CN111516500B - 混合动力汽车续航里程预测方法 - Google Patents

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CN111516500B CN202010308916.9A CN202010308916A CN111516500B CN 111516500 B CN111516500 B CN 111516500B CN 202010308916 A CN202010308916 A CN 202010308916A CN 111516500 B CN111516500 B CN 111516500B
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Abstract

本发明公开了一种混合动力汽车续航里程预测方法，其特征在于，包括步骤1)：获取汽车初始参数；步骤2)：根据剩余电量、燃油量和动力工作模式判断汽车行驶模式；步骤3)：计算该汽车行驶模式下的续航里程；步骤4)；步骤5)；步骤四：判断汽车行驶模式是否改变，若不变则输出计算结果。本发明相比现有技术考虑到了汽车动力工作模式以及汽车行驶模式的选择以及改变对续航里程的影响，根据剩余电量、燃油量和动力工作模式确定续航里程的计算方法，在计算中引入真实的实验数据和修正系数，使得续航里程的预测结果更加真实和准确。

Description

混合动力汽车续航里程预测方法
技术领域
本发明涉及混合动力汽车技术领域，具体地指一种混合动力汽车续航里程预测方法。
背景技术
为了节能减排，混联式混合动力汽车已逐步开始被采用。混联式混合动力汽车工作模式相对复杂，其运行工况的变化导致其控制策略也发生变化，目前公布的续航里程估算大多通过采集行驶过程中前一段的平均单位里程电耗和百公里油耗，然后依据电池剩余电量和油箱剩余油量除以平均单位里程电耗和百公里油耗来计算里程后累加，大多未考虑混合动力车辆模式差异和能量控制特点，这样导致计算结果不够准确或者更新不及时。混合动力汽车因多动力源混合驱动，可提供不同的工作模式，不同工作模式将导致不同的能量消耗规律；混合动力汽车在行驶中存在放电阶段和电量维持阶段，不同行驶阶段其电能和燃油消耗规律也不同。比如，混合动力车辆在此前一段时间电量较足时，用油较少，若当前时阶段主要电量不足用油较多，将前一阶段平均百公里油耗作为分母纳入计算，则导致当前工况下的续航里程计算结果不够准确。再比如，车辆在不同车速下，处于电量维持阶段混合动力控制策略也不同，在持续中高速时，发动机一直工作驱动车辆，电机介入少，电机电池系统基本作为负载，此时百公里油耗劣于与传统燃油车辆；而车辆低速时，电机可进行较多削峰填谷式的调节，有较多机会进行回收能量，百公里油耗优于传统内燃机，如果按普通内燃机汽车燃料消耗速度计算续航里程，显然也会导致结果不够准确。还有，当驾驶员从较耗能的运动模式、四驱模式切换至较节能的一般模式时，希望通过节约能量提升续航里程，此时续航里程估算应及时更新，使驾驶员可以及时获取里程参考，如果不考虑工作模式按前述公开的方法进行计算，则此时续航里程计算不准确，从而使计算结果的参考性变差。
发明内容
本发明的目的就是要克服上述现有技术存在的不足，提供一种能够综合考虑驾驶模式、行驶参数、载荷、剩余电量和燃油量等多种因素，更加真实和精确地预测混合动力汽车续航里程的预测方法。
为实现上述目的，本发明提供一种混合动力汽车续航里程预测方法，其特征在于：包括如下几个步骤：
1)实时获取汽车已行驶时间、剩余燃油量QF-Strg、电池电荷状态SOC、电池剩余电量ESOE的参数；
2)若汽车已行驶时间小于历史参数计算周期T时，汽车行驶模式为初始默认模式；若汽车已行驶时间大于或等于历史参数计算周期T时，进入下一步；
3)若电池电荷状态SOC大于或等于低电量平衡区上限值时，汽车行驶模式为高电量模式；若电池电荷状态SOC小于低电量平衡区上限值时，进入下一步；
4)若剩余燃油量QF-Strg大于或等于燃百公里油耗尽临界值、且电池电荷状态SOC大于或等于低电量平衡区下限值时，汽车行驶模式为低电量模式；若剩余燃油量QF-Strg小于燃百公里油耗尽临界值时，进入下一步；
5)若电池电荷状态SOC大于或等于电量耗尽临界值时，汽车行驶模式为降级纯电行驶模式；若电池电荷状态SOC小于电量耗尽临界值时，汽车停止行驶并关闭动力系统；
6)根据步骤2)～5)中确定的汽车行驶模式计算汽车续航里程，然后循环步骤1)～5)确定下一刻的汽车行驶模式，若汽车行驶模式不变，则输出当前汽车行驶模式下计算的汽车续航里程；若下一刻的汽车行驶模式发生改变，则循环步骤1)～5)。
进一步地，步骤2)中初始默认模式下的初始续航里程SIni为
SIni＝SIni-row×rload
其中，SIni-row为未修正的初始默认模式续航里程，rload为载荷修正系数。
进一步地，步骤1)还包括实时获取上一个历史参数计算周期T内的平均车速
Figure GDA0003235622640000031
和平均电池输出功率
Figure GDA0003235622640000032
步骤3)中高电量模式下的高电量续航里程SSocH为：
SSocH＝SSocH-cd+(SSocH-cs+SDeg-E-end)×rload
其中，SSocH-cd为高电量模式下电驱动阶段的续航里程，SSocH-cs为高电量模式后燃油驱动阶段的续航里程，SDeg-E-end为降级纯电行驶模式下电驱动阶段的续航里程，其为定值；
SSocH-cd的计算公式为：
Figure GDA0003235622640000033
其中，ESOE-EH为电池电荷状态SOC在低电量平衡区上限值时的剩余电量，
Figure GDA0003235622640000034
为高电量模式下电驱动阶段的单位里程电耗；
Figure GDA0003235622640000035
的计算公式为：
Figure GDA0003235622640000036
其中，
Figure GDA0003235622640000037
为高电量模式下电驱动阶段的理论单位里程电耗，
Figure GDA0003235622640000038
为高电量模式下电驱动阶段的实时单位里程电耗，
Figure GDA0003235622640000039
通过
Figure GDA00032356226400000310
求得，K为权重系数；
SSocH-cs的计算公式为：
Figure GDA00032356226400000311
其中，QL为燃百公里油耗尽临界值，
Figure GDA00032356226400000312
为燃油驱动阶段的理论百公里油耗。
进一步地，步骤1)中还包括实时获取上一个历史参数计算周期T内的实时百公里油耗
Figure GDA00032356226400000313
步骤4)中低电量模式下的低电量续航里程SSocL为：
SSocL＝SSocL-cs+SDeg-E-end×rload
其中，SSocL-cs为低电量模式下燃油驱动阶段的续航里程；
SSocL-cs的计算公式为：
Figure GDA0003235622640000041
其中，
Figure GDA0003235622640000042
为低电量模式下燃油驱动阶段的百公里油耗；
Figure GDA0003235622640000043
的计算公式为：
Figure GDA0003235622640000044
其中，
Figure GDA0003235622640000045
为低电量模式下燃油驱动阶段的实时百公里油耗。
进一步地，当汽车为降级纯电行驶模式时，降级纯电行驶模式续航里程为：
Figure GDA0003235622640000046
其中，ESOE-EL为电池电荷状态SOC在动力系统开启临界值时的剩余电量，
Figure GDA0003235622640000047
为降级纯电模式下的单位里程电耗，
Figure GDA0003235622640000048
通过
Figure GDA0003235622640000049
求得，SSoc-EH为降级纯电行驶模式下理论续航里程最大值。
进一步地，高电量模式下的汽车工作模式包括高电量运动模式、高电量四驱模式、高电量一般模式和高电量纯电模式。
进一步地，低电量模式下的汽车工作模式包括低电量运动模式、低电量四驱模式和低电量一般模式。
本发明的有益效果是：考虑多种影响因素、预测结果更加真实准确。本发明相比现有技术考虑到了汽车动力工作模式以及汽车行驶模式的选择以及改变对续航里程的影响，根据剩余电量、燃油量和动力工作模式确定续航里程的计算方法，在计算中引入真实的实验数据和修正系数，使得续航里程的预测结果更加真实和准确。
具体实施方式
下面结合表中数据对本发明作进一步的详细说明，便于更清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。
本发明所基于的混合动力汽车其前桥布置一个电机和内燃机，电机位置在内燃机和变速箱之间，电机和内燃机并联将动力传递至前轮。后桥布置一个电机，可通过离合耦合机构将动力传递至后轮，车辆可以实现适时四驱。
当汽车的电量和油箱均为满载时，该混合动力汽车的能量消耗顺序为：汽车首先主要通过电池驱动电机工作，此时为电驱动阶段；当电池的电荷状态SOC小于21％时，汽车主要通过燃油驱动发动机工作，在加速或者启动时电机进行辅助助力，在减速以及制动时电机伺机进行能量回收以提高电池电荷状态SOC的值，使其大于或等于15％，此时为燃油驱动阶段；当剩余燃油量小于3L后，汽车只通过电池驱动电机工作，此时车速会被限制；当电池电荷状态SOC小于10％后，汽车停止行驶并关闭动力系统。
该混合动力汽车的工作模式包括纯电模式、一般模式、四驱模式和运动模式。其中，纯电模式即在电量充盈时车辆纯电行驶工作模式，此时不启动发动机；一般模式即车辆根据由电脑自动控制，动力响应柔和且保持单桥驱动，较为节油的一种工作模式，其仅在全油门加速时启动发动机；四驱模式为车辆行驶中保持前、后桥均提供驱动力的工作模式，其仅在全油门加速时启动发动机；运动模式为车辆在行驶中激进的响应动力的工作模式，其仅在大于90％的油门加速时启动发动机。
在电驱动阶段可以选择纯电模式、一般模式、四驱模式、运动模式；在燃油驱动阶段可以选择一般模式、四驱模式、运动模式。在低电量阶段不能进入纯电工作模式，主要依靠发动机驱动，在低电量阶段电池电荷状态SOC将维持在低电量平衡区，即15％至21％之间。
基于以上设定，本发明所述的混合动力汽车续航里程预测方法，包括如下几个步骤：
1、实时获取汽车已行驶时间、剩余燃油量QF-Strg、电池电荷状态SOC、电池剩余电量ESOE的参数；
2、若汽车已行驶时间小于历史参数计算周期T时，汽车行驶模式为初始默认模式；若汽车已行驶时间大于或等于历史参数计算周期T时，进入下一步；
3、若电池电荷状态SOC大于或等于21％时，汽车行驶模式为高电量模式，此时为电驱动阶段，高电量模式下的汽车工作模式包括高电量运动模式、高电量四驱模式、高电量一般模式和高电量纯电模式；若电池电荷状态SOC小于21％时，进入下一步；
4、若剩余燃油量QF-Strg大于或等于3L、且电池电荷状态SOC大于或等于15％时，汽车行驶模式为低电量模式，此时为燃油驱动阶段，低电量模式下的汽车工作模式包括低电量运动模式、低电量四驱模式和低电量一般模式；若剩余燃油量QF-Strg小于3L时，进入下一步；
5、若电池电荷状态SOC大于或等于10％时，汽车行驶模式为降级纯电行驶模式；若电池电荷状态SOC小于10％时，汽车停止行驶并关闭动力系统；
6、根据步骤2)～5)中确定的汽车行驶模式计算汽车续航里程，然后循环步骤1)～5)确定下一刻的汽车行驶模式，若汽车行驶模式不变，则输出当前汽车行驶模式下计算的汽车续航里程；若下一刻的汽车行驶模式发生改变，则循环步骤1)～5)。
上述技术方案中，步骤2)中初始默认模式下的初始续航里程SIni为
SIni＝SIni-row×rload
其中，SIni-row为未修正的初始默认模式续航里程，rload为载荷修正系数，引入载荷修正系数rload是考虑了汽车载荷量mload在不同模式下对单位里程电耗和百公里油耗的影响，具体来说载荷量超过空车载荷且超过量越大，则其单位里程电耗和百公里油耗越大，因此rload数值小于1且越来越小；SIni-row通过剩余燃油量QF-Strg和电池剩余电量ESOE进行插值法查表求得，如表1所示；rload通过载荷量mload进行差值法查表求得，如表2所示。
表1 QF-Strg和ESOE对应SIni-row的关系表
Figure GDA0003235622640000071
表2 mload与rload对应关系表
Figure GDA0003235622640000072
上述技术方案中，步骤1)还包括实时获取当前行驶模式下的行驶时间t、上一个历史参数计算周期10分钟内的平均车速V和平均电池输出功率P。
步骤3)中在高电量模式下，假设后续的行程中，按当前历史参数计算周期T内的平均时速V行驶，且驾驶员未切换工作模式，直至剩余燃油量小于3L且电池电荷状态SOC小于21％时系统自动切换至降级纯电行驶模式，在降级纯电行驶模式时SOC降至10％时将强制退出程序并关机，此时除非加油或充电否则不可继续行驶，高电量模式下的高电量续航里程SSocH为：
SSocH＝SSocH-cd+(SSocH-cs+SDeg-E-end)×rload
其中，SSocH-cd为高电量模式下电驱动阶段的续航里程，SSocH-cs为高电量模式后燃油驱动阶段的续航里程，SDeg-E-end为降级纯电行驶模式下电驱动阶段的理论续航里程，其为定值18Km；
高电量模式下电驱动阶段的续航里程SSocH-cd的计算公式为：
Figure GDA0003235622640000081
其中，ESOE-EH为电池电荷状态SOC等于21％时的剩余电量，
Figure GDA0003235622640000082
为高电量模式下电驱动阶段的单位里程电耗；
Figure GDA0003235622640000083
的计算公式为：
Figure GDA0003235622640000084
其中，K为权重系数，当汽车刚转到新的行驶模式时，当前模式下的行驶参数还没有积累，因此没有当前模式下的权重占比，只能完全参考理论单位里程电耗和理论百公里油耗；随着汽车在当前行驶模式下的行驶时间t增加，续航里程的计算更多应参考当前模式下的实时单位里程电耗和实时百公里油耗；若当前行驶模式下的行驶时间t超过历史参数计算周期T，也不能完全参考当前模式下积累的参数计算，因为这毕竟只是一小段时间，具有较大的偶然性和波动性，因此只有当当前行驶模式下的行驶时间t大于某个设定时间后，权重系数K才趋近于1；K通过当前行驶模式下的行驶时间t进行插值法查表求得，如表3所示。
表3 K与t对应关系表
t(min) 0 10 20 30 50
K 0 0.1 0.3 0.5 0.7
Figure GDA0003235622640000085
为高电量模式下电驱动阶段的理论单位里程电耗，此阶段汽车在四种工作模式下理论单位里程电耗各不相同，因此其理论单位里程电耗分别为高电量运动模式的理论单位里程电耗
Figure GDA0003235622640000086
高电量运动模式的理论单位里程电耗
Figure GDA0003235622640000091
高电量运动模式的理论单位里程电耗
Figure GDA0003235622640000092
高电量运动模式的理论单位里程电耗
Figure GDA0003235622640000093
通过平均车速
Figure GDA0003235622640000094
进行差值查表法求得，如表4～7所示。
Figure GDA0003235622640000095
为高电量模式下电驱动阶段的实时单位里程电耗
Figure GDA0003235622640000096
通过
Figure GDA0003235622640000097
求得。
表4
Figure GDA0003235622640000098
与
Figure GDA0003235622640000099
对应关系表
Figure GDA00032356226400000910
表5
Figure GDA00032356226400000911
与
Figure GDA00032356226400000912
对应关系表
Figure GDA00032356226400000913
表6
Figure GDA00032356226400000914
与
Figure GDA00032356226400000915
对应关系表
Figure GDA00032356226400000916
表7
Figure GDA00032356226400000917
与
Figure GDA00032356226400000918
对应关系表
Figure GDA00032356226400000919
高电量模式后，汽车行驶模式进入低电量模式，此时燃油量消耗十分充足且主要以消耗燃油为主，汽车的四种工作模式中除了纯电模式需要自动变更为一般模式外，其他三种工作模式均保持不变。
高电量模式后燃油驱动阶段的续航里程SSocH-cs的计算公式为：
Figure GDA0003235622640000101
其中，QL为燃百公里油耗尽临界值，取值为3L，
Figure GDA0003235622640000102
为燃油驱动阶段的理论百公里油耗，此阶段汽车在三种工作模式下理论百公里油耗各不相同，因此其理论百公里油耗分别为低电量运动模式的理论百公里油耗
Figure GDA0003235622640000103
低电量四驱模式的理论百公里油耗
Figure GDA0003235622640000104
低电量一般模式的理论单位里程电耗
Figure GDA0003235622640000105
通过平均车速
Figure GDA0003235622640000106
进行差值查表法求得，如表8～10所示。
表8
Figure GDA0003235622640000107
与
Figure GDA0003235622640000108
的对应关系表
Figure GDA0003235622640000109
表9
Figure GDA00032356226400001010
与
Figure GDA00032356226400001011
的对应关系表
Figure GDA00032356226400001012
表10
Figure GDA00032356226400001013
与
Figure GDA00032356226400001014
的对应关系表
Figure GDA00032356226400001015
上述技术方案中，步骤1)中还包括实时获取上一个历史参数计算周期T内的实时百公里油耗
Figure GDA00032356226400001016
步骤4)中低电量模式下的低电量续航里程SSocL为：
SSocL＝SSocL-cs+SDeg-E-end×rload
其中，SSocL-cs为低电量模式下燃油驱动阶段的续航里程；
SSocL-cs的计算公式为：
Figure GDA0003235622640000111
其中，
Figure GDA0003235622640000112
为低电量模式下燃油驱动阶段的百公里油耗；
Figure GDA0003235622640000113
的计算公式为：
Figure GDA0003235622640000114
其中，
Figure GDA0003235622640000115
为低电量模式下燃油驱动阶段的实时百公里油耗，燃油驱动阶段的理论百公里油耗
Figure GDA0003235622640000116
的取值参照上述表8～10。
上述技术方案中，当汽车为降级纯电行驶模式时，降级纯电行驶模式续航里程SSoc-E为：
Figure GDA0003235622640000117
其中，ESOE-EL为电池电荷状态SOC＝10％时的剩余电量，
Figure GDA0003235622640000118
为降级纯电模式下的单位里程电耗，
Figure GDA0003235622640000119
通过
Figure GDA00032356226400001110
求得，SSoc-EH为降级纯电行驶模式下理论续航里程最大值，取20Km；此阶段要取两个值的最小值是因为在某些良好的路段例如连续的下坡路段，通过
Figure GDA00032356226400001111
求得的实际续航里程值远远大于理论续航里程值，导致结果严重失真而不具有参考价值；为了避免误导驾驶员而导致没有及时充电加油而半路抛锚，仍需要告诉他理论续航里程值，而SSoc-EH要大于SDeg-E-end的原因是，驾驶员在进入降级纯电模式后其驾驶方式有时变得十分省电，那么实际续航里程
Figure GDA00032356226400001112
会比理论续航里程值SDeg-E-end偏大，因此在理论续航里程值SDeg-E-end基础上增加一点余量，即为SSoc-EH。

Claims (7)

1.一种混合动力汽车续航里程预测方法，其特征在于：包括如下几个步骤：
1)实时获取汽车已行驶时间、剩余燃油量QF-Strg、电池电荷状态SOC、电池剩余电量ESOE的参数；
2)若汽车已行驶时间小于历史参数计算周期T时，汽车行驶模式为初始默认模式；若汽车已行驶时间大于或等于历史参数计算周期T时，进入下一步；
3)若电池电荷状态SOC大于或等于低电量平衡区上限值时，汽车行驶模式为高电量模式；若电池电荷状态SOC小于低电量平衡区上限值时，进入下一步；
4)若剩余燃油量QF-Strg大于或等于燃百公里油耗尽临界值、且电池电荷状态SOC大于或等于低电量平衡区下限值时，汽车行驶模式为低电量模式；若剩余燃油量QF-Strg小于燃百公里油耗尽临界值时，进入下一步；
5)若电池电荷状态SOC大于或等于电量耗尽临界值时，汽车行驶模式为降级纯电行驶模式；若电池电荷状态SOC小于电量耗尽临界值时，汽车停止行驶并关闭动力系统；
6)根据步骤2)～5)中确定的汽车行驶模式计算汽车续航里程，然后循环步骤1)～5)确定下一刻的汽车行驶模式，若汽车行驶模式不变，则输出当前汽车行驶模式下计算的汽车续航里程；若下一刻的汽车行驶模式发生改变，则循环步骤1)～5)。
2.根据权利要求1所述的一种混合动力汽车续航里程预测方法，其特征在于：步骤2)中初始默认模式下的初始续航里程SIni为
SIni＝SIni-row×rload
其中，SIni-row为未修正的初始默认模式续航里程，rload为载荷修正系数。
3.根据权利要求2所述的一种混合动力汽车续航里程预测方法，其特征在于：步骤1)还包括实时获取上一个历史参数计算周期T内的平均车速
Figure FDA0003235622630000021
和平均电池输出功率
Figure FDA0003235622630000022
步骤3)中高电量模式下的高电量续航里程SSocH为：
SSocH＝SSocH-cd+(SSocH-cs+SDeg-E-end)×rload
其中，SSocH-cd为高电量模式下电驱动阶段的续航里程，SSocH-cs为高电量模式后燃油驱动阶段的续航里程，SDeg-E-end为降级纯电行驶模式下电驱动阶段的续航里程，其为定值；
SSocH-cd的计算公式为：
Figure FDA0003235622630000023
其中，ESOE-EH为电池电荷状态SOC在低电量平衡区上限值时的剩余电量，
Figure FDA0003235622630000024
为高电量模式下电驱动阶段的单位里程电耗；
Figure FDA0003235622630000025
的计算公式为：
Figure FDA0003235622630000026
其中，
Figure FDA0003235622630000027
为高电量模式下电驱动阶段的理论单位里程电耗，
Figure FDA0003235622630000028
为高电量模式下电驱动阶段的实时单位里程电耗，
Figure FDA0003235622630000029
通过
Figure FDA00032356226300000210
求得，K为权重系数；
SSocH-cs的计算公式为：
Figure FDA00032356226300000211
其中，QL为燃百公里油耗尽临界值，
Figure FDA00032356226300000212
为燃油驱动阶段的理论百公里油耗。
4.根据权利要求3所述的一种混合动力汽车续航里程预测方法，其特征在于：步骤1)中还包括实时获取上一个历史参数计算周期T内的实时百公里油耗
Figure FDA00032356226300000213
步骤4)中低电量模式下的低电量续航里程SSocL为：
SSocL＝SSocL-cs+SDeg-E-end×rload
其中，SSocL-cs为低电量模式下燃油驱动阶段的续航里程；
SSocL-cs的计算公式为：
Figure FDA00032356226300000214
其中，
Figure FDA0003235622630000031
为低电量模式下燃油驱动阶段的百公里油耗；
Figure FDA0003235622630000032
的计算公式为：
Figure FDA0003235622630000033
其中，
Figure FDA0003235622630000034
为低电量模式下燃油驱动阶段的实时百公里油耗。
5.根据权利要求4所述的一种混合动力汽车续航里程预测方法，其特征在于：当汽车为降级纯电行驶模式时，降级纯电行驶模式续航里程为：
Figure FDA0003235622630000035
其中，ESOE-EL为电池电荷状态SOC在动力系统开启临界值的剩余电量，
Figure FDA0003235622630000036
为降级纯电模式下的单位里程电耗，
Figure FDA0003235622630000037
通过
Figure FDA0003235622630000038
求得，SSoc-EH为降级纯电行驶模式下理论续航里程最大值。
6.根据权利要求3所述的一种混合动力汽车续航里程预测方法，其特征在于：高电量模式下的汽车工作模式包括高电量运动模式、高电量四驱模式、高电量一般模式和高电量纯电模式。
7.根据权利要求4所述的一种混合动力汽车续航里程预测方法，其特征在于：低电量模式下的汽车工作模式包括低电量运动模式、低电量四驱模式和低电量一般模式。
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