TWI806670B - 一種電動汽車質量的動態計算方法及裝置 - Google Patents

一種電動汽車質量的動態計算方法及裝置 Download PDF

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Abstract

本發明公開一種電動汽車質量的動態計算方法及裝置，該方法包括如下步驟：獲取待測量車輛加速行駛時間段內的狀態數據，所述狀態數據包括時間、速度、高度、重力加速度、有效驅動功率和阻力功率；根據所述狀態數據資訊，計算待測量車輛在加速行駛時間段內的輸出總功、阻力總功、勢能總變化量和動能變化量；基於能量守恆定律，即車輛驅動電動機的輸出總功等於阻力總功、車輛在高度上的勢能變化量、車輛的動能變化量的和，計算待測量車輛的質量。本發明能夠即時動態得知電動汽車的質量，且測量精度高、成本低。

Description

一種電動汽車質量的動態計算方法及裝置
本發明關於交通技術領域，尤其關於一種電動汽車質量的動態計算方法及裝置。
電動汽車(BEV)是指以車載電源為動力，用電機驅動車輪行駛，符合道路交通、安全法規各項要求的車輛，由於對環境影響相對傳統汽車較小，其前景被廣泛看好，其主要工作原理大致為：電池(例如：蓄電池、燃料電池等)：──電流：──電力調節器：──電動機：──動力傳動系統：──驅動汽車行駛(Road)。
現階段電動汽車正在高速發展，多種車型日新月異，在出廠前需要進行各組性能參數的測值，其中電動汽車質量數值為其中之一，現階段對電動汽車質量測試的方法為：地秤稱重法或是車輛底盤形變測量車重法，車輛載重檢測法通過在車懸架安裝高度感測器，檢測懸架受壓後的變形量，再結合壓力變形曲線圖及傾斜補償等演算法計算懸架的承載重量，前者稱重地點受限，只能到具有地秤的地點稱量，只能靜態稱量車重，較為不便，後者按裝成本高，且檢測精度不太高。
為瞭解決上述技術問題，本發明提出一種電動汽車質量的動態計算方法及裝置，能夠即時動態得知電動汽車的質量，且測量精度高、成本低。
為了達到上述目的，本發明的技術方案如下。
一種電動汽車質量的動態計算方法，包括如下步驟：獲取待測量車輛加速行駛時間段內的狀態數據，所述狀態數據包括時間、速度、高度、重力加速度、有效驅動功率和阻力功率；根據所述狀態數據資訊，計算待測量車輛在加速行駛時間段內的輸出總功、阻力總功、勢能總變化量和動能變化量；基於能量守恆定律，即車輛驅動電動機的輸出總功等於阻力總功、車輛在高度上的勢能變化量、車輛的動能變化量的和，計算待測量車輛的質量。
較佳者，所述待測量車輛的勢能總變化量△E 車h：△E 車h=M 車* g *△h車
其中，M 車：車輛的質量；g：重力加速度；△h車：車輛重心在t1時刻和t2時刻之間的高度差，所述待測量車輛的動能變化△E 車v ：△E 車v =1/2*M 車*(v2 * v2-v1 * v1)
其中，v1：車輛在t1起始時刻的速度；v2：車輛在t2結束時刻的速度(v2>v1)， 基於能量守恆定律，W 驅動電動機=W 阻力+(M 車* g *△h車)+1/2*M 車*(v2 * v2-v1 * v1)
則待測量車輛的質量M 車：M 車=((W 驅動電動機-W 阻力)* 2)/(2 * g *△h車+v2 * v2-v1 * v1)
其中，W 驅動電動機：輸出總功；W 阻力：阻力總功。
較佳者，所述阻力總功包括傳動系統阻力做功和車輛行駛阻力做功之和。
較佳者，所述傳動系統阻力做功和車輛行駛阻力做功均通過實車測試獲得。
一種電動汽車質量的動態計算裝置，包括：獲取模組，用於獲取待測量車輛加速行駛時間段內的狀態數據，並發送至處理模組，所述狀態數據包括時間、速度、高度、重力加速度、有效驅動功率和阻力功率；處理模組，用於基於所述狀態數據資訊計算待測量車輛在加速行駛時間段內的輸出總功、阻力總功、勢能總變化量和動能變化量；用於基於能量守恆定律，即車輛驅動電動機的輸出總功等於阻力總功、車輛在高度上的勢能變化量、車輛的動能變化量的和，計算待測量車輛的質量。
較佳者，所述待測量車輛的勢能總變化量△E 車h：△E 車h=M 車* g *△h車
其中，M 車：車輛的質量；g：重力加速度；△h車：車輛重心在t1時刻和t2時刻之間的高度差，所述待測量車輛的動能變化△E 車v ：△E 車v =1/2 * M 車*(v2 * v2-v1 * v1)
其中，v1：車輛在t1起始時刻的速度；v2：車輛在t2結束時刻的速度(v2>v1)，基於能量守恆定律，W 驅動電動機=W 阻力+(M 車* g *△h車)+1/2*M 車*(v2 * v2-v1 * v1)，則待測量車輛的質量M 車：M 車=((W 驅動電動機-W 阻力)* 2)/(2 * g *△h車+v2 * v2-v1 * v1)
其中，W 驅動電動機：輸出總功；W 阻力：阻力總功。
較佳者，所述阻力總功包括傳動系統阻力做功和車輛行駛阻力做功之和。
較佳者，所述傳動系統阻力做功和車輛行駛阻力做功均通過實車測試獲得。
基於上述技術方案，本發明的有益效果是：
1、本發明先將電動汽車至於合適空曠場地上方，將車輛質量計算模組組件安裝在電動汽車上方，再將驅動電動機啟動一段時間使電動汽車加速行駛一段距離，通過電動汽車、車輪、驅動電動機、車輛質量計算模組組件和汽車匯流排介面之間的配合，獲得電動汽車的各種狀態數值，再將得到的狀態數值能夠方便快捷的計算得到車輛質量，本發明的測量方法受場地限制極小，在車輛的日常行駛過程中也能測得車輛即時質量，測量方便快捷且測量精度高。
2、本發明對額外硬體要求少，安裝成本低，通過升級相關軟體即可實現，實施成本低廉。
200:一種電動汽車質量的動態計算裝置
210:獲取模組
220:處理模組
S1~S3:步驟
圖1是一個實施例中一種電動汽車質量的動態計算方法流程圖；圖2是一個實施例中一種電動汽車質量的動態計算裝置的結構示意圖。
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。
如圖1所示，本實施例提供一種電動汽車質量的動態計算方法，包括如下步驟。
步驟S1，獲取待測量車輛加速行駛時間段內的狀態數據，所述狀態數據包括時間、速度、高度、重力加速度、有效驅動功率和阻力功率。
具體地，在待測量車輛即電動汽車的上方安裝有車輛質量計算模組組件，車輛質量計算模組組件內部安裝多種計算、感應和傳感等模組，例如高度感測器等，現階段市面上所生產銷售的模組件種類繁多，可滿足本實施例中車輛質量計算模組組件的測值所需，故不再對車輛質量計算模組組件做過多的贅述，本領域人員完全可以實現。車輛質量計算模組組件的上方前側設有汽車匯流排介面，汽車匯流排介面(包括：車聯網、can匯流排、lin匯流排、串口等)傳輸到車載電腦，顯示方式有：在車載電腦螢幕 上顯示、汽車診斷儀上顯示、外部電腦上顯示、外部伺服器上顯示。
電動汽車至於合適空曠場地上方，將驅動電動機啟動一段時間使電動汽車加速行駛一段距離，通過汽車匯流排介面將車輛質量計算模組組件與車輛匯流排、車輛電子控制單元(ECU)、車載電腦相對接，通過電動汽車、車輪、驅動電動機、車輛質量計算模組組件和汽車匯流排介面之間的配合，獲得狀態數據：t1：計算車輛質量的起始時間；t2：計算車輛質量的結束時間；v1：車輛在t1的速度；v2：車輛在t2的速度；(注：v2>v1)
P 驅動電動機：車輛的驅動電動機的有效驅動功率(或者稱為有效輸出功率)；P 阻力：車輛的阻力的功率，包括但不限於空氣阻力、輪胎阻力、傳動阻力等的功率；g：重力加速度；△h車：車輛重心在t1和t2之間的高度差。
步驟S2，根據獲取的狀態數據資訊，計算待測量車輛在時間段內的輸出總功、阻力總功、勢能總變化量和動能變化量。
具體地，車載電腦獲取上述狀態數據資訊後，計算獲得：驅動電動機的輸出總功W 驅動電動機：
Figure 111122935-A0305-02-0008-1
阻力總功W 阻力：
Figure 111122935-A0305-02-0008-2
所述待測量車輛的勢能總變化量△E 車h：△E 車h=M 車* g *△h車
其中，M 車：車輛的質量；g：重力加速度；△h車：車輛重心在t1時刻和t2時刻之間的高度差，所述待測量車輛的動能變化△E 車v ：△E 車v =1/2 * M 車*(v2 * v2-v1 * v1)
其中，v1：車輛在t1起始時刻的速度；v2：車輛在t2結束時刻的速度(v2>v1)。
步驟S3，基於能量守恆定律，即車輛驅動電動機的輸出總功等於阻力總功、車輛在高度上的勢能變化量、車輛的動能變化量的和，計算電動汽車的質量。
具體地，根據“能量守恆定律”，車輛驅動電動機的輸出總功等於傳動系統阻力做功、車輛行駛阻力做功(包括空氣阻力做功、輪胎阻力做功等其他阻力做功)、車輛在高度上的勢能變化、車輛的動能變化的和。對於電動汽車中的一類車型或者一輛車，上述傳動系統阻力和阻力做功，以及車輛行駛阻力和阻力做功資訊，是提前通過實車測試獲得的，並存儲到車輛質量計算模組組件，或車載電腦中的，具體說明如下。
傳動系統消耗的功：與傳動系統相關，不同的傳動 系統有著不同的傳動阻力。由於電動汽車的傳動系統結構簡單，同型號的電動車的傳動系統阻力比較一致。所以傳動系統阻力和阻力做功是通過傳動系統的轉速和摩擦係數取得。
車輛行駛阻力做功：
1)空氣阻力做功，與車速和風速相關，車輛外形研發過程中將通過大量的風洞測試得出車輛的風阻係數。通過風阻係數和車速風速共同得到空氣阻力和空氣阻力做功。
2)輪胎阻力做功，這是輪胎的特性，不同類型的輪胎有著不同的滾動阻力係數。一般情況是輪胎的轉速(受車速影響)和滾動阻力係數共同得到。
根據以上得出計算等式：W驅動電動機=W阻力+△E車h+△E車v即W 驅動電動機=W 阻力+(M 車* g *△h車)+1/2*M 車*(v2 * v2-v1 * v1)
則待測量車輛的質量M 車：M 車=((W 驅動電動機-W 阻力)* 2)/(2 * g *△h車+v2 * v2-v1 * v1)。
便於理解根據上述公式在電腦中實現此程式和演算法，就可以通過車載電腦直接計算獲得車輛的質量。
車輛質量計算模組組件可以在外部伺服器中進行實現，車載電腦可以把計算車輛質量所需的數據，通過網路傳輸到外部伺服器中，然後外部伺服器根據車輛上傳的狀態數據動態計算車輛的車輛質量。
過程如下：採集數據，通過汽車匯流排(包括：車 聯網、can匯流排、lin匯流排、串口等)傳輸數據到網路模組，網路模組把數據上傳到外部伺服器中，外部伺服器根據上傳的數據計算得出此車的即時車輛質量。
如圖2所示，本實施例提供一種電動汽車質量的動態計算裝置200，包括：獲取模組210，用於獲取待測量車輛加速行駛時間段內的狀態數據，並發送至處理模組，所述狀態數據包括時間、速度、高度、重力加速度、有效驅動功率和阻力功率；處理模組220，用於基於所述狀態數據資訊計算待測量車輛在加速行駛時間段內的輸出總功、阻力總功、勢能總變化量和動能變化量；用於基於能量守恆定律，即車輛驅動電動機的輸出總功等於阻力總功、車輛在高度上的勢能變化量、車輛的動能變化量的和，計算待測量車輛的質量。
需要說明的是，在待測量車輛即電動汽車的上方安裝有車輛質量計算模組組件，車輛質量計算模組組件內部安裝多種計算、感應和傳感等模組，例如高度感測器等，現階段市面上所生產銷售的模組件種類繁多，可滿足本實施例中車輛質量計算模組組件的測值所需，故不再對車輛質量計算模組組件做過多的贅述，本領域人員完全可以實現，車輛質量計算模組組件的上方前側設有汽車匯流排介面，汽車匯流排介面(包括：車聯網、can匯流排、lin匯流排、串口等)傳輸到處理模組，顯示方式有：在車載電腦螢幕上顯示、汽車診斷儀上顯示、外部電腦上顯示、外 部伺服器上顯示。
電動汽車至於合適空曠場地上方，將驅動電動機啟動一段時間使電動汽車加速行駛一段距離，通過汽車匯流排介面將車輛質量計算模組組件與車輛匯流排、車輛電子控制單元(ECU)、車載電腦相對接，通過電動汽車、車輪、驅動電動機、車輛質量計算模組組件和汽車匯流排介面之間的配合，獲得狀態數據：t1：計算車輛質量的起始時間；t2：計算車輛質量的結束時間；v1：車輛在t1的速度；v2：車輛在t2的速度；(注：v2>v1)
P 驅動電動機：車輛的驅動電動機的有效驅動功率(或者稱為有效輸出功率)；P 阻力：車輛的阻力的功率，包括但不限於空氣阻力、輪胎阻力、傳動阻力等的功率；g：重力加速度；△h車：車輛重心在t1和t2之間的高度差。
獲取上述電動汽車的狀態數據資訊後，可以通過車載電腦直接計算獲得車輛的質量。
或車載電腦可以把計算車輛質量所需的數據，通過網路傳輸到外部伺服器中，然後外部伺服器根據車輛上傳的狀態數據動態計算車輛的車輛質量。計算如下：驅動電動機的輸出總功W 驅動電動機：
Figure 111122935-A0305-02-0011-3
阻力總功W 阻力：
Figure 111122935-A0305-02-0012-5
所述待測量車輛的勢能總變化量△E 車h：△E 車h=M 車* g *△h車
其中，M 車：車輛的質量；g：重力加速度；△h車：車輛重心在t1時刻和t2時刻之間的高度差，所述待測量車輛的動能變化△E 車v ：△E 車v =1/2*M 車*(v2 * v2-v1 * v1)
其中，v1：車輛在t1起始時刻的速度；v2：車輛在t2結束時刻的速度(v2>v1)。
需要說明的是，根據“能量守恆定律”，車輛驅動電動機的輸出總功等於傳動系統阻力做功、車輛行駛阻力做功(包括空氣阻力做功、輪胎阻力做功等其他阻力做功)、車輛在高度上的勢能變化、車輛的動能變化的和。對於電動汽車中的一類車型或者一輛車，上述傳動系統阻力和阻力做功，以及車輛行駛阻力和阻力做功資訊，是提前通過實車測試獲得的，並存儲到車輛質量計算模組組件，或車載電腦中的，具體說明如下。
傳動系統消耗的功：與傳動系統相關，不同的傳動系統有著不同的傳動阻力。由於電動汽車的傳動系統結構簡單，同型號的電動車的傳動系統阻力比較一致。所以傳動系統阻力和阻力做功是通過傳動系統的轉速和摩擦係數取得。
車輛行駛阻力做功：
1)空氣阻力做功，與車速和風速相關，車輛外形研發過程中將通過大量的風洞測試得出車輛的風阻係數。通過風阻係數和車速風速共同得到空氣阻力和空氣阻力做功。
2)輪胎阻力做功，這是輪胎的特性，不同類型的輪胎有著不同的滾動阻力係數。一般情況是輪胎的轉速(受車速影響)和滾動阻力係數共同得到。
根據以上得出計算等式：W驅動電動機=W阻力+△E 車h+△E車v即W 驅動電動機=W 阻力+(M 車* g *△h車)+1/2*M 車*(v2 * v2-v1 * v1)
則待測量車輛的質量M 車：M 車=((W 驅動電動機-W 阻力)* 2)/(2 * g *△h車+v2 * v2-v1 * v1)。
以上所述僅為本發明所公開的一種電動汽車質量的動態計算方法及裝置的優選實施方式，並非用於限定本說明書實施例的保護範圍。凡在本說明書實施例的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本說明書實施例的保護範圍之內。
S1~S3:步驟

Claims (8)

  1. 一種電動汽車質量的動態計算方法，包括如下步驟：獲取待測量車輛加速行駛時間段內的狀態數據，所述狀態數據包括時間、速度、高度、重力加速度、有效驅動功率和阻力功率；根據所述狀態數據資訊，計算待測量車輛在加速行駛時間段內的輸出總功、阻力總功、勢能總變化量和動能變化量；基於能量守恆定律，即車輛驅動電動機的輸出總功等於阻力總功、車輛在高度上的勢能變化量、車輛的動能變化量的和，計算待測量車輛的質量。
  2. 根據請求項1所述的一種電動汽車質量的動態計算方法，其中，所述待測量車輛的勢能總變化量△E 車h：△E 車h=M 車* g *△h車其中，M 車：車輛的質量；g：重力加速度；△h車：車輛重心在t1時刻和t2時刻之間的高度差，所述待測量車輛的動能變化△E 車v ：△E 車v =1/2*M 車*(v2 * v2-v1 * v1)其中，v1：車輛在t1起始時刻的速度；v2：車輛在t2結束時刻的速度(v2>v1)，基於能量守恆定律，W 驅動電動機=W 阻力+(M 車* g *△h車)+1/2*M 車*(v2 * v2-v1 * v1)則待測量車輛的質量M 車：M 車=((W 驅動電動機-W 阻力)* 2)/(2 * g *△h車+v2 * v2-v1 * v1)， 其中，W 驅動電動機：輸出總功；W 阻力：阻力總功。
  3. 根據請求項1所述的一種電動汽車質量的動態計算方法，其中，所述阻力總功包括傳動系統阻力做功和車輛行駛阻力做功之和。
  4. 根據請求項3所述的一種電動汽車質量的動態計算方法，其中，所述傳動系統阻力做功和車輛行駛阻力做功均通過實車測試獲得。
  5. 一種電動汽車質量的動態計算裝置，包括：獲取模組，用於獲取待測量車輛加速行駛時間段內的狀態數據，並發送至處理模組，所述狀態數據包括時間、速度、高度、重力加速度、有效驅動功率和阻力功率；處理模組，用於基於所述狀態數據資訊計算待測量車輛在加速行駛時間段內的輸出總功、阻力總功、勢能總變化量和動能變化量；用於基於能量守恆定律，即車輛驅動電動機的輸出總功等於阻力總功、車輛在高度上的勢能變化量、車輛的動能變化量的和，計算待測量車輛的質量。
  6. 根據請求項5所述的一種電動汽車質量的動態計算裝置，其中，所述待測量車輛的勢能總變化量△E 車h：△E 車h=M 車* g *△h車其中，M 車：車輛的質量；g：重力加速度；△h車：車輛重心在t1時刻和t2時刻之間的高度差，所述待測量車輛的動能變化△E 車v ：△E 車v =1/2*M 車*(v2 * v2-v1 * v1)其中，v1：車輛在t1起始時刻的速度；v2：車輛在t2 結束時刻的速度(v2>v1)，基於能量守恆定律，W 驅動電動機=W 阻力+(M 車* g *△h車)+1/2*M 車*(v2 * v2-v1 * v1)則待測量車輛的質量M 車：M 車=((W 驅動電動機-W 阻力)* 2)/(2 * g *△h車+v2 * v2-v1 * v1)其中，W 驅動電動機：輸出總功；W 阻力：阻力總功。
  7. 根據請求項5所述的一種電動汽車質量的動態計算裝置，其中，所述阻力總功包括傳動系統阻力做功和車輛行駛阻力做功之和。
  8. 根據請求項7所述的一種電動汽車質量的動態計算裝置，其中，所述傳動系統阻力做功和車輛行駛阻力做功均通過實車測試獲得。
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