一种基于远程数据传输的纯电动汽车续驶里程估计装置及方法

摘要

本发明公开了一种基于远程数据传输的纯电动汽车续驶里程估计装置，包括车载导航仪、控制单元模块、GPRS通信模块、SOC计算模块、信息中心；车载导航仪对车辆进行GPS定位，获取车辆的位置信息，驾驶员将目的地输入车载导航仪，车载导航仪设定行车路线；控制单元模块存储车辆信息，包括车型、整车参数、电机参数，控制单元模块对车载导航仪设定行车路线进行划分，划分为若干个路段，并通过GPRS通信模块向信息中心发出提取参考运动学片段的信号，控制单元模块接收到参考运动学片段后，计算出行驶该路段的电量消耗ΔC，输出至SOC计算模块，SOC计算模块估计出车辆当前的续驶里程，续驶里程估计值在显示器上进行显示。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于远程数据传输的纯电动汽车续驶里程估计装置及方法，属于远程数 据传输技术领域。

背景技术

随着汽车整车技术和关键零部件技术的不断发展，车辆上的各种电子系统和设备越来越 齐全，越来越趋于人性化。

国内汽车的普及率正在逐年提高，人们对汽车的认识也越来越深入。于是，人们在购车 的时候，除了关注汽车本身的机械性能之外，还关注与汽车相关的各种电子系统和设备。

自80年代起，国外各汽车制造厂在其生产的车辆上配备多功能的控制/诊断系统，这些 系统在车辆发生故障时可以警示驾驶者，随着无线通讯技术越来越发达，这种控制诊断技术 不能只局限于车载内部，车内信息实时交由网络来通讯，实现车辆的远程监控、远程诊断将 是现在发展的主要趋势。

电动汽车有低排放、低噪声的优点，但在续驶里程与载重方面和燃油汽车还有很大差距， 至今制约电动汽车推广的关键问题仍然是电池的可靠性及续驶能力。因此对纯电动汽车的 SOC测量和续驶里程的研究尤为重要。

电动汽车需要准确的估计电池的SOC以提高电池的充放电能力和提高安全性，但电池 在使用过程中表现出高度的非线性，使得SOC难以测量。目前，剩余电量SOC检测的基本 方法有开路电压发、放电实验法、安时法、密度法、内阻法等等。这些方法虽然可行。但都 只考虑了与电池容量有关的某一个因素。因此测量精度较低，或者不能实时测量。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，针对现有技术和实用性需求，提出一种基于远程数 据传输的纯电动汽车续驶里程估计装置及方法，将车型、路段、交通拥堵情况综合用于划分 运动学片段，来估计纯电动汽车的续驶里程。

一种基于远程数据传输的纯电动汽车续驶里程估计装置，包括车载导航仪、控制单元模 块、GPRS通信模块、SOC计算模块、信息中心；

车载导航仪对车辆进行GPS定位，获取车辆的位置信息，驾驶员将目的地输入车载导航 仪，车载导航仪设定行车路线；

控制单元模块存储车辆信息，包括车型、整车参数、电机参数，控制单元模块对车载导 航仪设定行车路线进行划分，划分为若干个路段，并通过GPRS通信模块向信息中心发出提 取参考运动学片段的信号，信息中心首先根据车型在运动学片段数据库进行查找，参考相应 路段当时的交通拥堵指数，查找到相应路段的参考运动学片段，如果运动学片段数据库中没 有该车型的运动学片段，根据整车参数、电机参数，匹配运动学片段数据库内相似的车型， 参考相应路段当时的交通拥堵指数，查找相似车型相应路段的参考运动学片段发送给控制单 元模块；

控制单元模块接收到参考运动学片段后，计算出行驶该路段的电量消耗ΔC，输出至SOC 计算模块，电量总消耗ΔC为：

第i个片段电量消耗的表达式：

ΔC_i＝(SOC_0i-SOC_i)×C_Ni

其中：SOC_0i表示第i个片段的初始SOC，SOC_i表示第i个片段的结束SOC，ΔC_i表示 第i个片段的电量消耗，i无取值范围，根据导航仪设定的行车路线划分的片段数量而定；

电量总消耗估计值：

ΔC＝ΔC₁+ΔC₂+...+ΔC_n

SOC计算模块估计出车辆当前的续驶里程；

当前的SOC值：

$\mathrm{SOC}={\mathrm{SOC}}_0-\frac{\mathrm{\Delta C}}{C_N}$

每公里平均消耗SOC：

$l=\frac{{\mathrm{SOC}}_0-\mathrm{SOC}}{L}$

续驶里程估计值：

$L_E=\frac{\mathrm{SOC}}{l}$

当车辆行驶过该路段之后，控制单元模块将该车辆的车辆信息、行驶该路段时的交通拥 堵指数、行驶该路段的电量消耗、路段的位置信息绑定成路段信息块，通过GPRS模块发送 至信息中心，作为参考运动学片段，更新信息中心的运动学片段数据库；

续驶里程估计值在显示器上进行显示。

一种基于远程数据传输的纯电动汽车续驶里程估计方法，包括以下几个步骤：

（1）当车辆行驶于城市路段时，城市道路以路口划分路段，当车辆行驶于市郊路段时， 路段划分以N公里为单位路段，控制单元模块通过车载导航仪获取车辆行驶的路段和该路段 的交通拥堵指数；

（2）当驾驶员在车载导航仪上输入目的地之后，车载导航仪为其设定好路线，控制单 元模块将路线按路口划分成多个路段，然后通过GPRS模块向信息中心发送提取参考运动学 片段的申请；

（3）信息中心收到申请后，首先根据车型在运动学片段数据库进行查找，参考相应路 段当时的交通拥堵指数，查找到相应路段的参考运动学片段，如果运动学片段数据库中没有 该车型的运动学片段，根据整车参数、电机参数，匹配运动学片段数据库内相似的车型，参 考相应路段当时的交通拥堵指数，查找相似车型相应路段的参考运动学片段发送给控制单元 模块根据当前车辆的车型、行驶路段、当前道路的交通拥堵指数为车辆选择合适的参考运动 学片段并发送，控制单元模块接收到参考运动学片段后，结合SOC计算模块计算出当前车 辆的续驶里程：

根据安时法，当前的SOC状态为：

$\mathrm{SOC}={\mathrm{SOC}}_0-\frac{1}{C_N}{\int }_0^t\mathrm{I\eta dt}$

其中C_N为额定容量，I为电池电流，η为充放电效率；

即：

$\mathrm{SOC}={\mathrm{SOC}}_0-\frac{\mathrm{\Delta C}}{C_N}$

第i个片段电量消耗的表达式：

ΔC_i＝(SOC_0i-SOC_i)×C_Ni

其中：SOC_0i表示第i个片段的初始SOC，SOC_i表示第i个片段的结束SOC，ΔC_i表示 第i个片段的电量消耗，i无取值范围，根据导航仪设定的行车路线划分的片段数量而定；

电量总消耗估计值：

ΔC＝ΔC₁+ΔC₂+...+ΔC_n

当前的SOC值：

$\mathrm{SOC}={\mathrm{SOC}}_0-\frac{\mathrm{\Delta C}}{C_N}$

每公里平均消耗SOC：

$l=\frac{{\mathrm{SOC}}_0-\mathrm{SOC}}{L}$

续驶里程估计值：

$L_E=\frac{\mathrm{SOC}}{l}$

（4）车辆在行驶过程中每经过一个路段，控制单元模块都会将该车的车型信息、行驶 该路段时的交通拥堵状况、行驶该路段的电量消耗、路段的位置信息绑定，形成路段信息块， 通过GPRS模块发送至信息中心；

（5）信息中心将每个绑定好的路段信息块存入数据库，作为备用的参考运动学片段， 不断更新信息中心的数据库；

所述的数据库对于运动学片段按照车型、行驶路段和当时的交通指数进行分类存储，更 新后，对空缺信息进行补充。

本发明的优点在于：

（1）本发明利用参考运动学片段，能够为电动车辆估算出行驶路程的电量消耗，进一步 估计出电动车辆的续驶里程；

（2）本发明对城市路段和郊区路段的划分，提高了运动学片段的精度，提高了估计的电 量消耗的可靠度；

（3）本发明的通过信息中心为车辆生成参考运动学片段，是通过对数据库内信息的匹配 而生成，很大程度上提高了估算的精度，并且适应了公路交通的多样性和可变性；

（4）运动学片段数据库由行驶车辆的不断反馈来更新数据库内容，提高了系统的发展性 和延伸性，适应了车辆交通系统日新月异的发展变化。

附图说明

图1：本发明的方框结构图；

图2：本发明系统的工作流程图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明是一种基于远程数据传输的纯电动汽车续驶里程估计装置，如图1所示，包括车 载导航仪1、控制单元模块2、GPRS通信（无线通信）模块3、SOC（State Of Charge 荷电状态）计算模块4、信息中心5；

车载导航仪1对车辆进行GPS定位，获取车辆的位置信息，驾驶员将目的地输入车载 导航仪1，车载导航仪1设定行车路线；

控制单元模块2存储车辆信息，包括车型、整车参数（总质量、长/宽/高、最高车速、 加速性能、爬坡度）、电机参数（额定电压、额定功率、最大功率、额定扭矩、最大扭矩、额 定转速、最大转速），控制单元模块2对车载导航仪1设定行车路线进行划分，划分为若干 个路段，并通过GPRS通信模块3向信息中心5发出提取参考运动学片段的信号，信息中心 5首先根据车型在运动学片段数据库进行查找，参考相应路段当时的交通拥堵指数，查找到 相应路段的参考运动学片段，如果运动学片段数据库中没有该车型的运动学片段，根据整车 参数、电机参数，匹配运动学片段数据库内相似的车型，参考相应路段当时的交通拥堵指数， 查找相似车型相应路段的参考运动学片段发送给控制单元模块2。

控制单元模块2接收到参考运动学片段后，计算出行驶该路段的电量消耗ΔC，输出至 SOC计算模块4；电量消耗ΔC的计算方式为：

根据安时法，当前的SOC状态为：

$\mathrm{SOC}={\mathrm{SOC}}_0-\frac{1}{C_N}{\int }_0^t\mathrm{I\eta dt}$

其中C_N为额定容量，I为电池电流，η为充放电效率，不是常数；

即：

$\mathrm{SOC}={\mathrm{SOC}}_0-\frac{\mathrm{\Delta C}}{C_N}$

电量消耗的表达式：

ΔC＝(SOC₀-SOC)×C_N

每一段参考片段的电量消耗：

ΔC₁＝(SOC₀₁-SOC₁)×C_N1

ΔC₂＝(SOC₀₂-SOC₂)×C_N2

…….

ΔC_n＝(SOC_0n-SOC_n)×C_Nn

电量总消耗估计值：

ΔC＝ΔC₁+ΔC₂+...+ΔC_n

SOC计算模块4估计出车辆当前的续驶里程。

当前的SOC值：

$\mathrm{SOC}={\mathrm{SOC}}_0-\frac{\mathrm{\Delta C}}{C_N}$

每公里平均消耗SOC：

$l=\frac{{\mathrm{SOC}}_0-\mathrm{SOC}}{L}$

续驶里程估计值：

$L_E=\frac{\mathrm{SOC}}{l}$

续驶里程估计值在显示器上进行显示。

当车辆行驶过该路段之后，控制单元模块2将该车辆的车辆信息、行驶该路段时的交通 拥堵指数、行驶该路段的电量消耗、路段的位置信息绑定成路段信息块，通过GPRS模块3 发送至信息中心5，作为参考运动学片段，更新信息中心5的运动学片段数据库。

所述的运动学片段数据库对于运动学片段按照车型、行驶路段和当时的交通拥堵指数进 行分类存储，更新后，对空缺信息进行补充。

所述的GPRS模块3使用3G与信息中心5实现远程数据交互。

所述的SOC计算模块4能够获取当前车辆的SOC值，指示当前电量的百分比。

所述的信息中心5用于存储电动汽车在行驶过程中的形成的路段信息块，主要包含的内 容为：车辆车型信息、路段位置信息、当时的交通拥堵指数、行驶该路段的电量消耗。信息 中心5可以为行驶车辆生成最匹配的参考运动学片段，行驶中的车辆不断反馈的路段信息块， 也能够不断丰富和更新信息中心的数据库。

本发明的一种基于远程数据传输的纯电动汽车续驶里程估计方法，流程如图2所示，分 别两种路段进行处理：

当车辆行驶于城市路段时：

（6）城市道路以路口划分路段，控制单元模块通过车载导航仪1获取车辆行驶的路 段和该路段的交通拥堵指数。

（7）当驾驶员在车载导航仪1上输入目的地之后，车载导航仪1为其设定好路线， 控制单元模块将路线按路口划分成多个路段，然后通过GPRS模块3向信息中心5发送提取 参考运动学片段的申请。

（8）信息中心收到申请后，首先根据车型在运动学片段数据库进行查找，参考相应路 段当时的交通拥堵指数，查找到相应路段的参考运动学片段，如果运动学片段数据库中没有 该车型的运动学片段，根据整车参数、电机参数，匹配运动学片段数据库内相似的车型，参 考相应路段当时的交通拥堵指数，查找相似车型相应路段的参考运动学片段发送给控制单元 模块2根据当前车辆的车型、行驶路段、当前道路的交通拥堵指数为车辆选择合适的参考运 动学片段并发送，控制单元模块接收到参考运动学片段后，结合SOC计算模块4计算出当 前车辆的续驶里程：

根据安时法，当前的SOC状态为：

$\mathrm{SOC}={\mathrm{SOC}}_0-\frac{1}{C_N}{\int }_0^t\mathrm{I\eta dt}$

其中C_N为额定容量，I为电池电流，η为充放电效率，不是常数；

即：

$\mathrm{SOC}={\mathrm{SOC}}_0-\frac{\mathrm{\Delta C}}{C_N}$

电量消耗的表达式：

ΔC＝(SOC₀-SOC)×C_N

每一段参考片段的电量消耗：

ΔC₁＝(SOC₀₁-SOC₁)×C_N1

ΔC₂＝(SOC₀₂-SOC₂)×C_N2

……

ΔC_n＝(SOC_0n-SOC_n)×C_Nn

电量总消耗估计值：

ΔC＝ΔC₁+ΔC₂+...+ΔC_n

当前的SOC值：

$\mathrm{SOC}={\mathrm{SOC}}_0-\frac{\mathrm{\Delta C}}{C_N}$

每公里平均消耗SOC：

$l=\frac{{\mathrm{SOC}}_0-\mathrm{SOC}}{L}$

续驶里程估计值：

$L_E=\frac{\mathrm{SOC}}{l}$

（9）车辆在行驶过程中每经过一个路段，控制单元模块都会将该车的车型信息、行驶 该路段时的交通拥堵状况、行驶该路段的电量消耗、路段的位置信息绑定，形成路段信息块， 通过GPRS模块3发送至信息中心5。

（10）信息中心5将每个绑定好的路段信息块存入数据库，作为备用的参考运动学片 段，不断更新信息中心的数据库。

所述的数据库对于运动学片段按照车型、行驶路段和当时的交通指数进行分类存储；更 新后，对空缺信息进行补充。

当车辆行驶于市郊路段时：

（1）只有划分路段的不同，其他部分与行驶于城市路段相同。

（2）路段划分将以两公里为单位路段，同样绑定该车的车型信息、行驶该路段时的交通 拥堵状况、行驶该路段的电量消耗、路段的位置信息，通过GPRS模块发送至信息中心。同 时向信息中心请求参考运动学片段，结合SOC计算模块，估计出车辆的续驶里程。