程帥朋, 徐柏興, 路高磊, 葛俊夏
(鄭州比克新能源汽車有限公司, 河南 鄭州 451450)
隨著國家新能源汽車的推廣,越來越多電動汽車走入百姓家中。但目前的電動汽車面臨著續(xù)航里程短、充電時間長、充電樁少的問題[1]。其中續(xù)航里程一般在汽車組合儀表中顯示,車主以此和SOC (State Of Charge,電池核荷電狀態(tài),一般用來表示剩余電量的百分比) 來判斷是否需要及時充電,而續(xù)航里程更直觀、更容易被車主理解,因而GB/T 19836-2019《電動汽車儀表》中提出了純電動汽車應指示或顯示可行駛里程的要求,旨在提升電動汽車對使用者的友好程度。而各個廠家宣稱的續(xù)航里程僅是在指定試驗條件下測得,無法及時準確地提醒車主。
謝明維[2]研究了3種剩余續(xù)航里程估算方法,得出工況預測法是最佳方案的結(jié)論,該方法將BP神經(jīng)網(wǎng)絡和馬爾科夫結(jié)合在一起,實現(xiàn)在一定范圍內(nèi)的工況預測,算法復雜;謝小娟[3]等發(fā)明了一種電動汽車續(xù)航里程的估算方法,該方法通過導航系統(tǒng)獲取當前位置到目的位置的路徑,并依據(jù)預先統(tǒng)計到的路徑平均電池消耗數(shù)據(jù)和當前車輛剩余的電池數(shù)據(jù)對比,從而在汽車上顯示剩余電量或者該路徑可到達的地方,該方法依賴于車載導航系統(tǒng),且沒有考慮到駕駛習慣突然改變或者更換駕駛?cè)说臓顩r;郭景華[4]等發(fā)明了一種基于卡爾曼濾波的續(xù)航里程估算方法,該方法利用積分法獲得單位行駛里程內(nèi)的電能消耗,然后獲取N個單位的平均電耗,然后依據(jù)剩余電能和平均電耗求得剩余續(xù)航里程,該方法積分的數(shù)據(jù)受到車輛瞬時狀態(tài)影響,例如急加速或急減速,會導致數(shù)據(jù)不準確;本文提出了一種基于平均電耗的續(xù)航里程算法,該方法能根據(jù)車主駕駛習慣或車輛狀態(tài)及時調(diào)整儀表顯示的續(xù)航里程,算法簡單,不受車輛瞬時狀態(tài)影響,不依賴于導航系統(tǒng),誤差小、適用范圍廣。
首先利用AVL Cruise建立整車模型,如圖1所示,輸入車輛參數(shù)、動力系統(tǒng)、電池系統(tǒng)參數(shù)及其他附件參數(shù),模擬NEDC工況下整車的運行狀況,如圖2所示,獲取每公里的耗電量 (kWh),分別命名為Qa,為便于理解,平均電耗單位統(tǒng)一規(guī)定為kWh/100km,則每公里平均電耗Ma為:
不同于燃油車以平均油耗計算獲取續(xù)航里程[5],該方法以50個每公里平均電耗數(shù)據(jù)建立平均電耗池。每行駛1公里,將此每公里平均電耗數(shù)據(jù)放入平均電耗池中,同時將第一個記錄的每公里平均電耗數(shù)據(jù)刪除,使平均電耗池始終保存在50個數(shù)據(jù)。以此50個每公里平均電耗數(shù)據(jù),計算出平均電耗N:
即,平均電耗為最近50公里每公里平均電耗的平均值。
該方法取50個每公里平均電耗數(shù)據(jù)建立平均電耗池,取值太少,如采用30個每公里平均電耗數(shù)據(jù)建立平均電耗池,會出現(xiàn)續(xù)航里程跳變,不穩(wěn)定,影響駕駛體驗;取值太多,如采用100個每公里平均電耗數(shù)據(jù)建立平均電耗池,不能及時反映當前平均電耗,會導致續(xù)航里程變化太慢,致使駕駛員判斷出現(xiàn)誤差。
圖1 整車模型圖
圖2 NEDC循環(huán)工況
實際續(xù)航里程A為:
式中:SOE表示剩余電量,單位為kWh,即:實際續(xù)航里程為剩余電量與平均電耗的商,單位為km。剩余電量由組合儀表從汽車CAN (Controller Area Network,控制器局域網(wǎng)絡) 總線上獲取。
如果汽車組合儀表顯示實際續(xù)航里程,則客戶在使用過程中可能存在跳變情況,即某一時段客戶駕駛習慣良好,平均電耗較低,計算所得的實際續(xù)航里程會有增加,不符合實際情況,影響客戶體驗。故需對實際續(xù)航里程進行濾波處理,由VCU計算并通過CAN總線發(fā)送給組合儀表,在組合儀表上顯示的續(xù)航里程即為濾波處理后的顯示續(xù)航里程B。表1為續(xù)航里程濾波方法。
表1 續(xù)航里程濾波方法
該濾波方法能根據(jù)駕駛習慣或路況調(diào)整顯示續(xù)航里程下降的快慢,同時考慮到停車休息的情況,特規(guī)定了在指定時間內(nèi)也要計算,并依據(jù)表1規(guī)則顯示續(xù)航里程。使顯示續(xù)航里程B和實際續(xù)航里程A趨于一致,增加續(xù)航里程的準確度。
將車輛充滿電 (此時SOC為100%),通過車輛OBD口連接Vector VN1630A,用Vector VN1630A記錄車輛在運行過程中的相關數(shù)據(jù),包含總里程、SOC、續(xù)航里程等,接好相關設備后由同一駕駛員駕駛,直至SOC降到10%以下。因天氣原因,開1擋空調(diào)(制冷,功率1.5kW)。
為了保證車輛電量低時保證車輛能夠開到充電樁附近,在SOC低于10%時,車輛最大速度限制在30km/h,為安全起見,停止測量。
將記錄的數(shù)據(jù)導入Vector CANoe 9.0中,加載協(xié)議,查看指定的數(shù)據(jù),得到的相應數(shù)據(jù)如表2所示。
數(shù)據(jù)對比如表3所示。
從表2可以看出,剛開始測試時每5%的SOC行駛的距離并不相同,這反映出路況的差異,車速高 (80km/h以上)、起步頻繁的時候平均電耗大,續(xù)航里程下降快;可以看出,隨著SOC的下降,續(xù)航里程的減小值和總里程的增加值之間的差值呈現(xiàn)出波浪形變化,即二者之間的差值先增加后減小、再增加后減小,最終趨于平穩(wěn),這體現(xiàn)出了儀表顯示續(xù)航里程根據(jù)路況不斷調(diào)整的功能。除去續(xù)航里程在調(diào)整駕駛員駕駛習慣時的誤差外,其他誤差不超過5%。
從表3可以看出,從開始到結(jié)束過程中,SOC下降了90%,續(xù)航里程減少了198km,而總里程增加了196km,誤差僅1%左右,符合規(guī)定的精度。
圖3是續(xù)航里程隨SOC的變化曲線,從圖3中可以看出續(xù)航里程隨著SOC的減少而減少,續(xù)航里程變化平穩(wěn),沒有出現(xiàn)突變情況。
表2 續(xù)航里程變化
表3 數(shù)據(jù)對比
圖3 續(xù)航里程隨SOC變化曲線
不同于轉(zhuǎn)轂臺架上測試分析,針對實際道路測試記錄的數(shù)據(jù)進行了分析,得到如下結(jié)論。
1) 該方法顯示的續(xù)航里程在行駛過程中隨著SOC的減少而減少,續(xù)航里程變化平穩(wěn),沒有出現(xiàn)突變情況。
2) 該方法算法簡單、誤差小,符合主機廠規(guī)定的精度。
該方法的剩余電量從CAN總線獲取,由BMS (Battery Management System,電池管理系統(tǒng)) 計算當前電池包當前狀態(tài)后所發(fā)送,能夠真實反映當前車輛狀態(tài),不受路況、天氣等影響。隨著客戶使用次數(shù)的增加,該方法能夠逐步適應車主的駕駛習慣,顯示的續(xù)航里程更準確。