一种用于计算增程式混合动力汽车续驶里程的系统 |
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| 申请号 | CN201510552409.9 | 申请日 | 2015-09-02 | 公开(公告)号 | CN105128853A | 公开(公告)日 | 2015-12-09 |
| 申请人 | 华晨汽车集团控股有限公司; | 发明人 | 康海鹏; 罗金修; 白福永; 单冲; 江宁; | ||||
| 摘要 | 一种用于计算增程式混合动 力 汽车 续驶里程的系统，技术要点是：动力 电池 荷电状态 ，动力电池最高 温度 ，动力电池最低温度和动力电池 单体 间 电压 差依次与带续驶 里程计 算模型的整车 控制器 相连接；油量信息通过油位 传感器 与带续驶里程计算模型的整车控制器相连接；驱动 电机 工作其电机控制器与带续驶里程计算模型的整车控制器相连接； 发动机 工作通过发动机控制与带续驶里程计算模型的整车控制器相连接；整车控制器与车载显示仪表相连接。判断当前模式，在以纯电动模式行驶的情况下，计算出续驶里程；在以增程模式行驶而剩余燃油将于动力电池剩余电量先耗尽的情况下计算出续驶里程。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于计算增程式混合动力汽车续驶里程的系统，它包括有动力电池荷电状态单元，动力电池最高温度单元，动力电池最低温度单元，动力电池单体间电压差单元，以及油量信息单元，驱动电机工作单元，发动机工作单元，其特征在于，所述动力电池荷电状态单元，动力电池最高温度单元，动力电池最低温度单元和动力电池单体间电压差单元依次与带续驶里程计算模型的整车控制器的输入端相连接；油量信息单元通过油位传感器与带续驶里程计算模型的整车控制器的输入端相连接；驱动电机工作单元通过其电机控制器与带续驶里程计算模型的整车控制器的输入端相连接；发动机工作单元通过发动机控制单元与带续驶里程计算模型的整车控制器的输入端相连接；整车控制器的输出端与车载显示仪表相连接。 |
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| 说明书全文 | 一种用于计算增程式混合动力汽车续驶里程的系统技术领域背景技术[0002] 新能源汽车的研发及投产越来越受到各车企及政府部门的重视。但是新能源汽车因动力电池在能量密度、寿命、价格等方面的局限，其价格和续驶里程均难与传统汽车相比，因此整合石油能源和新能源的增程式混合动力汽车成为新能源汽车的研究重点之一。增程式混合动力车的行驶模式包括纯电动行驶模式及增程行驶模式，纯电动行驶模式为车辆发动机不启动，仅由动力电池为主驱动电机和其它附件提供能量进行行驶的模式。增程行驶模式为车辆发动机启动，由发动机进行发电而为动力电池充电并为主驱动电机及整车附件提供能量或者由发动机进行发电同时与动力电池共同为主驱动电机及整车附件提供能量进行行驶的模式。 [0003] 传统意义上的油量表和电量表虽然能够大致显示剩余的能量，但是由于使用工况不同，驾驶员并不能从油量表和电量表中得到足够的信息来确认车辆是否能够行驶需求的距离。对于驾驶员来说，能够准确预知车辆的续驶里程，对了解车辆信息并合理使用车辆非常重要。 [0004] 在研发增程式混合动力汽车的过程中，如何将整车续驶里程相对准确而又合理地进行计算和显示不但非常重要，而且十分困难。因为增程式混合动力汽车有两套能源系统和两套动力系统，所以车辆具有不同的工作状态；再考虑驾驶员的驾驶习惯，这使得整车续驶里程计算变得异常复杂，常常需要根据驾驶员历史的驾驶习惯、驾驶员当前的驾驶习惯、车辆各零部件状态做出判断与预测，使车辆的续驶里程既能够实时地反映当前车辆状态，又不至于因为某些干扰因素而使车辆续驶里程产生较大的波动。 [0005] 中国专利公开号为CN104442817A的专利公开了一种显示混合动力汽车剩余续驶里程的方法及装置，该方法首先判断当前行驶里程，在当前行驶里程小于第一距离时，显示油剩余续驶里程和显示电剩余续驶里程与车辆历史油耗水平和历史电耗水平相关联；而在当前行驶里程大于第二距离时，显示油剩余续驶里程和显示电剩余续驶里程与车辆历史油耗水平和历史电耗水平不相关联。该专利还公开了一种显示混合动力汽车剩余续驶里程的装置，其系统包括显示仪表以及续驶里程计算单元。从续驶里程计算方法上比较，上述专利中的续驶里程计算方法应用至增程式混合动力汽车上时，因为增程式混合动力汽车的结构和驱动方式均与上述专利中所述有很大不同，并且此种方法仅对当前行驶里程作出判断，选择是否关联历史油耗水平与历史电耗水平，而并未考虑更多元的条件，当外界温度、车辆状态变化时会产生更大的偏差，所以上述专利在增程式混合动力汽车续驶里程计算上具有很大不足。另外，在上述专利的计算节点处有可能产生不必要的波动。从系统构型上比较，上述专利由显示仪表、续驶里程计算单元、HCU及CAN总线共同构成，这在结构、成本及运算速度上均有较大的优化空间。 发明内容[0006] 本发明的目的是提供了一种用于计算增程式混合动力汽车续驶里程的系统，以解决增程式混合动力汽车续驶里程计算不准、在计算节点上续驶里程显示值存在突变以及续驶里程显示成本高的问题。 [0007] 本发明的目的是通过如下技术方案来实现的：一种用于计算增程式混合动力汽车续驶里程的系统，它包括有动力电池荷电状态单元，动力电池最高温度单元，动力电池最低温度单元，动力电池单体间电压差单元，以及油量信息单元，驱动电机工作单元，发动机工作单元，其特征在于，所述动力电池荷电状态单元，动力电池最高温度单元，动力电池最低温度单元和动力电池单体间电压差单元依次与带续驶里程计算模型的整车控制器的输入端相连接；油量信息单元通过油位传感器与带续驶里程计算模型的整车控制器的输入端相连接；驱动电机工作单元通过其电机控制器与带续驶里程计算模型的整车控制器的输入端相连接；发动机工作单元通过发动机控制单元与带续驶里程计算模型的整车控制器的输入端相连接；整车控制器的输出端与车载显示仪表相连接。 [0008] 由整车控制器进行计算和处理，得到在当前状态下动力电池剩余能量，作为续驶里程计算模块的输入变量。油量信息由油位传感器进行采集，并将采集到的原始信号输入到整车控制器，由整车控制器进行滤波处理，作为续驶里程计算模块的输入变量以及仪表的输出显示。驱动电机工作点处理方法为由电机控制器采集电机工作时的转矩、转速、电压、电流，并传输到整车控制器，由整车控制器进行处理和计算，作为续驶里程计算模块的输入变量。发动机工作点处理方法为由发动机电控单元采集发动机的转矩、转速，并传输到整车控制器，由整车控制器进行处理和计算，作为续驶里程计算模块的输入变量。本发明中整车控制器指增程式混合动力汽车对整车进行控制的控制器，将续驶里程计算模块搭载进整车控制器可以充分利用整车控制器资源，从而实现节约成本的目的。本发明中车载仪表是为新能源车辆专门开发的仪表，通过CAN总线与整车控制器进行通讯，接收整车控制器指令进行显示，在本发明中涉及到的部分为续驶里程显示和油量显示。 [0009] 所述方法包括：判断当前行驶模式，在以纯电动模式行驶的情况下，续驶里程的计算不进行预测，根据当前油量、当前电量及驾驶习惯计算续驶里程；在以增程模式行驶而剩余燃油将于动力电池剩余电量先耗尽的情况下，整车续驶里程计算不进行预测，根据当前油量、当前电量及发动机工作点计算续驶里程；在以混合动力模式行驶而动力电池剩余电量将于剩余燃油先耗尽的情况下，整车续驶里程需进行预测，并按照预测算法计算出续驶里程。在整车下电时，将当前计算所得的平均电耗与续驶里程写入整车控制器内存，当整车再次上电时，作为初始值进行显示和计算。 [0010] 本发明所述系统包括显示增程式混合动力汽车续驶里程的装置的整车控制器和车载仪表，整车控制器对收集到的各种信息加以处理和计算，并将计算和滤波后的最终续驶里程通过CAN总线输入到车载仪表；车载仪表接受整车控制器发送的CAN信息，用以显示续驶里程和剩余油量。 [0011] 在以纯电动模式行驶的情况下，续驶里程=（纯电动模式下剩余燃油可转化成的电能+动力电池剩余电能）/单位里程的平均电耗；纯电动模式下剩余燃油可转化成的电能=剩余燃油总量*纯电动模式下单位质量燃油能够转化成的电能。 [0012] 动力电池剩余电能计算方法：将当前动力电池荷电状态（SOC）作为主要参数得到动力电池剩余能量，考虑到以下条件并将以下条件分别赋以衰减系数，条件包括动力电池最高温度、动力电池最低温度、动力电池单体间电压差，将剩余能量乘以衰减系数得到动力电池最终可用剩余能量。 [0013] 剩余燃油总量的计算方法：将由传感器采集的油量信息进行较小时间常数的滤波，防止因测量油量的传感器波动造成续驶里程的大幅变化。 [0014] 纯电动模式下单位质量燃油能够转化成的电能的获取方法：由当前驾驶习惯通过离线方式得到由发动机全部提供此时动力时的单位质量燃油能够转化成的电能，以此作为纯电动模式下单位质量燃油能够转化成的电能。 [0015] 在以增程模式行驶而剩余燃油将于动力电池剩余电量先耗尽的情况下，续驶里程=（当前增程模式下剩余燃油可转化成的电能+动力电池剩余电能）/单位里程的平均电耗；当前增程模式下剩余燃油可转化成的电能=剩余燃油总量*当前增程模式下单位质量燃油能够转化成的电能；当前增程模式下单位质量燃油能够转化成的电能计算方法为：由当前发动机工作点确定，通过实时监测或离线查表的方式得到当前增程模式下单位质量燃油能够转化成的电能。 [0016] 在以混合动力模式行驶而动力电池剩余电量将于剩余燃油先耗尽的情况下，续驶里程=（当前增程模式下动力电池耗尽时燃油可转化成的电能+动力电池电量耗尽后预测燃油可转化成的电能+动力电池剩余电能）/单位里程的平均电耗。 [0017] 当前增程模式下动力电池耗尽时燃油可转化成的电能计算方法为：在当前驾驶习惯与动力电池荷电状态下，由主驱动电机工作点和发动机工作点共同确定，结合当前的电消耗率与燃油消耗率，预测出在动力电池电量消耗至不可再放电程度时所消耗的燃油总质量，再乘以当前增程模式下单位质量燃油能够转化成的电能，得到当前增程模式下动力电池耗尽时燃油可转化成的电能。 [0018] 动力电池耗尽后预测燃油可转化成的电能计算方法为：在当前驾驶习惯下，由主驱动电机工作点决定，预测发动机成为单独能量源提供整车能量需求时单位质量燃油能够提供的电能，再乘以动力电池电量耗尽后剩余燃油的预测质量，得到动力电池电量耗尽后预测燃油可转化成的电能。 [0019] 在整车下电时，将当前计算所得的平均电耗与续驶里程写入整车控制器内存。当整车再次上电时，先读取前一次正常下电后的平均电耗，同时读取当前车辆状态中关于动力电池和储备燃油的信息，由二者计算出当前车辆续驶里程的初始值。 [0020] 在向仪表输出整车续驶里程之前，对整车续驶里程进行滤波，滤波时间常数选择很大。滤波常数是指当整车计算续驶里程变化时，仪表显示续驶里程对此变化的敏感程度，滤波常数越大，上述敏感程度就越小。 [0021] 本发明针对现有技术的难点和缺陷提供了一种系统地计算增程式混合动力汽车续驶里程的方法，据此方法可以更加准确地对续驶里程进行预估。本发明充分考虑了能够影响增程式混合动力汽车续驶里程的因素，包括动力电池最高温度、动力电池最低温度、动力电池单体间电压差、动力电池荷电状态、剩余油量、驾驶员驾驶习惯，将这些因素按照不同的影响程度和影响方式进行有机组合，形成一个系统工程，使续驶里程的预估更加精准；同时本发明还利用整车控制器对油量、续驶里程进行滤波，使油量和续驶里程的显示在应对外界干扰时能够更加稳定；并且利用整车控制器对历史平均电耗进行存储，使得整车重新上电后仍然能够相对于前一次驾驶周期连续而准确地显示续驶里程。依据本发明，车辆的续驶里程准确度可以得到很大的提高，并且在外界干扰信号的影响下具有良好的稳定性，在整车下电后再重新上电的情况下，续驶里程可以从历史记录平稳过渡到当前行驶习惯下的状态，因此驾驶员可以根据显示的续驶里程作出相应的判断，从而显著改善车辆的驾驶性。附图说明 具体实施方式[0023] 实例1下面结合附图对本发明的实施原理作具体的描述：图1是根据本发明的一个实施例的用于显示增程式混合动力汽车续驶里程装置工作方式的示意图。如图1所示，本发明装置共包括信号采集系统、整车控制器续驶里程计算模块以及车载仪表三大部分。 [0024] 信号采集部分的作用是收集与续驶里程相关的所有信息，并汇总到整车控制器进行处理。在信号采集系统中，动力电池荷电状态、动力电池最高温度、动力电池最低温度、动力电池单体间电压差由整车动力电池管理系统进行采集并汇总到整车控制器，由整车控制器进行计算和处理，得到在当前状态下动力电池剩余能量，作为续驶里程计算模块的输入变量。油量信息由油位传感器进行采集，并将采集到的原始信号输入到整车控制器，由整车控制器进行滤波处理，作为续驶里程计算模块的输入变量以及仪表的输出显示。 [0025] 驱动电机工作点处理方法为由电机控制器采集电机工作时的转矩、转速、电压、电流，并传输到整车控制器，由整车控制器进行处理和计算，作为续驶里程计算模块的输入变量。 [0026] 发动机工作点处理方法为由发动机电控单元采集发动机的转矩、转速，并传输到整车控制器，由整车控制器进行处理和计算，作为续驶里程计算模块的输入变量。本发明中整车控制器指增程式混合动力汽车对整车进行控制的控制器，将续驶里程计算模块搭载进整车控制器可以充分利用整车控制器资源，从而实现节约成本的目的。本发明中车载仪表是为新能源车辆专门开发的仪表，通过CAN总线与整车控制器进行通讯，接收整车控制器指令进行显示，在本发明中涉及到的部分为续驶里程显示和油量显示。 [0027] 图2是根据本发明的一个实施例，用于计算增程式混合动力汽车续驶里程方法的示意图。续驶里程计算模块以整车控制器为依托，并搭载在整车控制器中。 [0028] 整车上电后，续驶里程计算模块便立刻开始运行。先读取内存中上次记录的平均电耗，再根据当前行驶状态逐步修正平均电耗，使得续驶里程显示能够平稳地过渡，不会因下电产生跳变。 [0029] 续驶里程模块会对当前行驶模式进行判断。当行驶模式为纯电动行驶的情况下，采用以下方法计算续驶里程：续驶里程=（纯电动模式下剩余燃油可转化成的电能+动力电池剩余电能）/单位里程的平均电耗； 纯电动模式下剩余燃油可转化成的电能=剩余燃油总量*纯电动模式下单位质量燃油能够转化成的电能； 动力电池剩余电能的计算方法：将当前动力电池荷电状态（SOC）作为主要参数得到动力电池剩余能量，考虑到以下条件并将以下条件分别赋以衰减系数，条件包括动力电池最高温度、动力电池最低温度、动力电池单体间电压差，将剩余能量乘以衰减系数得到动力电池最终可用剩余能量； 剩余油量的计算方法：将由传感器采集的油量信息进行较小时间常数的滤波，防止因测量油量的传感器波动造成续驶里程的大幅变化； 纯电动模式下单位质量燃油能够转化成的电能的获取方法：由当前驾驶习惯通过离线方式得到由发动机全部提供此时动力时的单位质量燃油能够转化成的电能，以此作为纯电动模式下单位质量燃油能够转化成的电能。 [0030] 当行驶模式为增程模式，并且剩余燃油将于动力电池剩余电量先耗尽的情况下，采用以下方法计算续驶里程：续驶里程=（当前增程模式下剩余燃油可转化成的电能+动力电池剩余电能）/单位里程的平均电耗； 当前增程模式下剩余燃油可转化成的电能=剩余燃油总量*当前增程模式下单位质量燃油能够转化成的电能； 当前增程模式下单位质量燃油能够转化成的电能计算方法为：由当前发动机工作点确定，通过实时监测或离线查表的方式得到当前增程模式下单位质量燃油能够转化成的电能。 [0031] 当行驶模式为增程模式，并且动力电池剩余电量将于剩余燃油先耗尽的情况下，续驶里程=（当前增程模式下动力电池耗尽时燃油可转化成的电能+动力电池电量耗尽后预测燃油可转化成的电能+动力电池剩余电能）/单位里程的平均电耗；当前增程模式下动力电池耗尽时燃油可转化成的电能计算方法为：在当前驾驶习惯与动力电池荷电状态下，由主驱动电机工作点和发动机工作点共同确定，结合当前的电消耗率与燃油消耗率，预测出在动力电池电量消耗至不可再放电程度时所消耗的燃油总质量，再乘以当前增程模式下单位质量燃油能够转化成的电能，得到当前增程模式下动力电池耗尽时燃油可转化成的电能； 动力电池耗尽后预测燃油可转化成的电能计算方法为：在当前驾驶习惯下，由主驱动电机工作点决定，预测发动机成为单独能量源提供整车能量需求时单位质量燃油能够提供的电能，再乘以动力电池电量耗尽后预测剩余燃油的质量，得到预测动力电池电量耗尽后燃油可转化成的电能。 [0032] 在整车下电时，将当前计算所得的平均电耗与续驶里程写入整车控制器内存。当整车再次上电时，先读取前一次正常下电后的平均电耗，同时读取当前车辆状态中关于动力电池和储备燃油的信息，由二者计算出当前车辆续驶里程的初始值。 [0033] 在向仪表输出整车续驶里程之前，续驶里程计算模块对整车续驶里程进行滤波，滤波时间常数选择很大。滤波常数是指当整车计算续驶里程变化时，仪表显示续驶里程对此变化的敏感程度，滤波常数越大，上述敏感程度就越小。 |
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