基于車(chē)聯(lián)網(wǎng)的用戶汽車(chē)使用測(cè)量與應(yīng)用

楊文奇 李浪 林容賓

（廣州汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司汽車(chē)工程研究院, 廣州511434）

主題詞：車(chē)聯(lián)網(wǎng) 用戶使用測(cè)量 用戶關(guān)聯(lián) 駕駛行為

1 前言

中國(guó)汽車(chē)市場(chǎng)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(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)。如何以最優(yōu)成本滿足用戶需求，以較短周期開(kāi)發(fā)出安全可靠的產(chǎn)品，一直是企業(yè)保持市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)、在激烈的競(jìng)爭(zhēng)中取得優(yōu)勢(shì)的一個(gè)重要競(jìng)爭(zhēng)點(diǎn)。基于用戶實(shí)際使用設(shè)計(jì)和驗(yàn)證產(chǎn)品以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)成本的開(kāi)發(fā)，已經(jīng)是汽車(chē)產(chǎn)品研發(fā)中的一個(gè)重要課題[1]。它是根據(jù)用戶汽車(chē)的實(shí)際使用要求，制定設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范、試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和認(rèn)證評(píng)估指標(biāo)，不僅避免了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)度問(wèn)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(chē)研發(fā)企業(yè)設(shè)計(jì)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(lái)的車(chē)聯(lián)網(wǎng)，能夠?qū)崟r(shí)收集車(chē)輛總線數(shù)據(jù)，而車(chē)載聯(lián)網(wǎng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)了與車(chē)企大數(shù)據(jù)平臺(tái)之間的通訊，平臺(tái)匯集了基于傳感器的海量的車(chē)輛位置、速度、油耗、操作行為等數(shù)據(jù)。如何利用好這些車(chē)聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)，做好信息的深度挖掘、場(chǎng)景分析，讓數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)融合，反哺整車(chē)廠的研發(fā)設(shè)計(jì)端，已成為當(dāng)前行業(yè)的研究熱點(diǎn)。

2 用戶使用測(cè)量用途與目的

汽車(chē)的不同用途、行駛路況和駕駛員的行為特征，都實(shí)時(shí)影響車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)，造成即使同一個(gè)車(chē)型表現(xiàn)出來(lái)的參數(shù)分布特征都有很強(qiáng)的離散性。考慮到這一點(diǎn)，傳統(tǒng)汽車(chē)設(shè)計(jì)就是通過(guò)對(duì)市場(chǎng)進(jìn)行大量調(diào)查，然后把用戶與市場(chǎng)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(chǎng)走訪或問(wèn)卷調(diào)研成本高、效率低且結(jié)果不精準(zhǔn)，同時(shí)樣本量少，實(shí)際調(diào)研結(jié)果與用戶使用會(huì)發(fā)生比較大的偏離。而車(chē)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(chē)型的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證[2]。同時(shí)在新產(chǎn)品投放市場(chǎng)后，可以基于車(chē)聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)對(duì)設(shè)計(jì)效果進(jìn)行驗(yàn)證并持續(xù)迭代優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，靠近用戶使用目標(biāo)。本文主要從車(chē)聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)分析應(yīng)用的角度出發(fā)，探索其對(duì)整車(chē)耐久、可靠性試驗(yàn)規(guī)范開(kāi)發(fā)的指導(dǎo)作用。

用戶車(chē)輛使用測(cè)量的任務(wù)是準(zhǔn)確描述用戶車(chē)輛的實(shí)際使用和環(huán)境信息，并幫助工程設(shè)計(jì)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(guò)對(duì)用戶車(chē)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(jì)部門(mén)提供相關(guān)的設(shè)計(jì)依據(jù)，并可直接決定認(rèn)證測(cè)試規(guī)范的目標(biāo)值設(shè)定，用戶車(chē)輛使用測(cè)量的主要用途如圖1所示。

圖1 用戶車(chē)輛使用測(cè)量用途

車(chē)輛在試車(chē)場(chǎng)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(chǎng)中的表現(xiàn)，過(guò)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(guò)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(gè)既符合廠商自己的設(shè)計(jì)目標(biāo)，又能和市場(chǎng)相關(guān)聯(lián)的、滿足絕大多數(shù)用戶使用要求的整車(chē)驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)，是車(chē)輛自主開(kāi)發(fā)技術(shù)不可或缺的組成部分。通過(guò)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(jì)和試驗(yàn)認(rèn)證與實(shí)際使用的相關(guān)性、減少售后問(wèn)題、降低成本，如圖2所示。

圖2 用戶車(chē)輛使用測(cè)量目的[4]

基于實(shí)際用戶使用的汽車(chē)驗(yàn)證開(kāi)發(fā)，關(guān)鍵在于如何獲取用戶使用場(chǎng)景并客觀真實(shí)的進(jìn)行測(cè)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(cè)量也是開(kāi)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(chē)技術(shù)比較發(fā)達(dá)的國(guó)家，基于用戶使用的測(cè)量已經(jīng)持續(xù)開(kāi)展幾十年，其針對(duì)不同目標(biāo)用戶與市場(chǎng)測(cè)量了世界上幾乎所有典型的用戶使用場(chǎng)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(chē)設(shè)計(jì)和驗(yàn)證的一個(gè)重要輸入，用戶汽車(chē)實(shí)際使用測(cè)量的內(nèi)容必須依據(jù)用戶車(chē)輛的工作載荷和環(huán)境條件進(jìn)行,包括行車(chē)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(guó)內(nèi)市場(chǎng)用戶的車(chē)輛運(yùn)行參數(shù)。

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

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

國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)用戶關(guān)聯(lián)技術(shù)研究尚處在初級(jí)階段，但隨著車(chē)載互聯(lián)、云計(jì)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(kāi)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(chē)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)耐久試驗(yàn)工況的建立，來(lái)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(chǎng)現(xiàn)地情況，通過(guò)測(cè)試工況和社會(huì)道路下對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的強(qiáng)度進(jìn)行對(duì)比，從而實(shí)現(xiàn)將用戶公共道路使用情況在試驗(yàn)場(chǎng)以耐久測(cè)試規(guī)范進(jìn)行覆蓋[6]。用戶使用測(cè)量因素決定于：選擇測(cè)量用戶、測(cè)量的主要內(nèi)容和測(cè)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(guò)對(duì)中國(guó)駕駛司機(jī)風(fēng)格的研究分類(lèi)，建立駕駛風(fēng)格模型并覆蓋中國(guó)市場(chǎng)用戶95%以上的駕車(chē)習(xí)慣，從而保證所測(cè)得的數(shù)據(jù)具有代表性；用戶車(chē)輛測(cè)量?jī)?nèi)容包括車(chē)輛行駛工況和車(chē)內(nèi)裝置的使用數(shù)據(jù)，這部分可通過(guò)車(chē)輛總線數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)記錄，結(jié)合試驗(yàn)場(chǎng)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(chǎng)的初版試驗(yàn)工況，通過(guò)試驗(yàn)場(chǎng)和社會(huì)道路傳動(dòng)系統(tǒng)載荷譜的頻次統(tǒng)計(jì)及外推和傳動(dòng)部件損傷的計(jì)算及對(duì)比，并對(duì)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(chǎng)試驗(yàn)工況的關(guān)聯(lián)。總體用戶關(guān)聯(lián)的試驗(yàn)規(guī)范建立流程如圖3所示。

3.2 針對(duì)整車(chē)動(dòng)力傳動(dòng)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(shí)別和駕駛員分類(lèi)2種[1]。

駕駛行為識(shí)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(shí)別出用戶在特定時(shí)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(guò)分析駕駛員在特定場(chǎng)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(duì)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(shí)別可分為統(tǒng)計(jì)學(xué)模型和機(jī)器學(xué)習(xí)模型2種，識(shí)別模型通常將行車(chē)數(shù)據(jù)按時(shí)序切分為不同分段，通過(guò)提取分段的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)或機(jī)器模型進(jìn)行識(shí)別對(duì)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(lèi)也是學(xué)術(shù)界研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域，不同類(lèi)型駕駛的駕駛駕駛行為是影響車(chē)輛可靠性的根本原因，通過(guò)駕駛員分類(lèi)模型來(lái)描述一個(gè)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(chē)聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)用于用車(chē)特征識(shí)別

駕駛員的駕駛行為直接影響車(chē)輛各項(xiàng)行駛參數(shù)的表現(xiàn)，車(chē)輛動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)各行駛工況對(duì)各部件的壽命影響不一，其中高負(fù)荷、變載工況對(duì)車(chē)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(chē)聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)對(duì)客戶各典型工況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)維度主要包括作用次數(shù)、里程和時(shí)長(zhǎng)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(shí)道路設(shè)計(jì)時(shí)速、交通流量、路況（坡度和曲率等）會(huì)直接影響車(chē)輛的行駛工況進(jìn)而影響動(dòng)力傳動(dòng)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(guò)大量用戶車(chē)輛GPS 信號(hào)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(duì)試驗(yàn)場(chǎng)規(guī)范的制定也有指導(dǎo)意義。

3.3 基于車(chē)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(chǎng)通過(guò)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(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的質(zhì)量問(wèn)題在車(chē)輛上市前就能夠得到充分暴露[7]，因此還需要對(duì)動(dòng)力傳動(dòng)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(chē)傳動(dòng)系的扭矩譜數(shù)據(jù)作為整車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)、零部件設(shè)計(jì)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(chǎng)景決定了傳動(dòng)系的工作載荷譜，采集客觀且能代表用戶使用的汽車(chē)傳動(dòng)系載荷數(shù)據(jù)是進(jìn)行用戶關(guān)聯(lián)驗(yàn)證與設(shè)計(jì)應(yīng)用的前提，目前載荷譜數(shù)據(jù)來(lái)源有：用戶道路和試驗(yàn)場(chǎng)道路試驗(yàn)[8]。

為準(zhǔn)確的進(jìn)行試驗(yàn)場(chǎng)工況的設(shè)計(jì)，首先必須依據(jù)用戶的使用情況以及各種道路等級(jí)占比進(jìn)行實(shí)車(chē)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(dòng)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(lái)制定，缺乏用戶車(chē)輛實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)的支撐，而因國(guó)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(huì)失真。在車(chē)聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)與實(shí)際地理信息關(guān)聯(lián)起來(lái)后，用戶在各道路等級(jí)行駛的占比很容易獲取，依據(jù)各道路等級(jí)行駛的里程占比制定路譜采集路線，同時(shí)可根據(jù)不同類(lèi)型車(chē)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(chē)車(chē)型在國(guó)內(nèi)各道路等級(jí)的行駛占比數(shù)據(jù)。

基于車(chē)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(guò)布置傳感器可獲取一些載荷譜關(guān)聯(lián)的關(guān)鍵信號(hào)如表1 所示，同時(shí)記錄天氣狀況，駕駛員狀態(tài)等。對(duì)采集的數(shù)據(jù)按里程進(jìn)行疊加，得到設(shè)計(jì)或驗(yàn)證所需的載荷譜，用于后續(xù)試驗(yàn)場(chǎng)規(guī)范開(kāi)發(fā)時(shí)目標(biāo)載荷譜的輸入。

圖5 某車(chē)型行駛道路等級(jí)占比

表1 路譜采集主要通道信號(hào)示例

4 結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)代汽車(chē)產(chǎn)品工程設(shè)計(jì)均以市場(chǎng)為導(dǎo)向，即能充分滿足用戶的使用要求，又不過(guò)度設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)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(kāi)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(shuō)，制定用戶關(guān)聯(lián)的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，是車(chē)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(chē)聯(lián)網(wǎng)的大風(fēng)口下，基于車(chē)聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)的挖掘、分析和應(yīng)用，將對(duì)整個(gè)行業(yè)帶來(lái)顛覆性的沖擊，車(chē)聯(lián)網(wǎng)將成為企業(yè)乃至行業(yè)下一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)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(kāi)，傳統(tǒng)的用戶車(chē)輛使用測(cè)量通過(guò)車(chē)聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行賦能，用戶數(shù)據(jù)到工程語(yǔ)言的轉(zhuǎn)化將深度應(yīng)用到車(chē)企各研發(fā)領(lǐng)域。