v_1}^{\′}}{dt},$ 其中，v_n′、v_n-1′……v₁′为当前阶段的汽车车速，且单位为m/s；

S103、认为t₀到t_0′时间间隔内，滚动阻力F_f、空气阻力和坡度阻力F_i不变，变化的只有电机输出驱动力F_tn和加速阻力F_j，得到 $\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{F_{ti}}^{\′}-\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{F}_{ti}=\mathrm{\σ}\·m\·\left(\frac{{v_n}^{\′}-{v_1}^{\′}}{dt}\right)-m\frac{v_n-v_1}{dt});$

S104、将代入S103中的公式，并根据S103中的公式和 $\mathrm{\σ}=1+\frac{1}{m}\frac{\ΣI_w}{r^2}+\frac{1}{m}\frac{I_f\·{i_g}^2\·{i_0}^2\·\mathrm{\η}}{r^2}$ 求得整车质量m和汽车转动惯量系数σ，其中，I_w车轮的转动惯量，I_f电机转子的转动惯量，η为汽车传动系的传动效率，r为车轮半径。

优选地，S2中F_f＝m·g·f，f为路面摩擦系数；C_d为空气阻力系数，A为整车迎风面积，u为汽车车速，且单位为km/h；F_j＝σ·m·a，为车辆加速度，得到v_n和v_n-1分别为不同时刻汽车的车速。

优选地，S2中测量变速箱输出轴实际转速值n，并将变速箱输出轴实际转速值n代入求得v_n和v_n-1，其中，i_g为起步挡挡位传动比，i₀为主减速比，r为车轮半径。

优选地，在所述S104之后还包括：

S105、对测得的整车质量m进行检验，当整车质量m小于整车整备质量时无效，当整车质量m超过汽车满载质量时无效。

优选地，S101中，汽车不在换挡过程且制动踏板未踩下。

优选地，S101中，所述标定转速为200rpm。

优选地，在所述S5之后还包括：

S6、对求得的坡度进行检验，当坡度超过道路设计的限值，则判断当前测量的坡度无效，并采用上一次测得的有效坡度值作为当前坡度值。

(三)有益效果

本发明的技术方案具有以下有益效果：本发明通过采集车辆行驶信息，提供了一种混合动力汽车行驶负载的测量方法，其采用牛顿第二定律公式计算出行驶过程中汽车的坡度。该方案不需要安装坡度传感器，不仅节省了费用，而且可以优化整车的动力性能和经济性能。

本发明的优选方案中，通过用变速箱输出轴转速的方法计算车速，并基于该计算出的车速求汽车整车质量。该方案提高了测量精度，减小了误差，从而最终获得准确的汽车整车质量。

附图说明

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

图1为现有技术的混合动力汽车的动力传输路径示意图；

图2是本发明混合动力汽车负载的测量方法的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

混合动力汽车负载主要包括两方面的内容，第一部分是车辆的总质量，另一部分是坡度，这两个因素直接影响控制策略的作用效果。本实施例的要点就是通过收集到的车辆信息，准确计算这两个参数。

本实施例的混合动力汽车负载的测量方法，其坡度的测量包括以下步骤：

S1、测量汽车的整车质量m和汽车转动惯量系数σ；

S2、根据S1中测得的整车质量m和汽车转动惯量系数σ，求得汽车行驶过程中的滚动阻力F_f、空气阻力F_w、加速阻力F_j；

S3、测量汽车行驶过程中电机输出驱动力F_tn；

S4、将滚动阻力F_f、空气阻力F_w、加速阻力F_j和电机输出驱动力F_tn代入方程F_t＝F_f+F_w+F_i+F_j，求出坡度阻力F_i，其中，F_t＝F_f+F_w+F_i+F_j为汽车行驶过程中的动力学方程；

S5、根据所述S4中求得的坡度阻力F_i求出坡度。

当混合动力汽车由静止状态起步时，只有电机输出动力，随着电机扭矩的增加，车辆的速度逐渐增大，汽车行驶过程中始终满足动力学方程：F_t＝F_f+F_w+F_i+F_j。

其中，F_f＝m·g·f，f为路面摩擦系数；C_d为空气阻力系数，A为整车迎风面积，u为汽车车速，汽车车速的单位一般采用km/h；F_j＝σ·m·a，为车辆加速度，得到v_n和v_n-1分别为不同时刻汽车的车速。

显然，滚动阻力F_f的计算要依赖于整车质量m。在此基础上，本实施例提供一种优选的测量整车质量m的方法。当然需要说明的是，整车质量m不一定要采用本实施例的方法获得。

具体地，测量整车质量m的方法包括以下步骤：

S101、当电机转速超过标定转速开始计时t₀，记录[t₀,t₀+Δt]时间内电机实际扭矩值F_t1，F_t2….F_tn，变速箱输出轴实际转速值n₁，n₂…n_n，得到动力学方程： $F_{tn}=F_f+F_w+F_i+\mathrm{\σ}\·m\·\frac{v_n-v_{n-1}}{dt},$ 并得到从t₀开始Δt时间内 $\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{F}_{ti}=\ΣF_f+\ΣF_w+\ΣF_i+\mathrm{\σ}\·m\·\frac{v_n-v_1}{dt}.$

其中，S101中电机的标定转速优选但不必须为200rpm，且S101中需要保证不在换挡过程且制动踏板未踩下。

S102、当第一次换挡时，从空挡时开始计时t_0′，从t_0′开始记录Δt时间内电机实际扭矩值F_t1'，F_t2'…F_tn'，变速箱输出轴实际转速值n₁'，n₂′...n_n′，得到动力学方程： ${F_{tn}}^{\′}=F_f+F_w+F_i+m\·\frac{{v_n}^{\′}-{v_{n-1}}^{\′}}{dt},$ 并得到从t_0′开始Δt时间内 $\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{F_{ti}}^{\′}=\ΣF_f+\ΣF_w+\ΣF_i+m\·\frac{{v_n}^{\′}-{v_1}^{\′}}{dt}.$

其中，当S101和S102中任意条件不成熟时，都不再继续进行后续步骤，直到条件满足为止。

S103、认为t₀到t_0′时间间隔内，滚动阻力F_f、空气阻力和坡度阻力F_i不变，变化的只有电机输出驱动力F_tn和加速阻力F_j，得到 $\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{F_{ti}}^{\′}-\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{F}_{ti}=\mathrm{\σ}\·m\·\left(\frac{{v_n}^{\′}-{v_1}^{\′}}{dt}\right)-m\frac{v_n-v_1}{dt}).$

S104、将代入S103中的公式，并根据S103中的公式和 $\mathrm{\σ}=1+\frac{1}{m}\frac{\ΣI_w}{r^2}+\frac{1}{m}\frac{I_f\·{i_g}^2\·{i_0}^2\·\mathrm{\η}}{r^2}$ 求得整车质量m和汽车转动惯量系数σ，其中，I_w车轮的转动惯量，I_f电机转子的转动惯量，η为汽车传动系的传动效率，r为车轮半径。

其中，中，n为变速箱输出轴实际转速值，i_g为起步挡挡位传动比，i₀为主减速比，r为车轮半径。因此要求得汽车车速v，可以通过测量变速箱输出轴实际转速值n求得。通过用变速箱输出轴转速的方法计算车速，提高了精度，减小了误差。

在此基础上，锁定整车质量m之后，即可计算出汽车的滚动阻力F_f，将滚动阻力F_f代入动力学方程即可求得坡度阻力F_i，并进而求得坡度。其中，坡度阻力F＝车重×重力加速度×坡度。

进一步地，对上述求得的整车质量m进行检验，当整车质量m小于整车整备质量时无效，当整车质量m超过汽车满载质量时无效。

进一步地，行驶中坡度变化在时间Δt范围内不超过一定的值。例如，通过计算道路设计的最大坡度估算，比如说城市道路一般不会超过9％的坡度，那在时间Δt内坡度的变化不超过9％。其中，测量的坡度值可以每间隔设定时间就更新一次。此外，坡度的最大、最小值不超过道路设计的限值，比如说公交车行驶的道路最大坡度为20％。当坡度超过道路设计的限值，则判断当前测量的坡度无效，并采用上一次有效值作为有效坡度，直至下次有效时更新坡度值。

本实施例的混合动力汽车负载的测量方法其采用牛顿第二定律公式计算出行驶过程中汽车的坡度。该方案不需要安装坡度传感器，不仅节省了费用，而且可以优化整车的动力性能和经济性能。

以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照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，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种混合动力汽车负载的测量方法，包括坡度的测量，其特征在于，坡度的测量包括以下步骤：

S1、测量汽车的整车质量m和汽车转动惯量系数σ；

S2、根据S1中测得的整车质量m和汽车转动惯量系数σ，求得汽车行驶过程中的滚动阻力F_f、空气阻力F_w、加速阻力F_j；

S3、测量汽车行驶过程中电机输出驱动力F_tn；

S4、将滚动阻力F_f、空气阻力F_w、加速阻力F_j和电机输出驱动力F_tn代入方程F_t＝F_f+F_w+F_i+F_j，求出坡度阻力F_i，其中，F_t＝F_f+F_w+F_i+F_j为汽车行驶过程中的动力学方程；

S5、根据所述S4中求得的坡度阻力F_i求出坡度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S1包括：

S101、当电机转速超过标定转速开始计时t₀，记录[t₀,t₀+Δt]时间内电机实际扭矩值F_t1，F_t2….F_tn，变速箱输出轴实际转速值n₁，n₂…n_n，得到动力学方程： $F_{tn}=F_f+F_w+F_i+\mathrm{\σ}\·m\·\frac{v_n-v_{n-1}}{dt},$ 并得到从t₀开始Δt时间内 $\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{F}_{ti}={\mathrm{\ΣF}}_f+{\mathrm{\ΣF}}_w+{\mathrm{\ΣF}}_i+\mathrm{\σ}\·m\·\frac{v_n-v_1}{dt},$ 其中，v_n、v _n-1 ……v₁为当前阶段的汽车车速，且单位为m/s；

S102、当第一次换挡时，从空挡时开始计时t_0′，从t_0′开始记录Δt时间内电机实际扭矩值F_t1'，F_t2'…F_tn'，变速箱输出轴实际转速值n₁'，n₂′...n_n′，得到动力学方程： ${F_{tn}}^{\′}=F_f+F_w+F_i+m\·\frac{{v_n}^{\′}-{v_{n-1}}^{\′}}{dt},$ 并得到从t_0′开始Δt时间内 $\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{F_{ti}}^{\′}={\mathrm{\ΣF}}_f+{\mathrm{\ΣF}}_w+{\mathrm{\ΣF}}_i+m\·\frac{{v_n}^{\′}-{v_1}^{\′}}{dt},$ 其中，v_n′、v_n-1′……v₁′为当前阶段的汽车车速，且单位为m/s；

S103、认为t₀到t_0′时间间隔内，滚动阻力F_f、空气阻力和坡度阻力F_i不变，变化的只有电机输出驱动力F_tn和加速阻力F_j，得到 $\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{F_{ti}}^{\′}-\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{F}_{ti}=\mathrm{\σ}\·m\·\left(\frac{{v_n}^{\′}-{v_1}^{\′}}{dt}\right)-m\frac{v_n-v_1}{dt});$

S104、将代入S103中的公式，并根据S103中的公式和 $\mathrm{\α}=1+\frac{1}{m}\frac{\ΣI_w}{r^2}+\frac{1}{m}\frac{I_f\·{i_g}^2\·{i_0}^2\·\mathrm{\η}}{r^2}$ 求得整车质量m和汽车转动惯量系数σ，其中，I_w车轮的转动惯量，I_f电机转子的转动惯量，η为汽车传动系的传动效率，r为车轮半径。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，S2中F_f＝m·g·f，f为路面摩擦系数；C_d为空气阻力系数，A为整车迎风面积，u为汽车车速，且单位为km/h；

f_j＝σ·m·a，为车辆加速度，得到v_n和v_n-1分别为不同时刻汽车的车速。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，S2中测量变速箱输出轴实际转速值n，并将变速箱输出轴实际转速值n代入求得v_n和v_n-1，其中，i_g为起步挡挡位传动比，i₀为主减速比，r为车轮半径。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述S104之后还包括：

S105、对测得的整车质量m进行检验，当整车质量m小于整车整备质量时无效，当整车质量m超过汽车满载质量时无效。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，S101中，汽车不在换挡过程且制动踏板未踩下。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，S101中，所述标定转速为200rpm。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述S5之后还包括：

S6、对求得的坡度进行检验，当坡度超过道路设计的限值，则判断当前测量的坡度无效，并采用上一次测得的有效坡度值作为当前坡度值。