CN108759952A - 一种分段式基于汽车发动机转速和扭矩的油耗估计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分段式基于汽车发动机转速和扭矩的油耗估计方法，涉及汽车能耗估算技术领域，包括：获取发动机最小扭矩、最大扭矩和最大转速，以最小扭矩到最大扭矩为横轴、0到最大转速为纵轴建立瞬时油耗区域；将瞬时油耗区域分为P个子区域；计算各子区域的瞬时油耗FC(ω_e，T_e):计算输入的发动机扭矩T_e和发动机转速ω_e对应的瞬时油耗FC(ω_e，T_e)，并输出所得的瞬时油耗FC(ω_e，T_e)；通过对瞬时油耗区域划分子区域，使每个子区域中的瞬时油耗估算模型能够更加靠近真实的瞬时油耗数据，减小瞬时油耗估算的误差，提高汽车瞬时油耗估算的精度。

Description

一种分段式基于汽车发动机转速和扭矩的油耗估计方法

技术领域

本发明涉及汽车能耗估算技术领域，更具体地说，它涉及一种分段式基于汽车发动机转速和扭矩的油耗估计方法。

背景技术

瞬时油耗表示车辆某一瞬间的油耗，观察瞬时油耗，对于了解发动机在不同情况下的实际油耗有重要意义。例如，可以通过观察瞬时油耗，了解车辆停驶、发动机处于怠速运转状态时的油耗；通过瞬时油耗，可以了解不同车速的百公里油耗，从而找到车辆的经济车速。

目前，通常有3种方式的连续型模型来计算汽车的瞬时油耗：第一种是用汽车的瞬时功率P来计算汽车的瞬时油耗FC，该瞬时油耗FC是瞬时功率P的函数:FC＝f(P)；第二种是用汽车的瞬时速度v和加速度a来计算瞬时油耗FC，该瞬时油耗FC是瞬时速度v和加速度a的函数:FC＝f(v,a)；第三种是用汽车发动机的转速ω和扭矩T来计算车辆的瞬时油耗FC，该瞬时油耗FC是发动机的转速ω和扭矩T的函数:FC＝f(ω,T)。

但是，由于汽车的瞬时油耗是极度非线性模型，利用上述的连续型模型估算汽车瞬时油耗时估算的误差较大，估算精度不高。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于汽车发动机转速和扭矩的分段式油耗估计方法，以解决连续型模型估算汽车瞬时油耗时估算的误差较大、估算精度不高的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种基于汽车发动机转速和扭矩的分段式油耗估计方法，其特征在于，包括如下步骤：

S100：获取发动机最小扭矩T_emin、最大扭矩T_emax和最大转速ω_emax，以发动机最小扭矩T_emin到最大扭矩T_emax为横轴、0到最大转速ω_emax为纵轴建立瞬时油耗区域；

S200：将瞬时油耗区域划分为P个子区域；

S300：获取各个子区域的瞬时油耗FC(ω_e，T_e)公式：

其中，i∈{0,1,2}，j∈{0,1,2}，L_i，j为各个子区域的油耗模型参数，ω_e为发动机转速，T_e为发动机扭矩,ω_e ⁱ表示ω_e的i次方，T_e ^j表示Te的j次方；

S400：基于S300中的公式计算输入的发动机扭矩T_e和发动机转速ω_e对应的瞬时油耗FC(ω_e，T_e)，并输出所得的瞬时油耗FC(ω_e，T_e)。

通过采用上述技术方案，将汽车瞬时油耗估算模型分成P个子区域，每个子区域的瞬时油耗估算与对应的油耗模型参数L_i,j相关，使得各个子区域估算的瞬时油耗能够更加贴近实测的瞬时油耗，减小瞬时油耗的误差，提高了汽车瞬时油耗的估算精度；另外，用汽车发动机的两个变量对汽车的瞬时油耗进行分段式估算，减小了单一变量对瞬时油耗估算存在的误差。

进一步的，所述L_i,j由如下步骤获得：

利用汽车总线获取各个子区域中的若干组(ω_e，T_e)的真实数据；

根据各个子区域中获取的若干组(ω_e，T_e)，基于最小二乘法计算各个子区域对应的油耗模型参数L_i,j。

通过采用上述技术方案，由各个子区域中的(ω_e，T_e)估计油耗模型参数L_i，j，使得该油耗模型参数L_i，j能够更加符合各个子区域的瞬时油耗估算，从而提高瞬时油耗估算的精度。

进一步的，步骤S200包括：

S210：设定发动机最小扭矩T_emin和最大扭矩T_emax之间的断点数为N，0到最大转速ω_emax之间的断点数为M；

S220：设发动机扭矩T_e不变，根据瞬时油耗估算公式计算不同转速ω_e的汽车消耗的瞬时油耗FC’(ω_e，T_e)；

S230：所述瞬时油耗FC’(ω_e，T_e)与汽车总线上所获取的对应实际油耗fc’(ω_e，T_e)比较后，得到差值E(ω_e)并与阈值E1比较；当差值E(ω_e)大于阈值E1时，判断对应的转速ω_e为断点，或者断点位于对应转速ω_e与前一转速断点ω_e之间，并同时记录对应的差值E(ω_e)；其中，不同发动机扭矩T_e的阈值E1不同，且阈值E1依据设定的断点数M确定；

S240：发动机扭矩T_e增加，重复步骤S230；

S250：选取每个T_e对应的记录的差值E(ω_e)中的最大值为E(ω_e)_max，将E(ω_e)_max与阈值E2进行比较；当E(ω_e)_max大于阈值E2时，判断对应的扭矩T_e为断点；其中，不同发动机转速ω_e的阈值E2不同；阈值E2依据设定的断点数N确定。

通过采用上述技术方案，可对子区域的断点进行判断，从而确定子区域的形状和范围：通过先限定其中的一个变量如汽车发动机扭矩T_e，在另一变量变化的情况下判断各瞬时油耗估算值和实际值之间的差值E(ω_e)，该差值E(ω_e)与阈值E1进行比较，判断同一发动机扭矩T_e下的发动机转速ω_e的断点；后增加发动机扭矩T_e，重复确定下一发动机扭矩T_e的发动机转速ω_e的断点；最后，每一个T_e对应的记录的差值E(ω_e)与阈值E2进行比较，判断发动机扭矩T_e的断点，从而达到了确定最小扭矩T_emin和最大扭矩T_emax之间的断点以及最大转速ω_emax之间的断点的目的。

进一步的，发动机转速ω_e和发动机扭矩T_e均等步长增加。

通过采用上述技术方案，取值较为简便且整个处理过程较为快速。

进一步的，所述瞬时油耗估算公式通过如下步骤获得:

S221：基于汽车总线获取瞬时油耗区域内的若干组(ω_e，T_e)的真实数据；

S222：基于最小二乘法，计算瞬时油耗区域内的油耗参数

S223：根据上述油耗参数获得瞬时油耗估算公式：

其中，i∈{0,1,2}，j∈{0,1,2},ω_e ⁱ表示ω_e的i次方，T_e ^j表示T_e的j次方。

进一步的，所述M取4-7，N取5-10。

通过采用上述技术方案，由于子区域的断点数量应当适中，取值太小会降低瞬时油耗估算的精度，取值太大会影响处理器的处理速度且精度不会相差太大，所以选择了M为4-7，N为5-10。

进一步的，基于步骤S230和步骤S240，所述阈值E1由以下步骤获得：

S231：获取同一发动机扭矩T_e下的所有差值E(ω_e)；

S232：在M个最大差值E(ω_e)中选择最小的一个值，该最小值为阈值E1。

进一步的，基于步骤S240和步骤S250，所述阈值E2由以下步骤获得：

S241：获取同一发动机转速T_e下的记录下来的所有差值E(ω_e)，并得到最大值E(ω_e)_max；

S242：选择N个最大值E(ω_e)_max中的最小值，该最小值为阈值E2。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1、通过对瞬时油耗区域划分子区域，使得每个子区域中的瞬时油耗估算模型能够更加靠近真实的瞬时油耗数据，减小瞬时油耗估算的误差，提高汽车瞬时油耗估算的精度；

2、子区域的断点数量的选取数量可使瞬时油耗估算较为精确，同时也能够使处理器的处理速度较快。

附图说明

图1为本发明分段式油耗估计方法的流程图；

图2为本发明划分子区域的流程图；

图3为子区域判断断点的流程示意图；

图4为子区域划分示意图；

图5为瞬时油耗估算与实际油耗对比图；

图6为累计估算油耗和累计实际油耗对比图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明进行详细描述。

根据安装在汽车上的传感设备，可通过总线获得汽车发动机的最大扭矩、最小扭矩、最大转速和在不同的扭矩和转速的下的实际油耗值。

本发明的目的在于提供一种分段式基于汽车发动机转速和扭矩的油耗估计方法，包括如下步骤：

S100：获取发动机最小扭矩T_emin、最大扭矩T_emax和最大转速ω_emax，以发动机最小扭矩T_emin到最大扭矩T_emax为横轴、0到最大转速ω_emax为纵轴建立瞬时油耗区域；

S200：将瞬时油耗区域划分为P个子区域；

S300：获取各个子区域的瞬时油耗FC公式：

其中，i∈{0,1,2}，j∈{0,1,2}，L_i，j为各个子区域的油耗模型参数，ω_e为发动机转速，T_e为发动机扭矩,ω_e ⁱ表示ω_e的i次方，T_e ^j表示T_e的j次方；

S400：基于S300中的公式计算输入的发动机扭矩T_e和发动机转速ω_e对应的瞬时油耗FC(ω_e，T_e)，并输出所得的瞬时油耗FC(ω_e，T_e)。

基于步骤S100，由于不同的汽车发动机的扭矩T_e和转速ω_e参数不同，针对不同的汽车，需要获取汽车上相应的发动机最小扭矩T_emin、最大扭矩T_emax和最大转速ω_emax，使得汽车瞬时油耗估算能够依据其本身的发动机参数更加精确。获取汽车发动机的上述参数后，建立瞬时油耗区域，本实施例中，该瞬时油耗区域呈长方形。

基于步骤S200，在划分子区域时，需要找到各个子区域的断点，从而进一步确定各子区域的范围，本实施例中，参照图2，可主要由以下步骤实现：

S210：设定发动机最小扭矩T_emin和最大扭矩T_emax之间的断点数为N，0到最大转速ω_emax之间的断点数为M；M和N的取值适中，既不影响瞬时油耗估算的精度，同时也可使处理器处理的速度较快；本实施中M可以取4-7，N可以取5-10；

S220：设发动机扭矩T_e不变，根据瞬时油耗估算公式计算不同转速ω_e的汽车消耗的瞬时油耗FC’(ω_e，T_e)；由于M的取值一般会比N的取值小，先将发动机扭矩T_e作为定量，计算不同转速ω_e下的瞬时油耗FC’(ωe，Te)；

S230：所述瞬时油耗FC’(ω_e，T_e)与汽车总线上获取的对应实际油耗fc’(ω_e，T_e)比较后，得到差值E(ω_e)与阈值E1进行比较；当差值E(ω_e)大于阈值E1时，判断对应的转速ω_e为断点，或者断点位于对应转速ω_e与前一转速断点ω_e之间，并同时记录对应的E(ω_e)；其中，不同发动机扭矩T_e的阈值E1不同，且阈值E1依据设定的断点数M确定；阈值E1可由以下步骤获得：

S231：获取同一发动机扭矩T_e下的所有差值E(ω_e)；

S232：在M个最大差值E(ω_e)中选择最小的一个值，该最小值为阈值E1。

S240：发动机扭矩T_e增加，重复步骤S230；

S250：选取每个Te对应的记录的差值E(ω_e)中的最大值为E(ω_e)_max，将差值E(ω_e)_max与阈值E2进行比较；当E(ω_e)_max大于阈值E2时，判断对应的扭矩T_e为断点；其中，不同发动机转速ω_e的阈值E2不同；阈值E2依据设定的断点数N确定；阈值E2由以下步骤获得：

S241：获取同一发动机转速T_e下的记录下来的所有差值E(ω_e)，并得到最大值E(ω_e)_max；

S242：选择N个最大值E(ω_e)_max中的最小值，该最小值为阈值E2。需要说明的是，发动机转速ω_e和发动机扭矩T_e均等步长增加，可提高断点判断的速率。

基于步骤S220，瞬时油耗估算公式通过如下步骤获得:

S221：基于汽车总线获取瞬时油耗区域内的若干组(ω_e，T_e)的真实数据；

S222：基于最小二乘法，计算瞬时油耗区域内的油耗参数其中，fc(ω_e，T_e)是实际测量的油耗。

S223：基于油耗参数获得瞬时油耗估算公式 其中，i∈{0,1,2}，j∈{0,1,2},ω_e ⁱ表示ω_e的i次方，T_e ^j表示T_e的j次方。

对于断点的选取，举例说明，参照图3，选取T_e1为汽车发动机初始扭矩，转速ω_e1为汽车发动机的初始转速，先判断T_e1是否在发动机最大扭矩T_emax和最小扭矩T_emin之间。若T_e1不在发动机最大扭矩T_emax和最小扭矩T_emin之间，则直接结束程序的运行；否则，接着判断转速ω_e1是否小于0，防止程序溢出。当ω_e1小于0时，则直接结束程序的运行；否则，判断ω_e1是否大于ω_emax。当ω_e1小于ω_emax时，根据公式计算汽车消耗的瞬时油耗，后计算瞬时油耗FC’(ω_e，T_e)和实际油耗fc’(ω_e，T_e)之间的差值E(ω_e)，并判断该差值E(ω_e)与阈值E1的大小。

比如在同一扭矩T_e值下，不同转速ω_e的差值E(ω_e)为1、3.5、8、0.5、5、…、25、37.8、,55.1、42.9、40.6，将这些差值E(ω_e)从大到小排序后，在设定的前M个值内，若是有两个差值E(ω_e)之间的差值相差较大，则直接判断较大的差值E(ω_e)为阈值E1。

当差值E(ω_e)大于阈值E1时，则输出相应的ω_e作为断点，同时记录对应的差值E(ω_e)；然后转速ω_e1以步长100增加，重新循环上述操作。并且，在对应的T_e中对于记录下来的差值E(ω_e)选择最大的值为E(ω_e)_max,并判断E(ω_e)_max是否大于阈值E2。若E(ω_e)_max大于阈值E2，则输出对应的T_e1作为断点，之后扭矩T_e1以步长1增加，重新判断下一转速ω_e1和扭矩T_e1的断点；否则扭矩T_e1以步长1增加，重新判断转速ω_e1和扭矩T_e1的断点。

当ω_e1大于ω_emax时，直接判断对应的T_e1中，对于记录下来的差值E(ω_e)选择最大的值为E(ω_e)_max,并判断E(ω_e)_max是否大于阈值E2。若E(ω_e)_max是否大于阈值E2，则输出对应的T_e1作为断点，之后扭矩T_e1以步长1增加，重新判断下一转速ω_e1和扭矩T_e1的断点；否则扭矩T_e1以步长1增加，重新判断转速ω_e1和扭矩T_e1的断点。

根据输出的转速ω_e1和扭矩T_e1可得到各子区域，各子区域的简单示意图可参照图4。需要说明的是，转速ω_e1的单位为rpm，扭矩T_e1的单位为n*m。

参照图5，为瞬时油耗估算值和瞬时油耗实际值的图形对比图，其估算误差较小，精度较高。图6显示了累计油耗估算值和累计油耗实际值，其累计误差也是相对较小的，精度高。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种分段式基于汽车发动机转速和扭矩的油耗估计方法，其特征在于，包括如下步骤：

S100：获取发动机最小扭矩T_emin、最大扭矩T_emax和最大转速ω_emax，以发动机最小扭矩T_emin到最大扭矩T_emax为横轴、0到最大转速ω_emax为纵轴建立瞬时油耗区域；

S200：将瞬时油耗区域划分为P个子区域；

S300：获取各个子区域的瞬时油耗FC(ω_e，T_e)公式：

其中，i∈{0，1，2}，j∈{0，1，2}，L_i，j为各个子区域的油耗模型参数，ω_e为发动机转速，T_e为发动机扭矩,ω_e ⁱ表示ω_e的i次方，T_e ^j表示T_e的j次方；

S400：基于S300中的公式计算输入的发动机扭矩T_e和发动机转速ω_e对应的瞬时油耗FC(ω_e，T_e)，并输出所得的瞬时油耗FC(ω_e，T_e)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述L_i，j由如下步骤获得：

利用汽车总线获取各个子区域中的若干组(ω_e，T_e)的真实数据；

根据各个子区域中获取的若干组(ω_e，T_e)，基于最小二乘法计算各个子区域对应的油耗模型参数L_i，j。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S200包括：

S210：设定发动机最小扭矩T_emin和最大扭矩T_emax之间的断点数为N，0到最大转速ω_emax之间的断点数为M；

S220：设发动机扭矩T_e不变，根据瞬时油耗估算公式计算不同转速ω_e的汽车消耗的瞬时油耗FC’(ω_e，T_e)；

S230：所述瞬时油耗FC’(ω_e，T_e)与汽车总线上所获取的对应实际油耗fc’(ω_e，T_e)比较后，得到差值E(ω_e)与阈值E1进行比较；当差值E(ω_e)大于阈值E1时，判断对应的转速ω_e为断点，或者断点位于对应转速ω_e与前一转速断点ω_e之间，并同时记录对应的E(ω_e)；其中，不同发动机扭矩T_e的阈值E1不同，且阈值E1依据设定的断点数M确定；

S240：发动机扭矩T_e增加，重复步骤S230；

S250：选取每个T_e对应的记录的差值E(ω_e)中的最大值为E(ω_e)_max，将差值E(ω_e)_max与阈值E2进行比较；当E(ω_e)_max大于阈值E2时，判断对应的扭矩T_e为断点；其中，不同发动机转速ω_e的阈值E2不同；阈值E2依据设定的断点数N确定。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，发动机转速ω_e和发动机扭矩T_e均等步长增加。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述瞬时油耗估算公式通过如下步骤获得:

S221：基于汽车总线获取瞬时油耗区域内的若干组(ω_e，T_e)的真实数据；

S222：基于最小二乘法，计算瞬时油耗区域内的油耗参数

S223：根据上述油耗参数获得瞬时油耗估算公式：

其中，i∈{0，1，2}，j∈{0，1，2}，ω_e ⁱ表示ω_e的i次方，T_e ^j表示T_e的j次方。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述M取4-7，N取5-10。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，基于步骤S230和步骤S240，所述阈值E1由以下步骤获得：

S231：获取同一发动机扭矩T_e下的所有差值E(ω_e)；

S232：在M个最大差值E(ω_e)中选择最小的一个值，该最小值为阈值E1。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，基于步骤S240和步骤S250，所述阈值E2由以下步骤获得：

S241：获取同一发动机转速T_e下的记录下来的所有差值E(ω_e)，并得到最大值E(ω_e)_max；

S242：选择N个最大值E(ω_e)_max中的最小值，该最小值为阈值E2。