CN107977476A - 一种估算汽车剩余续航里程的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种估算汽车剩余续航里程的方法，所述方法包括如下步骤：S1：工况数据采集和存储；S2：最近短期平均里程能耗计算；S3：工况分类；S4：历史工况平均里程能耗计算；S5：剩余续航里程估算。本发明将汽车行驶过程中的不同工况状态进行分类，通过同一车型汽车上报的实时工况数据和海量历史工况数据统计和剩余能源量数据统计出该车型在各种工况下的平均里程能耗，结合最近短期平均里程能耗和剩余能源量计算出汽车的续航里程。通过本方法计算的剩余续航里程跟当前车辆实时工况实时动态相关，随着驾驶工况的变化，统计所得的剩余续航里程是实时变化的，能更灵敏准确的告知驾驶员汽车以当前的行驶工况还可行驶的剩余续航里程。
Description
技术领域
本发明属于汽车续航里程估算领域，具体地，涉及一种估算汽车剩余续航里程的方法。
背景技术
汽车剩余续航里程用来表示汽车在能源耗尽之前还能够行驶的里程数，以便提醒车主在驾驶车辆前或者在驾驶车辆过程中提前备好能源，避免半途能源耗尽，影响出行计划。传统的剩余续航里程估算方法大多基于当前剩余能源量和最近短期平均里程能耗进行估算，如公布号为CN104021299A的中国专利。这种估算方法受道路环境和汽车工况的变化影响极大，准确度普遍不高。
本发明在传统简单基于当前剩余能源量和最近短期平均里程能耗计算续航里程的基础上，引入基于实时和历史工况数据和能源量数据统计的平均里程能耗进行计算，随着采集的工况数据不断增加，将能够有效提高汽车剩余续航里程估算值的准确度，为车主提供更好的驾驶体验。
发明内容
本发明在于为解决上述问题而提供一种估算汽车剩余续航里程的方法。
本发明一种估算汽车剩余续航里程的方法，包括以下步骤：
S1：工况数据采集和存储：采集汽车的实时工况数据存储到历史工况数据库中，工况数据至少包括如下因素：里程数和能源量数据，用于进行工况分类的所有工况类型数据，工况类型数据至少包括与续航里程相关的数据；
S2：最近短期平均里程能耗计算：根据实时工况数据中的里程数和能源量数据，计算汽车最近短期平均里程能耗
S3：工况分类：从工况数据的工况类型中，选出与续航里程相关的因素，根据因素对应到的取值范围的多个组合进行工况分类；
S4：历史工况平均里程能耗计算：根据工况分类，从历史工况数据库中找出与工况分类相匹配的所有属于同一工况分类的工况数据集集合，基于集合中的数据集计算出该工况分类的历史工况平均里程能耗
S5：剩余续航里程估算：根据当前实时剩余能源量C、实时工况R、最近短期平均里程能耗实时工况R隶属的工况分类对应的历史工况平均里程能耗通过对不同的实时工况情况下的历史工况平均里程能耗和最近短期平均里程能耗赋予不同权重值的方式，调整平均里程能耗值，进而估算剩余续航里程S。
进一步的，S2步骤中，最近短期平均里程能耗计算公式为：其中，O1为最后一次的工况数据总里程数对应的剩余能源量，C为当前实时剩余能源量，S1为最后一次的工况数据总里程数，S2为当前实时工况的总里程数。
更进一步的，S2步骤中，采用定时、定距或者定耗的方式计算最近短期平均里程能耗
进一步的，S4步骤中，历史工况平均里程能耗计算包括：
S41：数据抽取：将同一辆车的历史工况数据分割成子集，添加到子集待处理队列中；
S42：数据预处理：对待处理队列中的每个子集，计算平均速度和平均里程能耗，根据平均速度找到对应的工况分类，将平均里程能耗放到对应工况分类的分类待处理队列中；
S43：过滤和统计：对每种工况分类的分类待处理队列中的数据进行滤波，对滤波后剩余的数据集合计算平均值，得出该工况分类下的历史工况平均里程能耗将工况分类和对应的历史工况平均里程能耗保存到历史工况数据库中；
更进一步的，S4步骤中，经过设定的周期，根据新加入的工况数据或者重新调整的工况分类，重新计算历史工况平均里程能耗
进一步的，S5步骤中，剩余续航里程S估算的计算公式为：
其中，参数a和b为权重值，η为调整值，μ为最小可剩余能源量。
本发明的有益效果是：
1.使用本方法，随着采集工况数据的不断增加，将能够显著提高汽车剩余续航里程估算的准确性；
2.通过本方法计算的剩余续航里程跟当前车辆实时工况实时动态相关，随着驾驶工况的变化，统计所得的剩余续航里程是实时变化的，能更灵敏准确的告知驾驶员汽车以当前的行驶工况还可行驶的剩余续航里程。
附图说明
图1为本发明的数据流图；
图2为本发明的流程图；
图3为本发明的工况分类过程示意图；
图4为本发明的历史工况平均里程能耗的计算步骤示意图；
图5为本发明的基于车辆速度和空调开关定义的工况分类历史工况平均里程能耗表结构图。
具体实施方式
为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
本发明一种估算汽车剩余续航里程的方法，通过对汽车驾驶过程中的不同工况状态进行分类，然后基于同一车型的其他汽车上报的海量的实时工况数据和历史工况数据和剩余能源量数据统计汽车在每种工况分类下的平均里程能耗。在估算续航里程时，通过匹配汽车实时工况对应的平均里程能耗，结合最近短期平均里程能耗和当前剩余能源量计算出汽车的续航里程。
本方法由七部分组成：工况数据采集、历史工况数据、工况分类、历史工况平均里程能耗计算、最近短期平均里程能耗计算、续航里程估算。数据流如图1所示。
工况数据采集：采集汽车的实时工况数据进行存储和处理。
历史工况数据：用于存储采集到的历史工况数据，同时用于保存历史工况平均里程能耗计算输出的各类工况对应的平均里程能耗。
工况分类：根据续航里程相关的工况参数进行聚合和枚举之后划分的不同的车辆运行工况状态；工况分类的规模随着工况参数数量和取值范围的增加而增加。
历史工况平均里程能耗计算：根据工况分类，从历史工况数据中找出与工况分类相匹配的所有属于同一工况分类的工况数据集集合，基于集合中的数据集计算出该工况分类的历史工况平均里程能耗；
最近短期平均里程能耗计算：根据最近一段时间内的行驶里程和能耗计算出的在这段时间内汽车的平均里程能耗；
续航里程估算：根据当前剩余能源量、最近短期平均里程能耗、历史工况平均里程能耗、当前实时工况等输入参数计算出的系统估算的汽车剩余续航里程。
其中,工况分类、历史工况平均里程能耗计算、最近短期平均里程能耗计算、续航里程估算这四个部分为本发明的核心。本发明对方法的其他组成部分的具体实现不做规定，但应该认为所有能够实现这些部分所描述功能的具体设计和实现都属于本发明保护的范围。
本方法其流程图如图2所示，其中，“工况数据”为历史工况数据，“工况N+均耗”为工况分类之后的各种工况类型及其对应的平均能耗，“统计”对应历史工况平均里程能耗统计，“短期均耗”对应最近短期平均里程能耗统计，“里程估算”对应续航里程估算，“实时工况”对应汽车实时上报的工况数据，“续航里程”对应估算得出的汽车剩余续航里程值。
本发明一种估算汽车剩余续航里程的方法，包括以下步骤：
S1：工况数据采集和存储：采集汽车的实时工况数据存储到历史工况数据库中，工况数据至少包括如下因素：里程数和能源量数据，用于进行工况分类的所有工况类型数据，工况类型数据至少包括与续航里程相关的数据；
采集汽车的工况数据(当前GPS位置、当前速度、总里程、剩余能源量等)上传到中心平台进行解析和存储，存储到历史工况数据库中。为了便于更好的阐述本发明，我们假设现在中心平台已经有了足够多的车辆规模并已经存储了足以支撑历史工况统计的历史工况数据量，且采集的工况数据种类包括但不局限于用于进行工况分类的所有类型的数据。本发明并不规定工况数据采集的具体实现，但凡能够采集汽车工况数据进行存储和处理的任何实现方式都属于本发明保护的范围。
S2：最近短期平均里程能耗计算：根据实时工况数据中的里程数和能源量数据，计算汽车最近短期平均里程能耗
根据实时工况数据中的里程数和能源量数据，计算汽车最近短期平均里程能耗单位为毫升每公里(mL/Km)。假设最后一次的工况数据总里程数为S1，当前剩余能源量为O1，当前实时工况的总里程数为S2，当前实时剩余能源量为C，则计算公式为：至于何时触发更新最近短期平均里程能耗的计算，本发明不做特别规定，但是不论采用定时(经过相同时间)、定距(经过相同距离)、定耗(剩余能源量每减少X毫升，即O1-C≥X)或者其他方式都属于本发明保护的内容。
S3：工况分类：从工况数据的工况类型中，选出与续航里程相关的因素，根据因素对应到的取值范围的多个组合进行工况分类；
从采集的工况数据的工况类型中，选出与里程相关的部分类型作为一个集合，然后根据每种类型的取值范围组合，枚举定义每种类型不同取值组成的工况分类，其过程示意图如图3所示，右侧为从工况类型中选出车辆速度、空调开关两个工况类型组合枚举定义出来的16种(速度分8个范围区间×空调开关2种类型＝16种工况分类)工况分类。可见，随着工况分类中工况类型的增加和每种工况类型取值范围的增加，工况的分类都会成倍的增加。但按照大数据的思想，只要积累了足够大的历史工况数据，工况类型的增加并不影响对工况平均能耗的估算。
在划分工况类型时，对于数值型的工况类型可以通过划分范围区间的方式，认为取值在同一范围区间内的工况类型是相等的，如速度取值范围的划分可以参考“0/1-20/21-40/41-60/61-80/81-100/101-120/120以上”的划分方案，则速度43和55的两个工况类型值可以认为他们的速度是相同的；对于布尔性的工况类型，如空调开关，则可以用1和0来表示开和关；其他类型的工况类型可根据情况自行定义分类。
S4：历史工况平均里程能耗计算：根据工况分类，从历史工况数据库中找出与工况分类相匹配的所有属于同一工况分类的工况数据集集合，基于集合中的数据集计算出该工况分类的历史工况平均里程能耗
在计算历史工况平均里程能耗前，需要先做如下定义：
时间范围：同一辆车前后间隔N分钟内的两个工况采集数据认为是连续的采集数据，N的取值可根据采集周期进行设置调整；
工况范围：同一辆车除连续变量(在一个行程内只会持续增加或者减少的变量，如行驶里程只会增加、能耗在同一工况行程内只会减少等)外，其他工况类型取值范围区间一致(速度范围、空调开关状态等)。
历史工况平均里程能耗计算步骤如图4所示，为
S41：数据抽取：将同一辆车的历史工况数据分割成子集，添加到子集待处理队列中。对同一辆车的历史工况数据，按照时间顺序将满足时间范围和工况范围的多个连续数据分割成一个个子集，去掉只有一个工况数据的子集，将剩余子集添加到待处理队列中。需要注意的是，只有在数据抽取的时候需要从同一辆车的工况数据中取，抽取完之后的子集的后续处理都是与具体车辆无关的。
S42：数据预处理：对待处理队列中的每个子集，计算平均速度和平均里程能耗，根据平均速度找到对应的工况分类，将平均里程能耗放到对应工况分类的分类待处理队列中。对待处理队列中的每一个子集，按照时间数序，通过最后一个工况数据和第一个工况数据的里程差和时差计算平均速度，然后根据最后一个工况数据和第一个工况数据的剩余能源量差和里程差计算平均里程能耗。根据计算所得平均速度和其他工况类型的值找到工况分类表中对应的工况分类(同一子集中的所有工况数据除连续变量外的其他工况类型取值范围应该是一样的，因此只要取出其中任一个工况数据进行分类即可)，将平均能耗值放到对应工况分类的待处理数据集合中。
S43：过滤和统计：对每种工况分类的分类待处理队列中的数据进行滤波，对滤波后剩余的数据集合计算平均值，得出该工况分类下的历史工况平均里程能耗将工况分类和对应的历史工况平均里程能耗保存到历史工况数据库中。对每种工况分类的待处理数据集合进行滤波，一种可参考的滤波方式是采用二八法则，将数据集合中的数据进行排序，去掉前后10％的数据，只保留中间80％的数据，降低异常数据的影响。之后，对滤波后剩余的数据集合计算平均值，作为该工况类型下的平均里程能耗。将工况分类和平均里程能耗保存到历史工况数据库中。如，基于车辆速度和空调开关定义的工况分类历史工况平均里程能耗表结构如图5所示。
随着历史工况数据的不断增加，经常会需要加入最新的工况采集数据或者调整工况分类以提高剩余续航里程的估算准确性。具体步骤如下：
a)、历史工况平均里程能耗更新：随着工况采集数据的增加，为了加入最新的工况数据，提升统计结果的准确性，历史工况平均里程能耗计算过程每经过一个周期，都必须加入新的工况数据，重新计算并刷新统计结果。这个周期可以根据需要自行设定，不论如何取值都属于本发明的保护范围。
b)、调整工况分类：如果在系统运行过程中对工况分类进行了调整，则生效时间放到下一次历史工况平均里程能耗计算时生效。此时，将会使用新的工况分类表进行统计，生成新的历史工况分类和历史工况平均里程能耗统计表。
S5：剩余续航里程估算：根据当前实时剩余能源量C、实时工况R、最近短期平均里程能耗实时工况R隶属的工况分类对应的历史工况平均里程能耗通过对不同的实时工况情况下的历史工况平均里程能耗和最近短期平均里程能耗赋予不同权重值的方式，调整平均里程能耗值，进而估算剩余续航里程S。
剩余续航里程的估算其输入数据包括当前汽车上报的由能源量表显示的当前实时剩余能源量C、车载电脑系统采集的实时工况R、S2中计算出的最近短期平均里程能耗实时工况R隶属工况分类对应的历史工况平均里程能耗其输出为估算所得的剩余续航里程S。计算公式如下：
续航里程S的计算方式：
其中，公式中的参数a、b为权重值，简化情况下a+b＝1，η为调整值，μ为最小可剩余能源量(无法使用的能源量)，车型不同，μ值可能不同。μ的值可通过标定设定，a、b、η的值需要通过对同一种车型进行反复测试调整来计算合适值。
通过本方法计算的剩余续航里程跟当前车辆实时工况实时动态相关，随着驾驶工况的变化，统计所得的剩余续航里程是实时变化的，能更灵敏准确的告知驾驶员汽车以当前的行驶工况还可行驶的剩余续航里程。
需要特别说明的是，虽然本方法描述的是普通汽车的剩余里程估算，但是本方法同样适用于使用其他能源的汽车(柴油车、电动车等)。因此，使用其他能源的汽车如果采用本方法类似的方法进行剩余续航里程的估算都同属本发明的保护范围。
本发明一种估算汽车剩余续航里程的方法，将汽车行驶过程中的不同工况状态进行分类，通过同一车型汽车上报的实时工况数据和海量历史工况数据统计和剩余能源量数据统计出该车型在各种工况下的平均里程能耗，结合最近短期平均里程能耗和剩余能源量计算出汽车的续航里程。使用本方法，随着采集工况数据的不断增加，将能够显著提高汽车剩余续航里程估算的准确性。
通过本方法计算的剩余续航里程跟当前车辆实时工况实时动态相关，随着驾驶工况的变化，统计所得的剩余续航里程是实时变化的，能更灵敏准确的告知驾驶员汽车以当前的行驶工况还可行驶的剩余续航里程。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种估算汽车剩余续航里程的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：工况数据采集和存储：采集汽车的实时工况数据存储到历史工况数据库中，工况数据至少包括如下因素：里程数和能源量数据，用于进行工况分类的所有工况类型数据，工况类型数据至少包括与续航里程相关的数据；
S2：最近短期平均里程能耗计算：根据实时工况数据中的里程数和能源量数据，计算汽车最近短期平均里程能耗
S3：工况分类：从工况数据的工况类型中，选出与续航里程相关的因素，根据因素对应到的取值范围的多个组合进行工况分类；
S4：历史工况平均里程能耗计算：根据工况分类，从历史工况数据库中找出与工况分类相匹配的所有属于同一工况分类的工况数据集集合，基于集合中的数据集计算出该工况分类的历史工况平均里程能耗
S5：剩余续航里程估算：根据当前实时剩余能源量C、实时工况R、最近短期平均里程能耗实时工况R隶属的工况分类对应的历史工况平均里程能耗通过对不同的实时工况情况下的历史工况平均里程能耗和最近短期平均里程能耗赋予不同权重值的方式，调整平均里程能耗值，进而估算剩余续航里程S。
2.如权利要求1所述的一种估算汽车剩余续航里程的方法，其特征在于：S2步骤中，最近短期平均里程能耗计算公式为：其中，O1为 最后一次的工况数据总里程数对应的剩余能源量，C为当前实时剩余能源量，S1为最后一次的工况数据总里程数，S2为当前实时工况的总里程数。
3.如权利要求2所述的一种估算汽车剩余续航里程的方法，其特征在于：S2步骤中，采用定时、定距或者定耗的方式计算最近短期平均里程能耗
4.如权利要求1所述的一种估算汽车剩余续航里程的方法，其特征在于：S4步骤中，历史工况平均里程能耗计算包括：
S41：数据抽取：将同一辆车的历史工况数据分割成子集，添加到子集待处理队列中；
S42：数据预处理：对待处理队列中的每个子集，计算平均速度和平均里程能耗，根据平均速度找到对应的工况分类，将平均里程能耗放到对应工况分类的分类待处理队列中；
S43：过滤和统计：对每种工况分类的分类待处理队列中的数据进行滤波，对滤波后剩余的数据集合计算平均值，得出该工况分类下的历史工况平均里程能耗将工况分类和对应的历史工况平均里程能耗保存到历史工况数据库中。
5.如权利要求4所述的一种估算汽车剩余续航里程的方法，其特征在于：S4步骤中，经过设定的周期，根据新加入的工况数据或者重新调整的工况分类，重新计算历史工况平均里程能耗
6.如权利要求1所述的一种估算汽车剩余续航里程的方法，其特征在于：S5步骤中，剩余续航里程S估算的计算公式为： 其中，参数a和b为权重值，η为调整值，μ为最小可剩余能源量。
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