CN109421543B - 具有供电系统的交通工具剩余里程估算方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有供电系统的交通工具剩余里程估算方法和装置，所述方法包括：获取各个驾驶工况下的能量消耗值，车速和加速度；根据所述能量消耗值，车速和加速度计算对应驾驶工况下的每秒能耗值；识别车辆当前驾驶工况，并获取电池剩余能量值，根据电池剩余能量值和当前驾驶工况的每秒能耗值计算剩余里程。本发明通过计算各个驾驶工况下的每秒能耗值来估算剩余里程，提高了里程估算精度，为驾驶员选择合理的出行路线，及时为具有供电系统的交通工具充电提供了保障，缓解里程焦虑，从而提升了用户体验。

Description

具有供电系统的交通工具剩余里程估算方法和装置

技术领域

本发明涉及电动汽车控制技术领域，尤其涉及一种具有供电系统的交通工具剩余里程估算方法和装置。

背景技术

具有供电系统的交通工具的续驶里程是指具有供电系统的交通工具从动力蓄电池全充满状态开始到标准规定的试验结束时所走的里程。剩余里程是指汽车在当前情况下，保持现有驾驶方式还能行驶的里程。由于电动汽车无法实现快速充电，因此具有供电系统的交通工具的剩余里程计算的准确性尤为重要，剩余里程的估算可以为驾驶员作出行驶路径决策提供判断，及时为车辆充电，解决里程焦虑问题。

公布号为CN105501067A的专利，公开了一种电动汽车剩余行驶里程测算方法：其中描述了将电动汽车的行驶状态按速度划分为：低速、中速和高速；对三种状态的各种工况的电流值进行测试并统计，并制成每公里能耗表；电动汽车行驶时实时监控其电流值，将监控结果与每公里能耗表进行映射，得出当前一段时间之内的当前每公里能耗表，根据当前SOC值和当前每公里能耗计算剩余里程。该方法的缺陷在于：对不同车速下的各种工况的电流值测试并统计，所需工作量大，并且车辆所处工况复杂，仅通过电流值去映射每公里能耗，用剩余能量除以每公里能耗，剩余里程准确度低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种具有供电系统的交通工具剩余里程估算方法和装置，通过计算各个驾驶工况下的每秒能耗值来估算剩余里程，提高了里程估算精度，为驾驶员选择合理的出行路线，及时为具有供电系统的交通工具充电提供了保障，缓解里程焦虑，从而提升了用户体验。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种具有供电系统的交通工具剩余里程估算方法，包括以下步骤：

获取各个驾驶工况下的能量消耗值，车速和加速度；

根据所述能量消耗值，车速和加速度计算对应驾驶工况下的每秒能耗值；

识别车辆当前驾驶工况，并获取电池剩余能量值，根据电池剩余能量值和当前驾驶工况的每秒能耗值计算剩余里程。

进一步的，所述方法还包括：根据车速和加速度将驾驶工况分为加速工况、减速工况、等速工况和怠速工况，其中：

所述加速工况为车速大于0，加速度大于0的驾驶工况；

所述减速工况为车速大于0，加速度小于0的驾驶工况；

所述等速工况为车速大于0，加速度等于0的驾驶工况；

所述怠速工况为车速等于0，加速度等于0的驾驶工况。

进一步的，所述方法还包括：设置车速回滞区间和加速度回滞区间，在驾驶工况切换过程中，如果车速变化在车速回滞区间内，且加速度变化在加速度回滞区间，则认为当前驾驶工况不变，否则，切换到对应的驾驶工况。

进一步的，所述能量消耗值包括：总能量消耗值，车辆行驶消耗能量值和高压附件消耗能量值,所述总能量消耗值为所述车辆行驶消耗能量值和高压附件消耗能量值的和。

进一步的，根据所述能量消耗值，车速和加速度计算对应驾驶工况下的每秒能耗值包括以下步骤：

根据每个驾驶工况下的能量消耗值，获取每个驾驶工况下的能耗系数；

根据每个驾驶工况下的能耗系数、车速和加速度计算对应驾驶工况下的每秒能耗值。

进一步的，所述方法还包括：

根据所述电池剩余能量值和每秒能耗值计算可持续放电时间t,

其中，E为电池剩余能量值，

为每秒能耗值；

进一步的，所述方法还包括：

设当前驾驶工况下的剩余里程为S，

若驾驶工况为等速工况，则S＝vt，其中v为车速。

若驾驶工况为加速工况或减速工况，则将每个驾驶工况划分为若干时间段，则剩余里程的计算公式为：

其中，v_i为第i个时间段内的车速，E_i为第i个时间段内的电池剩余能量。

进一步的，所述方法还包括，对所计算的剩余里程进行修正，具体包括以下步骤：

比较当前剩余里程的计算值S(t)与上一周期剩余里程计算值S(t-1)：

若S(t)<＝S(t-1)，且变化梯度小于阈值，则剩余里程为取值为S(t)；否则为S(t-1)-ε，其中ε为剩余里程变化阈值；

若S(t)>S(t-1),则剩余里程取值为S(t-1)。

进一步的，根据车辆行驶速度，划分不同的速度区间，每个速度区间设置对应的剩余里程变化阈值。

进一步的，根据车辆行驶速度，将速度区间划分为低速、中速、中高速和高速四种模式，其中，低速模式的速度范围为0-30km/h，中速模式的速度范围为40-60km/h，中高速模式的速度范围为60-90km/h，高速模式的速度范围为90km/h以上。

根据本发明又一方面，本发明提供了一种具有供电系统的交通工具剩余里程估算装置，包括：

参数获取模块，用于获取各个驾驶工况下的能量消耗值，车速和加速度；

每秒能耗值计算模块，用于根据所述能量消耗值，车速和加速度计算对应驾驶工况下的每秒能耗值；

剩余里程计算模块，用于识别车辆当前驾驶工况，并获取电池剩余能量值，根据电池剩余能量值和当前驾驶工况的每秒能耗值计算剩余里程。

进一步的，所述装置还包括驾驶工况划分模块，用于根据车速和加速度将驾驶工况分为加速工况、减速工况、等速工况和怠速工况，其中：

所述加速工况为车速大于0，加速度大于0的驾驶工况；

所述减速工况为车速大于0，加速度小于0的驾驶工况；

所述等速工况为车速大于0，加速度等于0的驾驶工况；

所述怠速工况为车速等于0，加速度等于0的驾驶工况。

进一步的，所述装置还包括驾驶工况切换模块，用于设置车速回滞区间和加速度回滞区间，在驾驶工况切换过程中，如果车速变化在车速回滞区间内，且加速度变化在加速度回滞区间，则认为当前驾驶工况不变，否则，切换到对应的驾驶工况。

进一步的，所述能量消耗值包括：总能量消耗值，车辆行驶消耗能量值和高压附件消耗能量值,所述总能量消耗值为所述车辆行驶消耗能量值和高压附件消耗能量值的和。

进一步的，所述每秒能耗值计算模块还用于：

根据每个驾驶工况下的能量消耗值，获取每个驾驶工况下的能耗系数；

根据每个驾驶工况下的能耗系数、车速和加速度计算对应驾驶工况下的每秒能耗值。

进一步的，所述剩余里程计算模块还用于：

根据所述电池剩余能量值和每秒能耗值计算可持续放电时间t,

其中，E为电池剩余能量值，

为每秒能耗值；

进一步的，所述剩余里程计算模块还用于执行以下步骤：

设当前驾驶工况下的剩余里程为S，

若驾驶工况为等速工况，则S＝vt，其中v为车速。

若驾驶工况为加速工况或减速工况，则将每个驾驶工况划分为若干时间段，则剩余里程的计算公式为：

其中，v_i为第i个时间段内的车速，E_i为第i个时间段内的电池剩余能量。

进一步的，所述装置还包括剩余里程修正模块，用于对所计算的剩余里程进行修正，具体为：

比较当前剩余里程的计算值S(t)与上一周期剩余里程计算值S(t-1)：

若S(t)<＝S(t-1)，且变化梯度小于阈值，则剩余里程为取值为S(t)；否则为S(t-1)-ε，其中ε为剩余里程变化阈值；

若S(t)>S(t-1),则剩余里程取值为S(t-1)。

进一步的，根据车辆行驶速度，划分不同的速度区间，每个速度区间设置对应的剩余里程变化阈值。

进一步的，所述剩余里程修正模块还包括速度区间划分单元，用于根据车辆行驶速度，将速度区间划分为低速、中速、中高速和高速四种模式，其中，低速模式的速度范围为0-30km/h，中速模式的速度范围为40-60km/h，中高速模式的速度范围为60-90km/h，高速模式的速度范围为90km/h以上。

根据本发明又一方面，提供一种控制器，其包括存储器与处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述程序在被所述处理器执行时能够实现所述方法的步骤。

根据本发明又一方面，提供一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述指令在由一计算机或处理器执行时实现所述的方法的步骤。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明一种具有供电系统的交通工具剩余里程估算方法和装置，可达到相当的技术进步性及实用性，并具有产业上的广泛利用价值，其至少具有下列优点：

本发明所述方法和装置通过计算各个驾驶工况下的每秒能耗值来估算剩余里程，采用每秒能耗值取代每公里能耗，实时检测车辆行驶工况，精确地估算具有供电系统的交通工具的行驶里程，提高了里程估算精度，进而为驾驶员选择合理的出行路线，及时为具有供电系统的交通工具充电提供了保障，缓解里程焦虑，从而提升了用户体验。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图,详细说明如下。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的电动汽车剩余里程估算方法流程图；

图2为本发明一实施例提供的电动汽车剩余里程估算装置示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种具有供电系统的交通工具剩余里程估算方法和装置的具体实施方式及其功效，详细说明如后。

现有的剩余里程计算方法中，大多采用剩余电能除以每公里能耗得到剩余里程估算。这种基于过去的行驶工况来预估现在的剩余里程，存在实际续航里程不准确的缺点，甚至会出现由于每公里能耗值得忽大忽小，造成剩余里程值跳变等情况。本发明提供了一种具有供电系统的交通工具剩余里程估算方法和装置，采用每秒能耗值取代每秒能耗，克服了上述缺点，且能避免出现剩余里程跳变的情况。所述具有供电系统的交通工具包括电动车和混动车，采用本发明的方法和装置，用来估算电动汽车和混动车辆的纯电动续航里程，并以适当的方式输出给用户，例如通过仪表盘向用户显示。

以下各实施例以电动汽车作为具有供电系统的交通工具的示例进行说明，但具有供电系统的交通工具并不限于电动汽车。

一种电动汽车剩余里程估算方法，如附图1所示，包括以下步骤：

步骤S1、获取各个驾驶工况下的能量消耗值，车速和加速度；

为更好表现当前车辆状态，根据车速和加速度将驾驶工况分为加速工况、减速工况、等速工况和怠速工况，其中：

所述加速工况为车速大于0，加速度大于0的驾驶工况；

所述减速工况为车速大于0，加速度小于0的驾驶工况；

所述等速工况为车速大于0，加速度等于0的驾驶工况；

所述怠速工况为车速等于0，加速度等于0的驾驶工况。

为避免驾驶工况切换时造成的剩余里程值计算不准确，设置车速回滞区间和加速度回滞区间，在驾驶工况切换过程中，如果车速变化在车速回滞区间内，且加速度变化在加速度回滞区间，则认为当前驾驶工况不变，否则，切换到对应的驾驶工况。例如，设定车速在[1km/h，3km/h]之间为车速回滞区间,当车速低于1km/h，可认为车辆静止，车速高于3km/h，认为车辆行驶，当车速由高于3km/h降低到1km/h的过程中，认为车辆有车速；当车速从0km/h加速至3km/h，认为车辆静止，直至高于车速3km/h，认为车辆行驶。加速度在[-0.05m/s²，0.05m/s²]设定为加速度回滞区间，加速度低于-0.05m/s²，认为车辆减速行驶，在[-0.05m/s²，0.05m/s²]认为加速度为0，加速度大于0.05，认为车辆加速行驶。

步骤S2、根据所述能量消耗值，车速和加速度计算对应驾驶工况下的每秒能耗值；

步骤S2包括以下步骤：

步骤S21、根据每个驾驶工况下的能量消耗值，获取每个驾驶工况下的能耗系数；

所述能量消耗值包括：总能量消耗值，车辆行驶消耗能量值和高压附件消耗能量值,所述总能量消耗值为所述车辆行驶消耗能量值和高压附件消耗能量值的和。相应的，汽车行驶时能量消耗总功率由车辆行驶功率和高压附件功率组成，其中，所述车辆行驶功率与滚动阻力、坡道阻力、风阻和加速阻力相关，其计算公式为：

其中，P_e为车辆行驶功率，G为车辆重力，f为路面滚动阻力系数，f＝f₀+f₁v+f₂v²，f₀、f₁、f₂为阻力系数，i为路面坡度，C_D为空气阻力系数，A为车辆迎风面积，v为车速，η_t为传动系统效率，dv/dt为车辆加速度，δ等效转动惯量系数。

由此可知，在车辆参数一定的情况下，可将上述车辆行驶功率等效为下式：

其中，k₁、k₂、k₃、k₄为能耗系数。

所述高压附件功率由DCDC(表示的是直流电源，诸如干电池或车载电池之类)功率、空调功率和PTC(热敏电阻)功率等组成，车辆怠速工况下，如果不开启空调和PTC，高压附件功率为DCDC消耗功率组成。

对于电动汽车，系统消耗功率等于车辆行驶功率加上高压附件功率，即：

其中，k0为高压附件消耗功率，也为能耗系数。

从公式(3)电动汽车消耗功率组成部分来看，无论车辆处于何种工况下，车辆消耗的功率与车速呈多项式关系。

不同工况下电动汽车消耗的功率值可通过动力总成台架获取相关参数完成，所述台架包括测功机、电池、电机等，例如，利用模拟电子油门和刹车踏板控制整车动力系统完成不同行驶工况下功率计算。

控制系统从CAN总线上获取动力电池总电压和总电流，在一定放电时间内，将总电 压和总电流相乘得到当前消耗的总功率，对时间积分，得到该段时间内总电能消耗值。

t1为开始时间点，t2为结束时间点，,U(t)为电池放电电压，I(t)为电池放电电流。

将公式(3)乘以时间(t2-t1)在于公式(4)建立等式关系，可得到每个驾驶工况下的能耗系数。

步骤S22、根据每个驾驶工况下的能耗系数、车速和加速度计算对应驾驶工况下的每秒能耗值。

加速工况：

车速从0以第一预设加速度加速至速度v01,记录加速时间t_加速1，然后以速度v01等速行驶t₁，然后再以第一预设加速度加速行驶到v02，然后再以v02等速行驶t₁，以此为规律，当加速至预设最高车速后，该加速工况完成，本实施例中，所述预设最高车速150km/h，所述预设最高车速可根据具体需求进行设定。

将第一预设加速度加上预设的加速度公差，以上述过程为规律，继续下一个加速工况，为体现不同加速度对功率消耗的影响，可计算不同加速度下的功率消耗，取N个加速度点进行实验，N为正整数，本实施例中，N取值为10，N值可根据具体需求进行设定。

根据车速、加速度和能耗系数可得到加速工况下车辆每秒能耗：

耗系数，v为车速，dv/dt为加速度。

减速工况：

车速从v11以第一预设减速度减速至速度v12,记录减速时间t_减速1，然后以速度v12等速行驶t₂，然后再以第一预设减速度加速行驶到v13，然后再以v13等速行驶t₂，以此为规律，当减速至0后，该减速工况完成。

将第一预设减速度速度加上预设的减速度公差，以上述过程为规律，继续下一个减速工况，为体现不同减速度对功率消耗的影响，可计算不同减速度下的功率消耗，取M个加速度点进行实验，M为正整数，本实施例中，M取值为10，M值可根据具体需求进行设定。

根据车速、加速度和能耗系数可得到减速工况下车辆每秒能耗：

其中还，

为车辆减速工况每秒能耗，b₁、b₂、b₃、b₄、b₀为减速工况能耗系数，v为车速，dv/dt为加速度。

等速工况：

根据上述加速工况和等速工况过程中，各个等速行驶的速度和能耗系数可得等速工况下的车辆每秒能耗：

其中，

为车辆等速工况每秒能耗，c₁、c₂、c₃、c₀为等速工况能耗系数，v为车速。

怠速工况：

怠速工况下，电能的消耗主要是DCDC、PTC和空调，通过动力电池母线端电压和电流实时计算出车辆怠速模式下每秒能消：

其中，

为车辆怠速工况每秒能耗，d₀为怠速工况能耗值，所述怠速工况能耗值根据PTC和空调开启或者关闭，计算值不同。

步骤S3、识别车辆当前驾驶工况，并获取电池剩余能量值，根据电池剩余能量值和当前驾驶工况的每秒能耗值计算剩余里程。

通过电池管理系统获取当前电池状态信息，包括剩余电量SOC、单体电池电压、电池温度以及电池截止放电电量，然后通过公式(9)计算电池剩余能量值：

E＝C_eU_eMNη_DOD(I_e/I)^n-1 (9)

其中，Ce为单体电池容量，Ue为单体电池的额定电压，M为每组电池的个数，N为并联的电池组数，η_DOD为电池的放电深度，I_e为电池额定放电电流，I为实际放电电流。

由于电池以高于额定电流的电流放电时，剩余能量会相应减少，为准确描述剩余能量，可以将过去一段时间放电电流作为剩余能量计算修正因子对电池剩余能量值进行修正。

根据所述电池剩余能量值和每秒能耗值计算可持续放电时间t,

其中，E为电池剩余能量值，

为每秒能耗值；

设当前驾驶工况下的剩余里程为S，

若驾驶工况为等速工况，则S＝vt，其中v为车速。

若驾驶工况为加速工况或减速工况，则将每个驾驶工况划分为若干时间段，则剩余里程的计算公式为：

其中，v_i为第i个时间段内的车速，E_i为第i个时间段内的电池剩余能量。

不同地行使行驶工况下，电动汽车每秒能耗存在差异较大，特别是在急加速或急减速情况下，因此所述方法还包括步骤S5、对所计算的剩余里程进行修正，本发明采用梯度限制原则来修正剩余里程，具体包括以下步骤：

步骤S51、根据车辆行驶速度，划分不同的速度区间，每个速度区间设置对应的剩余里程变化阈值ε，即剩余里程变化率梯度限制值；

步骤S52、比较当前剩余里程的计算值S(t)与上一周期剩余里程计算值S(t-1)：

若S(t)<＝S(t-1)，且变化梯度小于阈值，则剩余里程为取值为S(t)；否则为S(t-1)-ε，其中ε为剩余里程变化阈值；

若S(t)>S(t-1),则剩余里程取值为S(t-1)。

优选的，根据车辆行驶速度，将速度区间划分为低速、中速、中高速和高速四种模式，其中，低速模式的速度范围为0-30km/h，中速模式的速度范围为40-60km/h，中高速模式的速度范围为60-90km/h，高速模式的速度范围为90km/h以上。在各个速度模式区间内，设置低速模式剩余里程变化阈值为ε₁，中速模式剩余里程变化阈值为ε₂,中高速模式剩余里程变化阈值为ε₃，高速模式剩余里程变化阈值为ε₄，其中，ε₄>ε₃>ε₂>ε₁。不同的速度区间，车辆系统效率不同，特别是电机效率，在高速模式，系统消耗功率很大，大电流放电容易使得电池能量急剧下降。因此需要考虑不同速度区间，设置不同的梯度限制，进一步提高剩余里程计算的准确性。

本发明所述方法通过计算各个驾驶工况下的每秒能耗值来估算剩余里程，采用每秒能耗值取代每公里能耗，实时检测车辆行驶工况，精确地估算具有供电系统的交通工具的行驶里程，提高了里程估算精度，进而为驾驶员选择合理的出行路线，及时为具有供电系统的交通工具充电提供了保障，缓解里程焦虑，从而提升了用户体验。

一种电动汽车剩余里程估算装置，如附图2所示，包括参数获取模块1、每秒能耗值计算模块2和剩余里程计算模块3。

参数获取模块1，用于获取各个驾驶工况下的能量消耗值，车速和加速度；

为更好表现当前车辆状态，所述装置还包括驾驶工况划分模块，用于根据车速和加速度将驾驶工况分为加速工况、减速工况、等速工况和怠速工况，其中：

所述加速工况为车速大于0，加速度大于0的驾驶工况；

所述减速工况为车速大于0，加速度小于0的驾驶工况；

所述等速工况为车速大于0，加速度等于0的驾驶工况；

所述怠速工况为车速等于0，加速度等于0的驾驶工况。

为避免驾驶工况切换时造成的剩余里程值计算不准确，所述装置还包括驾驶工况切换模块，用于设置车速回滞区间和加速度回滞区间，在驾驶工况切换过程中，如果车速变化在车速回滞区间内，且加速度变化在加速度回滞区间，则认为当前驾驶工况不变，否则，切换到对应的驾驶工况。例如，设定车速在[1km/h，3km/h]之间为车速回滞区间,当车速低于1km/h，可认为车辆静止，车速高于3km/h，认为车辆行驶，当车速由高于3km/h降低到1km/h的过程中，认为车辆有车速；当车速从0km/h加速至3km/h，认为车辆静止，直至高于车速3km/h，认为车辆行驶。加速度在[-0.05m/s²，0.05m/s²]设定为加速度回滞区间，加速度低于-0.05m/s²，认为车辆减速行驶，在[-0.05m/s²，0.05m/s²]认为加速度为0，加速度大于0.05，认为车辆加速行驶。

每秒能耗值计算模块2，用于根据所述能量消耗值，车速和加速度计算对应驾驶工况下的每秒能耗值；

步骤S2包括以下步骤：

所述每秒能耗值计算模块2还用于：

根据每个驾驶工况下的能量消耗值，获取每个驾驶工况下的能耗系数；

所述能量消耗值包括：总能量消耗值，车辆行驶消耗能量值和高压附件消耗能量值,所述总能量消耗值为所述车辆行驶消耗能量值和高压附件消耗能量值的和。相应的，汽车行驶时能量消耗总功率由车辆行驶功率和高压附件功率组成，其中，所述车辆行驶功率与滚动阻力、坡道阻力、风阻和加速阻力相关，其计算公式为：

其中，P_e为车辆行驶功率，G为车辆重力，f为路面滚动阻力系数，f＝f₀+f₁v+f₂v²，f₀、f₁、f₂为阻力系数，i为路面坡度，C_D为空气阻力系数，A为车辆迎风面积，v为车速，η_t为传动系统效率，dv/dt为车辆加速度，δ等效转动惯量系数。

由此可知，在车辆参数一定的情况下，可将上述车辆行驶功率等效为下式：

其中，k₁、k₂、k₃、k₄为能耗系数。

所述高压附件功率由DCDC(表示的是直流电源，诸如干电池或车载电池之类)功率、空调功率和PTC(热敏电阻)功率等组成，车辆怠速工况下，如果不开启空调和PTC，高压附件功率为DCDC消耗功率组成。

对于电动汽车，系统消耗功率等于车辆行驶功率加上高压附件功率，即：

其中，k₀为高压附件消耗功率，也为能耗系数。

从公式(3)电动汽车消耗功率组成部分来看，无论车辆处于何种工况下，车辆消耗的功率与车速呈多项式关系。

不同工况下电动汽车消耗的功率值可通过动力总成台架获取相关参数完成，所述台架包括测功机、电池、电机等，例如，利用模拟电子油门和刹车踏板控制整车动力系统完成不同行驶工况下功率计算。

控制系统从CAN总线上获取动力电池总电压和总电流，在一定放电时间内，将总电 压和总电流相乘得到当前消耗的总功率，对时间积分，得到该段时间内总电能消耗值。

t1为开始时间点，t2为结束时间点，,U(t)为电池放电电压，I(t)为电池放电电流。

将公式(3)乘以时间(t2-t1)在于公式(4)建立等式关系，可得到每个驾驶工况下的能耗系数。

所述每秒能耗值计算模块2还用于：

根据每个驾驶工况下的能耗系数、车速和加速度计算对应驾驶工况下的每秒能耗值。

加速工况：

车速从0以第一预设加速度加速至速度v01,记录加速时间t_加速1，然后以速度v01等速行驶t₁，然后再以第一预设加速度加速行驶到v02，然后再以v02等速行驶t₁，以此为规律，当加速至预设最高车速后，该加速工况完成，本实施例中，所述预设最高车速150km/h，所述预设最高车速可根据具体需求进行设定。

将第一预设加速度加上预设的加速度公差，以上述过程为规律，继续下一个加速工况，为体现不同加速度对功率消耗的影响，可计算不同加速度下的功率消耗，取N个加速度点进行实验，N为正整数，本实施例中，N取值为10，N值可根据具体需求进行设定。

根据车速、加速度和能耗系数可得到加速工况下车辆每秒能耗：

耗系数，v为车速，dv/dt为加速度。

减速工况：

车速从v11以第一预设减速度减速至速度v12,记录减速时间t_减速1，然后以速度v12等速行驶t₂，然后再以第一预设减速度加速行驶到v13，然后再以v13等速行驶t₂，以此为规律，当减速至0后，该减速工况完成。

将第一预设减速度速度加上预设的减速度公差，以上述过程为规律，继续下一个减速工况，为体现不同减速度对功率消耗的影响，可计算不同减速度下的功率消耗，取M个加速度点进行实验，M为正整数，本实施例中，M取值为10，M值可根据具体需求进行设定。

根据车速、加速度和能耗系数可得到减速工况下车辆每秒能耗：

其中还，

为车辆减速工况每秒能耗，b₁、b₂、b₃、b₄、b₀为减速工况能耗系数，v为车速，dv/dt为加速度。

等速工况：

根据上述加速工况和等速工况过程中，各个等速行驶的速度和能耗系数可得等速工况下的车辆每秒能耗：

其中，

为车辆等速工况每秒能耗，c₁、c₂、c₃、c₀为等速工况能耗系数，v为车速。

怠速工况：

怠速工况下，电能的消耗主要是DCDC、PTC和空调，通过动力电池母线端电压和电流实时计算出车辆怠速模式下每秒能消：

其中，

为车辆怠速工况每秒能耗，d₀为怠速工况能耗值，所述怠速工况能耗值根据PTC和空调开启或者关闭，计算值不同。

剩余里程计算模块3，用于识别车辆当前驾驶工况，并获取电池剩余能量值，根据电池剩余能量值和当前驾驶工况的每秒能耗值计算剩余里程。

通过电池管理系统获取当前电池状态信息，包括剩余电量SOC、单体电池电压、电池温度以及电池截止放电电量，然后通过公式(9)计算电池剩余能量值：

E＝C_eU_eMNη_DOD(I_e/I)^n-1 (9)

其中，Ce为单体电池容量，Ue为单体电池的额定电压，M为每组电池的个数，N为并联的电池组数，η_DOD为电池的放电深度，I_e为电池额定放电电流，I为实际放电电流。

由于电池以高于额定电流的电流放电时，剩余能量会相应减少，为准确描述剩余能量，可以将过去一段时间放电电流作为剩余能量计算修正因子对电池剩余能量值进行修正。

所述剩余里程计算模块3还用于：根据所述电池剩余能量值和每秒能耗值计算可持续放电时间t,

其中，E为电池剩余能量值，

为每秒能耗值；

所述剩余里程计算模块3还用于执行以下步骤：

设当前驾驶工况下的剩余里程为S，

若驾驶工况为等速工况，则S＝vt，其中v为车速。

若驾驶工况为加速工况或减速工况，则将每个驾驶工况划分为若干时间段，则剩余里程的计算公式为：

其中，v_i为第i个时间段内的车速，E_i为第i个时间段内的电池剩余能量。

不同地行使行驶工况下，电动汽车每秒能耗存在差异较大，特别是在急加速或急减速情况下，因此所述装置还包括剩余里程修正模块，用于对所计算的剩余里程进行修正，本发明采用梯度限制原则来修正剩余里程，具体为：

根据车辆行驶速度，划分不同的速度区间，每个速度区间设置对应的剩余里程变化阈值ε，即剩余里程变化率梯度限制值；

比较当前剩余里程的计算值S(t)与上一周期剩余里程计算值S(t-1)：

若S(t)<＝S(t-1)，且变化梯度小于阈值，则剩余里程为取值为S(t)；否则为S(t-1)-ε，其中ε为剩余里程变化阈值；

若S(t)>S(t-1),则剩余里程取值为S(t-1)。

优选的，所述剩余里程修正模块还包括速度区间划分单元，用于根据车辆行驶速度，将速度区间划分为低速、中速、中高速和高速四种模式，其中，低速模式的速度范围为0-30km/h，中速模式的速度范围为40-60km/h，中高速模式的速度范围为60-90km/h，高速模式的速度范围为90km/h以上。在各个速度模式区间内，设置低速模式剩余里程变化阈值为ε₁，中速模式剩余里程变化阈值为ε₂,中高速模式剩余里程变化阈值为ε₃，高速模式剩余里程变化阈值为ε₄，其中，ε₄>ε₃>ε₂>ε₁。不同的速度区间，车辆系统效率不同，特别是电机效率，在高速模式，系统消耗功率很大，大电流放电容易使得电池能量急剧下降。因此需要考虑不同速度区间，设置不同的梯度限制，进一步提高剩余里程计算的准确性。

本发明所述装置通过计算各个驾驶工况下的每秒能耗值来估算剩余里程，采用每秒能耗值取代每公里能耗，实时检测车辆行驶工况，精确地估算具有供电系统的交通工具的行驶里程，提高了里程估算精度，进而为驾驶员选择合理的出行路线，及时为具有供电系统的交通工具充电提供了保障，缓解里程焦虑，从而提升了用户体验。

本发明还提供一种控制器，其包括存储器与处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述程序在被所述处理器执行时能够实现所述方法的步骤。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述指令在由一计算机或处理器执行时实现所述的方法的步骤。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (18)

1.一种具有供电系统的交通工具剩余里程估算方法，包括以下步骤：

获取各个驾驶工况下的能量消耗值，车速和加速度；

根据所述能量消耗值，车速和加速度计算对应驾驶工况下的每秒能耗值；

识别车辆当前驾驶工况，并获取电池剩余能量值，根据电池剩余能量值和当前驾驶工况的每秒能耗值计算剩余里程；

其中，所述能量消耗值包括：总能量消耗值，车辆行驶消耗能量值和高压附件消耗能量值,所述总能量消耗值为所述车辆行驶消耗能量值与高压附件消耗能量值的和；

所述根据所述能量消耗值，车速和加速度计算对应驾驶工况下的每秒能耗值包括以下步骤：

根据每个驾驶工况下的能量消耗值，获取每个驾驶工况下的能耗系数，具体包括：

车辆行驶功率计算公式为：

其中，P_e为车辆行驶功率，G为车辆重力，f为路面滚动阻力系数，f＝f₀+f₁v+f₂v²，f₀、f₁、f₂为阻力系数，i为路面坡度，C_D为空气阻力系数，A为车辆迎风面积，v为车速，η_t为传动系统效率，dv/dt为车辆加速度，δ等效转动惯量系数；

在车辆参数一定的情况下，将公式(1)等效为下式：

其中，k₁、k₂、k₃、k₄为能耗系数，

系统消耗功率等于车辆行驶功率加上高压附件功率，即：

其中，k₀为高压附件消耗功率，也为能耗系数，

一段时间内的总能量消耗值为：

t1为开始时间点，t2为结束时间点,U(t)为电池放电电压，I(t)为电池放电电流，将公式(3)乘以时间(t2-t1)在与公式(4)建立等式关系，得到每个驾驶工况下的能耗系数；

根据每个驾驶工况下的能耗系数、车速和加速度计算对应驾驶工况下的每秒能耗值，具体包括：

加速工况下的每秒能耗为：

其中，

为车辆加速工况每秒能耗，a₁、a₂、a₃、a₄、a₀为加速工况能耗系数，v为车速，dv/dt为加速度，

减速工况下的每秒能耗为：

其中，

为车辆减速工况每秒能耗，b₁、b₂、b₃、b₄、b₀为减速工况能耗系数，v为车速，dv/dt为加速度，

等速工况下的每秒能耗为：

其中，

为车辆等速工况每秒能耗，c₁、c₂、c₃、c₀为等速工况能耗系数，v为车速，

怠速工况下的每秒能耗为：

其中，

为车辆怠速工况每秒能耗，d₀为怠速工况能耗值。

2.根据权利要求1所述的具有供电系统的交通工具剩余里程估算方法，

所述方法还包括：根据车速和加速度将驾驶工况分为加速工况、减速工况、等速工况和怠速工况，其中：

所述加速工况为车速大于0，加速度大于0的驾驶工况；

所述减速工况为车速大于0，加速度小于0的驾驶工况；

所述等速工况为车速大于0，加速度等于0的驾驶工况；

所述怠速工况为车速等于0，加速度等于0的驾驶工况。

3.根据权利要求2所述的具有供电系统的交通工具剩余里程估算方法，

所述方法还包括：设置车速回滞区间和加速度回滞区间，在驾驶工况切换过程中，如果车速变化在车速回滞区间内，且加速度变化在加速度回滞区间，则认为当前驾驶工况不变，否则，切换到对应的驾驶工况。

4.根据权利要求1所述的具有供电系统的交通工具剩余里程估算方法，

所述方法还包括：

根据所述电池剩余能量值和每秒能耗值计算可持续放电时间t,

其中，E为电池剩余能量值，

为每秒能耗值。

5.根据权利要求4所述的具有供电系统的交通工具剩余里程估算方法，

所述方法还包括：

设当前驾驶工况下的剩余里程为S，

若驾驶工况为等速工况，则S＝vt，其中v为车速；

若驾驶工况为加速工况或减速工况，则将每个驾驶工况划分为若干时间段，则剩余里程的计算公式为：

其中，v_i为第i个时间段内的车速，E_i为第i个时间段内的电池剩余能量。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的具有供电系统的交通工具剩余里程估算方法，

所述方法还包括，对所计算的剩余里程进行修正，具体包括以下步骤：

比较当前剩余里程的计算值S(t)与上一周期剩余里程计算值S(t-1)：

若S(t)<＝S(t-1)，且变化梯度小于阈值，则剩余里程为取值为S(t)；否则为S(t-1)-ε，其中ε为剩余里程变化阈值；

若S(t)>S(t-1),则剩余里程取值为S(t-1)。

7.根据权利要求6所述的具有供电系统的交通工具剩余里程估算方法，

根据车辆行驶速度，划分不同的速度区间，每个速度区间设置对应的剩余里程变化阈值。

8.根据权利要求7所述的具有供电系统的交通工具剩余里程估算方法，

根据车辆行驶速度，将速度区间划分为低速、中速、中高速和高速四种模式，其中，低速模式的速度范围为0-30km/h，中速模式的速度范围为40-60km/h，中高速模式的速度范围为60-90km/h，高速模式的速度范围为90km/h以上。

9.一种具有供电系统的交通工具剩余里程估算装置，包括：

参数获取模块，用于获取各个驾驶工况下的能量消耗值，车速和加速度；

每秒能耗值计算模块，用于根据所述能量消耗值，车速和加速度计算对应驾驶工况下的每秒能耗值；

剩余里程计算模块，用于识别车辆当前驾驶工况，并获取电池剩余能量值，根据电池剩余能量值和当前驾驶工况的每秒能耗值计算剩余里程；

其中，所述能量消耗值包括：总能量消耗值，车辆行驶消耗能量值和高压附件消耗能量值,所述总能量消耗值为所述车辆行驶消耗能量值与高压附件消耗能量值的和；

所述每秒能耗值计算模块具体用于：

根据每个驾驶工况下的能量消耗值，获取每个驾驶工况下的能耗系数，具体包括：

车辆行驶功率计算公式为：

其中，P_e为车辆行驶功率，G为车辆重力，f为路面滚动阻力系数，

f₀、f₁、f₂为阻力系数，i为路面坡度，C_D为空气阻力系数，A为车辆迎风面积，v为车速，η_t为传动系统效率，dv/dt为车辆加速度，δ等效转动惯量系数；

在车辆参数一定的情况下，将公式(1)等效为下式：

其中，k₁、k₂、k₃、k₄为能耗系数，

系统消耗功率等于车辆行驶功率加上高压附件功率，即：

其中，k₀为高压附件消耗功率，也为能耗系数，

一段时间内的总能量消耗值为：

t1为开始时间点，t2为结束时间点,U(t)为电池放电电压，I(t)为电池放电电流，将公式(3)乘以时间(t2-t1)在与公式(4)建立等式关系，得到每个驾驶工况下的能耗系数；

根据每个驾驶工况下的能耗系数、车速和加速度计算对应驾驶工况下的每秒能耗值，具体包括：

加速工况下的每秒能耗为：

其中，

为车辆加速工况每秒能耗，a₁、a₂、a₃、a₄、a₀为加速工况能耗系数，v为车速，dv/dt为加速度，

减速工况下的每秒能耗为：

其中，

为车辆减速工况每秒能耗，b₁、b₂、b₃、b₄、b₀为减速工况能耗系数，v为车速，dv/dt为加速度，

等速工况下的每秒能耗为：

其中，

为车辆等速工况每秒能耗，c₁、c₂、c₃、c₀为等速工况能耗系数，v为车速，

怠速工况下的每秒能耗为：

其中，

为车辆怠速工况每秒能耗，d₀为怠速工况能耗值。

10.根据权利要求9所述的具有供电系统的交通工具剩余里程估算装置，

所述装置还包括驾驶工况划分模块，用于根据车速和加速度将驾驶工况分为加速工况、减速工况、等速工况和怠速工况，其中：

所述加速工况为车速大于0，加速度大于0的驾驶工况；

所述减速工况为车速大于0，加速度小于0的驾驶工况；

所述等速工况为车速大于0，加速度等于0的驾驶工况；

所述怠速工况为车速等于0，加速度等于0的驾驶工况。

11.根据权利要求10所述的具有供电系统的交通工具剩余里程估算装置，

所述装置还包括驾驶工况切换模块，用于设置车速回滞区间和加速度回滞区间，在驾驶工况切换过程中，如果车速变化在车速回滞区间内，且加速度变化在加速度回滞区间，则认为当前驾驶工况不变，否则，切换到对应的驾驶工况。

12.根据权利要求9所述的具有供电系统的交通工具剩余里程估算装置，

所述剩余里程计算模块还用于：

根据所述电池剩余能量值和每秒能耗值计算可持续放电时间t,

其中，E为电池剩余能量值，

为每秒能耗值。

13.根据权利要求12所述的具有供电系统的交通工具剩余里程估算装置，

所述剩余里程计算模块还用于执行以下步骤：

设当前驾驶工况下的剩余里程为S，

若驾驶工况为等速工况，则S＝vt，其中v为车速；

若驾驶工况为加速工况或减速工况，则将每个驾驶工况划分为若干时间段，则剩余里程的计算公式为：

其中，v_i为第i个时间段内的车速，E_i为第i个时间段内的电池剩余能量。

14.根据权利要求9-13中任意一项所述的具有供电系统的交通工具剩余里程估算装置，

所述装置还包括剩余里程修正模块，用于对所计算的剩余里程进行修正，具体为：

比较当前剩余里程的计算值S(t)与上一周期剩余里程计算值S(t-1)：

若S(t)<＝S(t-1)，且变化梯度小于阈值，则剩余里程为取值为S(t)；否则为S(t-1)-ε，其中ε为剩余里程变化阈值；

若S(t)>S(t-1),则剩余里程取值为S(t-1)。

15.根据权利要求14所述的具有供电系统的交通工具剩余里程估算装置，

根据车辆行驶速度，划分不同的速度区间，每个速度区间设置对应的剩余里程变化阈值。

16.根据权利要求15所述的具有供电系统的交通工具剩余里程估算装置，

所述剩余里程修正模块还包括速度区间划分单元，用于根据车辆行驶速度，将速度区间划分为低速、中速、中高速和高速四种模式，其中，低速模式的速度范围为0-30km/h，中速模式的速度范围为40-60km/h，中高速模式的速度范围为60-90km/h，高速模式的速度范围为90km/h以上。

17.一种控制器，其包括存储器与处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述程序在被所述处理器执行时能够实现权利要求1至8中任一项权利要求所述的方法的步骤。

18.一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述指令在由一计算机或处理器执行时实现如权利要求1至8中任意一项权利要求所述的方法的步骤。

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