CN109190153A - 一种能耗计算方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种能耗计算方法，包括：在满足能耗计算条件时，对整车质量进行估计；基于估计的整车质量估计值对道路坡度进行测算；确定车辆行驶里程、车辆平均行驶速度和车速样本方差；计算车辆匀速行驶单位里程能耗和去除坡度阻力影响的车辆单位里程能耗，并计算它们的差值；将车辆匀速行驶单位里程能耗与所述整车质量、所述差值、所述车辆平均行驶速度和车速样本方差进行关联。本发明还提供一种能耗计算系统。本发明提供的能耗计算方法及其系统，在统计能耗过程中，去除了由道路坡度变化引起的车辆能耗，同时考虑车辆质量变化的影响，从而能够提供更准确的车辆基础能耗。

Description

一种能耗计算方法及其系统

技术领域

本发明涉及一种能耗计算方法及其系统，具体涉及一种车辆行驶中实时能耗的计算方法及其系统，尤其涉及一种适用于评估电机驱动车辆在一段路程中与平均速度及其样本方差相关的能耗计算方法及其系统。

背景技术

随着电动汽车的推广普及，在电动汽车使用中逐步暴露了一些使用上的问题，其中比较显著的问题是里程焦虑。为解决里程焦虑问题，就要提高里程预测的精确度。目前已知的里程预测方法中，计算车辆能耗时仅对当前车辆能耗进行统计，作为里程预测的基础数据。这种方法没有剔除道路坡度对车辆能耗的影响，统计出的数据不可避免地包含由道路坡度变化引起的误差，这种误差又对里程预测的准确性产生较大影响。

因此，亟待需要提供一种能够在统计能耗过程中，去除由道路坡度引起的车辆能耗的能耗计算方法。

发明内容

本发明的实例要解决的技术问题是提供一种能耗计算方法，为车辆行驶中实时能耗的计算方法，用于评估车辆在一段路程中与平均速度及其样本方差相关的能量消耗，在统计能耗过程中，去除由道路坡度引起的车辆能耗，同时考虑车辆质量变化的影响。本发明还提供一种能耗计算系统。

本发明采用的技术方案为：

本发明实施例提供一种能耗计算方法，包括：

在满足能耗计算条件时，对整车质量进行估计；

基于估计的整车质量估计值对道路坡度进行测算；

确定车辆行驶里程、车辆平均行驶速度和车速样本方差；

用于基于车辆行驶动力学方程，根据估计的整车质量估计值、测算的道路坡度值和确定的车辆平均行驶速度计算车辆匀速行驶单位里程能耗和去除坡度阻力影响的车辆单位里程能耗，并计算车辆匀速行驶单位里程能耗和去除坡度阻力影响的车辆单位里程能耗的差值；

将车辆匀速行驶单位里程能耗与所述整车质量、所述差值、所述车辆平均行驶速度和车速样本方差进行关联。

可选地，所述能耗计算条件为车辆处于起步加速状态。

可选地，所述车辆匀速行驶单位里程能耗通过下述公式计算：

其中，E₁为车辆匀速行驶单位里程能耗，m为整车质量，为平均行驶速度，L为车辆行驶里程，T₀为总的采样时间，g为重力加速度，f为车辆滚动阻力系数，C_d为车辆空气阻力系数，A为车辆迎风面积。

可选地，所述去除坡度阻力影响的车辆单位里程能耗通过下述公式计算：

其中，E₂为去除坡度阻力影响的车辆单位里程能耗，T₀为总的采样时间，T_m为车辆驱动电机输出扭矩，ω_m为驱动电机输出转速，η_m为传动系效率，i为道路坡度值，v为观测坡度时记录的车速，L为车辆行驶里程。

本发明另一实施例还提供一种能耗计算系统，包括：

车辆状态判断模块，用于对车辆状态进行判断；

整车质量估计模块，用于在所述车辆状态模块判断车辆状态满足能耗计算条件时，对整车质量进行估计；

道路坡度测算模块，用于基于所述整车质量估计模块估计的整车质量估计值对道路坡度进行测算；

行驶里程及车速统计模块，用于确定车辆行驶里程、车辆平均行驶速度和车速样本方差；

能耗计算模块，用于基于车辆行驶动力学方程，根据估计的整车质量估计值、测算的道路坡度值和确定的车辆平均行驶速度计算车辆匀速行驶单位里程能耗和去除坡度阻力影响的车辆单位里程能耗，并计算车辆匀速行驶单位里程能耗和去除坡度阻力影响的车辆单位里程能耗的差值；

能耗信息记录模块，用于将车辆匀速行驶单位里程能耗与所述整车质量、所述差值、所述车辆平均行驶速度和车速样本方差进行关联。

可选地，所述能耗计算条件为车辆处于起步加速状态。

可选地，所述车辆匀速行驶单位里程能耗通过下述公式计算：

其中，E₁为车辆匀速行驶单位里程能耗，m为整车质量，为平均行驶速度，L为车辆行驶里程，T₀为总的采样时间，g为重力加速度，f为车辆滚动阻力系数，C_d为车辆空气阻力系数，A为车辆迎风面积。

可选地，所述去除坡度阻力影响的车辆单位里程能耗通过下述公式计算：

其中，E₂为去除坡度阻力影响的车辆单位里程能耗，T₀为总的采样时间，T_m为车辆驱动电机输出扭矩，ω_m为驱动电机输出转速，η_m为传动系效率，i为道路坡度值，v为观测坡度时记录的车速，L为车辆行驶里程。

本发明实施例提供的能耗计算方法及其系统，在统计能耗过程中，去除了由道路坡度变化引起的车辆能耗，同时考虑车辆质量变化的影响，从而能够提供更准确的车辆基础能耗。本发明还提供了与驾驶员的驾驶习惯相关的能耗值ΔE，对预估的单位里程能耗进行修正，进一步提高了车辆续驶里程预估的准确性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的能耗计算方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的能耗计算系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

图1为本发明实施例提供的能耗计算方法的流程示意图。如图1所示，本发明实施例提供的能耗计算方法，包括以下步骤：

S101、在满足能耗计算条件时，对整车质量进行估计；

S102、基于估计的整车质量估计值对道路坡度进行测算；

S103、确定车辆行驶里程、车辆平均行驶速度和车速样本方差；

S104、用于基于车辆行驶动力学方程，根据估计的整车质量估计值、测算的道路坡度值和确定的车辆平均行驶速度计算车辆匀速行驶单位里程能耗和去除坡度阻力影响的车辆单位里程能耗，并计算车辆匀速行驶单位里程能耗和去除坡度阻力影响的车辆单位里程能耗的差值；

S105、将车辆匀速行驶单位里程能耗与所述整车质量、所述差值、所述车辆平均行驶速度和车速样本方差进行关联。

其中，步骤S101中，所述能耗计算条件为车辆处于起步加速状态，具体为每次车辆从停止状态启动时。该能耗计算条件可通过车辆状态进行判断，例如，可基于采集的车速信号、转向盘转角信号、油门踏板信号、制动踏板信号对车辆行驶状态进行判断。当制动踏板松开，油门踏板踩下，转向盘转角小于预定阈值，例如5°，车速达于预定阈值时，例如1km/h，即认定车辆处于起步加速状态，则可对整车质量进行估计。

本发明实施例中，可基于现有的整车质量估计方法对整车质量进行估算，例如，可基于中国公开号为CN106926845A，发明名称为“一种车辆状态参数的动态估计方法”【以下简称专利文献1】公开的整车质量估计方法进行估计，该专利文献1所涉及的关于整车估计方法的内容以引用的方式并入本发明中。利用该专利申请提供的方法对车辆质量进行估计时，根据预定的算法收敛条件对车辆质量输出值进行判断。当车辆质量输出值符合收敛条件时，结束质量估计算法，输出当前车辆质量估计值。该预定的算法收敛条件在该专利文献1中有详细描述，在此以引用的方式并入本发明中。输出的整车质量估计值作为当前整车质量输入信息，结合驱动单元输出扭矩、转速及车辆固有参数对车辆当前行驶道路坡度实时测算。

在步骤S102中，基于步骤S101中输出的当前车辆质量估计值，根据设定的道路坡度测算方法对当前道路坡度进行实时测算并输出道路坡度。该设定的道路坡度测算方法可采用现有的测算方法进行测算，例如，专利文献1所公开的道路测算方法，在此以引用的方式并入本发明中。

在步骤S103中，车辆行驶里程可通过行车记录仪获取，车辆平均行驶速度可通过预设个采样点数据来进行确定，例如，可根据以0.01s为采样周期采集的500个采样点的数据来进行确定，具体可根据下述公式(1)确定：

式中，为平均行驶车速；N为采样点数；v_i为行驶车速的第i次采样值。

车速样本方差根据下式(2)计算：

式中，S²为车速样本方差。

在步骤S104中，将计算的车辆匀速行驶单位里程能耗，记为E1，将计算的去除坡度阻力影响的车辆单位里程能耗记为E2，将E1与E2的差值即为，即ΔE＝E2-E1。以下对该步骤进行详细说明。

车辆动力学方程如下式(3)所示：

F_t＝F_f+F_i+F_w+F_j (3)

式中，F_t为驱动力，F_f为滚动阻力，F_i为坡度阻力，F_w为空气阻力，F_j为加速阻力。

当计算E1时，令F_i＝0，F_j＝0。则E1表达式为，

式中，T₀为总的采样时间，L为T₀时间内车辆驶过的距离，即车辆行驶里程。上式又可以进一步表示为，

式中，m为整车质量估计值，g为重力加速度，f为车辆滚动阻力系数，C_d为车辆空气阻力系数，A为车辆迎风面积。

坡度阻力能耗按下式计算，

式中，i为道路坡度值，v为观测坡度时记录的车速。

车辆克服各行驶阻力能耗之和按下式计算，

式中，T_m为车辆驱动电机输出扭矩，ω_m为驱动电机输出转速，η_m为传动系效率。则E2按下式计算，

E₂＝E_t-E_i (8)

最后计算ΔE，ΔE＝E2-E1

在步骤S105中，将车辆匀速行驶单位里程能耗与所述整车质量、所述差值、所述车辆平均行驶速度和车速样本方差进行关联，作为估计车辆续驶里程的基本依据。需要指出的是，ΔE与当前车辆驾驶员的驾驶习惯相关，并在行驶里程计算中作为预估的单位里程能耗的修正项。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种能耗计算系统，由于该系统所解决问题的原理与前述能耗计算方法相似，因此该系统的实施可以参见前述方法的实施，重复之处不再赘述。

如图2所示，本发明实施例提供的能耗计算系统包括：

车辆状态判断模块201，用于对车辆状态进行判断；

整车质量估计模块202，用于在所述车辆状态模块201判断车辆状态满足能耗计算条件时，对整车质量进行估计；

道路坡度测算模块203，用于基于所述整车质量估计模块估计的整车质量估计值对道路坡度进行测算；

行驶里程及车速统计模块204，用于确定车辆行驶里程、车辆平均行驶速度和车速样本方差；

能耗计算模块205，用于基于车辆行驶动力学方程，根据估计的整车质量估计值、测算的道路坡度值和确定的车辆平均行驶速度计算车辆匀速行驶单位里程能耗和去除坡度阻力影响的车辆单位里程能耗，并计算车辆匀速行驶单位里程能耗和去除坡度阻力影响的车辆单位里程能耗的差值；

能耗信息记录模块206，用于将车辆匀速行驶单位里程能耗与所述整车质量、所述差值、所述车辆平均行驶速度和车速样本方差进行关联。

其中，所述能耗计算条件为车辆处于起步加速状态，具体为每次车辆从停止状态启动时。车辆状态判断模块201可通过车辆状态进行判断是否满足该能耗计算条件，例如，可基于采集的车速信号、转向盘转角信号、油门踏板信号、制动踏板信号对车辆行驶状态进行判断。当制动踏板松开，油门踏板踩下，转向盘转角小于预定阈值，例如5°，车速达于预定阈值时，例如1km/h，即认定车辆处于起步加速状态，则可对整车质量进行估计。

进一步地，整车质量估计模块202可基于专利文献1提供的方法进行整车质量估计。并且，道路坡度测算模块203也可基于专利文献1提供的方法对道路坡度进行测算。

进一步地，行驶里程及车速统计模块204可通过行车记录仪获取车辆行驶里程，可通过预设个采样点数据来确定车辆平均行驶速度，例如，可根据以0.01s为采样周期采集的500个采样点的数据来进行确定，具体可根据下述公式(9)确定：

式中，为平均行驶车速；N为采样点数；v_i为行驶车速的第i次采样值。

车速样本方差根据下式(10)计算：

式中，S²为车速样本方差。

进一步地，能耗计算模块205将计算的车辆匀速行驶单位里程能耗，记为E1，将计算的去除坡度阻力影响的车辆单位里程能耗记为E2，将E1与E2的差值即为，即ΔE＝E2-E1。以下对E1、E2和ΔE的计算进行详细说明。

车辆动力学方程如下式(11)所示：

F_t＝F_f+F_i+F_w+F_j (11)

式中，F_t为驱动力，F_f为滚动阻力，F_i为坡度阻力，F_w为空气阻力，F_j为加速阻力。

当计算E1时，令F_i＝0，F_j＝0。则E1表达式为，

式中，T₀为总的采样时间，L为T₀时间内车辆驶过的距离，即车辆行驶里程。上式又可以进一步表示为，

式中，m为整车质量估计模块202输出的整车质量估计值，g为重力加速度，f为车辆滚动阻力系数，C_d为车辆空气阻力系数，A为车辆迎风面积。

坡度阻力能耗按下式计算，

式中，i为道路坡度测算模块203测算的道路坡度值，v为观测坡度时记录的车速。

车辆克服各行驶阻力能耗之和按下式计算，

式中，T_m为车辆驱动电机输出扭矩，ω_m为驱动电机输出转速，η_m为传动系效率。则E2按下式计算，

E₂＝E_t-E_i (16)

最后计算ΔE，ΔE＝E2-E1

进一步地，能耗信息记录模块206将车辆匀速行驶单位里程能耗与所述整车质量、所述差值、所述车辆平均行驶速度和车速样本方差进行关联，作为估计车辆续驶里程的基本依据。需要指出的是，ΔE与当前车辆驾驶员的驾驶习惯相关，并在行驶里程计算中作为预估的单位里程能耗的修正项。

上述各模块的功能可对应于图1所示流程中的相应处理步骤，在此不再赘述。

综上，本发明实施例提供的能耗计算方法及其系统，在统计能耗过程中，去除了由道路坡度变化引起的车辆能耗，同时考虑车辆质量变化的影响，从而能够提供更准确的车辆基础能耗。本发明还提供了与驾驶员的驾驶习惯相关的能耗值ΔE，对预估的单位里程能耗进行修正，进一步提高了车辆续驶里程预估的准确性。

以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，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所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种能耗计算方法，其特征在于，包括：

在满足能耗计算条件时，对整车质量进行估计；

基于估计的整车质量估计值对道路坡度进行测算；

确定车辆行驶里程、车辆平均行驶速度和车速样本方差；

用于基于车辆行驶动力学方程，根据估计的整车质量估计值、测算的道路坡度值和确定的车辆平均行驶速度计算车辆匀速行驶单位里程能耗和去除坡度阻力影响的车辆单位里程能耗，并计算车辆匀速行驶单位里程能耗和去除坡度阻力影响的车辆单位里程能耗的差值；

将车辆匀速行驶单位里程能耗与所述整车质量、所述差值、所述车辆平均行驶速度和车速样本方差进行关联。

2.根据权利要求1所述的能耗计算方法，其特征在于，所述能耗计算条件为车辆处于起步加速状态。

3.根据权利要求1所述的能耗计算方法，其特征在于，所述车辆匀速行驶单位里程能耗通过下述公式计算：

其中，E₁为车辆匀速行驶单位里程能耗，m为整车质量，为平均行驶速度，L为车辆行驶里程，T₀为总的采样时间，g为重力加速度，f为车辆滚动阻力系数，C_d为车辆空气阻力系数，A为车辆迎风面积。

4.根据权利要求1所述的能耗计算方法，其特征在于，所述去除坡度阻力影响的车辆单位里程能耗通过下述公式计算：

其中，E₂为去除坡度阻力影响的车辆单位里程能耗，T₀为总的采样时间，T_m为车辆驱动电机输出扭矩，ω_m为驱动电机输出转速，η_m为传动系效率，i为道路坡度值，v为观测坡度时记录的车速，L为车辆行驶里程。

5.一种能耗计算系统，其特征在于，包括：

车辆状态判断模块，用于对车辆状态进行判断；

整车质量估计模块，用于在所述车辆状态模块判断车辆状态满足能耗计算条件时，对整车质量进行估计；

道路坡度测算模块，用于基于所述整车质量估计模块估计的整车质量估计值对道路坡度进行测算；

行驶里程及车速统计模块，用于确定车辆行驶里程、车辆平均行驶速度和车速样本方差；

能耗计算模块，用于基于车辆行驶动力学方程，根据估计的整车质量估计值、测算的道路坡度值和确定的车辆平均行驶速度计算车辆匀速行驶单位里程能耗和去除坡度阻力影响的车辆单位里程能耗，并计算车辆匀速行驶单位里程能耗和去除坡度阻力影响的车辆单位里程能耗的差值；

能耗信息记录模块，用于将车辆匀速行驶单位里程能耗与所述整车质量、所述差值、所述车辆平均行驶速度和车速样本方差进行关联。

6.根据权利要求5所述的能耗计算系统，其特征在于，所述能耗计算条件为车辆处于起步加速状态。

7.根据权利要求5所述的能耗计算系统，其特征在于，所述车辆匀速行驶单位里程能耗通过下述公式计算：

其中，E₁为车辆匀速行驶单位里程能耗，m为整车质量，为平均行驶速度，L为车辆行驶里程，T₀为总的采样时间，g为重力加速度，f为车辆滚动阻力系数，C_d为车辆空气阻力系数，A为车辆迎风面积。

8.根据权利要求6所述的能耗计算系统，其特征在于，所述去除坡度阻力影响的车辆单位里程能耗通过下述公式计算：

其中，E₂为去除坡度阻力影响的车辆单位里程能耗，T₀为总的采样时间，T_m为车辆驱动电机输出扭矩，ω_m为驱动电机输出转速，η_m为传动系效率，i为道路坡度值，v为观测坡度时记录的车速，L为车辆行驶里程。