新能源汽車大數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)分析

鐘文京++尹文斌

摘 要

本文主要探討采集新能源汽車運(yùn)行數(shù)據(jù)，建立新能源汽車運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)庫，對新能源汽車運(yùn)行情況實(shí)時(shí)監(jiān)控，對故障信息及時(shí)判斷，同時(shí)對新能源汽車主要部件（特別電池）的基本參數(shù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析處理，及早發(fā)現(xiàn)和預(yù)判主要部件故障隱患，確保車輛安全運(yùn)行。

【關(guān)鍵詞】新能源 汽車 大數(shù)據(jù)庫 分析

1 發(fā)展現(xiàn)狀

新能源汽車由于電池產(chǎn)品在安全、環(huán)保方面的高技術(shù)要求，以及對消費(fèi)者生命財(cái)產(chǎn)安全的重要影響，許多國家和地區(qū)紛紛制定了嚴(yán)格的技術(shù)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)了對電池產(chǎn)品管理。新能源汽車動力電池種類繁多，各有優(yōu)缺點(diǎn)，“安全性、壽命、成本”是最大瓶頸。大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，在繼美國率先開啟大數(shù)據(jù)國家戰(zhàn)略先河之后，歐盟、日本等國家也正在推進(jìn)。我國于2012年批復(fù)了“十二五國家政務(wù)信息化建設(shè)工程規(guī)劃”，我國的開放、共享和智能的大數(shù)據(jù)的時(shí)代已經(jīng)來臨。同時(shí)，構(gòu)建大數(shù)據(jù)研究平臺，整合創(chuàng)新資源，實(shí)施“專項(xiàng)計(jì)劃”，突破關(guān)鍵技術(shù)。我國將大數(shù)據(jù)視為國家戰(zhàn)略，并且在實(shí)施上也已全面進(jìn)入企業(yè)戰(zhàn)略層面，這種實(shí)質(zhì)性的推動已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出當(dāng)年的信息化戰(zhàn)略。

2 研究意義

2.1 汽車應(yīng)用帶來的問題

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，汽車保有量的不斷攀升，導(dǎo)致我國石油消耗量日益升高。根據(jù)《能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃》的目標(biāo)，至2015年我國石油對外依存度需要控制在61%以內(nèi)，然而目前的數(shù)字正在逼近這一紅線。數(shù)據(jù)顯示，早在2009年，我國原油對外依存度就已突破50%的警戒線；至2012年，該數(shù)據(jù)升至56.4%，2013年更是高達(dá)58.1%。不僅給能源帶來危機(jī)，同時(shí)傳統(tǒng)汽車排放的尾氣給環(huán)境帶來了巨大的危害，空氣質(zhì)量已經(jīng)達(dá)到了嚴(yán)重污染程度，如何控制和降低汽車尾氣排放帶來的污染是面臨解決的一大課題。

2.2 我國發(fā)展新能源汽車的機(jī)遇和挑戰(zhàn)

近幾年我國大力推廣新能源汽車，在政策扶持上給予多項(xiàng)優(yōu)惠，各地區(qū)新能源汽車參與度逐年攀升，新能源汽車逐漸被人們所接受。但隨著使用率的不斷的增加，產(chǎn)品的質(zhì)量和安全性成為大家最關(guān)心的問題之一，新能源汽車電池燃燒爆炸事件又導(dǎo)致大家觀望，專家認(rèn)為新能源汽車最大的隱患在于電池，在受到外界因數(shù)發(fā)生電池變形、起火甚至爆炸的可能性，造成嚴(yán)重安全隱患。所以，加強(qiáng)對新能源汽車運(yùn)營的安全監(jiān)控分析尤其對電池預(yù)判顯得非常重要。

2.3 建設(shè)新能源汽車大數(shù)據(jù)庫的意義

國家科技部、財(cái)政部、發(fā)改委和工信部等四部委《關(guān)于加強(qiáng)節(jié)能與新能源汽車示范推廣安全管理工作的函》（國科辦函高〔2011〕322號）文件，南昌市節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)示范應(yīng)用推廣領(lǐng)導(dǎo)小組也下發(fā)了《關(guān)于加強(qiáng)節(jié)能與新能源汽車示范推廣安全管理工作的通知》（洪新汽辦[2011]3號），要求各示范應(yīng)用單位、汽車生產(chǎn)企業(yè)要進(jìn)一步加強(qiáng)示范運(yùn)行車輛的安全監(jiān)控，提高服務(wù)質(zhì)量和管理水平。特別是要加強(qiáng)對動力電池和燃料電池工作狀態(tài)的監(jiān)控，規(guī)定要求對純電動汽車要全部安裝車輛運(yùn)行技術(shù)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控裝置。

大數(shù)據(jù)是目前討論最熱的話題之一，因其設(shè)計(jì)的范圍幾乎是方方面面的，任何行業(yè)都能和大數(shù)據(jù)扯上關(guān)系。數(shù)據(jù)的價(jià)值，在于其隱藏在價(jià)值，需要數(shù)據(jù)分析方可釋放這些價(jià)值。

“大數(shù)據(jù)”只是一堆IT庫存，成本極高但收益卻為零。數(shù)據(jù)分析才是真正的一把手工程。數(shù)據(jù)分析帶來的不僅僅是分析軟件和分析方法論，更需要決策、運(yùn)營進(jìn)行相應(yīng)的改善與調(diào)整，分析的使命，在于改善決策，大數(shù)據(jù)庫建設(shè)有利于汽車產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

3 設(shè)計(jì)方案

3.1 對新能源汽車性能的分析預(yù)判

新能源汽車大數(shù)據(jù)庫主要包括汽車品牌、電機(jī)種類、動力電池種類、車輛行駛的速度、行駛里程、剩余油量、電池剩余電量、電池模塊SOC、電池組總電壓、電池組充放電總電流、電池組最高（最低）單體電壓、電池組最高（最低）溫度、正（負(fù)）極絕緣阻值、溫度不均衡、電壓不均衡、溫度過高（充電/放電）、SOC過高/過低等。

根據(jù)采集的這些相關(guān)信息，建立新能源汽車大數(shù)據(jù)庫，通過大數(shù)據(jù)分析，來預(yù)判車輛的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，給出評價(jià)結(jié)論。

3.2 對駕駛員駕駛行為習(xí)慣的分析預(yù)判

采集車輛控制器狀態(tài)、驅(qū)動電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、發(fā)動機(jī)狀態(tài)、車身電氣安全、操控系統(tǒng)狀態(tài)、車身輔助狀態(tài)、開關(guān)門狀態(tài)、油門踏板狀態(tài)、剎車狀態(tài)等。通過數(shù)據(jù)分析得出駕駛員駕駛行為習(xí)慣結(jié)論。

3.3 動力電池安全性工況分析預(yù)判

對電池運(yùn)行各參數(shù)分析，判斷動力電池的工作狀態(tài)，衰減率，使用壽命，建立模型分析，設(shè)定假設(shè)危險(xiǎn)臨界點(diǎn)，對可能出現(xiàn)的故障進(jìn)行預(yù)判，避免重大事故的發(fā)生。

4 大數(shù)據(jù)分析處理

4.1 數(shù)據(jù)分析處理

通過搭建覆蓋基礎(chǔ)設(shè)施、車輛、電池的全方位監(jiān)控體系，利用“云計(jì)算、云存儲和云服務(wù)”和移動互聯(lián)、信息發(fā)布和車聯(lián)網(wǎng)等信息應(yīng)用技術(shù)，構(gòu)建新能源汽車全程數(shù)據(jù)匯集系統(tǒng)，通過智能化的服務(wù)有效保證新能源汽車運(yùn)行安全，使消費(fèi)者能夠獲得到良好的用戶體驗(yàn)，汽車生產(chǎn)廠商獲得技術(shù)的革新，有效推動了新能源汽車全產(chǎn)業(yè)發(fā)展。在大數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)時(shí)采取五步法，即采集、導(dǎo)入、預(yù)處理、統(tǒng)計(jì)和分析及挖掘。主要采用模型對比法，臨界點(diǎn)假設(shè)對比法進(jìn)行。

通過采集示范車輛的運(yùn)行參數(shù)及故障信息，并將這些信息按一定時(shí)間間隔通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)傳輸至移動網(wǎng)絡(luò)基站及服務(wù)器。移動網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在接收到車載數(shù)據(jù)終端傳送的數(shù)據(jù)后，通過中國移動有限公司提供的移動數(shù)據(jù)服務(wù)，將其轉(zhuǎn)發(fā)至連接于因特網(wǎng)上的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心上。利用分布式數(shù)據(jù)庫對海量數(shù)據(jù)進(jìn)行普通的分析和分類匯總，采用EMC的GreenPlum、Oracle的Exadata，以及基于MySQL的列式存儲Infobright等，數(shù)據(jù)挖掘算法以單線程為主，比較典型算法有K-Means、SVM和Naive Bayes，主要使用的工具有Hadoop的Mahout等。

4.2 分析預(yù)判內(nèi)容

對新能源汽車性能的分析預(yù)判，通過大數(shù)據(jù)分析，來預(yù)判車輛的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，給出評價(jià)結(jié)論。

對駕駛員駕駛行為習(xí)慣的分析預(yù)判，通過數(shù)據(jù)分析得出駕駛員駕駛行為習(xí)慣結(jié)論。

動力電池安全性工況分析預(yù)判，建立分析模型，設(shè)定假設(shè)危險(xiǎn)臨界點(diǎn)，對可能出現(xiàn)的故障進(jìn)行預(yù)判，避免重大事故的發(fā)生。

5 技術(shù)路線

（1）通過車載讀取汽車參數(shù)；

（2）通過因特網(wǎng)傳送到服務(wù)器數(shù)據(jù)庫；

（3）建立數(shù)學(xué)模型；

（4）采用對比分析法；

（5）根據(jù)時(shí)間和要求，對所有數(shù)據(jù)進(jìn)行技術(shù)和分析；

（6）得到結(jié)果，做進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)，判斷數(shù)學(xué)模型合理性；

（7）完善數(shù)學(xué)模型合理性，為新能源汽車生產(chǎn)單位提供數(shù)據(jù)支持。

6 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

采用云技術(shù)和因特網(wǎng)，實(shí)時(shí)采集新能源汽車各主要部件的參數(shù)（電池），建立數(shù)學(xué)模型、對比分析法（也稱比較分析法），對主要部件的參數(shù)（電池）進(jìn)行預(yù)判，更早發(fā)現(xiàn)和預(yù)判新能源汽車故障，提供新能源汽車運(yùn)營的安全性。

7 效益評價(jià)

（1）為政府部門提供大數(shù)據(jù)服務(wù)；

（2）為新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)改進(jìn)技術(shù)，降低成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量提供數(shù)據(jù)分析；

（3）為生產(chǎn)企業(yè)研發(fā)新新能源汽車，提升產(chǎn)品市場競爭力提供技術(shù)參數(shù)依據(jù)；

（4）為新能源汽車運(yùn)營提供安全保障；

（5）為推動新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展，對新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈形成和節(jié)約汽車能源消耗，保護(hù)環(huán)境提供服務(wù)；

（6）為新能源汽車使用單位對評價(jià)運(yùn)營成效、探索管理經(jīng)驗(yàn)、篩選優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的要求提供服務(wù)。

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作者簡介

鐘文京（1966-），女，江西省瑞金市人。在職研究生學(xué)歷。現(xiàn)為南昌市工業(yè)技術(shù)研究院高級工程師。主要研究方向?yàn)榭萍夹畔ⅰ⑿履茉雌嚰夹g(shù)、電子信息工程等研究。

作者單位

南昌市工業(yè)技術(shù)研究院 江西省南昌市 330000