汽车安全与节能学报 ›› 2025, Vol. 16 ›› Issue (2): 277-285.DOI: 10.3969/j.issn.1674-8484.2025.02.011
收稿日期:2024-11-16
修回日期:2024-12-05
出版日期:2025-04-30
发布日期:2025-04-22
作者简介:柳炽伟(1970—),男(汉),广东,副教授。E-mail:luke1011@sohu.com。
基金资助:Received:2024-11-16
Revised:2024-12-05
Online:2025-04-30
Published:2025-04-22
摘要:
提出一种主成分分析及粒子群优化支持向量机(PCA-GOA-LSSVM)的多分类器模型,用于尽早检测和预测新能源汽车驱动电机冷却系统的劣化,减少因冷却液温度过高导致的电机功率限制或停机状况的发生。其中主成分分析法(PCA)用于对故障特征进行降维重构处理,蝗虫算法(GOA)用来优化最小二乘支持向量机(LSSVM)的参数。通过实车故障试验采集样本数据,分别输入至LSSVM预测模型、PCA-PSO-SVM及PCA-GOA-LSSVM模型,进行对比测试。结果表明:基于PCA-GOA-LSSVM的多分类器预测模型准确率达91.41%、精确率达86.25%,高于对比的预测模型,可准确提醒及时维护车辆及有效判断故障类型;该模型能够用于新能源汽车驱动电机冷却系统性能劣化预测和故障诊断中。
中图分类号:
柳炽伟, 黄韵迪. 新能源汽车驱动电机冷却系统劣化故障预测[J]. 汽车安全与节能学报, 2025, 16(2): 277-285.
LIU Chiwei, HUANG Yundi. Deterioration fault prediction of the drive-motor cooling-system for new energy vehicles[J]. Journal of Automotive Safety and Energy, 2025, 16(2): 277-285.
| 数据名称 | 测量值 | 范围 |
|---|---|---|
| 电机冷却液温度/ ℃ | 48 | -40~160 |
| 驱动电机温度/ ℃ | 54 | -40~160 |
| 控制器散热器温度 / ℃ | 35 | -40~160 |
| 控制器IGBT模块温度/ ℃ | 49 | -40~160 |
| 水泵请求转速状态/ % | 72 | 0~100 |
| 无极风扇请求状态/ % | 0 | 0~100 |
| 充电正接触器状态 | 0 | 0~1 |
| 电机母线电压/ V | 418 | 0~1 000 |
| 驱动电机转速/ (1 000 r · min-1) | 3.77 | -18.0~18.0 |
| 驱动电机转矩/ Nm | -23.9 | -500~500 |
| 电机功率/ kW | -10 | -100~200 |
| 车速/ (km · h-1) | 63.5 | 0~300 |
| 坡道坡度/ % | -1 | -100~100 |
| 油门深度电压信号/ V | 0.73 | 0~5 |
| A相电流/ A | 38 | 0~1 000 |
| A相结温温度/ ℃ | 53 | -40~160 |
| 数据名称 | 测量值 | 范围 |
|---|---|---|
| 电机冷却液温度/ ℃ | 48 | -40~160 |
| 驱动电机温度/ ℃ | 54 | -40~160 |
| 控制器散热器温度 / ℃ | 35 | -40~160 |
| 控制器IGBT模块温度/ ℃ | 49 | -40~160 |
| 水泵请求转速状态/ % | 72 | 0~100 |
| 无极风扇请求状态/ % | 0 | 0~100 |
| 充电正接触器状态 | 0 | 0~1 |
| 电机母线电压/ V | 418 | 0~1 000 |
| 驱动电机转速/ (1 000 r · min-1) | 3.77 | -18.0~18.0 |
| 驱动电机转矩/ Nm | -23.9 | -500~500 |
| 电机功率/ kW | -10 | -100~200 |
| 车速/ (km · h-1) | 63.5 | 0~300 |
| 坡道坡度/ % | -1 | -100~100 |
| 油门深度电压信号/ V | 0.73 | 0~5 |
| A相电流/ A | 38 | 0~1 000 |
| A相结温温度/ ℃ | 53 | -40~160 |
| 代码 | 参数名称 | r |
|---|---|---|
| x1 | 电机冷却液温度 | 1.000 0 |
| x2 | 驱动电机温度 | 0.877 3 |
| x3 | 控制器IGBT模块温度 | 0.753 9 |
| x4 | 水泵请求转速状态 | 0.924 5 |
| x5 | 驱动电机转矩 | 0.305 0 |
| x6 | 电机功率 | 0.337 8 |
| x7 | A相电流 | 0.463 0 |
| x8 | A相结温温度 | 0.762 5 |
| 代码 | 参数名称 | r |
|---|---|---|
| x1 | 电机冷却液温度 | 1.000 0 |
| x2 | 驱动电机温度 | 0.877 3 |
| x3 | 控制器IGBT模块温度 | 0.753 9 |
| x4 | 水泵请求转速状态 | 0.924 5 |
| x5 | 驱动电机转矩 | 0.305 0 |
| x6 | 电机功率 | 0.337 8 |
| x7 | A相电流 | 0.463 0 |
| x8 | A相结温温度 | 0.762 5 |
| 时间 | 状态 | 电机冷却 液温度 x1 | 驱动电机 温度 x2 | IGBT 温度 x3 | 水泵请 求状态 x4 | 驱动电机 转矩 x5 | 电机 功率 x6 | A相 电流 x7 | A相 结温温度 x8 | 二分类器标签 | 多分类器标签 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 14∶30∶02 | 1 | 42.59 | 51.23 | 48.53 | 61.67 | -32.18 | -33.53 | 0.92 | 13.17 | 1 | 1 |
| 14∶30∶12 | 1 | 42.87 | 51.86 | 48.79 | 61.95 | 18.86 | 11.67 | 1.68 | 14.03 | 1 | 1 |
| … | … | … | … | … | … | … | … | … | … | … | … |
| 10∶18∶21 | 1 | 50.36 | 60.25 | 59.13 | 83.63 | 36.00 | 17.48 | 45.61 | 58.29 | -1 | 2 |
| 10∶18∶31 | 1 | 51.24 | 61.39 | 59.07 | 84.97 | 52.00 | 56.10 | 50.34 | 59.57 | -1 | 2 |
| 时间 | 状态 | 电机冷却 液温度 x1 | 驱动电机 温度 x2 | IGBT 温度 x3 | 水泵请 求状态 x4 | 驱动电机 转矩 x5 | 电机 功率 x6 | A相 电流 x7 | A相 结温温度 x8 | 二分类器标签 | 多分类器标签 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 14∶30∶02 | 1 | 42.59 | 51.23 | 48.53 | 61.67 | -32.18 | -33.53 | 0.92 | 13.17 | 1 | 1 |
| 14∶30∶12 | 1 | 42.87 | 51.86 | 48.79 | 61.95 | 18.86 | 11.67 | 1.68 | 14.03 | 1 | 1 |
| … | … | … | … | … | … | … | … | … | … | … | … |
| 10∶18∶21 | 1 | 50.36 | 60.25 | 59.13 | 83.63 | 36.00 | 17.48 | 45.61 | 58.29 | -1 | 2 |
| 10∶18∶31 | 1 | 51.24 | 61.39 | 59.07 | 84.97 | 52.00 | 56.10 | 50.34 | 59.57 | -1 | 2 |
| 载荷指标 | F1 | F2 |
|---|---|---|
| x1 | 0.351 | -0.361 |
| x2 | 0.327 | -0.405 |
| x3 | 0.393 | -0.188 |
| x4 | 0.352 | -0.397 |
| x5 | 0.359 | 0.357 |
| x6 | 0.362 | 0.342 |
| x7 | 0.279 | 0.480 |
| x8 | 0.391 | 0.238 |
| 载荷指标 | F1 | F2 |
|---|---|---|
| x1 | 0.351 | -0.361 |
| x2 | 0.327 | -0.405 |
| x3 | 0.393 | -0.188 |
| x4 | 0.352 | -0.397 |
| x5 | 0.359 | 0.357 |
| x6 | 0.362 | 0.342 |
| x7 | 0.279 | 0.480 |
| x8 | 0.391 | 0.238 |
| 模型名称 | 准确率, A / % | 精确率, P / % | 召回率, R / % | F1-Score / % |
|---|---|---|---|---|
| LSSVM | 92.59 | 94.81 | 90.12 | 92.41 |
| PCA-PSO-SVM | 95.06 | 96.20 | 93.83 | 95.00 |
| PCA-GOA-LSSVM | 97.53 | 98.73 | 96.30 | 97.50 |
| 模型名称 | 准确率, A / % | 精确率, P / % | 召回率, R / % | F1-Score / % |
|---|---|---|---|---|
| LSSVM | 92.59 | 94.81 | 90.12 | 92.41 |
| PCA-PSO-SVM | 95.06 | 96.20 | 93.83 | 95.00 |
| PCA-GOA-LSSVM | 97.53 | 98.73 | 96.30 | 97.50 |
| 模型 | 准确率, A / % | 精确率, P / % | 召回率, R / % | F1-Score / % |
|---|---|---|---|---|
| LSSVM | 87.0 | 83.1 | 88.9 | 85.9 |
| PCA-PSO-LSSVM | 89.5 | 84.8 | 93.1 | 88.7 |
| PCA-GOA-LSSVM | 91.4 | 86.3 | 95.8 | 90.8 |
| 模型 | 准确率, A / % | 精确率, P / % | 召回率, R / % | F1-Score / % |
|---|---|---|---|---|
| LSSVM | 87.0 | 83.1 | 88.9 | 85.9 |
| PCA-PSO-LSSVM | 89.5 | 84.8 | 93.1 | 88.7 |
| PCA-GOA-LSSVM | 91.4 | 86.3 | 95.8 | 90.8 |
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