CN109849931A - 纯电动汽车载货量获取系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及纯电动汽车运输技术领域，特别涉及一种纯电动汽车载货量获取系统及方法，该方法中：采集整车控制器参数，及实时车速信号和扭矩信号；依据车辆当前行驶数据，识别车辆行驶路面工况；分析车辆路面行驶工况，和整车控制器参数及实时车速信号和扭矩信号，获取车辆路面行驶工况的车辆总质量；利用车辆总质量来获取车辆路面行驶不同工况下的载货量，通过不同工况下的载货量和预先设定阈值范围识别出有效载货量数值，并通过数据总线传输至车辆仪表进行实时显示。本发明不需要车辆上安装专门传感器即可实现车辆载货质量的实时获取，设计科学、合理，成本低，标定简单，数据准确，提高车辆行驶过程中的安全性能，具有较强的推广应用价值。

Description

纯电动汽车载货量获取系统及方法

技术领域

本发明涉及纯电动汽车运输技术领域，特别涉及一种纯电动汽车载货量获取系统及方法。

背景技术

随着社会的发展、科技的进步，电动自行车和电动汽车作为新兴产物越来越流行，随着环境保护意识的提高，电动汽车越来越受到关注。随着电动汽车行业的发展趋势越来越好，目前现有车辆的自动称重方法都是在车上增加传感器来实现，控制器通过采集传感器的信号来判断整车的载货质量。这种方法不但需要车辆增加专门的安装位置、增加相应的传感器、增加线束，也增加了整车成本、人工成本和售后成本。

发明内容

为此，本发明提供一种纯电动汽车载货量获取系统及方法，可以不增加任何硬件，单纯通过软件来实现，成本低，标定简单，设计科学、合理。

按照本发明所提供的设计方案，一种纯电动汽车载货量获取系统，包含如下内容：

数据采集模块，用于采集整车控制器参数，及实时车速信号和扭矩信号；

工况识别模块，用于依据车辆当前行驶数据，识别车辆行驶路面工况；

数据处理模块，用于分析车辆路面行驶工况，和整车控制器参数及实时车速信号和扭矩信号，获取车辆路面行驶工况的车辆总质量；

载货量获取模块，用于利用车辆总质量来获取车辆路面行驶不同工况下的载货量，通过不同工况下的载货量和预先设定阈值范围识别出有效载货量数值，并通过数据总线传输至车辆仪表进行实时显示。

上述的，整车控制器参数至少包含变速箱速比、主减速器速比、传动系统机械效率、车轮滚动半径、车辆整备质量、车辆滚动阻力系数、车辆迎风面积、车辆空气阻力系数和汽车旋转质量换算系数。

上述的，工况识别模块中，将车辆行驶路面工况分为两种情形，该两种情形包含：平坦无风路面行驶情形，和车辆上下坡或有风且风向不与行车方向垂直情形。

上述的，载货量获取模块中，利用车辆总质量与车辆整备质量做差值来获取车辆路面行驶过程中不同工况下的载货量。

上述的，载货量获取模块识别有效载货量数值过程中，针对车辆上下坡或有风且风向不与行车方向垂直情形，依据踩下油门踏板加速工况下获取到的载货量和松开油门踏板未踩制动工况下的载货量。

上述的，载货量获取模块识别有效载货量数值中，将同一车辆行驶路面情形下踩下油门踏板加速和松开油门踏板未踩制动时的两个载货量数据进行做差处理，将处理结果与预先设定阈值范围进行比对，若满足预先设定阈值范围，则对两个载货量数据进行加权平均，获取有效载货量数值，并通过总线传输至车辆仪表盘进行显示，若不满足预先设定阈值范围，则判定为两个载货量数据为无效数值，不做处理。

一种纯电动汽车载货量获取方法，包含如下内容：

采集整车控制器参数，及实时车速信号和扭矩信号；

依据车辆当前行驶数据，识别车辆行驶路面工况；

分析车辆路面行驶工况，和整车控制器参数及实时车速信号和扭矩信号，获取车辆路面行驶工况的车辆总质量；

利用车辆总质量来获取车辆路面行驶不同工况下的载货量，通过不同工况下的载货量和预先设定阈值范围识别出有效载货量数值，并通过数据总线传输至车辆仪表进行实时显示。

本发明的有益效果：

本发明根据车辆在加减速时的速度、电机控制器反馈的扭矩对车辆的载货质量进行实时计算，之后将计算的结果实时发到总线上，车辆仪表收到此载货重量信息后进行实时显示，其他控制器收到后也可以进行相应的处理；这样既可以让驾驶员知道自己车上装了多重的货物又可以防止车辆的误超载，这些数据传给车辆的监控平台后车辆生产厂家还可以根据这些信息统计车辆的使用工况和车辆是否超载；不需要车辆上安装专门的传感器，只需根据车辆上现有的信息进行计算就可以自动进行车辆载货质量计算，易实现，成本低，标定简单，设计新颖、合理，提高车辆行驶过程中的安全性能，具有较强的推广应用价值。

附图说明：

图1为实施例中系统原理框图；

图2为实施例中方法流程示意图；

图3为实施例中车辆行驶阻力分解示意图。

具体实施方式：

下面结合附图和技术方案对本发明作进一步详细的说明，并通过优选的实施例详细说明本发明的实施方式，但本发明的实施方式并不限于此。

为实时更好地获取车辆载货量数据，本发明实施例，参见图1所示，提供一种纯电动汽车载货量获取系统，包含如下内容：

数据采集模块101，用于采集整车控制器参数，及实时车速信号和扭矩信号；

工况识别模块102，用于依据车辆当前行驶数据，识别车辆行驶路面工况；

数据处理模块103，用于分析车辆路面行驶工况，和整车控制器参数及实时车速信号和扭矩信号，获取车辆路面行驶工况的车辆总质量；

载货量获取模块104，用于利用车辆总质量来获取车辆路面行驶不同工况下的载货量，通过不同工况下的载货量和预先设定阈值范围识别出有效载货量数值，并通过数据总线传输至车辆仪表进行实时显示。

根据车辆在加减速时的速度、电机控制器反馈的扭矩对车辆的载货质量进行实时计算，之后将计算的结果实时发到总线上，车辆仪表收到此载货重量信息后进行实时显示，其他控制器收到后也可以进行相应的处理。这样既可以让驾驶员知道自己车上装了多重的货物又可以防止车辆的误超载，这些数据传给车辆的监控平台后车辆生产厂家还可以根据这些信息统计车辆的使用工况和车辆是否超载。不需要车辆上安装专门的传感器，只需根据车辆上现有的信息进行计算就可以自动进行车辆载货质量计算，易实现，成本低，标定简单。

基于上述的系统，本发明实施例还提供一种纯电动汽车载货量获取方法，参见图2所示，包含如下内容：

S101、采集整车控制器参数，及实时车速信号和扭矩信号；

S102、依据车辆当前行驶数据，识别车辆行驶路面工况；

S103、分析车辆路面行驶工况，和整车控制器参数及实时车速信号和扭矩信号，获取车辆路面行驶工况的车辆总质量；

S104、利用车辆总质量来获取车辆路面行驶不同工况下的载货量，通过不同工况下的载货量和预先设定阈值范围识别出有效载货量数值，并通过数据总线传输至车辆仪表进行实时显示。

采集整车控制器参数过程中，整车控制器参数至少包含变速箱速比、主减速器速比、传动系统机械效率、车轮滚动半径、车辆整备质量、车辆滚动阻力系数、车辆迎风面积、车辆空气阻力系数和汽车旋转质量换算系数。整车控制器参数在车辆的设计之初就已确定，可以直接写入整车控制器中。实时车速和扭矩信号可以通过接收整车CAN总线上ABS的车速信号和电机控制器的扭矩信号得到。

依据采集的整车控制器参数及实时车速和扭矩信号，本发明另一个实施例中，将车辆行驶路面工况分为两种情形，该两种情形包含：平坦无风路面行驶情形，和车辆上下坡或有风且风向不与行车方向垂直情形。

识别有效载货量数值中，针对车辆行驶路面工况的不同情形，本发明实施例中，将同一车辆行驶路面情形下踩下油门踏板加速和松开油门踏板未踩制动时的两个载货量数据进行做差处理，将处理结果与预先设定阈值范围进行比对，若满足预先设定阈值范围，则对两个载货量数据进行加权平均，获取有效载货量数值，并通过总线传输至车辆仪表盘进行显示，若不满足预先设定阈值范围，则判定为两个载货量数据为无效数值，不做处理。

下面对整车控制器对车辆实际载货质量获取过程通过举例做进一步详细说明：

假设车辆在无风、平坦的良好路面行驶，此时车辆在前进方向上的合力为：

F_j＝F_t-F_f-F_w-F_i

其中：F_j＝车辆的加速阻力；F_t＝车辆的驱动力；F_f＝车辆的滚动阻力；F_w＝车辆的空气阻力；F_i＝车辆的坡度阻力，此处为0。

车辆的驱动力计算如下：F_t＝T*ig*io*η/r

其中，T＝电机反馈的输出扭矩；ig＝变速箱速比；io＝主减速器速比；η＝传动系统的机械效率；r＝车轮滚动半径；

车辆的滚动阻力及空气阻力计算如下：

F_f+w＝F_f+F_w(F_f＝车辆的滚动阻力；F_w＝车辆的空气阻力)

＝m_总*g*f+C_D*A*ρ*V²/2

其中，m_总＝车辆当前的总质量；g＝重力加速度，取9.8m/s²；f＝车辆的滚动阻力系数；CD＝车辆的空气阻力系数；A＝车辆的迎风面积；ρ＝空气密度，一般取1.2258Ns²m^-4；V＝当前车速。

车辆当前的加速度可以由VCU计算得出，其计算过程如下：

a＝(V₁-V₂)/(t₁-t₂)

其中，a＝车辆当前的加速度；V₁＝当前时刻的车速；V₂＝上一时刻的车速；t₁＝对应于V₁的时间；t₂＝对应于V₂的时间；

根据公式F_j＝δ*m_总*a可知：

m_总＝F_j/(δ*a)

＝(F_t-F_f-F_w)/(δ*a)

＝(T*ig*io*η/r-m_总*g*f-C_D*A*ρ*V²/2)/(δ*a)

其中，δ＝汽车旋转质量换算系数；

由以上公式可得出：

m_总＝{【T*i_g*i_o*η/(r*δ*a)】-【C_D*A*ρ*V²/(2*δ*a)】}/【1+g*f/(δ*a)】

由以上分析可知“＝”右侧的都为已知量，故在此工况下可以计算出车辆当前的总质量m_总。那么车辆当前所载货物的质量即为：m_物＝m_总-m_备，其中，m_备＝车辆的整备质量，为已知量。根据以上分析，VCU可计算出无风、平坦路上整车载货质量的理论值。

对于车辆在上下坡路面或有风的工况下行驶时，整车控制器自动识别无效值。识别过程可设计如下：

当车辆在上坡时，参见图3所示，F₁驱动力、F₂重力沿行车方向的分解力即坡度阻力F_i、F₃滚动阻力与空气阻力的总和，此时加速度为a1；F₁可由电机反馈的输出扭矩计算得出，F₃可由空气阻力加滚动阻力计算得出，a₁可由VCU根据车速计算得出，F₂在实车计算时为未知力；

此时车辆的总质量计算公式应该为m_实＝(F₁-F₂-F₃)/(δ*a1)

由于F₂的存在且未知，整车控制器在根据公式m_总＝(F_t-F_f-F_w)/(δ*a)进行计算时得出的车辆总质量为：m_算＝(F₁-F₃)/(δ*a₁)；此时，实际质量与计算质量的差值为：

m_差＝m_实-m_算＝(F₁-F₂-F₃)/(δ*a₁)-(F₁-F₃)/(δ*a₁)＝-F₂/(δ*a)

当车辆在加速上坡时，加速度为正；由以上计算可知，VCU计算出的质量会比实际质量偏大，而且加速度越小误差就会越大。当车辆在不踩油门和制动减速上坡时，加速度为负；由以上计算可知，VCU计算出的质量会比实际质量偏小，而且加速度越小误差就会越大。从以上计算可以得出车辆在下坡或在有风且风向不与行车方向垂直的工况下行驶时加、减速亦是如此。

由以上内容可知，如果车辆在平坦、无风的路面行驶，当驾驶员踩下油门踏板进行加速时，整车控制器计算出的载货质量为m₁；当驾驶员松开油门踏板且还没踩制动时，整车控制器计算出的载货质量为m₂；此时，m₁＝m₂。如果车辆在上、下坡或在有风且风向不与行车方向垂直的工况下行驶，当驾驶员踩下油门踏板进行加速时，整车控制器计算出的载货质量为m₃；当驾驶员松开油门踏板且还没踩制动时，整车控制器计算出的载货质量为m₄；此时，m₃≠m₄。所以整车控制器可以根据车辆的踩油门加速和松油门且还没踩制动时的减速来判断车辆的载货质量，当这两种工况下计算出的车辆载货质量差值在一定的阈值范围内就认为这些值有效，之后将这两个值进行加权平均，得出载货质量；如果其差值有不在阈值范围内的，就认为这些值无效，不做处理。整车控制器通过计算获取车辆的载货质量后把载货质量信息发至总线上，车辆仪表收到此载货重量信息后进行实时显示，其他控制器收到后也可以进行相应的处理。

本发明不局限于上述具体实施方式，本领域技术人员还可据此做出多种变化，但任何与本发明等同或者类似的变化都应涵盖在本发明权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种纯电动汽车载货量获取系统，其特征在于，包含如下内容：

数据采集模块，用于采集整车控制器参数，及实时车速信号和扭矩信号；

工况识别模块，用于依据车辆当前行驶数据，识别车辆行驶路面工况；

数据处理模块，用于分析车辆路面行驶工况，和整车控制器参数及实时车速信号和扭矩信号，获取车辆路面行驶工况的车辆总质量；

载货量获取模块，用于利用车辆总质量来获取车辆路面行驶不同工况下的载货量，通过不同工况下的载货量和预先设定阈值范围识别出有效载货量数值，并通过数据总线传输至车辆仪表进行实时显示。

2.根据权利要求1所述的纯电动汽车载货量获取系统，其特征在于，整车控制器参数至少包含变速箱速比、主减速器速比、传动系统机械效率、车轮滚动半径、车辆整备质量、车辆滚动阻力系数、车辆迎风面积、车辆空气阻力系数和汽车旋转质量换算系数。

3.根据权利要求1所述的纯电动汽车载货量获取系统，其特征在于，工况识别模块中，将车辆行驶路面工况分为两种情形，该两种情形包含：平坦无风路面行驶情形，和车辆上下坡或有风且风向不与行车方向垂直情形。

4.根据权利要求2所述的纯电动汽车载货量获取系统，其特征在于，载货量获取模块中，利用车辆总质量与车辆整备质量做差值来获取车辆路面行驶过程中不同工况下的载货量。

5.根据权利要求3所述的纯电动汽车载货量获取系统，其特征在于，载货量获取模块识别有效载货量数值过程中，针对车辆上下坡或有风且风向不与行车方向垂直情形，依据踩下油门踏板加速工况下获取到的载货量和松开油门踏板未踩制动工况下的载货量。

6.根据权利要求3所述的纯电动汽车载货量获取系统，其特征在于，载货量获取模块识别有效载货量数值中，将同一车辆行驶路面情形下踩下油门踏板加速和松开油门踏板未踩制动时的两个载货量数据进行做差处理，将处理结果与预先设定阈值范围进行比对，若满足预先设定阈值范围，则对两个载货量数据进行加权平均，获取有效载货量数值，并通过总线传输至车辆仪表盘进行显示，若不满足预先设定阈值范围，则判定为两个载货量数据为无效数值，不做处理。

7.一种纯电动汽车载货量获取方法，包含如下内容：

采集整车控制器参数，及实时车速信号和扭矩信号；

依据车辆当前行驶数据，识别车辆行驶路面工况；

分析车辆路面行驶工况，和整车控制器参数及实时车速信号和扭矩信号，获取车辆路面行驶工况的车辆总质量；

利用车辆总质量来获取车辆路面行驶不同工况下的载货量，通过不同工况下的载货量和预先设定阈值范围识别出有效载货量数值，并通过数据总线传输至车辆仪表进行实时显示。

8.根据权利要求7所述的纯电动汽车载货量获取方法，其特征在于，整车控制器参数至少包含变速箱速比、主减速器速比、传动系统机械效率、车轮滚动半径、车辆整备质量、车辆滚动阻力系数、车辆迎风面积、车辆空气阻力系数和汽车旋转质量换算系数。

9.根据权利要求7所述的纯电动汽车载货量获取方法，其特征在于，将车辆行驶路面工况分为两种情形，该两种情形包含：平坦无风路面行驶情形，和车辆上下坡或有风且风向不与行车方向垂直情形。

10.根据权利要求9所述的纯电动汽车载货量获取方法，其特征在于，识别有效载货量数值中，将同一车辆行驶路面情形下踩下油门踏板加速和松开油门踏板未踩制动时的两个载货量数据进行做差处理，将处理结果与预先设定阈值范围进行比对，若满足预先设定阈值范围，则对两个载货量数据进行加权平均，获取有效载货量数值，并通过总线传输至车辆仪表盘进行显示，若不满足预先设定阈值范围，则判定为两个载货量数据为无效数值，不做处理。