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专利号: 2024109008888
申请人: 浙江工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-08-12
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种摩托车剩余油量测量和续航里程评估方法,其特征在于:所述方法包括以下步骤:

S1:标定IMU及摩托车油箱;摩托车垂直地面放置,利用IMU的加速度计数据计算出惯性导航设备系与车体系之间的转换矩阵;标定摩托车水平以及各种倾斜角度下真实油量和油位传感器阻值的对应关系,由此拟合出姿态角和剩余燃油百分比的映射关系;

S2:划分并识别摩托车行驶工况;对摩托车历史行驶数据进行主成分分析,选取参数平均车速、最高车速、驻车频率;作为模糊C均值聚类算法的特征参数,计算出聚类中心作为工况划分的依据,同时求出各典型工况下的平均燃油消耗;

S3:读取IMU数据,对IMU实时采集到的x、y、z轴加速度和陀螺仪数据分别进行低通和高通滤波,再采用互补滤波算法计算摩托车姿态;在PI调节中设计了自适应的比例系数,结合摩托车运动数据,获得各种运动过程中的最优姿态;最后根据燃油传感器的值和IMU计算出的车体姿态,对燃油传感器测量的剩余燃油进行补偿;

S4:获取摩托车车速、转速和ECU瞬时油耗相关信息,结合IMU计算出的车体姿态判断摩托车的运动状态;将摩托车的运动状态划分为ON挡、怠速、匀速行驶、急加减速四种状态,用于优化剩余油量和续航里程模块的计算以及辅助加油事件、摔倒检测事件的判断;

S5:基于卡尔曼滤波算法融合燃油传感器与瞬时油耗信息,得到更为精准的剩余燃油;

S6:摩托车行驶过程中累积最近一段里程的ECU的喷油量,计算出摩托车近期的平均油耗;结合驾驶工况,更新预测的未来平均油耗;

S7:利用计算好的剩余油量和预测的未来平均油耗,计算出续航里程值;最后按需求显示剩余油量和续航里程值。

2.如权利要求1所述的摩托车剩余油量测量和续航里程评估方法,其特征在于: 步骤S1所述的标定IMU,利用IMU的加速度计数据计算惯性导航设备与车体之间的横滚安装角和俯仰安装角,航向角默认为0;计算出惯性导航设备系与车体系之间的转换矩阵;所述的标定摩托车油箱,第一步先确定摩托车正常姿态下油位传感器每个阻值对应的剩余油量;第二步采集不同油量下摩托车姿态变化导致的油位传感器阻值的变化;最后分析数据得到姿态角和剩余燃油百分比的映射关系。

3.如权利要求1所述的摩托车剩余油量测量和续航里程评估方法,其特征在于: 步骤S2所述的基于模糊C均值FCM的行驶工况识别,具体包括:对摩托车历史行驶数据进行预处理,剔除明显异常的数据后,以一定的时间间隔进行片段划分;对所有的片段进行主成分分析,选取参数平均车速、最高车速、驻车频率作为聚类算法的特征参数;利用特征参数训练聚类模型,得到几个典型工况的聚类中心,用于后续续航里程行驶工况的判别。

4.如权利要求1所述的摩托车剩余油量测量和续航里程评估方法,其特征在于:步骤S3中摩托车姿态估计采用互补滤波算法,在PI调节中的比例系数 采用了自适应的参数获得各种运动过程中的最优姿态: ,其中 是 在摩托车急加减速情况下设置的最小值, 是最近一段时间摩托车速度的方差。

5.如权利要求1所述的摩托车剩余油量测量和续航里程评估方法,其特征在于:步骤S5所述的基于卡尔曼滤波算法融合燃油传感器与瞬时油耗信息,包括:当获取到油位传感器和ECU的喷油量信息后,通过卡尔曼滤波器进行信息融合,卡尔曼滤波过程包括滤波器初始化、一步预测和量测更新;

具体的,所述S5包含以下步骤:

S5‑1:卡尔曼滤波器初始化过程包括系统初始状态值、系统噪声协方差矩阵、先验协方差矩阵和传感器噪声协方差矩阵初始化;

取状态向量X为二维向量: ;其中,为摩托车启动时采集到的燃油传感器的值,为发动机喷油量,这里取ECU的实时喷油量;

噪声协方差矩阵: ;

先验协方差矩阵:

传感器噪声协方差矩阵根据传感器特性设置为: 其中 是油位传感

器测量值的方差, 是喷油量方差;

S5‑2:利用燃油传感器信息和ECU信息建立剩余燃油模型,进行卡尔曼滤波一步预测;

状态转移矩阵为: ;

S5‑3:卡尔曼滤波量测更新,包括观测矩阵和观测量:

观测矩阵H把测量值转换到与状态变量相对应: ;

观测量Z为二维列向量, ,其中 为燃油传感器的测量值;由于车辆振动、道路颠簸原因,数据需进行滤波处理;计算方法: ;其中 代表油位百位比值,代表该值出现的次数, 代表计算后的结果。

6.如权利要求1所述的摩托车剩余油量测量和续航里程评估方法,其特征在于:步骤S6,具体包括:累计最近一段距离的发动机油耗,计算出平均油耗;进一步判断摩托车的行驶工况,结合各类工况下的已知油耗信息对实际平均油耗进行评价,以调节预测的未来平均油耗;工况识别采用步骤S2计算出的FCM聚类中心计算:先通过计算来获得电动汽车在某个行驶工况片段中的特征参数,计算待识别的工况片段到各类行驶工况的各个聚类中心的距离,依据距离最小的原则来判断待识别片段属于哪一种类型的行驶工况; 距离计算公式为:  ;其中, 为待识别片段的3个特征参数中的第 个特征参数值;  为属于第 类行驶工况下的第 个特征参数的聚类中心。

7.一种摩托车剩余油量测量和续航里程评估装置,其特征在于,包括存储器和一个或多个处理器,所述存储器中存储有可执行代码,所述一个或多个处理器执行所述可执行代码时,用于实现权利要求1‑6中任一项所述的摩托车剩余油量测量和续航里程评估方法。

8.一种计算机可读存储介质,其特征在于,其上存储有程序,该程序被处理器执行时,实现权利要求1‑6中任一项所述的摩托车剩余油量测量和续航里程评估方法。

9.一种摩托车剩余燃油检测和续航里程评估系统,用于实现权利要求1所述的摩托车剩余油量测量和续航里程评估方法,其特征在于,包括:采集模块、标定模块、计算模块以及人机交互模块;

所述采集模块,用于采集摩托车运行过程中的各类传感器信号,包括脉冲信号、模拟信号、开关量,并转换成数字信号供计算模块使用;此外,由于需要使用到发动机ECU(Engine Control Unit,发动机控制单元)的信息,需要在采集模块与发动机ECU建立通讯;

所述标定模块包括油位传感器标定单元和IMU(Inertial Measurement Unit,惯性测量单元)标定单元;所述油位传感器标定单元用于标定油位传感器阻值与邮箱中剩余油量的关系;所述IMU标定单元用于标定IMU传感器相对于摩托车坐标系的姿态;

所述计算模块包括摩托车姿态计算单元、剩余油量计算单元及续航里程计算单元;所述摩托车姿态计算单元用于计算摩托车运行过程中的姿态和判断摩托车的运动状态;所述剩余油量计算单元用于计算剩余燃油;所述续航里程计算单元用于摩托车的行驶工况识别及续航里程的评估;

所述人机交互模块包括行驶信息显示单元和按键输入单元;所述行驶信息显示单元用于在屏幕上显示行驶信息;所述按键输入单元用于驾驶员对显示内容进行偏好设置。