一种新能源电驱动系统的测试数据分析系统的制作方法

本发明属于新能源电驱动测试的技术领域，尤其涉及一种新能源电驱动系统的测试数据分析系统。

背景技术：

新能源汽车的关键部件为电驱动系统，由于外部环境的错综复杂，电驱动系统面临着诸多外来因素的干扰和影响，在给整车装上电驱动系统及主要部件电机及其控制系统时，需要对其进行试验，通过测试或者测量系统效率、系统负载和系统超速超载等性能指标，通过进行绝缘直流测量试验、堵转试验、负载温升试验、控制器的过流过压试验等，得到电驱动系统的综合性能指标，用来判断电驱动系统的好坏以及是否可以投入使用。

传统的测试系统难以通过一个系统完成所有的试验和测试或者测量出包括系统效率、扭矩精度、峰值功率、持续功率等性能指标，往往性能相对单一，需要多次测试和多套系统进行操作。并且对于测试结果没有相应的工具进行分析。

数据分析可以在大量的数据中提取有用信息并对数据加以详细研究和概括总结，对新能源汽车的电驱动系统的测试数据进行分析，可对电驱动系统的整体性能进行评估，也可指出电驱动系统存在的不足或隐患，进而有助于对电驱动系统的组成部件及测试方法进行改进。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种新能源电驱动系统的测试数据分析系统，实现对电驱动系统的性能测试及耐久测试数据的整体或局部分析。

为解决上述问题，本发明的技术方案为：

一种新能源电驱动系统的测试数据分析系统，包括：

数据导入模块，用于获取电驱动性能测试及耐久测试的原始测试数据，可以对多个分散文件进行裁剪和拼接；

对象选择模块，用于选择电驱动性能测试或耐久测试相关的实验台架、参数、关联控制通道和关注通道；

数据提取模块，用于根据所述对象选择模块确定的实验台架、参数、关联控制通道及关注通道，筛选并提取所述数据导入模块获取的原始测试数据，作为有效数据；

分析汇总模块，用于将多组有效数据进行汇总计算，得到某一通道、部分工况或全部工况的运行测量数据；

报告生成模块，用于根据测试项目，自动调用所述分析汇总模块中相应的工况运行测量数据及关注通道，生成分析报告。

根据本发明一实施例，所述对象选择模块包括台架选择单元、参数组合单元、通道关联单元及关注通道选择单元：

所述台架选择单元用于选取电驱动性能测试或耐久测试相关的实验台架，所述实验台架包括双电机台架、单电机台架及耐久对拖台架，分别用于实现动力总成轴端输出性能的测量、电机性能和动力总成匹配后电机输出性能的测量及动力总成耐久实验的测量；

所述参数组合单元用于选取包括扭矩、转速、电压、环境温度、水温在内的多种控制条件参数；

所述通道关联单元用于根据所述参数组合单元中选取的控制条件参数，关联相应的测试通道；

所述关注通道选择单元用于挑选当前实验关注的信号通道，作为输入信息传递给数据提取模块。

根据本发明一实施例，所述数据提取模块包括筛选单元及提取单元；

所述筛选单元用于根据所述对象选择模块确定的实验台架、参数及关联控制通道，筛选出需要关注的测试条件组合信息，对原始测试数据进行条件检索，获得符合当前测试条件组合要求的数据点标记为起始时间戳，当其中任意条件参数变化时视为该条件结束，标志出有效数据结束时间戳，将上一检索条件的结束时间作为下一检索条件的起始时间，进行顺序检索；

所述提取单元用于提取每段有效数据的起始时间戳之间所有关注通道中的数据，创建以检索条件命名的数据组，存储提取后的数据通道，成为相对独立有效的数据区域，以方便后续的分析和搜索。

根据本发明一实施例，所述分析汇总模块包括项目汇总单元、数据处理单元；

项目汇总单元用于统计电驱动性能测试或耐久测试涉及的通道组，对各测试通道进行分析，获得测试通道中的工况运行离散参数；

所述数据处理单元用于对动态变化参数的数据进行异常值剔除，所述动态变化参数包括扭矩、转速、直流电功率、交流电功率及逆变器产生的交流电流。

根据本发明一实施例，所述数据处理单元采用格拉布斯准则结合t分布进行异常值剔除。

根据本发明一实施例，所述分析汇总模块还包括补偿单元，所述补偿单元用于对扭矩精度测试数据进行变速箱消耗扭矩补偿；

当采用单电机台架进行测试时，所述补偿单元需要对电机的转速和油温进行补偿；

当采用双电机台架或耐久对拖台架进行测试时，所述补偿单元需要对电机的转速、扭矩及油温进行补偿。

根据本发明一实施例，所述补偿单元对油温进行补偿时，根据工作油温范围及变速箱效率图谱，对实际测量得到的油温数据进行双线性插值计算，获得目标油温的值。

根据本发明一实施例，还包括数据导出模块及检索模块；

所述数据导出模块用于将所述分析汇总模块中的数据以excel形式输出，支持宏运行；

所述检索模块用于对测试数据进行条件检索，实现对单个测试对象多次实验结果或同类项目的实验结果的查询和对比。

根据本发明一实施例，所述电驱动性能测试包括扭矩进度测试、峰值功率测试、持续功率测试、效率测试及拖曳损失测试；

其中，所述拖曳损失测试用于衡量电驱动动力总成的机械运行阻力，拖曳损失的计算公式如下：

其中，tdrag为拖曳扭矩，pdrag为拖曳损失，δn为围绕关注点搜索到接近50转的上下两点的转速差值，δt为这上下两点的时间差，j为动力总成的转动惯量，i为变速箱速比。

根据本发明一实施例，所述耐久测试为长周期动态工况循环测试；

所述耐久测试采用包络函数对动态运行信号的数据进行处理并获取动态运行信号的局部工况，及对环境参数的运行情况进行监控。

本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

1)本发明一实施例中的新能源电驱动系统的测试数据分析系统，通过数据导入模块获取电驱动性能测试及耐久测试的原始测试数据；对象选择模块选择电驱动性能测试或耐久测试相关的实验台架、参数、关联控制通道和关注通道；数据提取模块根据所述对象选择模块确定的实验台架、参数、关联控制通道和关注通道，筛选并提取所述数据导入模块获取的原始测试数据，存放在以检索条件命名的新建立的数据组中，成为相对独立有效的数据区域，作为有效数据；分析汇总模块将多组有效数据进行汇总计算，得到某一通道、部分工况或全部工况的运行测量数据；报告生成模块根据测试项目，自动调用所述分析汇总模块中相应的工况运行测量数据及关联通道，生成分析报告。实现对电驱动系统的性能测试及耐久测试数据的整体或局部分析，从而有助于对电驱动系统的组成部件及测试方法进行改进。

2)本发明一实施例中的新能源电驱动系统的测试数据分析系统，在对测试数据进行分析时，通过格拉布斯准则结合t分布剔除异常值，使系统效率、扭矩精度等有大规模测量需求的参数的测试数据满足测试要求，使后续的数据分析避免因小概率事件(异常数据)而出现判断错误。

3)本发明一实施例中的新能源电驱动系统的测试数据分析系统，在对变速箱消耗扭矩补偿的算法中，采用双线性插值的方法确定油温，缩小目标油温的范围，快速确定油温补偿值。

4)本发明一实施例中的新能源电驱动系统的测试数据分析系统，在分析耐久实验数据中，采用包络函数，自动查找动态循环的起始点和终止点，对每个周期进行监控，并自动生成统计报告，方便又快捷。

附图说明

图1为本发明一实施例中的新能源电驱动系统的测试数据分析系统框图；

图2为本发明一实施例中的双线性插值原理图；

图3为本发明一实施例中的采用包络线自动查找动态循环的起始点的示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种新能源电驱动系统的测试数据分析系统作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。

电驱动系统是新能源汽车三大核心部件之一。电机驱动控制系统是新能源汽车车辆行驶中的主要执行结构，其驱动特性决定了汽车行驶的主要性能指标，它是电动汽车的重要部件。电动汽车的装个驱动系统包括电动机驱动系统与其机械传动机构两个部分。电驱动系统主要由电动机、功率转换器、控制器、各种检测传感器以及电源等部分构成。

新能源汽车电驱动系统的性能测试主要参照《gb-t18488.1-2015电动汽车用驱动电机系统第1部分：技术条件》、《gb-t18488.2-2015电动汽车用驱动电机系统第2部分：试验方法》等标准技术要求，完成对电驱动系统包括驱动电机及其控制器在内的性能测试。

由于传统的测试系统难以通过一个系统完成所有的试验和测试或者测量出包括系统效率、扭矩精度、峰值功率、持续功率等性能指标，并且对于测试结果没有相应的工具进行分析，无法直观地或有针对性地显示电驱动系统的情况，也无从得到电驱动系统存在哪些未达到预期的地方及其未达到预期的原因，从而无法对电驱动系统进行针对性地改进。

针对上述问题，本实施例提出了一种新能源电驱动系统的测试数据分析系统，请参看图1，其包括：

数据导入模块1，用于获取电驱动性能测试及耐久测试的原始测试数据；

对象选择模块2，用于选择电驱动性能测试或耐久测试相关的实验台架、参数、关联控制通道及关注通道；

数据提取模块3，用于根据所述对象选择模块确定的实验台架、参数、关联控制通道和关注通道，筛选并提取所述数据导入模块获取的原始测试数据，作为有效数据；

分析汇总模块4，用于将多组有效数据进行汇总计算，得到某一通道、部分工况或全部工况的运行测量数据；

报告生成模块5，用于根据测试项目，自动调用所述分析汇总模块中相应的工况运行测量数据及关联通道，生成分析报告。

具体的，数据导入模块1可兼容多种数据文件记录格式，可针对数据格式的不同自动应用不同数据处理算法。也可通过预设的文件配置数据插件导入各类测试数据，支持多种格式文件(如dat、mf4、rec、txt、csv、mat、r64、rsp等)。这里的测试数据包括电性能测试数据(如扭矩精度、峰值功率、持续功率和效率的测试数据)、机械性能测试数据(如dragloss拖曳损失的测试数据)及耐久测试数据(如高温动态耐久和高低温交替动态等长周期动态工况循环测试数据)。数据导入模块1可以对多个分散文件进行裁剪和拼接，用于实验中断后产生的多个文件整合。

对象选择模块2包括台架选择单元201、参数组合单元202、通道关联单元203及关注通道选择单元204。其中台架选择单元201用于选取电驱动性能测试或耐久测试相关的实验台架。对于新能源电驱动系统动力总成的实验，常见台架有双电机台架e-functionbench，模拟整车运行环境，用于测量动力总成轴端输出性能；单电机台架e-motorbench，用于测量电机性能和动力总成匹配后电机输出性能，多用于系统标定和软件功能验证；耐久对拖台架back-to-backbench，样件互为负载和驱动，通过1:1变速箱进行转换连接，模式有n/t和t/n(速度/扭矩控制和扭矩/速度控制)两种，并能自由切换。新能源电驱动系统的性能实验需要使用此三种台架，每类台架驱动原理不同，涉及的通道和测量的参数都有不同，关注的性能也有所区别。

另外，该台架选择单元201支持用户自主选择，导入台架控制脚本，如txt、csv或者转换后的tdm格式文件。

参数组合单元202用于选取包括扭矩、转速、电压、环境温度、水温在内的多种控制条件参数。可以按照实际实验要求标识四大性能实验，该四大性能实验分别为扭矩精度、峰值功率、持续功率和效率，也可以按照有效运行步数对相关参数进行遴选和标识。例如提取所有外部条件和负载的组合参数及实际控制步数等信息，剔除台架调整环境变量的步数(如环境温度切换、冷却水温切换，样件冷却等)。

通道关联单元203用于根据参数组合单元202中选取的控制条件参数，关联相应的测试通道。通常一个通道中运行一个信号(即一种参数)，或多个通道运行同一种信号，需要将选取的控制条件参数与其相应的测试通道名称进行对应记录并保存。

关注通道选择单元204用于挑选当前实验关注的信号通道，作为输入信息传递给数据提取模块。

数据提取模块3包括筛选单元301及提取单元302。筛选单元301用于根据对象选择模块2确定的实验台架、参数及关联控制通道，筛选出需要关注的测试条件组合信息，对原始测试数据进行条件检索，获得符合当前测试条件组合要求的数据点标记为起始时间戳，当其中任意条件参数变化时视为该条件结束，标志出有效数据结束的时间戳，将上一检索条件的结束时间作为下一检索条件的起始时间，进行顺序检索。

提取单元302用于提取每段有效数据的起始时间戳之间所有关注通道中的数据，创建以检索条件命名的数据组，存储提取后的数据通道，成为相对独立有效的数据区域，以方便后续的分析和搜索。

分析汇总模块4包括项目汇总单元401、数据处理单元402。项目汇总单元401用于统计电驱动性能测试或耐久测试涉及的通道组，对各测试通道进行分析，获得测试通道中的工况运行离散参数；数据处理单元402用于对动态变化参数的数据进行异常值剔除，这里的动态变化参数包括扭矩、转速、直流电功率、交流电功率及逆变器产生的交流电流。

项目汇总单元401对每组有效数据进行汇总计算，默认统计关注通道平均值及产品运行监测温度最大值，支持用户按照实验项目进行汇总，或者按照脚本有效运行步数编号进行汇总。同时也支持用户对某一通道独立进行统计分析，可以选择部分工况或者全部运行工况，支持设置数据通道中统计范围，也可以对该通道总体进行统计分析，可以获得最大值、最小值和平均值。以实验项目为主题的数据汇总，统计该项实验涉及的有效数据组，对相关数据组里面的所有关注通道进行分析，获得该工况运行离散参数。新生成的汇总数据组中，存放所有属于该项实验的运行测量数据。

数据处理单元402采用格拉布斯准则结合t分布对扭矩、转速、直流电功率、交流电功率和逆变器产生的交流电流等高动态变化参数进行异常值剔除。

通常新能源电驱动性能测试数据采集于功率分析仪，其已经对高频信号进行了采样平均，到达上位机的原始数据量已经有了精简。而对于效率和扭矩精度等有大规模测量需求情况，每个工况点的数据量不是很多，这种情况下t分布比正态分布更适合。其实现方法为：首先对动态参数通道，比如扭矩或者机械功率，运行排序算法，并求现有数据的算数平均值

式中，xi表示一组测量值，n为项数计算自由度为n-1，该组数据标准偏差s

由现有的算数平均值、标准差和自由度，通常定双尾α＝0.05，置信概率p＝0.95，可以计算出t分布值作为临界值，获得值为g(t,n)。

下式为t分布概率密度函数：

这里γ为伽马分布函数，公式如下：

其中u>0

简化t分布函数和上尾概率分别为

欲求t分布表所列临界值tα(n)，对上述α求逆函数，设e为分布概率相关公式：

当n≥3且e≤0.5时

以上式计算出的tα(n)为初值，运用牛顿迭代法进行精确近似

其中，f(ti)为概率密度函数在t＝ti时的值，f(t1)为相应的t分布函数值，p为下尾概率(p＝1-α),ti为迭代初值，ti+1为终值。

计算每个偏离值gi(残差与标准差的比值)，i从1到n，优先从最大值开始。

残差计算公式：

临界值计算公式：

符合双尾t分布，满足零假设检验要求的值存在下列特征：

gi＜g(t,n)

如果大于该临界值g(t,n)，则能判断该测量数据是异常值，可以剔除。

然后重新计算新的平均值和标准差，数据组项数减少1，计算新的t分布临界值，此步骤继续循环，直到最后数据中所有值的偏离值都小于当前自由度t分布获得的临界值。

分析汇总模块4还包括补偿单元403，该补偿单元403用于对扭矩精度测试数据进行变速箱消耗扭矩补偿。补偿单元403对油温进行补偿时，根据工作油温范围及变速箱效率图谱，对实际测量得到的油温数据进行双线性插值计算，获得目标油温的值。

扭矩精度是表征新能源动力总成控制性能的一个重要指标，电机集成变速箱后，台架测量值无法直接体现该参数。影响变速箱工作情况的参数有：电机工作转速、扭矩作为负载输入，变速箱润滑油在不同温度下的粘度等导致的传动系统摩擦损失和油泵容积损失等。

按照测试台架的不同，测量数据获得的方式也不同。单电机台架测量中，产品仅连接电机输出端，变速箱属于倒拖空转，此时需要补偿的参数为电机转速和油温，扭矩输入视为零；双电机台架和耐久对拖台架，产品模拟整车安装，变速箱补偿时需要实时的测量转速、扭矩和油温。

变速箱开发完成，得到与动力总成运行范围一致，不同负载条件下的效率图谱，测量点一般比较稀疏。根据设计参数(工作油温范围和油品特性)，选取几个关键油温重复测量，制定油温影响的补偿逻辑。基于上述参数输入，按照产品实际测量数据进行双线性插值计算，可以获得变速箱效率图中该工况值的计算公式和关联点，再查找两个相邻油温效率图获得温度关联值，用实际温度，做一个单线性插值，就可以获得实际油温的近似值。

请参看图2，双线性插值的原理如下：

假设想得到未知点p＝(x,y)的值，已知关联点q11＝(x1，y1),q12＝(x1，y2),q21＝(x2，y1),q22＝(x2，y2)四个点的值。

首先在x方向进行线性插值，得到

此处r1＝(x,y1)

此处r2＝(x,y2)

然后在y方向进行线性插值，得到

这样就得到结果f＝(x,y)

分析汇总模块4还包括拖曳损失单元404，该拖曳损失单元404用于完成驱动动力总成的机械运行阻力的分析。

拖曳损失是评估新能源动力总成整体机械运行阻力的表征参数，实验方法是将动力总成与端轴脱开，运转到最高转速，再瞬间中断扭矩输出，查看其自由降速到0的情况。结合变速箱的设计参数，设置关注转速点，查找高于该转速点50转和低于该转速点50转的转速点，获得时间间隔，用速比和系统惯量进行计算。拖曳损失的计算公式如下：

其中，tdrag为拖曳扭矩,pdrag为拖曳损失，δn为围绕关注点搜索到接近50转的上下两点间的转速差值，δt找到的上下两点间的时间差，j为产

品转动惯量，i为变速箱速比。

由于动力总成的个体差异，达到实验条件的时间长短各异，导致搜索的起点随机，需要对获得的数据进行清理。

数据清理可通过以下方法进行：首先，通过对数据进行截断，去除前段转速升高的部分，仅留下达到高速段之后的数据，此为第一步清理。对1000hz采样频率获得的数据，使用包络函数，设置较大观察间隔10％，通过搜索表征下降的特征值找到起始点。

分析汇总模块4还包括耐久测试分析单元405，该耐久测试分析单元405用于实现长周期动态工况循环测试(如高温动态耐久和高低温交替动态耐久测试)的数据分析。

耐久测试分析单元405采用包络函数对动态运行信号的数据进行处理并获取动态运行信号的局部工况，及对环境参数的运行情况进行监控。

利用envelop包络函数，自动查找动态循环的起始点和终止点，对每个周期进行监控。通过对搜索时间间隔范围的设置，可以找到动态工况起始点。提取需要关注的通道到相关excel模板，识别实验控制方式(转速/扭矩和扭矩/转速)，同时自动调用宏函数对整个周期两个件的动态运行情况进行统计计算，标识出现超差的运行点，计算超差数据点的占比。

对输出环境条件运行情况进行监控：冷却水温度、流量和压力，(高低)电压波动，环境箱温度、湿度、保持时间、温度波动和温变速率，冷启动设置条件检查，振动。固定表格输出，后期再通过excel宏进行整个寿命阶段运行周期情况汇总。

其中，excel宏是指基于vb的一种宏语言vba脚本，主要用于扩展microsoftoffice软件如excel的功能。宏是一些指令集，每个人在制作表格的过程中也许会有多种功能，而一直重复做的话会非常繁琐，因此就可以通过宏录制来节约时间简化步骤，对于提高工作效率是非常有好处的。

包络函数是用来描述信号特征的曲线，根据信号频率和时间尺度改变观察间隔的宽度，在每一个观察间隔找到局部变化最大值和最小值，连接所有取得的相关极值，获得上包络线和下包络线，整体曲线落在两条边界线中。请参看图3，针对采样频率为10hz动态速度曲线a，设置观察宽度为整体1％时，包络线b扫描到的情况。当循环周期从起点a的0转急速变化到较高转速时，包络线b搜索到的接近于0的点，其下一相邻点b的值与该搜索到的点的差值会很大，通过不同动态曲线的类似情况，都能找到起始点。

报告生成模块5，支持用户定制报告图表曲线，可以选择展示图表数量、信号通道名称、每个图表x轴和y轴范围。按照设置参数，自动调用所有提取后有效工况组内的关注通道生成报告，展示实际运行情况。

经分析汇总模块4分析后的实验项目数据，将以图表形式在报告最初几页进行汇总。报告格式可以选择导出为pdf或者ppt格式。

本实施例中的新能源电驱动系统的测试数据分析系统还包括数据导出模块6及检索模块7。

数据导出模块6用于将所述分析汇总模块中的数据以excel形式输出，支持宏运行。该数据导出模块6将分析汇总模块4中的数据以excel形式输出，按实验项目名称保存在独立工作页，也可以导入自定义模板，支持宏运行，输出结果表现图表包括：线性图、柱状图、散点图和填色图表。

检索模块7用于对测试数据进行条件检索，实现对单个测试对象多次实验结果或同类项目的实验结果的查询和对比。可根据系统保存的文件关键字进行检索，也可按测试样件编号和名称或者实验项目工况点作为条件进行检索。实现对单个测试对象多次实验或同类实验项目多次实验结果进行查询和比对。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明做出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。