一种基于卡尔曼滤波的电动汽车剩余续航里程估算方法与流程

本发明涉及到电动汽车，尤其是涉及一种基于卡尔曼滤波的电动汽车剩余续航里程估算方法。

背景技术：

纯电动汽车以环保和节能等优点成为人们关注的热点，其前景被广泛看好，为提高纯电动车的使用方便，不仅要在提高纯电动汽车续航里程方面取得突破性的进展，还要对纯电动汽车行驶状态进行检测和对剩余续航里程的实时估算，这对纯电动汽车的普及具有非常重要的意义。

纯电动汽车是由可充电电池提供动力源的汽车，由于电池放电特性存在非线性特点，而且车辆在行驶过程中工况的改变、环境温度的变化、空调的使用等也使得仅以电池soc值推测车辆剩余行驶里程的方法有失准确性。显示里程波动、显示数据不准确常常使得驾驶员有种“里程焦虑感”。中国专利cn105882435b公开一种电动车剩余行驶里程的估算方法，其中将soc值分为不同单元对应不同剩余续航里程，此种续航里程估算方法应对车辆变工况行驶时使得续航里程估算值跳跃变化幅度较大。

技术实现要素：

本发明的目的在于为了消除里程波动，提高纯电动汽车剩余里程显示精确度，提供可提高准确度的同时且具有时效性的一种基于卡尔曼滤波的电动汽车剩余续航里程估算方法。

本发明包括以下步骤：

1)设置单位能耗储存表，存储单位行驶的电池能耗，每行驶单位里程由vcu请求bms电池组端电压u及电流i，对从上一时刻t1到当前时刻t2时间段内积分得到电动汽车此时间段内消耗的电能：

2)取n个单位电能耗储存表在对其求平均值得到综合单位里程能耗；

3)获得当前电池剩余电能，vcu请求bms电池组端电压u、电池温度t和电池soc值，计算电池剩余能量erest，公式表示为：

其中，η表示为与电池温度有关的系数η＝f(t)，e0表示为防止电池过度放电的保护电量值，其大小由专业技术人员规定；

在步骤3)中，所述获得当前电池剩余电能的方法可为：确定车辆档位信号、当前所处驱动模式及制动能量回收模式、空调开启信号机模式，分别确定其修正系数，对剩余电池能量进行修饰处理。

4)由电池剩余能量和单位里程所消耗的能量，得到电动车剩余续航里程数；

5)根据整车参数及行驶状态将电动汽车剩余续航里程写为状态方程形式：

yk＝axk-1+buk-1+q

其中，yk表示k时刻得到的剩余行驶里程，xk-1表示k-1时刻状态，uk-1是k-1时刻的输入量，q表示计算过程中白噪声影响；

在步骤5)中，将由平均里程表得到的剩余行驶里程做测量所得里程，与计算所得的里程利用卡尔曼滤波处理。

6)经卡尔曼滤波处理的里程数送往显示器显示。

所述基于卡尔曼滤波的电动汽车剩余续航里程估算方法可采用整车控制器(vcu)、电池与电池管理系统(bms)和电驱动系统(mcu)三大系统和仪表显示器连接起来实现通讯的can线，从bms中得到电池电压、电池soc值及电池温度等信息，在vcu中计算得到剩余电池能量及剩余续航里程，经vcu中卡尔曼滤波模块估算得到准确的剩余里程，剩余里程值经can线送往仪表，本发明旨在提高电动汽车剩余续航里程估算的精确度、消除“里程焦虑感”，提升驾驶感受，并方便显示于仪表显示器。

本发明解决电动汽车剩余续航里程显示不准确和多波动的现象，从驾驶员角度优化里程估算的方法，消除由里程显示多波动给驾驶员带来的焦虑感，对电动车推广起到很大的推动作用。

附图说明

图1为剩余续航里程估算结构图。

图2为剩余续航里程估算方法流程图。

具体实施方式

结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。

1)设置单位能耗储存表，存储单位行驶的电池能耗，每行驶单位里程由vcu请求bms电池组端电压u及电流i，对从上一时刻t1到当前时刻t2时间段内积分得到电动汽车消耗的电能具体是每行驶1km，vcu向bms请求一次电压和电流的数据，再积分得到行驶1km消耗电能，并储存在单位能量储存表中。

2)获取单位里程电能消耗量，取n个单元数据，得到平均值作为电动汽车单位行驶里程的能耗。

3)获得当前电池剩余电能，vcu通过can线向bms请求电池的开路电压u、电池soc值及电池温度t，计算当前电池剩余能量，计算公式如下：

其中，是电池剩余能量，η是与电池包温度有关系数η＝f(t),对电池起到功率保护的功能，e0表示为防止电池过度放电的电池保护剩余能量值，其大小由专业技术人员规定。

根据电动汽车当前状态，确定车辆档位信号、当前所处驱动模式及制动能量回收模式、空调开启信号及模式，分别确定其修正系数函数φ(δg，δd，δb，δa)。利用对剩余电池能量进行修饰，即：

其中，δg、δd、δb、δ4分别表示档位信息、驱动模式、制动能量回收模式、空调开启模式的信号。其中各个信号如图1中所示，档位信息来自于档位信号，驱动模式信号来自于模式选择信号，制动能量回收模式信号来自于制动踏板信号，空调信号来自于空调开关信号。

4)所述的由电池剩余能量erest和单位里程所消耗的能量计算得到电动车剩余续航里程数：

5)利用卡尔曼滤波原理对计算的剩余里程进行滤波处理。将上述由剩余能量计算得到剩余续航里程线性微分方程来描述：

xk＝axk-1+buk-1+qk-1(5)

(1)可以将由实际测得的剩余续航里程如以下表达：

yk＝h(k)*xk-1+νk-1(6)

其中，qk-1和vk-1分别表示过程噪声和测量噪声，且都符合正态分布。

(2)赋予卡尔曼系增益数和状态估计方差的初始值分别为k0和p0。

(3)根据式(5)的离散公式更新下一步剩余续航里程值，计算如下：

xk＝xk-1+k(k)·[z(k)-h(k)·x(k-1)](7)

(4)计算卡尔曼增益系数，其递推公式如下所示：

其中rk表示为测量噪声方差矩阵。

(5)预测状态估计方差p的递推：

其中，qk表示为过程噪声的方差。

(6)状态估计方差计算：

pk＝[i-k(k)·c(k)]×pk-1(10)

卡尔曼滤波过程具体如图2所示，经状态预测，状态更新，计算卡尔曼增益，预测状态估计方差和状态方差计算循环递推出最终的准确剩余续航里程数。

6)由vcu经卡尔曼滤波估算得到的最终剩余里程数送到can线，并通过连接于can线上显示器显示。

本发明提出基于卡尔曼滤波原理的电动汽车剩余续航里程的估算方法，解决电动汽车剩余续航里程显示不准确和多波动的现象，从驾驶员角度优化里程估算的方法，消除由里程显示多波动给驾驶员带来的焦虑感，同时对电动车推广起到很大的推动作用，本发明不限于纯电动汽车，凡是运用到电动驱动的汽车都可适用，包括智能网联电动汽车。