CN114936343A - 一种电动汽车质量的动态计算方法及装置 - Google Patents

一种电动汽车质量的动态计算方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种电动汽车质量的动态计算方法及装置，该方法包括如下步骤：获取待测量车辆加速行驶时间段内的状态数据，所述状态数据包括时间、速度、高度、重力加速度、有效驱动功率和阻力功率；根据所述状态数据信息，计算待测量车辆在加速行驶时间段内的输出总功、阻力总功、势能总变化量和动能变化量；基于能量守恒定律，即车辆驱动电动机的输出总功等于阻力总功、车辆在高度上的势能变化量、车辆的动能变化量的和，计算待测量车辆的质量。本发明能够实时动态得知电动汽车的质量，且测量精度高、成本低。

Description

一种电动汽车质量的动态计算方法及装置
技术领域
本发明涉及交通技术领域，尤其涉及一种电动汽车质量的动态计算方法及装置。
背景技术
电动汽车(BEV)是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆，由于对环境影响相对传统汽车较小，其前景被广泛看好，其主要工作原理大致为：电池(例如：蓄电池、燃料电池等)——电流——电力调节器——电动机——动力传动系统——驱动汽车行驶(Road)。
现阶段电动汽车正在高速发展，多种车型日新月异，在出厂前需要进行各组性能参数的测值，其中电动汽车质量数值为其中之一，现阶段对电动汽车质量测试的方法为：地秤称重法或是车辆底盘形变测量车重法，车辆载重检测法通过在车悬架安装高度传感器，检测悬架受压后的变形量，再结合压力变形曲线图及倾斜补偿等算法计算悬架的承载重量，前者称重地点受限，只能到具有地秤的地点称量，只能静态称量车重，较为不便，后者安装成本高，且检测精度不太高。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出一种电动汽车质量的动态计算方法及装置，能够实时动态得知电动汽车的质量，且测量精度高、成本低。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种电动汽车质量的动态计算方法，包括如下步骤：
获取待测量车辆加速行驶时间段内的状态数据，所述状态数据包括时间、速度、高度、重力加速度、有效驱动功率和阻力功率；
根据所述状态数据信息，计算待测量车辆在加速行驶时间段内的输出总功、阻力总功、势能总变化量和动能变化量；
基于能量守恒定律，即车辆驱动电动机的输出总功等于阻力总功、车辆在高度上的势能变化量、车辆的动能变化量的和，计算待测量车辆的质量。
优选地，所述驱动电动机的输出总功W驱动电动机：
Figure BDA0003618257500000021
阻力总功W阻力：
Figure BDA0003618257500000022
其中，P驱动电动机：有效驱动功率，P阻力：阻力功率，t1：测量的起始时刻，t2：测量的结束时刻，
所述待测量车辆的势能总变化量ΔE车h：
ΔE车h＝M车*g*Δh车
其中，M车：车辆的质量；g：重力加速度；Δh车：车辆重心在t1起始时刻和t2结束时刻之间的高度差，
所述待测量车辆的动能变化ΔE车v：
ΔE车v＝1/2*M车*(v2*v2-v1*v1)
其中，v1：车辆在t1起始时刻的速度；v2：车辆在t2结束时刻的速度(v2>v1)。
优选地，基于能量守恒定律，W驱动电动机＝W阻力+(M车*g*Δh车)+1/2*M车*(v2*v2-v1*v1)
则待测量车辆的质量M车：
M车＝((W驱动电动机-W阻力)*2)/(2*g*Δh车+v2*v2-v1*v1)。
优选地，所述阻力总功包括传动系统阻力做功和车辆行驶阻力做功之和。
优选地，所述传动系统阻力做功和车辆行驶阻力做功均通过实车测试获得。
一种电动汽车质量的动态计算装置，包括：
获取模块，用于获取待测量车辆加速行驶时间段内的状态数据，并发送至处理模块，所述状态数据包括时间、速度、高度、重力加速度、有效驱动功率和阻力功率；
处理模块，用于基于所述状态数据信息计算待测量车辆在加速行驶时间段内的输出总功、阻力总功、势能总变化量和动能变化量；用于基于能量守恒定律，即车辆驱动电动机的输出总功等于阻力总功、车辆在高度上的势能变化量、车辆的动能变化量的和，计算待测量车辆的质量。
优选地，所述驱动电动机的输出总功W驱动电动机：
Figure BDA0003618257500000023
阻力总功W阻力：
Figure BDA0003618257500000031
其中，P驱动电动机：有效驱动功率，P阻力：阻力功率，t1：测量的起始时刻，t2：测量的结束时刻，
所述待测量车辆的势能总变化量ΔE车h：
ΔE车h＝M车*g*Δh车
其中，M车：车辆的质量；g：重力加速度；Δh车：车辆重心在t1起始时刻和t2结束时刻之间的高度差，
所述待测量车辆的动能变化ΔE车v：
ΔE车v＝1/2*M车*(v2*v2-v1*v1)
其中，v1：车辆在t1起始时刻的速度；v2：车辆在t2结束时刻的速度(v2>v1)，
优选地，基于能量守恒定律，W驱动电动机＝W阻力+(M车*g*Δh车)+1/2*M车*(v2*v2-v1*v1)
则待测量车辆的质量M车：
M车＝((W驱动电动机-W阻力)*2)/(2*g*Δh车+v2*v2-v1*v1)。
优选地，所述阻力总功包括传动系统阻力做功和车辆行驶阻力做功之和。
优选地，所述传动系统阻力做功和车辆行驶阻力做功均通过实车测试获得。
基于上述技术方案，本发明的有益效果是：
1.本发明先将电动汽车至于合适空旷场地上方，将车辆质量计算模块组件安装在电动汽车上方，再将驱动电动机启动一段时间使电动汽车加速行驶一段距离，通过电动汽车、车轮、驱动电动机、车辆质量计算模块组件和汽车总线接口之间的配合，获得电动汽车的各种状态数值，通过得到的状态数值能够方便快捷的计算得到车辆质量，本发明的测量方法受场地限制极小，在车辆的日常行驶过程中也能测得车辆实时质量，测量方便快捷且测量精度高。
2.本发明对额外硬件要求少，安装成本低，通过升级相关软件即可实现，实施成本低廉。
附图说明
图1是一个实施例中一种电动汽车质量的动态计算方法流程图；
图2是一个实施例中一种电动汽车质量的动态计算装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1所示，本实施例提供一种电动汽车质量的动态计算方法，包括如下步骤：
步骤S1，获取待测量车辆加速行驶时间段内的状态数据，所述状态数据包括时间、速度、高度、重力加速度、有效驱动功率和阻力功率。
具体地，在待测量车辆即电动汽车的上方安装有车辆质量计算模块组件，车辆质量计算模块组件内部安装多种计算、感应和传感等模块，例如高度传感器等，现阶段市面上所生产销售的模块件种类繁多，可满足本实施例中车辆质量计算模块组件的测值所需，故不再对车辆质量计算模块组件做过多的赘述，本领域人员完全可以实现。车辆质量计算模块组件的上方前侧设有汽车总线接口，汽车总线接口(包括：车联网、can总线、lin总线、串口等)传输到车载计算机，显示方式有：在车载计算机屏幕上显示、汽车诊断仪上显示、外部计算机上显示、外部服务器上显示。
电动汽车至于合适空旷场地上方，将驱动电动机启动一段时间使电动汽车加速行驶一段距离，通过汽车总线接口将车辆质量计算模块组件与车辆总线、车辆电子控制单元(ECU)、车载计算机相对接，通过电动汽车、车轮、驱动电动机、车辆质量计算模块组件和汽车总线接口之间的配合，获得状态数据：
t1：计算车辆质量的起始时间；
t2：计算车辆质量的结束时间；
v1：车辆在t1的速度；
v2：车辆在t2的速度；(注：v2>v1)
P驱动电动机：车辆的驱动电动机的有效驱动功率(或者称为有效输出功率)；
P阻力：车辆的阻力的功率，包括但不限于空气阻力、轮胎阻力、传动阻力等的功率；
g：重力加速度；
Δh车：车辆重心在t1和t2之间的高度差。
步骤S2，根据获取的状态数据信息，计算待测量车辆在时间段内的输出总功、阻力总功、势能总变化量和动能变化量。
具体地，车载计算机获取上述状态数据信息后，计算获得：
驱动电动机的输出总功W驱动电动机：
Figure BDA0003618257500000051
阻力总功W阻力：
Figure BDA0003618257500000052
其中，P驱动电动机：有效驱动功率，P阻力：阻力功率，t1：测量的起始时刻，t2：测量的结束时刻，
所述待测量车辆的势能总变化量ΔE车h：
ΔE车h＝M车*g*Δh车
其中，M车：车辆的质量；g：重力加速度；Δh车：车辆重心在t1起始时刻和t2结束时刻之间的高度差，
所述待测量车辆的动能变化ΔE车v：
ΔE车v＝1/2*M车*(v2*v2-v1*v1)
其中，v1：车辆在t1起始时刻的速度；v2：车辆在t2结束时刻的速度(v2>v1)。
步骤S3，基于能量守恒定律，即车辆驱动电动机的输出总功等于阻力总功、车辆在高度上的势能变化量、车辆的动能变化量的和，计算电动汽车的质量。
具体地，根据“能量守恒定律”，车辆驱动电动机的输出总功等于传动系统阻力做功、车辆行驶阻力做功(包括空气阻力做功、轮胎阻力做功等其他阻力做功)、车辆在高度上的势能变化、车辆的动能变化的和。对于电动汽车中的一类车型或者一辆车，上述传动系统阻力和阻力做功，以及车辆行驶阻力和阻力做功信息，是提前通过实车测试获得的，并存储到车辆质量计算模块组件，或车载计算机中的，具体说明如下：
传动系统消耗的功：与传动系统相关，不同的传动系统有着不同的传动阻力。由于电动汽车的传动系统结构简单，同型号的电动车的传动系统阻力比较一致。所以传动系统阻力和阻力做功是通过传动系统的转速和摩擦系数取得。
车辆行驶阻力做功：
1)空气阻力做功，与车速和风速相关，车辆外形研发过程中将通过大量的风洞测试得出车辆的风阻系数。通过风阻系数和车速风速共同得到空气阻力和空气阻力做功。
2)轮胎阻力做功，这是轮胎的特性，不同类型的轮胎有着不同的滚动阻力系数。一般情况是轮胎的转速(受车速影响)和滚动阻力系数共同得到。
根据以上得出计算等式：W驱动电动机＝W阻力+ΔE车h+ΔE车v即
W驱动电动机＝W阻力+(M车*g*Δh车)+1/2*M车*(v2*v2-v1*v1)
则待测量车辆的质量M车：
M车＝((W驱动电动机-W阻力)*2)/(2*g*Δh车+v2*v2-v1*v1)。
便于理解根据上述公式在计算机中实现此程序和算法，就可以通过车载计算机直接计算获得车辆的质量。
车辆质量计算模块组件可以在外部服务器中进行实现，车载计算机可以把计算车辆质量所需的数据，通过网络传输到外部服务器中，然后外部服务器根据车辆上传的状态数据动态计算车辆的车辆质量；
过程如下：采集数据，通过汽车总线(包括：车联网、can总线、lin总线、串口等)传输数据到网络模块，网络模块把数据上传到外部服务器中，外部服务器根据上传的数据计算得出此车的实时车辆质量。
如图2所示，本实施例提供一种电动汽车质量的动态计算装置200，包括：
获取模块210，用于获取待测量车辆加速行驶时间段内的状态数据，并发送至处理模块，所述状态数据包括时间、速度、高度、重力加速度、有效驱动功率和阻力功率；
处理模块220，用于基于所述状态数据信息计算待测量车辆在加速行驶时间段内的输出总功、阻力总功、势能总变化量和动能变化量；用于基于能量守恒定律，即车辆驱动电动机的输出总功等于阻力总功、车辆在高度上的势能变化量、车辆的动能变化量的和，计算待测量车辆的质量。
需要说明的是，在待测量车辆即电动汽车的上方安装有车辆质量计算模块组件，车辆质量计算模块组件内部安装多种计算、感应和传感等模块，例如高度传感器等，现阶段市面上所生产销售的模块件种类繁多，可满足本实施例中车辆质量计算模块组件的测值所需，故不再对车辆质量计算模块组件做过多的赘述，本领域人员完全可以实现，车辆质量计算模块组件的上方前侧设有汽车总线接口，汽车总线接口(包括：车联网、can总线、lin总线、串口等)传输到处理模块，显示方式有：在车载计算机屏幕上显示、汽车诊断仪上显示、外部计算机上显示、外部服务器上显示。
电动汽车至于合适空旷场地上方，将驱动电动机启动一段时间使电动汽车加速行驶一段距离，通过汽车总线接口将车辆质量计算模块组件与车辆总线、车辆电子控制单元(ECU)、车载计算机相对接，通过电动汽车、车轮、驱动电动机、车辆质量计算模块组件和汽车总线接口之间的配合，获得状态数据：
t1：计算车辆质量的起始时间；
t2：计算车辆质量的结束时间；
v1：车辆在t1的速度；
v2：车辆在t2的速度；(注：v2>v1)
P驱动电动机：车辆的驱动电动机的有效驱动功率(或者称为有效输出功率)；
P阻力：车辆的阻力的功率，包括但不限于空气阻力、轮胎阻力、传动阻力等的功率；
g：重力加速度；
Δh车：车辆重心在t1和t2之间的高度差。
获取上述电动汽车的状态数据信息后，可以通过车载计算机直接计算获得车辆的质量。
或车载计算机可以把计算车辆质量所需的数据，通过网络传输到外部服务器中，然后外部服务器根据车辆上传的状态数据动态计算车辆的车辆质量。计算如下：
驱动电动机的输出总功W驱动电动机：
Figure BDA0003618257500000071
阻力总功W阻力：
Figure BDA0003618257500000072
其中，P驱动电动机：有效驱动功率，P阻力：阻力功率，t1：测量的起始时刻，t2：测量的结束时刻，
所述待测量车辆的势能总变化量ΔE车h：
ΔE车h＝W车*g*Δh车
其中，M车：车辆的质量；g：重力加速度；Δh车：车辆重心在t1起始时刻和t2结束时刻之间的高度差，
所述待测量车辆的动能变化ΔE车v：
ΔE车v＝1/2*M车*(v2*v2-v1*v1)
其中，v1：车辆在t1起始时刻的速度；v2：车辆在t2结束时刻的速度(v2>v1)。
需要说明的是，根据“能量守恒定律”，车辆驱动电动机的输出总功等于传动系统阻力做功、车辆行驶阻力做功(包括空气阻力做功、轮胎阻力做功等其他阻力做功)、车辆在高度上的势能变化、车辆的动能变化的和。对于电动汽车中的一类车型或者一辆车，上述传动系统阻力和阻力做功，以及车辆行驶阻力和阻力做功信息，是提前通过实车测试获得的，并存储到车辆质量计算模块组件，或车载计算机中的，具体说明如下：
传动系统消耗的功：与传动系统相关，不同的传动系统有着不同的传动阻力。由于电动汽车的传动系统结构简单，同型号的电动车的传动系统阻力比较一致。所以传动系统阻力和阻力做功是通过传动系统的转速和摩擦系数取得。
车辆行驶阻力做功：
1)空气阻力做功，与车速和风速相关，车辆外形研发过程中将通过大量的风洞测试得出车辆的风阻系数。通过风阻系数和车速风速共同得到空气阻力和空气阻力做功。
2)轮胎阻力做功，这是轮胎的特性，不同类型的轮胎有着不同的滚动阻力系数。一般情况是轮胎的转速(受车速影响)和滚动阻力系数共同得到。
根据以上得出计算等式：W驱动电动机＝W阻力+ΔE车h+ΔE车v即
W驱动电动机＝W阻力+(M车*g*Δh车)+1/2*M车*(v2*v2-v1*v1)
则待测量车辆的质量M车：
M车＝((W驱动电动机-W阻力)*2)/(2*g*Δh车+v2*v2-v1*v1)。
以上所述仅为本发明所公开的一种电动汽车质量的动态计算方法及装置的优选实施方式，并非用于限定本说明书实施例的保护范围。凡在本说明书实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书实施例的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电动汽车质量的动态计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
获取待测量车辆加速行驶时间段内的状态数据，所述状态数据包括时间、速度、高度、重力加速度、有效驱动功率和阻力功率；
根据所述状态数据信息，计算待测量车辆在加速行驶时间段内的输出总功、阻力总功、势能总变化量和动能变化量；
基于能量守恒定律，即车辆驱动电动机的输出总功等于阻力总功、车辆在高度上的势能变化量、车辆的动能变化量的和，计算待测量车辆的质量。
2.根据权利要求1所述的一种电动汽车质量的动态计算方法，其特征在于，所述驱动电动机的输出总功W驱动电动机：
Figure FDA0003618257490000011
阻力总功W阻力：
Figure FDA0003618257490000012
其中，P驱动电动机：有效驱动功率，P阻力：阻力功率，t1：测量的起始时刻，t2：测量的结束时刻，
所述待测量车辆的势能总变化量ΔE车h：
ΔE车h＝M车*g*Δh车
其中，M车：车辆的质量；g：重力加速度；Δh车：车辆重心在t1起始时刻和t2结束时刻之间的高度差，
所述待测量车辆的动能变化ΔE车v：
ΔE车v＝1/2*M车*(v2*v2-v1*v1)
其中，v1：车辆在t1起始时刻的速度；v2：车辆在t2结束时刻的速度(v2>v1)。
3.根据权利要求2所述的一种电动汽车质量的动态计算方法，其特征在于，基于能量守恒定律，W驱动电动机＝W阻力+(M车*g*Δh车)+1/2*M车*(v2*v2-v1*v1)
则待测量车辆的质量M车：
M车＝((W驱动电动机-W阻力)*2)/(2*g*Δh车+v2*v2-v1*v1)。
4.根据权利要求1所述的一种电动汽车质量的动态计算方法，其特征在于，所述阻力总功包括传动系统阻力做功和车辆行驶阻力做功之和。
5.根据权利要求4所述的一种电动汽车质量的动态计算方法，其特征在于，所述传动系统阻力做功和车辆行驶阻力做功均通过实车测试获得。
6.一种电动汽车质量的动态计算装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取待测量车辆加速行驶时间段内的状态数据，并发送至处理模块，所述状态数据包括时间、速度、高度、重力加速度、有效驱动功率和阻力功率；
处理模块，用于基于所述状态数据信息计算待测量车辆在加速行驶时间段内的输出总功、阻力总功、势能总变化量和动能变化量；用于基于能量守恒定律，即车辆驱动电动机的输出总功等于阻力总功、车辆在高度上的势能变化量、车辆的动能变化量的和，计算待测量车辆的质量。
7.根据权利要求6所述的一种电动汽车质量的动态计算装置，其特征在于，所述驱动电动机的输出总功W驱动电动机：
Figure FDA0003618257490000021
阻力总功W阻力：
Figure FDA0003618257490000022
其中，P驱动电动机：有效驱动功率，P阻力：阻力功率，t1：测量的起始时刻，t2：测量的结束时刻，
所述待测量车辆的势能总变化量ΔE车h：
ΔE车h＝M车*g*Δh车
其中，M车：车辆的质量；g：重力加速度；Δh车：车辆重心在t1起始时刻和t2结束时刻之间的高度差，
所述待测量车辆的动能变化ΔE车v：
ΔE车v＝1/2*M车*(v2*v2-v1*v1)
其中，v1：车辆在t1起始时刻的速度；v2：车辆在t2结束时刻的速度(v2>v1)。
8.根据权利要求7所述的一种电动汽车质量的动态计算装置，其特征在于，基于能量守恒定律，W驱动电动机＝W阻力+(M车*g*Δh车)+1/2*M车*(v2*v2-v1*v1)
则待测量车辆的质量M车：
M车＝((W驱动电动机-W阻力)*2)/(2*g*Δh车+v2*v2-v1*v1)。
9.根据权利要求6所述的一种电动汽车质量的动态计算装置，其特征在于，所述阻力总功包括传动系统阻力做功和车辆行驶阻力做功之和。
10.根据权利要求9所述的一种电动汽车质量的动态计算装置，其特征在于，所述传动系统阻力做功和车辆行驶阻力做功均通过实车测试获得。
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