CN114329908A - 一种基于聚类工况点的电驱效率计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于汽车技术领域，涉及一种基于聚类工况点的电驱效率计算方法；通过整车参数分析计算得到电驱搭载整车的运行工况点；将运行工况按照电驱运行工况分成驱动模式，馈电模式及静止模式；采用K‑Means聚类计算方法，将驱动模式工况及馈电模式工况，聚类得到典型工况点；基于聚类得到的典型工况点计算电驱效率；根据驱动模式及馈电模式全部工况点效率分别进行计算得到驱动模式工况及馈电模式工况电驱的综合效率，进行效率对比误差小于1％，证明以电驱聚类工况点进行电驱效率对比分析是可行的；本发明简化了电驱效率的计算过程，方便了电驱效率的对比分析，为电驱***运行效率的开发提供指导，有效指导电驱选型及车辆运行工况分析工作的开展。

Description

一种基于聚类工况点的电驱效率计算方法

技术领域

本发明属于汽车技术领域，涉及一种基于聚类工况点的电驱效率计算方法。

背景技术

续航里程及电耗水平作为电动汽车的重要性能指标受到了汽车厂商及消费者的重点关注，其中电驱***效率作为续航及电耗水平的重要影响因素在电驱选型过程中除了满足动力性能要求外还需针对特定工况进行电驱效率对比分析，因此针对整车的电驱***运行效率迫切需要一种快速准确的评估方法。

K-Means算法是一种基于划分的自动聚类算法，进行计算前需要预先指定聚类数目k以及初始聚类中心Ci(1≤i≤k)，其中k值的大小将直接影响聚类精度，可通过经验进行确定或进一步通过肘图进行判断；初始聚类中心Ci则可通过随机方式获得。

K-Means算法运行速度较快可针对大量数据进行聚类计算，同时初始点及区域划分无需人工制定避免受人为因素干扰。

公告号为CN105205245B专利文献公开了一种直驱永磁风力发电机多工况全局效率最优设计方法，步骤包括：确定直驱永磁风力发电机的***设计参数；以变流器的***约束与控制算法约束为约束条件、以多个工况点的加权平均效率最高或加权平均功率损失最小为目标函数，基于所述***设计参数建立设计数学模型；针对***设计参数设定一组初始工况值，基于所述初始工况值，采用模拟退火算法对所述设计数学模型进行多工况迭代求解，得到多组求解结果；从所有求解结果中选择一组最优结果作为设计得到的最优***设计参数输出。本发明具有能够实现直驱永磁风力发电机在变速变频、定子电压随负载和转速变化而变化、运行特性受变流器和控制策略影响的情况下多工况高效运行的优点。

上述专利与本申请相关度较低，本发明采用K-Means聚类算法针对整车参数及特定工况分析计算得到的相应电驱运行工况点进行聚类计算及聚类数目分析，得到典型工况点。进一步依据典型工况点对电驱的效率进行计算分析。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服了现有技术存在的电驱效率计算评估过程复杂问题，提供了一种基于聚类工况点的电驱效率计算方法。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的，结合附图说明如下：

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

一种基于聚类工况点的电驱效率计算方法，其特征在于：

通过整车参数分析计算得到电驱搭载整车的运行工况点；

将运行工况按照电驱运行工况分成驱动模式，馈电模式及静止模式；

采用K-Means聚类计算方法，将驱动模式工况及馈电模式工况，聚类得到典型工况点；

基于聚类得到的典型工况点计算电驱效率；

进一步地，所述通过整车参数分析计算得到电驱搭载整车的运行工况点；具体内容如下：

按照整车运行工况带入整车参数计算得到按照工况行驶所需的驱动及制动力矩，并对应计算得到电驱的需求扭矩转速即电驱运行的工况点。

进一步地，所述驱动模式是指：电驱将电能转换为机械能驱动电动车前进的工况，此时电驱转速与扭矩皆为正值。

进一步地，所述馈电模式是指：电驱将滑行及制动时所产生的机械能转换为电能存储于电池中的工况，此时电驱转速为正值扭矩为负值。

进一步地，所述静止模式是指：为车辆处于静止状态电机不做工的工况，转速扭矩皆为零不消耗或产生电能，在进行电驱效率分析时，此部分工况不予考虑。

进一步地，所述采用K-Means聚类计算方法，将驱动工况及馈电工况，聚类得到聚类工况点；具体内容如下：

分别将驱动模式及馈电模式的电驱运行工况点，带入SPSS软件进行K-Means聚类计算，初始聚类中心设置为随机获得，初始k值按照经验选取较小数值，聚类得到聚类工况点。

进一步地，聚类得到聚类工况点之后，增加误差平方和校核步骤，具体内容如下：

k值越大则误差平方和SSE越小，聚类结果越精确，但分析也越复杂，选择肘点对应的k值作为聚类数目；

选择肘点对应的k值作为聚类数，对应聚类得到的电驱工况点即可作为电驱运行的典型工况点。

进一步地，基于聚类得到的典型工况点计算电驱效率；具体内容如下：

根据聚类得到的电驱工况点，带入电驱效率map插值得到对应聚类点的效率，并计算驱动模式、馈电模式工况点的能量占比即权重；

根据驱动模式、馈电模式工况点效率及对应的权重即可计算得到电驱该模式下的综合效率。

进一步地，所述静止模式电驱转速扭矩皆为0，电驱不做功不予考虑。

一种基于聚类工况点的电驱效率计算方法，还包括：

根据驱动模式及馈电模式全部工况点效率分别进行计算得到驱动模式工况及馈电模式工况电驱的综合效率，进行效率对比误差小于1％，证明以电驱聚类工况点进行电驱效率对比分析是可行的。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

本发明提供了一种基于聚类工况点的电驱效率计算方法，可将大量的电驱运行工况点聚类计算得到具有代表性的典型工况点，并依据聚类工况点计算电驱效率，大大简化了电驱效率的计算过程方便了电驱效率的对比分析，同时可为电驱***运行效率的开发提供指导，进一步能够有效指导电驱选型及车辆运行工况分析等工作开展，依据聚类工况点也可对电机效率map提出约束，提高研发效率。

本发明显著提高电驱选型分析效率，同时依据电驱特性可采用典型工况点针对电驱效率提出有效约束，具有一定的创新型和通用性。

附图说明

图1是本发明的计算分析流程图；

图2是电驱工况点示意图；

图3是SPSS计算程序调用示意图；

图4是SSE与k值关系示意图。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。

在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

下面结合附图对本发明作详细的描述：

本发明目的是描述一种基于聚类工况点的电驱效率计算方法，计算过程如图1所示。

主要内容介绍：

(1)计算准备

按照整车运行工况计算车辆的加减速度，带入整车参数得到按照工况行驶所需的驱动及制动力矩，并进一步计算得到电驱的需求扭矩转速即电驱运行的工况点，如图2所示。

(2)工况分类

将电动车运行工况按照电驱运行工况可分成驱动模式，馈电模式及静止模式。其中驱动模式即电驱将电能转换为机械能驱动电动车前进的工况，此时电驱转速与扭矩皆为正值。

馈电模式即电驱将滑行及制动时所产生的机械能转换为电能存储于电池中的工况，此时电驱转速为正值扭矩为负值。

静止模式即为车辆处于静止状态电机不做工的工况，电动车处于静止模式时电驱处于停机状态，转速扭矩皆为零不消耗或产生电能，因此在进行电驱效率分析时，此部分工况可不予考虑。

(3)聚类计算

将不同模式的电驱运行工况点带入SPSS软件进行K-Means聚类计算，初始聚类中心通过随机方式获得，初始k值按照经验选取较小的数值，迭代次数设置为100即可，设置保存聚类成员信息及与聚类中心距离用于计算不同聚类簇的误差平方和。

调取SPSS内置K-Means计算程序见图3；

运行计算结果见表1所示。

表1聚类计算结果

(4)误差平方和校核

为评价聚类结果的好坏可对整个数据集的误差平方和SSE进行校核。其中k值越大则SSE越小，聚类结果越精确，但分析也越复杂，通常可选择肘点对应的k值作为聚类数目，如图4所示k值可以为3。选择肘点对应的k值作为聚类数，对应聚类得到的电驱工况点即可作为电驱运行的典型工况点。

(5)效率计算

根据聚类得到的电驱工况点，带入电驱效率map插值得到对应聚类点的效率，并计算不同聚类工况点的能量占比即权重，如表2所示。

根据不同模式聚类工况点效率及对应的权重即可计算得到电驱该模式下的综合效率。

表2电驱工况点效率插值结果

本发明主要描述了一种基于聚类工况点的电驱效率计算方法，该方法主要通过整车参数分析计算得到电驱搭载整车的运行工况点，并依据驱动、馈电及静止三种模式进行工况区分；采用K-Means聚类计算方法将驱动工况及馈电工况聚类得到典型工况点；基于聚类得到的典型工况点计算电驱效率，通过对比评估，证明以电驱聚类工况点进行电驱效率对比分析是可行的，这将显著提高电驱选型分析效率，同时依据电驱特性可采用典型工况点针对电驱效率提出有效约束，具有一定的创新型和通用性。

本发明主要描述了一种基于聚类工况点的电驱效率计算方法主要特征包括：

1.计算准备

按照整车运行工况带入整车参数计算得到按照工况行驶所需的驱动及制动力矩，并对应计算得到电驱的需求扭矩转速即电驱运行的工况点。

2.工况分类

将电动车运行工况按照电驱运行工况分成驱动模式，馈电模式及静止模式。驱动模式即电驱将电能转换为机械能驱动电动车前进的工况，此时电驱转速与扭矩皆为正值。馈电模式即电驱将滑行及制动时所产生的机械能转换为电能存储于电池中的工况，此时电驱转速为正值扭矩为负值。静止模式即为车辆处于静止状态电机不做工的工况，转速扭矩皆为零不消耗或产生电能，因此在进行电驱效率分析时，此部分工况可不予考虑。

3.聚类计算

将不同模式的电驱运行工况点带入SPSS软件进行K-Means聚类计算，初始聚类中心设置为随机获得，初始k值按照经验选取较小数值，聚类得到聚类工况点。

4.误差平方和校核

为评价聚类结果的好坏可对整个数据集的误差平方和SSE进行校核。其中k值越大则SSE越小，聚类结果越精确，但分析也越复杂，通常可选择肘点对应的k值作为聚类数目。选择肘点对应的k值作为聚类数，对应聚类得到的电驱工况点即可作为电驱运行的典型工况点。

5.效率计算

根据聚类得到的电驱工况点，带入电驱效率map插值得到对应聚类点的效率，并计算不同中心工况点的能量占比即权重。根据不同模式聚类工况点效率及对应的权重即可计算得到电驱该模式下的综合效率。

本方法可快速计算出电驱运行效率，可为电驱***运行效率的开发提供指导，进一步能够有效指导电驱选型及车辆运行工况分析等工作开展，依据聚类工况点也可对电机效率map提出约束，具有一定的拓展性。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种基于聚类工况点的电驱效率计算方法，其特征在于：

通过整车参数分析计算得到电驱搭载整车的运行工况点；

将运行工况按照电驱运行工况分成驱动模式，馈电模式及静止模式；

采用K-Means聚类计算方法，将驱动模式工况及馈电模式工况，聚类得到典型工况点；

基于聚类得到的典型工况点计算电驱效率。

2.根据权利要求1所述的一种基于聚类工况点的电驱效率计算方法，其特征在于：

所述通过整车参数分析计算得到电驱搭载整车的运行工况点；具体内容如下：

按照整车运行工况带入整车参数计算得到按照工况行驶所需的驱动及制动力矩，并对应计算得到电驱的需求扭矩转速即电驱运行的工况点。

3.根据权利要求1所述的一种基于聚类工况点的电驱效率计算方法，其特征在于：

所述驱动模式是指：电驱将电能转换为机械能驱动电动车前进的工况，此时电驱转速与扭矩皆为正值。

4.根据权利要求3所述的一种基于聚类工况点的电驱效率计算方法，其特征在于：

所述馈电模式是指：电驱将滑行及制动时所产生的机械能转换为电能存储于电池中的工况，此时电驱转速为正值扭矩为负值。

5.根据权利要求4所述的一种基于聚类工况点的电驱效率计算方法，其特征在于：

所述静止模式是指：为车辆处于静止状态电机不做工的工况，转速扭矩皆为零不消耗或产生电能，在进行电驱效率分析时，此部分工况不予考虑。

6.根据权利要求5所述的一种基于聚类工况点的电驱效率计算方法，其特征在于：

所述采用K-Means聚类计算方法，将驱动工况及馈电工况，聚类得到聚类工况点；具体内容如下：

分别将驱动模式及馈电模式的电驱运行工况点，带入SPSS软件进行K-Means聚类计算，初始聚类中心设置为随机获得，初始k值按照经验选取较小数值，聚类得到聚类工况点。

7.根据权利要求6所述的一种基于聚类工况点的电驱效率计算方法，其特征在于：

聚类得到聚类工况点之后，增加误差平方和校核步骤，具体内容如下：

k值越大则误差平方和SSE越小，聚类结果越精确，但分析也越复杂，选择肘点对应的k值作为聚类数目；

选择肘点对应的k值作为聚类数，对应聚类得到的电驱工况点即可作为电驱运行的典型工况点。

8.根据权利要求7所述的一种基于聚类工况点的电驱效率计算方法，其特征在于：

所述基于聚类得到的典型工况点计算电驱效率，具体内容如下：

根据聚类得到的电驱工况点，带入电驱效率map插值得到对应聚类点的效率，并计算驱动模式、馈电模式工况点的能量占比即权重；根据驱动模式、馈电模式工况点效率及对应的权重即可计算得到电驱该模式下的综合效率。

9.根据权利要求1所述的一种基于聚类工况点的电驱效率计算方法，其特征在于，

所述静止模式电驱转速扭矩皆为0，电驱不做功不予考虑。

10.根据权利要求1至9任一所述的一种基于聚类工况点的电驱效率计算方法，其特征在于，还包括：

根据驱动模式及馈电模式全部工况点效率分别进行计算得到驱动模式工况及馈电模式工况电驱的综合效率，进行效率对比误差小于1％，证明以电驱聚类工况点进行电驱效率对比分析是可行的。

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