一种纯电动汽车实际行驶能耗测试、评价和预测方法技术

本发明专利技术的纯电动汽车实际行驶能耗测试、评价和预测方法，采用三个能耗评价系数β0、β1、β2准确预测纯电动汽车实际行驶能耗，三个能耗评价系数拟合结果的决定系数高达0.99。本发明专利技术的方法只需三个以上行程的纯电动汽车行驶时间、速度和能耗数据，即可实现纯电动汽车能耗的测试、评价和预测。方法简单，计算量小，易于使用和推广。本发明专利技术的方法的时间、车速和充电能耗信息都可以在不对整车进行任何改动的情况下准确获得，非常适合用于纯电动汽车能耗情况的在线监控、评估和预测。实际测量得到的能耗率与预测能耗率的相对误差均为1%左右，最大不超过3%，说明利用本方法预测纯电动汽车的能耗率有很好的准确度。

Method for testing, evaluating and predicting actual electric energy consumption of pure electric vehicle

Pure electric vehicle of the invention the actual driving energy consumption test, evaluation and prediction method, using three energy consumption evaluation coefficient of beta 0, beta 1, beta 2 accurate prediction of pure electric vehicle real driving energy, determination coefficient of three energy consumption evaluation coefficient of the fitting results of up to 0.99. The method of the invention can realize the test, evaluation and prediction of the energy consumption of the pure electric vehicle only by the travel time, speed and energy consumption data of the pure electric vehicle with more than three trips. The method is simple, the calculation is small, easy to use and promote. The method of the invention of the time, speed and charging energy consumption information can be no change in the vehicle accurately, very suitable for online monitoring, assessment and prediction of the energy consumption of electric vehicles. The relative error between the actual measured energy consumption rate and the predicted energy consumption rate is about 1%, the maximum is not more than 3%, indicating that this method can be used to predict the energy consumption rate of pure electric vehicles.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种汽车能耗评价方法领域，特别是涉及一种面向纯电动汽车实际行驶能耗的测试、评价和预测方法。
技术介绍
随着环境问题受到越来越广泛的关注，电动汽车已经成为未来绿色交通的重要组成部分。近年来，各国出台了一系列政策以推动电动汽车的发展。推广电动汽车的主要目的就是实现交通领域的节能减排，但对电动车的行驶能耗的评价方法仍存在明显的不足。目前，电动汽车能耗的测试评价结论还不能用于准确预测实际行驶中电动汽车的能耗。电动汽车行驶能耗不但直接决定了其节能减排的效益，而且决定了其续驶里程的大小，所以对电动汽车行驶能耗的合理评价具有重要作用。目前，中国国内法规采用工况法和等速法对能耗进行测试和评价。两种测试方法均在底盘测功机上进行，利用底盘测功机模拟行驶阻力。所谓工况法即在轮毂测功机上设定标准NEDC(TheNewEuropeanDrivingCycle新欧洲驾驶循环)工况进行测试；所谓等速法即在底盘测功机上设定恒定60km/h进行测试。车辆的实际行驶数据和国内外大量研究表明，由于汽车受到行驶时段、道路状况、驾驶员驾驶习惯等因素的影响，其实际的行驶能耗可能与标准工况测试的能耗存在较大差异，所以目前这种利用标准工况对纯电动汽车能耗进行测试和评价的方法存在明显的不合理性。目前标准测试出的能耗结果也无法用于实际行驶能耗的预测。美国对电动汽车的能耗测试对传统的工况法进行了改进，称为EPA五工况法。其中五个测试工况包括典型城市工况UDDS（urbandynamometerdrivingschedule），典型高速工况HWFET（Highwayfueleconomytestcycle），激进驾驶工况US06（US06supplementalfederaltestprocedure），及一个冷启动工况和一个空调测试工况。这种测试方法系统通过增加不同的典型测试工况，相对全面的体现电动汽车的能耗水平。但由于实际行驶工况几乎不能和任何一个测试工况完全一致，所以这种测试方法也只能粗略的预测不同行驶工况下的能耗。目前能耗评价方法的另一个缺陷在于，无论是国内目前采用的单工况测试法还是美国采用的五工况法，都只能在底盘测功机上进行测试，无法对实际行驶过程进行测试，这就为能耗测试作弊提供了机会。2015年的大众排放门事件充分的说明了对整车能耗排放进行实际行驶监控的重要作用。但目前的方法都无法将车辆实际行驶过程中能耗测试数据用于评价。本质上，对车辆实际行驶过程中能耗的评价才能真正反映电动车节能减排效益。在学术上，利用仿真模型可以相对准确的预测不同工况下电动汽车的能耗特性，但是仿真模型不但非常复杂，无法通用，而且需要大量复杂细节的整车参数。这些参数无法通过整车的测试直接得到，所以这种方法无法应用于实际电动汽车的测试、评价和预测。
技术实现思路
为了解决已有技术的缺点，本专利技术提供一种可以直接利用电动汽车实际行驶数据，对电动汽车能耗进行测试、评价和预测的方法。这种测试方法适用于纯电动汽车，包括商用车及乘用车。本专利技术可以基于任意纯电动汽车的实际行驶数据（≥三个行程），通过能耗特征提取算法获取本专利技术定义的表征电动汽车能耗特性的三个特征系数、、，可以采用这三个特征系数全面的评价电动汽车的能耗特性。在能耗率预测方面，只需利用这三个参数，就可以预测任意工况下该电动汽车的能耗。本专利技术的纯电动汽车实际行驶能耗测试、评价和预测方法，A.使用的仪器设备包括行驶数据采集单元和数据处理计算机；行驶数据采集单元，其包括车载数据采集系统和充电能量测量设备；车载数据采集系统包括车速采集单元、主控制器、数据输出单元，由电源模块供电；电源模块的输入来源于车载弱电蓄电池；数据处理计算机包括行驶数据前处理单元、能耗特征提取单元和能耗率预测单元，数据处理计算机中存储和运行专用软件，用于处理车载数据采集系统和充电能量测量设备获取的数据，并进行纯电动汽车实际行驶能耗测试、评价和预测；B.所述的纯电动汽车实际行驶能耗测试、评价和预测方法的步骤和条件如下：定义：行驶数据包括时间、车速和行程消耗的电能信息，行驶数据的采集以“行程”计，一个“行程”的行驶数据定义为记录从车速为0起动直至某一时刻车速降为0全过程的时间、车速和能耗数据；行驶数据采集和传输:（a）时间和车速数据的采集是通过车载数据采集系统实现的，要求等间隔采样，1Hz≤采样频率≤100Hz,数据无中断且全过程时间≥20分钟；车速采集单元用于获取车速信息，采用GPS、整车CAN总线或惯导的方式，其中GPS方式通过GPS定位信息计算获得车速信息，CAN总线方式通过读取车辆CAN总线中的报文直接获取车速信息，惯导通过陀螺仪的加速度信息计算获得车速信息；主控制器用于控制车速采集单元，从车速采集单元读取车速，并将时间、速度信息传递给数据输出单元；数据输出单元采用无线传输方式的GPRS、3G或4G网络，或SD卡存储后手动拷贝的方式将信息传给数据处理计算机，行驶数据前处理单元通过数据处理计算机存储和运行的专用软件，对采集到的时间、车速信息进行校验、剔除不完整及不符合要求的行程，并对车速数据进行滤波，去除由于采集车速的波动及不合理的数据；行驶数据前处理单元旨在保证采集的车速信息完整、合理和平滑；（b）行程消耗的电能的采集是由充电能量测量设备获得的：在一个行程开始前，保证电动汽车的动力蓄电池充满电；在行程结束后马上将车辆与电网连接，再次将车辆的动力蓄电池充满电；在电网与车辆充电机之间连接充电能量测量设备，在行程结束后的充电过程中测量并记录来自电网的电能，该能量即为该行程中电动汽车消耗的电能，将信息传给数据处理计算机；行驶工况的F1和F2两个参数计算：能耗特征提取单元通过数据处理计算机存储和运行的专用软件，利用行驶数据前处理单元得到的时间、速度的数据，根据式1和式2得到F1和F2两个参数：式1式2式中v(i)为第i个采样时刻的车速，n为一个行程的采样点数，ts为采样周期kbrk为一个参数，单位同速度，该参数通过试验标定获得，用于通过整车的减速度即相邻速度数据的之差判断是否在第i个采样时刻计算整车制动力，只有当相邻速度差即近似该采样点的减速度差大于设定值时kbrk，计算制动能量，否则认为该时刻减速非制动造成，所以不在式2中计算,F1、F2分别用于表征车辆的对应行程中，整车风阻和制动在整车能耗上的比例关系，上述表达式可以通过整车纵向动力学理论推导得到，通过以上步骤，每个行程都可以计算出一组F1、F2，表征该行程车速对风阻、制动能耗的影响；行驶工况能耗率的计算：因为每个行程对应一个由充电能量测量设备测量到的行程消耗的电能，用该电能除以该行程车速数据累加获得的总行程，记为该行程的能耗率，如式3所示：式3式中，Ce为该行程的能耗率，E为该行程消耗的电能；纯电动汽车三个能耗评价系数β0、β1、β2的获得：利用整车纵向动力学原理推导得出式4，式4所示的Ce与F1、F2的数学关系，其中β0、β1、β2为未知系数。若数据处理计算机获得k个行程的行驶数据，k≥3，可以利用式1和式2计算获得的k组F1、F2数据，和对应行程利用式3计算得到的k组能耗率Ce，获取纯电动汽车的能耗评价系数β0、β1、β2；根据数学知识可知，当k≥3时，可以利用这k组数据，通过最小二乘法对式本文档来自技高网...

【技术保护点】
纯电动汽车实际行驶能耗测试、评价和预测方法，其特征在于, A.使用的仪器设备包括行驶数据采集单元（104）和数据处理计算机（103）；行驶数据采集单元（104），其包括车载数据采集系统（101）和充电能量测量设备（102）；车载数据采集系统（101）包括车速采集单元（201）、主控制器（202）、数据输出单元（203），由电源模块（204）供电；电源模块（204）的输入来源于车载弱电蓄电池；数据处理计算机（103）包括行驶数据前处理单元（105）、能耗特征提取单元（106）和能耗率预测单元（107），数据处理计算机（103）中存储和运行专用软件，用于处理车载数据采集系统（101）和充电能量测量设备（102）获取的数据，并进行纯电动汽车实际行驶能耗测试、评价和预测；定义：a.行驶数据包括时间、车速和行程消耗的电能信息，行驶数据的采集以“行程”计，一个“行程”的行驶数据定义为记录从车速为0起动直至某一时刻车速降为0全过程的时间、车速和能耗数据；行驶数据采集和传输:（a）时间和车速数据的采集是通过车载数据采集系统（101）实现的，要求等间隔采样，1Hz≤采样频率≤100Hz,数据无中断且全过程时间≥20分钟；车速采集单元（201）用于获取车速信息，采用GPS、整车 CAN总线或惯导的方式，其中GPS方式通过GPS定位信息计算获得车速信息，CAN总线方式通过读取车辆CAN总线中的报文直接获取车速信息，惯导通过陀螺仪的加速度信息计算获得车速信息；主控制器（202）用于控制车速采集单元，从车速采集单元读取车速，并将时间、速度信息传递给数据输出单元（203）；数据输出单元（203）采用无线传输方式的GPRS、3G或4G网络，或SD卡存储后手动拷贝的方式将信息传给数据处理计算机（103），行驶数据前处理单元（105）通过数据处理计算机（103）存储和运行的专用软件，对采集到的时间、车速信息进行校验、剔除不完整及不符合要求的行程，并对车速数据进行滤波，去除由于采集车速的波动及不合理的数据；（b）行程消耗的电能的采集是由充电能量测量设备（102）获得的：在一个行程开始前，保证电动汽车的动力蓄电池充满电；在行程结束后马上将车辆与电网连接，再次将车辆的动力蓄电池充满电；在电网与车辆充电机之间连接充电能量测量设备（102），在行程结束后的充电过程中测量并记录来自电网的电能，该能量即为该行程中电动汽车消耗的电能，将信息传给数据处理计算机（103）；行驶工况的F1和F2两个参数计算：能耗特征提取单元（106）通过数据处理计算机（103）存储和运行的专用软件，利用工况数据前处理单元（105）得到的时间、速度的数据，根据式1和式2得到F1和F2两个参数：式1式2式中v(i)为第i个采样时刻的车速，n为一个行程的采样点数，ts为采样周期kbrk为一个参数，单位同速度，该参数通过试验标定获得，用于通过整车的减速度即相邻速度数据的之差判断是否在第i个采样时刻计算整车制动力，只有当相邻速度差即近似该采样点的减速度差大于设定值时kbrk，计算制动能量，否则认为该时刻减速非制动造成，所以不在式2中计算,F1、F2分别用于表征车辆的对应行程中，整车风阻和制动在整车能耗上的比例关系，上述表达式可以通过整车纵向动力学理论推导得到，每个行程都可以计算出一组F1、F2，表征该行程车速对风阻、制动能耗的影响；行驶工况能耗率的计算：因为每个行程对应一个由充电能量测量设备（102）测量到的行程消耗的电能，用该电能除以该行程车速数据累加获得的总行程，记为该行程的能耗率，如式3所示：式3式中，Ce为该行程的能耗率，E为该行程消耗的电能；纯电动汽车三个能耗评价系数β0、β1、β2的获得：利用整车纵向动力学原理推导得出式4，式4所示的Ce与F1、F2的数学关系，其中β0、β1、β2为未知系数。...

【技术特征摘要】
1.纯电动汽车实际行驶能耗测试、评价和预测方法，其特征在于,A.使用的仪器设备包括行驶数据采集单元（104）和数据处理计算机（103）；行驶数据采集单元（104），其包括车载数据采集系统（101）和充电能量测量设备（102）；车载数据采集系统（101）包括车速采集单元（201）、主控制器（202）、数据输出单元（203），由电源模块（204）供电；电源模块（204）的输入来源于车载弱电蓄电池；数据处理计算机（103）包括行驶数据前处理单元（105）、能耗特征提取单元（106）和能耗率预测单元（107），数据处理计算机（103）中存储和运行专用软件，用于处理车载数据采集系统（101）和充电能量测量设备（102）获取的数据，并进行纯电动汽车实际行驶能耗测试、评价和预测；定义：a.行驶数据包括时间、车速和行程消耗的电能信息，行驶数据的采集以“行程”计，一个“行程”的行驶数据定义为记录从车速为0起动直至某一时刻车速降为0全过程的时间、车速和能耗数据；行驶数据采集和传输:（a）时间和车速数据的采集是通过车载数据采集系统（101）实现的，要求等间隔采样，1Hz≤采样频率≤100Hz,数据无中断且全过程时间≥20分钟；车速采集单元（201）用于获取车速信息，采用GPS、整车CAN总线或惯导的方式，其中GPS方式通过GPS定位信息计算获得车速信息，CAN总线方式通过读取车辆CAN总线中的报文直接获取车速信息，惯导通过陀螺仪的加速度信息计算获得车速信息；主控制器（202）用于控制车速采集单元，从车速采集单元读取车速，并将时间、速度信息传递给数据输出单元（203）；数据输出单元（203）采用无线传输方式的GPRS、3G或4G网络，或SD卡存储后手动拷贝的方式将信息传给数据处理计算机（103），行驶数据前处理单元（105）通过数据处理计算机（103）存储和运行的专用软件，对采集到的时间、车速信息进行校验、剔除不完整及不符合要求的行程，并对车速数据进行滤波，去除由于采集车速的波动及不合理的数据；（b）行程消耗的电能的采集是由充电能量测量设备（102）获得的：在一个行程开始前，保证电动汽车的动力蓄电池充满电；在行程结束后马上将车辆与电网连接，再次将车辆的动力蓄电池充满电；在电网与车辆充电机之间连接充电能量测量设备（102），在行程结束后的充电过程中测量并记录来自电网的电能，该能量即为该行程中电动汽车消耗的电能，将信息传给数据处理计算机（103）；行驶工况的F1和F2两个参数计算：能耗特征提取单元（106）通过数据处理计算机（103）存储和运行的专用软件，利用工况数据前处理单元（105）得到的时间、速度的数据，根据式1和式2得到F1和F2两个参数：式1式2式中v(i)为第i个采样时刻的车速，n为一个行程的采样点数，ts为采样周期kbrk为一个参数，单位同速度，该参数通过试验标定获得，用于通过整车的减速度...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁新枚，黄雪琪，张传谱，殷悦，夏静林，洪国凯，何阳，邢增臻，孙科，李海湘，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22