基于車聯(lián)網(wǎng)的用戶汽車使用測量與應(yīng)用

楊文奇 李浪 林容賓

（廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院, 廣州511434）

主題詞：車聯(lián)網(wǎng) 用戶使用測量 用戶關(guān)聯(lián) 駕駛行為

1 前言

中國汽車市場快速發(fā)展不僅要求產(chǎn)品快速迭代，而且也促進(jìn)了市場的競爭。如何以最優(yōu)成本滿足用戶需求，以較短周期開發(fā)出安全可靠的產(chǎn)品，一直是企業(yè)保持市場優(yōu)勢、在激烈的競爭中取得優(yōu)勢的一個重要競爭點(diǎn)?；谟脩魧?shí)際使用設(shè)計和驗(yàn)證產(chǎn)品以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)成本的開發(fā)，已經(jīng)是汽車產(chǎn)品研發(fā)中的一個重要課題[1]。它是根據(jù)用戶汽車的實(shí)際使用要求，制定設(shè)計技術(shù)規(guī)范、試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和認(rèn)證評估指標(biāo)，不僅避免了傳統(tǒng)的設(shè)計過度問題，而且還提高了用戶使用與試驗(yàn)驗(yàn)證的相關(guān)性。進(jìn)而在確保整體可靠的情況下，將產(chǎn)品質(zhì)量、售后與汽車研發(fā)企業(yè)設(shè)計驗(yàn)證相關(guān)聯(lián)，建立起完善的產(chǎn)品關(guān)聯(lián)用戶體系。

依托物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展起來的車聯(lián)網(wǎng)，能夠?qū)崟r收集車輛總線數(shù)據(jù)，而車載聯(lián)網(wǎng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)了與車企大數(shù)據(jù)平臺之間的通訊，平臺匯集了基于傳感器的海量的車輛位置、速度、油耗、操作行為等數(shù)據(jù)。如何利用好這些車聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)，做好信息的深度挖掘、場景分析，讓數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)融合，反哺整車廠的研發(fā)設(shè)計端，已成為當(dāng)前行業(yè)的研究熱點(diǎn)。

2 用戶使用測量用途與目的

汽車的不同用途、行駛路況和駕駛員的行為特征，都實(shí)時影響車輛運(yùn)行狀態(tài)，造成即使同一個車型表現(xiàn)出來的參數(shù)分布特征都有很強(qiáng)的離散性?？紤]到這一點(diǎn)，傳統(tǒng)汽車設(shè)計就是通過對市場進(jìn)行大量調(diào)查，然后把用戶與市場需求結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品新技術(shù)或驗(yàn)證指標(biāo)的更新應(yīng)用。這種市場走訪或問卷調(diào)研成本高、效率低且結(jié)果不精準(zhǔn)，同時樣本量少，實(shí)際調(diào)研結(jié)果與用戶使用會發(fā)生比較大的偏離。而車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)詳實(shí)而準(zhǔn)確，基于用戶數(shù)據(jù)的分析結(jié)果可以很好的指導(dǎo)新車型的設(shè)計與驗(yàn)證[2]。同時在新產(chǎn)品投放市場后，可以基于車聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)對設(shè)計效果進(jìn)行驗(yàn)證并持續(xù)迭代優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，靠近用戶使用目標(biāo)。本文主要從車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)分析應(yīng)用的角度出發(fā)，探索其對整車耐久、可靠性試驗(yàn)規(guī)范開發(fā)的指導(dǎo)作用。

用戶車輛使用測量的任務(wù)是準(zhǔn)確描述用戶車輛的實(shí)際使用和環(huán)境信息，并幫助工程設(shè)計和試驗(yàn)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)用這些信息以研發(fā)可靠的產(chǎn)品[3]。通過對用戶車輛的實(shí)際使用進(jìn)行收集分析，掌握目標(biāo)用戶的使用需求，不僅可為設(shè)計部門提供相關(guān)的設(shè)計依據(jù)，并可直接決定認(rèn)證測試規(guī)范的目標(biāo)值設(shè)定，用戶車輛使用測量的主要用途如圖1所示。

圖1 用戶車輛使用測量用途

車輛在試車場的耐久性考核試驗(yàn)是產(chǎn)品驗(yàn)證的重要一環(huán)，其試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的合理性直接影響產(chǎn)品在市場中的表現(xiàn)，過弱的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)將導(dǎo)致產(chǎn)品的質(zhì)量在用戶環(huán)境下得不到保證，而過強(qiáng)的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)又將導(dǎo)致產(chǎn)品的制造成本增加[4]。制定一個既符合廠商自己的設(shè)計目標(biāo)，又能和市場相關(guān)聯(lián)的、滿足絕大多數(shù)用戶使用要求的整車驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)，是車輛自主開發(fā)技術(shù)不可或缺的組成部分。通過用戶關(guān)聯(lián)的試驗(yàn)技術(shù)可達(dá)到精確試驗(yàn)的目的，最終可提高設(shè)計和試驗(yàn)認(rèn)證與實(shí)際使用的相關(guān)性、減少售后問題、降低成本，如圖2所示。

圖2 用戶車輛使用測量目的[4]

基于實(shí)際用戶使用的汽車驗(yàn)證開發(fā)，關(guān)鍵在于如何獲取用戶使用場景并客觀真實(shí)的進(jìn)行測量，盡量避免因調(diào)查手段差異導(dǎo)致結(jié)果出現(xiàn)較大誤差，該測量也是開發(fā)驗(yàn)證環(huán)節(jié)中目標(biāo)設(shè)定的關(guān)鍵一步[5]。在汽車技術(shù)比較發(fā)達(dá)的國家，基于用戶使用的測量已經(jīng)持續(xù)開展幾十年，其針對不同目標(biāo)用戶與市場測量了世界上幾乎所有典型的用戶使用場景，為提升產(chǎn)品質(zhì)量和提升驗(yàn)證質(zhì)量收集了海量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。作為汽車設(shè)計和驗(yàn)證的一個重要輸入，用戶汽車實(shí)際使用測量的內(nèi)容必須依據(jù)用戶車輛的工作載荷和環(huán)境條件進(jìn)行,包括行車的道路、交通狀況和不同行為操作等因素，以獲得高置信度的可覆蓋國內(nèi)市場用戶的車輛運(yùn)行參數(shù)。

3 基于車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的用戶關(guān)聯(lián)試驗(yàn)規(guī)范開發(fā)應(yīng)用

3.1 用戶關(guān)聯(lián)的動力傳動系統(tǒng)規(guī)范的建立流程

國內(nèi)現(xiàn)有的動力傳動系統(tǒng)用戶關(guān)聯(lián)技術(shù)研究尚處在初級階段，但隨著車載互聯(lián)、云計算等新技術(shù)的成熟與應(yīng)用，使得用戶數(shù)據(jù)獲取成為可能，為正向開發(fā)試驗(yàn)方法提供了依據(jù)，試驗(yàn)驗(yàn)證手段也正致力于實(shí)現(xiàn)用戶關(guān)聯(lián)，達(dá)到精準(zhǔn)試驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

汽車動力傳動系統(tǒng)耐久試驗(yàn)工況的建立，來源于用戶使用加、減速踏板的使用習(xí)慣及道路使用情況調(diào)查，并根據(jù)試驗(yàn)場現(xiàn)地情況，通過測試工況和社會道路下對傳動系統(tǒng)的強(qiáng)度進(jìn)行對比，從而實(shí)現(xiàn)將用戶公共道路使用情況在試驗(yàn)場以耐久測試規(guī)范進(jìn)行覆蓋[6]。用戶使用測量因素決定于：選擇測量用戶、測量的主要內(nèi)容和測量的周期。其中用戶選擇關(guān)鍵在于確定不同駕駛風(fēng)格的駕駛員，如激進(jìn)型、冷靜型等，通過對中國駕駛司機(jī)風(fēng)格的研究分類，建立駕駛風(fēng)格模型并覆蓋中國市場用戶95%以上的駕車習(xí)慣，從而保證所測得的數(shù)據(jù)具有代表性；用戶車輛測量內(nèi)容包括車輛行駛工況和車內(nèi)裝置的使用數(shù)據(jù)，這部分可通過車輛總線數(shù)據(jù)實(shí)時記錄，結(jié)合試驗(yàn)場的現(xiàn)地條件和實(shí)際用戶行駛數(shù)據(jù)可建立試驗(yàn)場的初版試驗(yàn)工況，通過試驗(yàn)場和社會道路傳動系統(tǒng)載荷譜的頻次統(tǒng)計及外推和傳動部件損傷的計算及對比，并對試驗(yàn)工況強(qiáng)度進(jìn)行綜合修正后，即可實(shí)現(xiàn)用戶使用和試驗(yàn)場試驗(yàn)工況的關(guān)聯(lián)?？傮w用戶關(guān)聯(lián)的試驗(yàn)規(guī)范建立流程如圖3所示。

3.2 針對整車動力傳動系統(tǒng)的用戶駕駛行為調(diào)查

駕駛員的行為調(diào)查需基于駕駛員模型進(jìn)行，駕駛員建模主要分為駕駛行為識別和駕駛員分類2種[1]。

駕駛行為識別是從駕駛員的操作如踏板、駕駛模式等數(shù)據(jù)中進(jìn)行特征提取，可識別出用戶在特定時間段進(jìn)行的操作屬于哪種行為或駕駛工況，如急加速、急轉(zhuǎn)彎等行為（圖4），該調(diào)查主要用于用戶駕駛工況的相關(guān)研究，通過分析駕駛員在特定場景下的典型行駛工況，將試驗(yàn)工況與用戶工況進(jìn)行比對提取，從而實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)與用戶使用工況的關(guān)聯(lián)。駕駛員行為識別可分為統(tǒng)計學(xué)模型和機(jī)器學(xué)習(xí)模型2種，識別模型通常將行車數(shù)據(jù)按時序切分為不同分段，通過提取分段的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)或機(jī)器模型進(jìn)行識別對比。

圖3 用戶關(guān)聯(lián)的試驗(yàn)規(guī)范建立流程

駕駛員分類也是學(xué)術(shù)界研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域，不同類型駕駛的駕駛駕駛行為是影響車輛可靠性的根本原因，通過駕駛員分類模型來描述一個駕駛員操作穩(wěn)定性、駕駛熟練程度以及激烈程度，并分析哪些行為是影響駕駛員風(fēng)格的因素，從而為具有行為不良駕駛行為的駕駛員提供科學(xué)性的指導(dǎo)。

圖4 車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)用于用車特征識別

駕駛員的駕駛行為直接影響車輛各項(xiàng)行駛參數(shù)的表現(xiàn)，車輛動力傳動系統(tǒng)各行駛工況對各部件的壽命影響不一，其中高負(fù)荷、變載工況對車輛耐久、可靠性能影響較大，也是驗(yàn)證中重點(diǎn)考慮的關(guān)鍵因素。為制定試驗(yàn)工況，需基于車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)對客戶各典型工況進(jìn)行統(tǒng)計，統(tǒng)計維度主要包括作用次數(shù)、里程和時長等，以此為基礎(chǔ)提取試驗(yàn)要考核的工況，模擬客戶使用工況，等效考核用戶實(shí)際使用。同時道路設(shè)計時速、交通流量、路況（坡度和曲率等）會直接影響車輛的行駛工況進(jìn)而影響動力傳動系統(tǒng)的使用壽命，因此有必要分析用戶道路的使用情況，通過大量用戶車輛GPS 信號結(jié)合地圖數(shù)據(jù)可分析用戶行駛道路分布情況，以及在各種道路分布下三電系統(tǒng)的運(yùn)行情況，對試驗(yàn)場規(guī)范的制定也有指導(dǎo)意義。

3.3 基于車聯(lián)網(wǎng)的用戶路譜數(shù)據(jù)采集

為進(jìn)行用戶使用壽命關(guān)聯(lián)，僅僅是用戶的使用工況調(diào)查還不夠，因最終目標(biāo)是在試驗(yàn)場通過試驗(yàn)工況組合，能夠反映用戶在質(zhì)保里程內(nèi)相同的可靠程度，使動力傳動系統(tǒng)的質(zhì)量問題在車輛上市前就能夠得到充分暴露[7]，因此還需要對動力傳動系統(tǒng)所受的載荷進(jìn)行合理的采集。

所謂載荷譜，即表示隨機(jī)載荷（應(yīng)力）的大小與其出現(xiàn)頻次關(guān)系的圖形、數(shù)字、表格、矩陣等[8]，汽車傳動系的扭矩譜數(shù)據(jù)作為整車傳動系統(tǒng)、零部件設(shè)計驗(yàn)證最基礎(chǔ)的輸入數(shù)據(jù)，其關(guān)乎產(chǎn)品的可靠性與成本，因此如何基于用戶使用調(diào)查獲取可覆蓋用戶使用范圍的扭矩譜就尤為重要了。由于不同用戶使用場景決定了傳動系的工作載荷譜，采集客觀且能代表用戶使用的汽車傳動系載荷數(shù)據(jù)是進(jìn)行用戶關(guān)聯(lián)驗(yàn)證與設(shè)計應(yīng)用的前提，目前載荷譜數(shù)據(jù)來源有：用戶道路和試驗(yàn)場道路試驗(yàn)[8]。

為準(zhǔn)確的進(jìn)行試驗(yàn)場工況的設(shè)計，首先必須依據(jù)用戶的使用情況以及各種道路等級占比進(jìn)行實(shí)車道路載荷譜采集。以往在缺乏大量用戶真實(shí)使用數(shù)據(jù)的情況下，常用的傳動系統(tǒng)載荷譜采集方法為常規(guī)路面按比例采集法[9]。多采用高速公路、城市道路、一般公路（含山路）和壞路道路按照一定比例組合而成目標(biāo)采集道路，該比例通常以行業(yè)經(jīng)驗(yàn)來制定，缺乏用戶車輛實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)的支撐，而因國內(nèi)道路建設(shè)及城鎮(zhèn)化等原因，道路占比每年均有一定變化，路面平整度及城市道路明顯要高于10 年前，因此以經(jīng)驗(yàn)比例法采集的載荷譜難免會失真。在車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)與實(shí)際地理信息關(guān)聯(lián)起來后，用戶在各道路等級行駛的占比很容易獲取，依據(jù)各道路等級行駛的里程占比制定路譜采集路線，同時可根據(jù)不同類型車輛用途差異化的定制采集路線，載荷譜數(shù)據(jù)將更貼合用戶實(shí)際使用。圖5 為某新能源車車型在國內(nèi)各道路等級的行駛占比數(shù)據(jù)。

基于車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)制定的采集路線選擇不同風(fēng)格的駕駛員，如激進(jìn)型、普通型、冷靜型，在各路段上進(jìn)行試驗(yàn)，通過布置傳感器可獲取一些載荷譜關(guān)聯(lián)的關(guān)鍵信號如表1 所示，同時記錄天氣狀況，駕駛員狀態(tài)等。對采集的數(shù)據(jù)按里程進(jìn)行疊加，得到設(shè)計或驗(yàn)證所需的載荷譜，用于后續(xù)試驗(yàn)場規(guī)范開發(fā)時目標(biāo)載荷譜的輸入。

圖5 某車型行駛道路等級占比

表1 路譜采集主要通道信號示例

4 結(jié)束語

現(xiàn)代汽車產(chǎn)品工程設(shè)計均以市場為導(dǎo)向，即能充分滿足用戶的使用要求，又不過度設(shè)計，設(shè)計與制造各環(huán)節(jié)需充分考慮用戶的使用要求，其最終目標(biāo)均為開發(fā)符合實(shí)際道路特點(diǎn)及滿足用戶使用習(xí)慣的產(chǎn)品，從某種意義上說，制定用戶關(guān)聯(lián)的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，是車輛精準(zhǔn)驗(yàn)證的首要工作，而用戶關(guān)聯(lián)的前提是用戶數(shù)據(jù)的獲取，在車聯(lián)網(wǎng)的大風(fēng)口下，基于車聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)的挖掘、分析和應(yīng)用，將對整個行業(yè)帶來顛覆性的沖擊，車聯(lián)網(wǎng)將成為企業(yè)乃至行業(yè)下一個競爭焦點(diǎn)。

用戶實(shí)際使用數(shù)據(jù)的解析與應(yīng)用需借助大數(shù)據(jù)工具結(jié)合業(yè)務(wù)人員的具體需求展開，傳統(tǒng)的用戶車輛使用測量通過車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行賦能，用戶數(shù)據(jù)到工程語言的轉(zhuǎn)化將深度應(yīng)用到車企各研發(fā)領(lǐng)域。