CN111179465B - 一种汽车油耗预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种汽车油耗预测方法，包括以下步骤：步骤S1：获取发动机转速、发动机转矩和汽车车速；步骤S2：利用发动机转速、发动机转矩和汽车车速，计算得到发动机有效功率和汽车总质量；步骤S3：利用发动机有效功率和汽车总质量，计算得到汽车比功率；步骤S4：基于汽车比功率，进行汽车油耗预测。与现有技术相比，可得到精确的汽车比功率，且提高了汽车比功率计算的普适性，进而精确检测汽车发动机故障，不需要额外配备传感器和GPS定位系统，降低了检测成本。

Description

一种汽车油耗预测方法

技术领域

本发明涉及汽车测试技术领域，尤其是涉及一种汽车油耗预测方法。

背景技术

随着社会经济的发展，汽车的应用越来越广泛，保有量也年年递增。而内燃机因具有良好的经济性和动力性，被作为汽车的主要动力来源而被广泛应用。但是，由于内燃机的排放产物会对环境和人体造成损害，汽车的排放一直作为被限制与研究的对象。同时，由于石油的短缺及其价格的上涨，汽车的燃油消耗量也越来越被重视。

汽车发动机故障会导致汽车动力的下降，进而影响驾驶体验甚至在驾驶过程中造成危险，汽车比功率不仅能刻画汽车在实际道路上的行为特性，而且能反映汽车发动机故障。现有的通过汽车比功率检测发动机故障的方法需要知道车重和修正系数，且修正系数随汽车类型和车身重量变化较大，对于行驶中的车辆，其车重是未知的，即使明确了车重，在车重区间内，修正系数也应有较大的变化，因此，通过现有方法得到的汽车比功率精度不够高，进而利用汽车比功率检测汽车发动机故障的结果也不够准确。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种汽车油耗预测方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种汽车油耗预测方法，该方法包括以下步骤：

步骤S1：获取发动机转速、发动机转矩和汽车车速；

步骤S2：利用发动机转速、发动机转矩和汽车车速，计算得到发动机有效功率和汽车总质量；

步骤S3：利用发动机有效功率和汽车总质量，计算得到汽车比功率；

步骤S4：基于汽车比功率，进行汽车油耗预测。

所述的发动机转速、发动机转矩和汽车车速通过ECU获取。

所述的步骤S2包括：

步骤S21：获得同一车辆的两个低速相近车速时刻的发动机转速、发动机转矩和汽车车速，两个时刻的发动机转速分别表示为n₁和n₂，两个时刻的发动机转矩分别表示为T_e1和T_e2，两个时刻的汽车车速分别表示为v₁和v₂；

步骤S22：利用v₁和v₂分别得到两个时刻的加速度a₁和a₂；

步骤S23：利用n₁、T_e1和n₂、T_e2，分别得到两个时刻的发动机有功功率P_e1和P_e2；

步骤S24：利用P_e1、P_e2、a₁、a₂、v₁和v₂计算得到汽车总质量。

所述的a₁和a₂的计算过程分别为：

所述的P_e1和P_e2的计算过程分别为：

P_e1＝T_e1n₁/9550

P_e2＝T_e2n₂/9550。

所述的汽车总质量的计算过程为：

其中，ε为修正系数。

所述的汽车比功率为：

其中，i取1或2。

所述的汽车比功率<0时，汽车油耗为定值，汽车比功率≥0时，汽车油耗与汽车比功率呈线性关系。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)仅利用发动机转速、发动机转矩和汽车车速三个参数，不需要额外的车重和基于车重的修正系数数据，可得到精确的汽车比功率，且提高了汽车比功率计算的普适性，进而精确检测汽车发动机故障。

(2)发动机转速、发动机转矩和汽车车速三个参数直接通过ECU得到，其余参数均通过发动机转速、发动机转矩和汽车车速计算得到，不需要额外配备传感器和GPS定位系统，降低了检测成本。

(3)汽车比功率<0时，汽车油耗为定值，汽车比功率≥0时，汽车油耗与汽车比功率呈线性关系，利用汽车比功率可方便预测汽车油耗。

附图说明

图1为本发明的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

本实施例提供一种汽车油耗预测方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤S1：获取发动机转速、发动机转矩和汽车车速；

步骤S2：利用发动机转速、发动机转矩和汽车车速，计算得到发动机有效功率和汽车总质量；

步骤S3：利用发动机有效功率和汽车总质量，计算得到汽车比功率；

步骤S4：基于汽车比功率，进行汽车油耗预测。

汽车比功率V_sp的定义为：

V_sp＝P_e/m

其中，P_e,m分别为发动机有效功率和汽车总质量。

现有的方法：

通过汽车的速度与加速度得到的V_sp，其主要的计算公式为：

V_sp＝v×[a(1+ε_i)+g×grade+C_Rg]+1/2ρ_aC_DA(v_w+v)²×v/m

其中，v为汽车车速(m/s)，a为汽车的加速度(m/s²)，ε_i为质量因子，m为汽车的总质量(kg)，g为重力加速度(m/s²)，grade为道路坡度(°)，C_R为轮胎转动阻力系数，ρ_a为空气密度(kg/m³)，C_D为风阻系数，A为汽车前沿面积(m²)，v_w为汽车顶风风速(m/s)。

其他汽车比功率计算公式都可以看作是这一公式的演变，如MOVES模型的V_sp公式为：

V_sp＝(A/M)×v+(B/M)×v²+(C/M)×v³+(a+gsinθ)×v

其中，M为车重。然后对不同车重(汽车总质量)区间的道路行驶负荷系数进行修正，修正后的参数值如表1所示。

表1参数取值

本实施例的方法中，需要获得的参数为发动机转速n、发动机转矩T_e和汽车车速v，发动机转速n、发动机转矩T_e和汽车车速v通过ECU获取。在这里，设定为汽车在行驶过程中，所有阻力消耗的功率为P_l。

汽车的加速度为汽车车速v的导数：

其中，a为汽车的加速度，t为时间。同时，汽车加速度a也是发动机有效功率P_e与阻力(包含风阻、地面摩擦力，汽车机械摩擦力)所产生的所有阻力消耗的功率为P_l共同作用的结果，将a写成与功率有关的关系式：

a＝(P_e-P_l)/(m_ev) (2)

其中，m_e为汽车当量质量，由于传动系统中的传动轴、变速箱中的齿轮等旋转部件，其转动惯量的当量质量设为m_e.tr，m_e.tr与汽车总质量m组成汽车当量质量m_e：

m_e＝m_e.tr+m (3)

m_e＝(1+ε)m (4)

其中，ε为修正系数，一般忽略，取0。

发动机有效功率P_e，所有阻力消耗的功率P_l为：

P_e＝T_en/9550 (5)

P_l＝P_f+P_w+P_t+P_o (6)

其中，T_e,n的单位分别为(N·m)与(rad/min)；P_f,P_w,P_m,P_o分别为路面摩擦损失、风阻损失、机械传动损失、其他损失。在风速、车速、发动机转速变化不大的情况下，可以认为P_l只是汽车车速v的函数，即：

P_l＝P_l(v) (7)

又从P_l的来源可以得知，P_l在低速情况下极小，随车速变化可以忽略不计。

在本方法中，获得同一车辆的两个低速相近车速时刻的发动机转速、发动机转矩和汽车车速，也可以是在高速情况下，获得两个车速相等的不同转矩的时刻的发动机转速、发动机转矩和汽车车速。记第一个时刻为1，其对应的汽车车速、加速度、发动机有效功率、所有阻力消耗的功率为：v₁,a₁,P_e1,P_l1；第二个时刻为2，对应的汽车车速、加速度、发动机有效功率、所有阻力消耗的功率为：v₂,a₂,P_e2,P_l2。此时，这两个时刻的所有阻力消耗的功率可以近似认为相等，即：

P_l1≈P_l2 (8)

根据(2)式，有：

a₁m_ev₁＝(P_e1-P_l1) (9)

a₂m_ev₂＝(P_e2-P_l2) (10)

将(9)和(10)两式相减，有：

m_e(a₁v₁-a₂v₂)≈(P_e1-P_l1)-(P_e2-P_l2) (11)

将(8)式代入：

通过(12)与(4)两式得到汽车总质量，然后根据比功率的定义，可以算得汽车比功率：

下面为一具体例子：

设一小型汽车，速度从30km/h加速到80km/h，又减速到70km/h，再加速到85km/h。通过采集和计算，得到ABCD四个时刻的数据：

t_A＝20s,v_B＝72km/h＝20m/s,P_eA＝40.4kW

t_B＝21s,v_B＝75.6km/h＝21m/s,P_eB＝40.0kW

t_C＝82s,v_C＝72km/h＝20m/s,P_eC＝34.6kW

t_D＝83s,v_D＝76.32km/h＝21.2m/s,P_eD＝34.2kW

通过这四个时刻获得两个可用时刻(1和2)的数据：

v₁≈v₂

即该具体实例通过P_eA和P_eB的均值得到可用时刻1的发动机有效功率，加速度a₁也通过

近似

时刻2的发动机有效功率和a₂同理，根据公式，计算出m_e：

汽车比功率<0时，汽车油耗为定值，汽车比功率≥0时，汽车油耗与汽车比功率呈线性关系。对不同汽车而言，汽车油耗有不同的定值，汽车油耗与汽车比功率对应不同的线性函数，如对于公共汽车而言：汽车比功率<0时，汽车油耗为3.9834L/h，汽车比功率≥0时，汽车油耗UFC与汽车比功率呈线性关系为UFC＝2.0624×VSP+6.0875。不同汽车的定值以及汽车油耗与汽车比功率的线性函数可由大量实际数据提前测得，并记录于使用手册。

本实施例具有以下优点：

仅利用发动机转速、发动机转矩和汽车车速三个参数，不需要额外的车重和基于车重的修正系数数据，可得到精确的汽车比功率，且提高了汽车比功率计算的普适性，进而精确检测汽车发动机故障。

发动机转速、发动机转矩和汽车车速三个参数直接通过ECU得到，其余参数均通过发动机转速、发动机转矩和汽车车速计算得到，不需要额外配备传感器和GPS定位系统，降低了检测成本。

Claims (2)

1.一种汽车油耗预测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤S1：获取发动机转速、发动机转矩和汽车车速，

步骤S2：利用发动机转速、发动机转矩和汽车车速，计算得到发动机有效功率和汽车总质量，

步骤S3：利用发动机有效功率和汽车总质量，计算得到汽车比功率，

步骤S4：基于汽车比功率，进行汽车油耗预测；

所述的发动机转速、发动机转矩和汽车车速通过ECU获取；

所述的步骤S2包括：步骤S21：获得同一车辆的两个低速相近车速时刻的发动机转速、发动机转矩和汽车车速，两个时刻的发动机转速分别表示为n₁和n₂，两个时刻的发动机转矩分别表示为T_e1和T_e2，两个时刻的汽车车速分别表示为v₁和v₂；步骤S22：利用v₁和v₂分别得到两个时刻的加速度a₁和a₂；步骤S23：利用n₁、T_e1和n₂、T_e2，分别得到两个时刻的发动机有功功率P_e1和P_e2；步骤S24：利用P_e1、P_e2、a₁、a₂、v₁和v₂计算得到汽车总质量；

所述的a₁和a₂的计算过程分别为：

所述的P_e1和P_e2的计算过程分别为：

P_e1＝T_e1n₁/9550

P_e2＝T_e2n₂/9550

所述的汽车总质量的计算过程为：

其中，ε为修正系数；

所述的汽车比功率为：

其中，i取1或2。

2.根据权利要求1所述的一种汽车油耗预测方法，其特征在于，所述的汽车比功率<0时，汽车油耗为定值，汽车比功率≥0时，汽车油耗与汽车比功率呈线性关系。

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