电动水翼艇的能耗管理系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了电动水翼艇的能耗管理系统及方法，涉及水翼艇技术领域，解决了现有技术难以结合电动水翼艇的复杂运行环境对其进行能耗控制，导致电动水翼艇的航行距离受限，影响电动水翼艇使用范围的技术问题；本发明专利技术在阻力测试过程中，提取不同阻力和不同航速对应的能耗值，构建能耗映射模型；本发明专利技术通过模拟环境测试出电动水翼艇在各种工况下，航速、阻力和能耗的对应关系，为后续识别最佳航速奠定了数据基础；本发明专利技术在能耗映射模型的基础上，根据实时阻力确定电动水翼艇的最佳航速；本发明专利技术在确定实际的阻力值之后，结合对应的能耗航速曲线确定最佳航速，从航速切换成本和能耗两个角度实现电动水翼艇的能耗管理。角度实现电动水翼艇的能耗管理。角度实现电动水翼艇的能耗管理。

【技术实现步骤摘要】
电动水翼艇的能耗管理系统及方法


[0001]本专利技术属于水翼艇领域，涉及电动水翼艇的能耗管理技术，具体是电动水翼艇的能耗管理系统及方法。

技术介绍

[0002]水翼艇是指由安装在艇底下的水翼所产生的升力来支持的高速快艇，航行过程中艇体可完全或者部分被抬出水面。随着新能源技术的发展，电动水翼艇也逐渐发展起来，但其能耗控制是一个亟待解决的问题。
[0003]电动水翼艇通过内置的储能模块储存电能，通过储能模块中的电能驱动电动水翼艇底部的驱动装置，来提供升力支持艇体升高，实现在水中的高速前进。受储能技术的限制，电动水翼艇中储能模块所存储的电能有限，而且电动水翼艇所行驶的环境复杂多变，目前电动领域的能耗控制技术并不适用于电动水翼艇；若无法对能耗合理控制，则电动水翼艇难以进行长距离航行，影响其使用范围。
[0004]本专利技术提供了电动水翼艇的能耗管理系统及方法，以解决上述问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一；为此，本专利技术提出了电动水翼艇的能耗管理系统及方法，用于解决现有技术难以结合电动水翼艇的复杂运行环境对其进行能耗控制，导致电动水翼艇的航行距离受限，影响电动水翼艇使用范围的技术问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术的第一方面提供了电动水翼艇的能耗管理系统，包括中枢控制模块，以及与之相连接的数据交互模块和驱动控制模块；数据交互模块与若干数据传感器相连接；驱动控制模块用于控制电动水翼艇的驱动装置；中枢控制模块在预设环境参数的模拟环境中对电动水翼艇进行不同航速下的阻力测试，获取阻力航速模型；在阻力测试过程中，提取不同阻力和不同航速对应的能耗值，构建能耗映射模型；中枢控制模块通过若干数据传感器获取实时传感数据；识别分析实时传感数据，并结合阻力航速模型确定电动水翼艇的实时阻力；在能耗映射模型的基础上，根据实时阻力确定电动水翼艇的最佳航速；以及将最佳航速发送至驱动控制模块；驱动控制模块根据最佳航速生成控制信号，根据控制信号对电动水翼艇的驱动装置进行控制。
[0007]现有技术在对电动水翼艇进行控制时，一般仅考虑电动水翼艇的航速，而很少在乎电动水翼艇的能耗问题。电动水翼艇所航行的水域环境较复杂，不仅受到各种天气的影响，而且会受到电动水翼艇的本身质量的影响。因此，要想降低电动水翼艇的能耗，提高其适用环境，能耗管理必不可少。
[0008]本专利技术根据电动水翼艇的常用范围设置模拟环境，根据模拟环境构建电动水翼艇的阻力航速模型；以及在模拟测试中提取不同阻力和不同航速组合对应的能耗值，构建能耗映射模型；之后根据获取的电动水翼艇的实时阻力从能耗映射模型中提取能耗航速曲线，进而确定最佳航速。本专利技术从模拟到实际，能够降低电动水翼艇在航行过程中的数据处
理量，而且结合环境参数进行能耗分析，提高了在能耗控制要求下的航速控制精度，有利于降低电动水翼艇的能耗。
[0009]本专利技术中的中枢控制模块分别与数据交互模块和驱动控制模块通信和/或电气连接；驱动控制模块在对驱动装置的控制过程中，将驱动装置的状态反馈给工作人员；数据交互模块与若干数据传感器通信和/或电气连接。中枢控制模块主要用于数据处理，如阻力航速模型、能耗映射模型的构建，以及实时阻力的计算和最佳航速的确定。数据交互模块则为中枢控制模块提供数据支持，主要通过数据传感器来获取电动水翼艇所处区域的环境参数，以便计算实时阻力。驱动控制模块则根据确定的最佳航速对电动水翼艇的驱动装置(通过电机进行驱动)进行控制。本专利技术中的数据传感器包括风力传感器、重量传感器和测波仪等，主要用来测量会对电动水翼艇能耗产生影响的环境参数；环境参数包括波浪、风力和额外重量，这里的额外重量是指除了电动水翼艇本身重量之外的重量。
[0010]本专利技术技术方案适用于常规的电动水翼艇，其至少包含水翼部件(如水翼板)和驱动装置(如驱动电机)，至于驱动装置和水翼部件的相对位置则不需要进行限制。
[0011]优选的，所述中枢控制模块在预设环境参数的模拟环境中对电动水翼艇进行不同航速下的阻力测试，包括：根据电动水翼艇的标准航速设置航速序列；设置不同环境参数组合，获取若干环境序列；根据若干环境序列布置模拟环境；依次提取航速序列的航速值，根据提取的航速值对电动水翼艇进行控制，检测获取阻力值；将航速值与对应阻力值整合获取阻力航速序列；基于若干阻力航速序列构建获取阻力航速模型。
[0012]本专利技术中的航速序列包括若干航速值，且相邻航速值之差不超过5km/h。环境序列是不同环境参数的组合，即每个环境序列中均包括波浪、风力、额外重量等数值。因此，根据环境序列设置模拟环境来模拟电动水翼艇的航行状态，实际就是对电动水翼艇可能存在的航行条件进行模拟。本专利技术通过模拟环境能够测试出电动水翼艇在各类型航行条件的阻力值，后期通过曲线模拟或者人工智能模型可对航行条件进行精细化扩展，为后面实时阻力的计算奠定数据基础。
[0013]本专利技术中的阻力航速模型基于曲线模拟或者人工智能模型构建。阻力航速模型中的自变量为环境参数和航速值，因变量是阻力值；曲线模拟相对而言较为简单，但是精度比人工智能模型稍差；人工智能模型的精度更高，但是数据处理量较大。
[0014]优选的，所述构建能耗映射模型，包括：在阻力测试过程获取若干阻力航速序列；对电动水翼艇的能耗进行监测，获取若干阻力航速序列对应的能耗值；基于能耗值以及对应阻力航速序列中的阻力值和航速值建立三维数据模型，将该三维数据模型进行插值处理之后标记为能耗映射模型。
[0015]本专利技术在模拟测试过程中，测试不同航速、不同环境参数下得到的阻力值和能耗值。也就是说获取了若干组数据，每组数据均包括环境序列、航速序列和对应的阻力值和能耗值。以航速值、阻力值为自变量，以能耗值为因变量构建三维的能耗映射模型。本专利技术中的能耗映射模型包括三个变量，确定其中两个变量则可以识别最后一个变量，是最佳航速确定的基础模型。
[0016]本专利技术中的阻力航速模型和能耗映射模型均针对电动水翼艇的全部应用场景构建。在电动水翼艇不出现较大的结构变化或者强度衰减的情况下，阻力航速模型和能耗映射模型均不需要更新，而且能够保证较高的精度。
[0017]本专利技术根据环境序列和航速序列建立的三维数据模型中，同一变量之间存在差距(如相邻航速值之差为5km/h)，因此进行插值处理来完善能耗映射模型。插值处理之后的能耗映射模型可根据任意给定的两个变量确定最后一个变量。这样处理是为了构建一个通用的能耗映射模型，避免根据现有航速和实时阻力识别不出对应的能耗值，提高最佳航速的确定效率。
[0018]优选的，所述结合阻力航速模型确定电动水翼艇的实时阻力，包括：判断实时传感数据是否发生异变；若是，则进行下一步以计算实时阻力；若否，则不计算实时阻力，保持现有航速运行；其中，异变是指短时间内发生数据突变；根据实时传感数据解析获取环境参数，结合阻力航速模型现有航速下对应的阻力值，并标记为实时阻力。
[0019]在确定好阻力航速模型之后，则可根据电动水翼艇实际航行的环本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.电动水翼艇的能耗管理系统，包括中枢控制模块，以及与之相连接的数据交互模块和驱动控制模块；数据交互模块与若干数据传感器相连接；驱动控制模块用于控制电动水翼艇的驱动装置；其特征在于：中枢控制模块在预设环境参数的模拟环境中对电动水翼艇进行不同航速下的阻力测试，获取阻力航速模型；在阻力测试过程中，提取不同阻力和不同航速对应的能耗值，构建能耗映射模型；其中，环境参数包括波浪、风力和额外重量；中枢控制模块通过若干数据传感器获取实时传感数据；识别分析实时传感数据，并结合阻力航速模型确定电动水翼艇的实时阻力；在能耗映射模型的基础上，根据实时阻力确定电动水翼艇的最佳航速；以及，将最佳航速发送至驱动控制模块；驱动控制模块根据最佳航速生成控制信号，根据控制信号对电动水翼艇的驱动装置进行控制。2.根据权利要求1所述的电动水翼艇的能耗管理系统，其特征在于，所述中枢控制模块在预设环境参数的模拟环境中对电动水翼艇进行不同航速下的阻力测试，包括：根据电动水翼艇的标准航速设置航速序列；设置不同环境参数组合，获取若干环境序列；其中，航速序列包括若干航速值，且相邻航速值之差不超过5km/h；根据若干环境序列布置模拟环境；依次提取航速序列的航速值，根据提取的航速值对电动水翼艇进行控制，检测获取阻力值；将航速值与对应阻力值整合获取阻力航速序列；基于若干阻力航速序列构建获取阻力航速模型；其中，阻力航速模型基于曲线模拟或者人工智能模型构建。3.根据权利要求2所述的电动水翼艇的能耗管理系统，其特征在于，所述构建能耗映射模型，包括：在阻力测试过程获取若干阻力航速序列；对电动水翼艇的能耗进行监测，获取若干阻力航速序列对应的能耗值；基于能耗值以及对应阻力航速序列中的阻力值和航速值建立三维数据模型，将该三维数据模型进行插值处理之后标记为能耗映射模型。4.根据权利要求1所述的电动水翼艇的能耗管理系统，其特征在于，所述结合阻力航速模型确定电动水翼艇的实时阻力，包括：判断实时传感数据是否发生异变；若是，则进行下一步以计算实时阻力；若否，则不计算实时阻力，保持现有航速运行；其中，异变是指短时间内发生数据突变；根据实时传感数据解析获取环境参数，结合阻力航速模型现有航速下对应的阻力值，并标记为实时阻力。5.根据权利要求4所述的电动水翼艇的能耗管理系统，其特征在于，所述判断实时传感数据是否发生异变，包括：确定判断周期；其中，判断周期包括1秒、10秒或...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱招杰，
申请(专利权)人：广东屹创智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：