CN107038144A - 一种基于obd车辆状态信息的汽油车实时油耗计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于OBD车辆状态信息的汽油车实时油耗计算方法，包括以下步骤：根据汽油车发动机理论，计算瞬时燃油消耗量；根据车辆工况及发动机燃烧状态，判断空气燃料混合气的浓度，通过调整燃油修正因数，调整实时空气燃料混合气的浓度；通过调整长时燃油修正系数，确定混合气长期处于过浓或过稀状态时值；根据OBD‑II协议，通过计算发动机负载率，对实时进气量进行标定；针对OBD协议的适配性问题，采用相应计算方法；对OBD采集数据目标函数进行优化。本发明可有效剔除电喷发动机电控断油而产生的计算误差，极大地提高了瞬时燃油消耗量的计算精度，广泛应用于基于燃油消耗量的车辆状态监测及故障诊断中。

Description

一种基于OBD车辆状态信息的汽油车实时油耗计算方法

技术领域

本发明属于汽车机电混合技术领域，具体涉及一种基于OBD车辆状态信息的汽油车实时油耗计算方法。

背景技术

燃油消耗量是车辆燃油经济性的主要评价指标。对于内燃机类传统能源型车辆，其燃油经济性是评价车辆性能的最为重要的指标。影响车辆燃油经济性的因素如道路交通环境、车辆机械性能以及驾驶人的驾驶行为等。但是，通过短时期内改善交通环境提升车辆燃油经济性的方式难以实现；经过长期积累，目前内燃机技术经过长期的发展已经相当成熟，通过改善内燃机技术等措施显著提升车辆的燃油经济性很难实现；无法实时掌握车辆运行状态和状况，特别是车辆的故障无法及时获取，使道路车辆运行存在极大的安全隐患。

目前的车辆状态监测及故障诊断多为面向专业人员的，缺乏面向驾驶员提供的车辆状态监测及故障诊断，故普通驾驶员很难直观获取此类信息。在车辆实时油耗的测量方面，在不对车辆进行结构性改变、加装专用测量仪器及获取车辆制造厂商的自有总线协议的前提下，实时油耗的测量精度较低。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提出一种基于OBD的车辆信息的汽油车燃油消耗量，根据汽油发动机空气燃料比原理，综合利用多项车辆状态信息，具有较高适配性、较高精度的燃油消耗量计算方法，不仅能够剔除电喷发动机电控断油而产生的计算误差，而且能够提高瞬时燃油消耗量的计算精度。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明提供一种基于OBD车辆状态信息的汽油车实时油耗计算方法，包括以下步骤：

S10、根据汽油车发动机理论，计算瞬时燃油消耗量

S20、在发动机喷油过程中，发动机控制器采集氧传感器实时数据，根据车辆工况及发动机燃烧状态，判断空气燃料混合气的浓度，通过调整燃油修正因数φ_s，在标准空气燃料比λ₀的基础上，调整实时空气燃料混合气的浓度，以达到最优燃烧的目的；

S30、通过调整长时燃油修正系数φ_L,φ_L为φ_s的零点移动值，当混合气长期处于过浓或过稀状态时，移动φ_L的零点标准值，从而达到更精准的喷油量控制；

S40、根据OBD-II协议，通过计算发动机负载率，即某一转速下的实时进气量q_m0与这一转速n下的峰值进气量之比。

上述的步骤S10中瞬时燃油消耗量的数学表达式为：

其中，q_m为瞬时发动机进气量；λ为实时空气燃料混合比，是空气燃料混合气中空气质量与燃料质量之比；

上述的步骤S20中标准空气燃料比的数学表达式为：

其中，λ₀为标准空气燃料比，取值14.7；φ_s为短时燃油修正系数；φ_L为长时燃油修正系数；当混合浓度过稀时，φ_s为正值，喷油量增加，增大混合气浓度；当混合气浓度过浓时，φ_s为负值，喷油量减小，减小混合气浓度；φ_L为φ_s的零点移动值，当混合气长期处于过浓或过稀状态时，移动φ_L的零点标准值，从而达到更精准的喷油量控制；

上述的步骤S40中发动机负载率的数学表达式为：

q_m(t)＝ζ(t)·q_m0[n(t)]；

其中，ζ位发动机负载率；q_m0是在发动机转速为n时的峰值进气量，单位为g/s，q_m0为发动机制造商设计的数据，本发明以实验方式进行参数标定。

优选的，上述的步骤S40中针对不同车型对于OBD协议的适配差异性问题，重建基于OBD实时车辆状态信息的计算瞬时燃油消耗量的方法，包括以下步骤：

S41、根据空气流量与空燃比，获取瞬时空气流量q_m及实时空燃比λ，瞬时燃油消耗质量的数学表达式为：

S42、获取瞬时空气流量q_m及燃油修正因数φ_s、φ_L，瞬时燃油消耗质量的数学表达式为：

S43、由发动机负载率与实时空燃比参数，获取发动机负载率ζ、发动机转速n、峰值进气量q_m0及实时空燃比λ，瞬时燃油消耗质量的数学表达式为：

S44、由发动机负载率与实时空燃比参数，获取发动机负载率ζ、发动机转速n、峰值进气量q_m0及燃油修正因数φ_s、φ_L，瞬时燃油消耗质量的数学表达式为：

S45、上述步骤S41-S44进行离散化处理，可以得到为采集到的离散的OBD数据点，如下所示：

根据OBD系统采集到车辆状态信息情况；

S46、已知瞬时燃油消耗量已知汽油密度ρ为定值，取值725g/L，对瞬时燃油消耗量进行量纲转换，瞬时燃油体积消耗量q_V，其单位为L/h的数学表达式为：

S47、积分当前时刻t前一段时间τ内车辆的瞬时燃油体积消耗量q_v，除以同段时间内车辆行驶的距离，可获得车辆在当前时刻的瞬时百公里燃油体积消耗量q_hV，单位为L/100km的数学表达式为：

S48、对步骤S46和S47进行离散化处理：

根据步骤S48得到瞬时燃油体积消耗量q_V及瞬时百公里油耗q_hV。

优选的，上述步骤S45最终为目标函数的最优化问题:怠速情况下，通过发动机的空气流量计算燃油消耗量，因此采用测量当发动机处于热车怠速状态进行求解，求解过程如下：

S451、已知发动机转速n、节气门开度θ、发动机冷却液温度T_c及计算得到的瞬时燃油消耗质量计算值

S452、通过实验，测量当发动机处于热车怠速状态即T_c≥80，车速v＝0，n∈(750,850)且为一稳定值时的基础节气门开度θ₀，令ε∈(-0.1θ₀,0.1θ₀)，瞬时燃油消耗质量的数学表达式为：

有益效果：本发明采用简单公式对于OBD信息的适配要求较为严格，但其计算准确性及计算效率均较高，故在信息具备、多种方法均可计算油耗的情况下，首先选用空气流量-实时空燃比法；若不可直接获取实时空燃比，可获取燃油修正因数，则选用空气流量-燃油修正因数法；若不可直接获取空气流量，可获取发动机负载率及发动机转速，则选用发动机负载率-实时空燃比法；若空气流量及实时空燃比均不可直接获取，可获取发动机负载率、发动机转速及燃油修正因数，则选用发动机负载率-燃油修正因数法。

本发明将利用空燃比方法计算所得的燃油消耗量进行修正，可有效剔除电喷发动机电控断油而产生的计算误差，极大地提高了瞬时燃油消耗量的计算精度，广泛应用于基于燃油消耗量的车辆状态监测及故障诊断中。

附图说明

图1为本发明方法流程示意图。

图2为本发明的瞬时燃油体积消耗量计算-实测对比图。

图3为本发明的瞬时燃油体积消耗量计算误差分布图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施方式。

为了达到本发明的目的，如图1至图3所示，在本发明的其中一种实施方式中提供一种基于OBD车辆状态信息的汽油车实时油耗计算方法，包括以下步骤：

S10、根据汽油车发动机理论，计算瞬时燃油消耗量

S20、在发动机喷油过程中，发动机控制器采集氧传感器实时数据，根据车辆工况及发动机燃烧状态，判断空气燃料混合气的浓度，通过调整燃油修正因数φ_s，在标准空气燃料比λ₀的基础上，调整实时空气燃料混合气的浓度，以达到最优燃烧的目的；

S30、通过调整长时燃油修正系数φ_L,φ_L为φ_s的零点移动值，当混合气长期处于过浓或过稀状态时，移动φ_L的零点标准值，从而达到更精准的喷油量控制；

S40、根据OBD-II协议，通过计算发动机负载率，即某一转速下的实时进气量q_m0与这一转速n下的峰值进气量之比。

上述的步骤S10中瞬时燃油消耗量的数学表达式为：

其中，q_m为瞬时发动机进气量；λ为实时空气燃料混合比，是空气燃料混合气中空气质量与燃料质量之比；

上述的步骤S20中标准空气燃料比的数学表达式为：

其中，λ₀为标准空气燃料比，取值14.7；φ_s为短时燃油修正系数；φ_L为长时燃油修正系数；当混合浓度过稀时，φ_s为正值，喷油量增加，增大混合气浓度；当混合气浓度过浓时，φ_s为负值，喷油量减小，减小混合气浓度；φ_L为φ_s的零点移动值，当混合气长期处于过浓或过稀状态时，移动φ_L的零点标准值，从而达到更精准的喷油量控制；

上述的步骤S40中发动机负载率的数学表达式为：

q_m(t)＝ζ(t)·q_m0[n(t)]；

其中，ζ位发动机负载率；q_m0是在发动机转速为n时的峰值进气量，单位为g/s，q_m0为发动机制造商设计的数据，本发明以实验方式进行参数标定。

为了进一步地优化本发明的实施效果，在本发明的另一种实施方式中，在前述内容的基础上，上述的步骤S40中针对不同车型对于OBD协议的适配差异性问题，重建基于OBD实时车辆状态信息的计算瞬时燃油消耗量的方法，包括以下步骤：

S41、根据空气流量与空燃比，获取瞬时空气流量q_m及实时空燃比λ，瞬时燃油消耗质量的数学表达式为：

S42、获取瞬时空气流量q_m及燃油修正因数φ_s、φ_L，瞬时燃油消耗质量的数学表达式为：

S43、由发动机负载率与实时空燃比参数，获取发动机负载率ζ、发动机转速n、峰值进气量q_m0及实时空燃比λ，瞬时燃油消耗质量的数学表达式为：

S44、由发动机负载率与实时空燃比参数，获取发动机负载率ζ、发动机转速n、峰值进气量q_m0及燃油修正因数φ_s、φ_L，瞬时燃油消耗质量的数学表达式为：

S45、上述步骤S41-S44进行离散化处理，可以得到为采集到的离散的OBD数据点，如下所示：

根据OBD系统采集到车辆状态信息情况；

S46、已知瞬时燃油消耗量已知汽油密度ρ为定值，取值725g/L，对瞬时燃油消耗量进行量纲转换，瞬时燃油体积消耗量q_V，其单位为L/h的数学表达式为：

S47、积分当前时刻t前一段时间τ内车辆的瞬时燃油体积消耗量q_v，除以同段时间内车辆行驶的距离，可获得车辆在当前时刻的瞬时百公里燃油体积消耗量q_hV，单位为L/100km的数学表达式为：

S48、对步骤S46和S47进行离散化处理：

根据步骤S48得到瞬时燃油体积消耗量q_V及瞬时百公里油耗q_hV。

为了进一步地优化本发明的实施效果，在本发明的另一种实施方式中，在前述内容的基础上，上述步骤S45最终为目标函数的最优化问题:怠速情况下，通过发动机的空气流量计算燃油消耗量，因此采用测量当发动机处于热车怠速状态进行求解，求解过程如下：

S451、已知发动机转速n、节气门开度θ、发动机冷却液温度T_c及计算得到的瞬时燃油消耗质量计算值

S452、通过实验，测量当发动机处于热车怠速状态即T_c≥80，车速v＝0，n∈(750,850)且为一稳定值时的基础节气门开度θ₀，令ε∈(-0.1θ₀,0.1θ₀)，瞬时燃油消耗质量的数学表达式为：

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于OBD车辆状态信息的汽油车实时油耗计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

S10、根据汽油车发动机理论，计算瞬时燃油消耗量

S20、在发动机喷油过程中，发动机控制器采集氧传感器实时数据，根据车辆工况及发动机燃烧状态，判断空气燃料混合气的浓度，通过调整燃油修正因数φ_s，在标准空气燃料比λ₀的基础上，调整实时空气燃料混合气的浓度，以达到最优燃烧的目的；

S30、通过调整长时燃油修正系数φ_L,φ_L为φ_s的零点移动值，当混合气长期处于过浓或过稀状态时，移动φ_L的零点标准值，从而达到更精准的喷油量控制；

S40、根据OBD-II协议，通过计算发动机负载率，即某一转速下的实时进气量q_m0与这一转速n下的峰值进气量之比。

2.根据权利要求1所述的基于OBD车辆状态信息的汽油车实时油耗计算方法，其特征在于，

步骤S10中瞬时燃油消耗量的数学表达式为：

其中，q_m为瞬时发动机进气量；λ为实时空气燃料混合比，是空气燃料混合气中空气质量与燃料质量之比；

步骤S20中标准空气燃料比的数学表达式为：

其中，λ₀为标准空气燃料比，取值14.7；φ_s为短时燃油修正系数；φ_L为长时燃油修正系数；当混合浓度过稀时，φ_s为正值，喷油量增加，增大混合气浓度；当混合气浓度过浓时，φ_s为负值，喷油量减小，减小混合气浓度；φ_L为φ_s的零点移动值，当混合气长期处于过浓或过稀状态时，移动φ_L的零点标准值，从而达到更精准的喷油量控制；

步骤S40中发动机负载率的数学表达式为：

q_m(t)＝ζ(t)·q_m0[n(t)]；

其中，ζ位发动机负载率；q_m0是在发动机转速为n时的峰值进气量，单位为g/s，q_m0为发动机制造商设计的数据，本发明以实验方式进行参数标定。

3.根据权利要求1所述的基于OBD车辆状态信息的汽油车实时油耗计算方法，其特征在于，步骤S40中针对不同车型对于OBD协议的适配差异性问题，重建基于OBD实时车辆状态信息的计算瞬时燃油消耗量的方法，包括以下步骤：

S41、根据空气流量与空燃比，获取瞬时空气流量q_m及实时空燃比λ，瞬时燃油消耗质量的数学表达式为：

S42、获取瞬时空气流量q_m及燃油修正因数φ_s、φ_L，瞬时燃油消耗质量的数学表达式为：

S43、由发动机负载率与实时空燃比参数，获取发动机负载率ζ、发动机转速n、峰值进气量q_m0及实时空燃比λ，瞬时燃油消耗质量的数学表达式为：

S44、由发动机负载率与实时空燃比参数，获取发动机负载率ζ、发动机转速n、峰值进气量q_m0及燃油修正因数φ_s、φ_L，瞬时燃油消耗质量的数学表达式为：

S45、上述步骤S41-S44进行离散化处理，可以得到为采集到的离散的OBD数据点，如下所示：

根据OBD系统采集到车辆状态信息情况；

S46、已知瞬时燃油消耗量已知汽油密度ρ为定值，取值725g/L，对瞬时燃油消耗量进行量纲转换，瞬时燃油体积消耗量q_V，其单位为L/h的数学表达式为：

S47、积分当前时刻t前一段时间τ内车辆的瞬时燃油体积消耗量q_v，除以同段时间内车辆行驶的距离，可获得车辆在当前时刻的瞬时百公里燃油体积消耗量q_hV，单位为L/100km的数学表达式为：

S48、对步骤S46和S47进行离散化处理：

根据步骤S48得到瞬时燃油体积消耗量q_V及瞬时百公里油耗q_hV。

4.根据权利要求1所述的基于OBD车辆状态信息的汽油车实时油耗计算方法，其特征在于，步骤S45最终为目标函数的最优化问题:怠速情况下，通过发动机的空气流量计算燃油消耗量，因此采用测量当发动机处于热车怠速状态进行求解，求解过程如下：

S451、已知发动机转速n、节气门开度θ、发动机冷却液温度T_c及计算得到的瞬时燃油消耗质量计算值

S452、通过实验，测量当发动机处于热车怠速状态即T_c≥80，车速v＝0，n∈(750,850)且为一稳定值时的基础节气门开度θ₀，令ε∈(-0.1θ₀,0.1θ₀)，瞬时燃油消耗质量的数学表达式为：