基于車聯(lián)網的用戶汽車使用測量與應用

楊文奇 李浪 林容賓

（廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院, 廣州511434）

主題詞：車聯(lián)網 用戶使用測量 用戶關聯(lián) 駕駛行為

1 前言

中國汽車市場快速發(fā)展不僅要求產品快速迭代，而且也促進了市場的競爭。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。基于用戶實際使用設計和驗證產品以實現最優(yōu)成本的開發(fā)，已經是汽車產品研發(fā)中的一個重要課題[1]。它是根據用戶汽車的實際使用要求，制定設計技術規(guī)范、試驗標準和認證評估指標，不僅避免了傳統(tǒng)的設計過度問題，而且還提高了用戶使用與試驗驗證的相關性。進而在確保整體可靠的情況下，將產品質量、售后與汽車研發(fā)企業(yè)設計驗證相關聯(lián)，建立起完善的產品關聯(lián)用戶體系。

依托物聯(lián)網發(fā)展起來的車聯(lián)網，能夠實時收集車輛總線數據，而車載聯(lián)網設備實現了與車企大數據平臺之間的通訊，平臺匯集了基于傳感器的海量的車輛位置、速度、油耗、操作行為等數據。如何利用好這些車聯(lián)網大數據，做好信息的深度挖掘、場景分析，讓數據實現融合，反哺整車廠的研發(fā)設計端，已成為當前行業(yè)的研究熱點。

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，都實時影響車輛運行狀態(tài)，造成即使同一個車型表現出來的參數分布特征都有很強的離散性?？紤]到這一點，傳統(tǒng)汽車設計就是通過對市場進行大量調查，然后把用戶與市場需求結合在一起，實現產品新技術或驗證指標的更新應用。這種市場走訪或問卷調研成本高、效率低且結果不精準，同時樣本量少，實際調研結果與用戶使用會發(fā)生比較大的偏離。而車聯(lián)網數據詳實而準確，基于用戶數據的分析結果可以很好的指導新車型的設計與驗證[2]。同時在新產品投放市場后，可以基于車聯(lián)網大數據對設計效果進行驗證并持續(xù)迭代優(yōu)化產品設計標準，靠近用戶使用目標。本文主要從車聯(lián)網數據分析應用的角度出發(fā)，探索其對整車耐久、可靠性試驗規(guī)范開發(fā)的指導作用。

用戶車輛使用測量的任務是準確描述用戶車輛的實際使用和環(huán)境信息，并幫助工程設計和試驗團隊應用這些信息以研發(fā)可靠的產品[3]。通過對用戶車輛的實際使用進行收集分析，掌握目標用戶的使用需求，不僅可為設計部門提供相關的設計依據，并可直接決定認證測試規(guī)范的目標值設定，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是產品驗證的重要一環(huán)，其試驗標準的合理性直接影響產品在市場中的表現，過弱的試驗標準將導致產品的質量在用戶環(huán)境下得不到保證，而過強的試驗標準又將導致產品的制造成本增加[4]。制定一個既符合廠商自己的設計目標，又能和市場相關聯(lián)的、滿足絕大多數用戶使用要求的整車驗證標準，是車輛自主開發(fā)技術不可或缺的組成部分。通過用戶關聯(lián)的試驗技術可達到精確試驗的目的，最終可提高設計和試驗認證與實際使用的相關性、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]

基于實際用戶使用的汽車驗證開發(fā)，關鍵在于如何獲取用戶使用場景并客觀真實的進行測量，盡量避免因調查手段差異導致結果出現較大誤差，該測量也是開發(fā)驗證環(huán)節(jié)中目標設定的關鍵一步[5]。在汽車技術比較發(fā)達的國家，基于用戶使用的測量已經持續(xù)開展幾十年，其針對不同目標用戶與市場測量了世界上幾乎所有典型的用戶使用場景，為提升產品質量和提升驗證質量收集了海量基礎數據。作為汽車設計和驗證的一個重要輸入，用戶汽車實際使用測量的內容必須依據用戶車輛的工作載荷和環(huán)境條件進行,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市場用戶的車輛運行參數。

3 基于車聯(lián)網數據的用戶關聯(lián)試驗規(guī)范開發(fā)應用

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

國內現有的動力傳動系統(tǒng)用戶關聯(lián)技術研究尚處在初級階段，但隨著車載互聯(lián)、云計算等新技術的成熟與應用，使得用戶數據獲取成為可能，為正向開發(fā)試驗方法提供了依據，試驗驗證手段也正致力于實現用戶關聯(lián)，達到精準試驗目的。

汽車動力傳動系統(tǒng)耐久試驗工況的建立，來源于用戶使用加、減速踏板的使用習慣及道路使用情況調查，并根據試驗場現地情況，通過測試工況和社會道路下對傳動系統(tǒng)的強度進行對比，從而實現將用戶公共道路使用情況在試驗場以耐久測試規(guī)范進行覆蓋[6]。用戶使用測量因素決定于：選擇測量用戶、測量的主要內容和測量的周期。其中用戶選擇關鍵在于確定不同駕駛風格的駕駛員，如激進型、冷靜型等，通過對中國駕駛司機風格的研究分類，建立駕駛風格模型并覆蓋中國市場用戶95%以上的駕車習慣，從而保證所測得的數據具有代表性；用戶車輛測量內容包括車輛行駛工況和車內裝置的使用數據，這部分可通過車輛總線數據實時記錄，結合試驗場的現地條件和實際用戶行駛數據可建立試驗場的初版試驗工況，通過試驗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，并對試驗工況強度進行綜合修正后，即可實現用戶使用和試驗場試驗工況的關聯(lián)?？傮w用戶關聯(lián)的試驗規(guī)范建立流程如圖3所示。

3.2 針對整車動力傳動系統(tǒng)的用戶駕駛行為調查

駕駛員的行為調查需基于駕駛員模型進行，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、駕駛模式等數據中進行特征提取，可識別出用戶在特定時間段進行的操作屬于哪種行為或駕駛工況，如急加速、急轉彎等行為（圖4），該調查主要用于用戶駕駛工況的相關研究，通過分析駕駛員在特定場景下的典型行駛工況，將試驗工況與用戶工況進行比對提取，從而實現試驗與用戶使用工況的關聯(lián)。駕駛員行為識別可分為統(tǒng)計學模型和機器學習模型2種，識別模型通常將行車數據按時序切分為不同分段，通過提取分段的數據進行統(tǒng)計學或機器模型進行識別對比。

圖3 用戶關聯(lián)的試驗規(guī)范建立流程

駕駛員分類也是學術界研究的熱點領域，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性的指導。

圖4 車聯(lián)網數據用于用車特征識別

駕駛員的駕駛行為直接影響車輛各項行駛參數的表現，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，其中高負荷、變載工況對車輛耐久、可靠性能影響較大，也是驗證中重點考慮的關鍵因素。為制定試驗工況，需基于車聯(lián)網數據對客戶各典型工況進行統(tǒng)計，統(tǒng)計維度主要包括作用次數、里程和時長等，以此為基礎提取試驗要考核的工況，模擬客戶使用工況，等效考核用戶實際使用。同時道路設計時速、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 信號結合地圖數據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)的運行情況，對試驗場規(guī)范的制定也有指導意義。

3.3 基于車聯(lián)網的用戶路譜數據采集

為進行用戶使用壽命關聯(lián)，僅僅是用戶的使用工況調查還不夠，因最終目標是在試驗場通過試驗工況組合，能夠反映用戶在質保里程內相同的可靠程度，使動力傳動系統(tǒng)的質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)所受的載荷進行合理的采集。

所謂載荷譜，即表示隨機載荷（應力）的大小與其出現頻次關系的圖形、數字、表格、矩陣等[8]，汽車傳動系的扭矩譜數據作為整車傳動系統(tǒng)、零部件設計驗證最基礎的輸入數據，其關乎產品的可靠性與成本，因此如何基于用戶使用調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據是進行用戶關聯(lián)驗證與設計應用的前提，目前載荷譜數據來源有：用戶道路和試驗場道路試驗[8]。

為準確的進行試驗場工況的設計，首先必須依據用戶的使用情況以及各種道路等級占比進行實車道路載荷譜采集。以往在缺乏大量用戶真實使用數據的情況下，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采集道路，該比例通常以行業(yè)經驗來制定，缺乏用戶車輛實際運行數據的支撐，而因國內道路建設及城鎮(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，因此以經驗比例法采集的載荷譜難免會失真。在車聯(lián)網數據與實際地理信息關聯(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，同時可根據不同類型車輛用途差異化的定制采集路線，載荷譜數據將更貼合用戶實際使用。圖5 為某新能源車車型在國內各道路等級的行駛占比數據。

基于車聯(lián)網數據制定的采集路線選擇不同風格的駕駛員，如激進型、普通型、冷靜型，在各路段上進行試驗，通過布置傳感器可獲取一些載荷譜關聯(lián)的關鍵信號如表1 所示，同時記錄天氣狀況，駕駛員狀態(tài)等。對采集的數據按里程進行疊加，得到設計或驗證所需的載荷譜，用于后續(xù)試驗場規(guī)范開發(fā)時目標載荷譜的輸入。

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 結束語

現代汽車產品工程設計均以市場為導向，即能充分滿足用戶的使用要求，又不過度設計，設計與制造各環(huán)節(jié)需充分考慮用戶的使用要求，其最終目標均為開發(fā)符合實際道路特點及滿足用戶使用習慣的產品，從某種意義上說，制定用戶關聯(lián)的試驗標準，是車輛精準驗證的首要工作，而用戶關聯(lián)的前提是用戶數據的獲取，在車聯(lián)網的大風口下，基于車聯(lián)網大數據的挖掘、分析和應用，將對整個行業(yè)帶來顛覆性的沖擊，車聯(lián)網將成為企業(yè)乃至行業(yè)下一個競爭焦點。

用戶實際使用數據的解析與應用需借助大數據工具結合業(yè)務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)網數據進行賦能，用戶數據到工程語言的轉化將深度應用到車企各研發(fā)領域。