新能源汽車(chē)安全監(jiān)測(cè)及大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

彭沖，葉磊，姚波，楊剛

新能源汽車(chē)安全監(jiān)測(cè)及大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

彭沖1,2，葉磊1,2，姚波1,2，楊剛1,2

（1.招商局檢測(cè)車(chē)輛技術(shù)研究院有限公司 國(guó)家客車(chē)質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，重慶 401122； 2.電動(dòng)汽車(chē)安全評(píng)價(jià)重慶市工業(yè)與信息化重點(diǎn)試驗(yàn)室，重慶 401122）

文章介紹了一款基于新能源汽車(chē)安全設(shè)計(jì)的新能源汽車(chē)安全監(jiān)測(cè)及大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)，平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輛質(zhì)量數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，車(chē)輛安全預(yù)警，區(qū)域預(yù)警等主體功能，通過(guò)實(shí)際運(yùn)行驗(yàn)證了系統(tǒng)的有效性與準(zhǔn)確性，為新能源汽車(chē)安全監(jiān)測(cè)提供了思路。

新能源汽車(chē)；預(yù)警；安全監(jiān)測(cè)

前言

隨著汽車(chē)行業(yè)的快速發(fā)展，新能源汽車(chē)逐步走向中國(guó)汽車(chē)工業(yè)舞臺(tái)，2020年我國(guó)新能源汽車(chē)銷(xiāo)量達(dá)到136.7萬(wàn)輛，再創(chuàng)歷史新高，其中，純電動(dòng)汽車(chē)銷(xiāo)量占據(jù)了整體的70％以上[1]，在未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，中國(guó)的新能源汽車(chē)市場(chǎng)仍將由純電動(dòng)汽車(chē)主導(dǎo)。但由于新能源車(chē)動(dòng)力源的特殊性，電能與氫能若設(shè)計(jì)不得當(dāng)或在汽車(chē)試驗(yàn)與行駛的過(guò)程中出突發(fā)狀況，會(huì)導(dǎo)致車(chē)輛受損，嚴(yán)重的甚至?xí){人員的人身安全。2018年至今已發(fā)生近100起電動(dòng)汽車(chē)火災(zāi)事故，其中充電自燃與停車(chē)自燃占比最高[2]，新能源汽車(chē)安全也引起了行業(yè)及主管部的高度重視。

為確保新能源汽車(chē)安全行駛，基于企業(yè)需求的新能源汽車(chē)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)逐漸成為各企業(yè)研究熱點(diǎn)，中通新能源客車(chē)遠(yuǎn)程智能監(jiān)控平臺(tái)通過(guò)在新能源汽車(chē)上安裝具備GPS模塊、GPRS模塊和CAN總線模塊的車(chē)載智能信息終端，采集車(chē)輛的電機(jī)、電池、電控系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)，內(nèi)置模塊將數(shù)據(jù)上傳至Internet服務(wù)器，管理人員通過(guò)數(shù)據(jù)分析軟件對(duì)車(chē)輛進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控[3]，上海交通大學(xué)黃世祥等人針對(duì)基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的汽車(chē)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)性能的不足，對(duì)CDMA1XEVDO網(wǎng)絡(luò)TCP性能及系統(tǒng)通信過(guò)程進(jìn)行了研究，對(duì)車(chē)載終端功能、硬件和軟件架構(gòu)、遠(yuǎn)程通信協(xié)議進(jìn)行了研究、設(shè)計(jì)，提出了一種C/S、B/S混合架構(gòu)的數(shù)據(jù)采集監(jiān)控中心服務(wù)器群模型[4]。國(guó)內(nèi)工信部于2016年也制定GB/T 32960—2016[5]關(guān)于電動(dòng)汽車(chē)遠(yuǎn)程服務(wù)與管理系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范的遠(yuǎn)程監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)主要分為.1,.2,.3，分別對(duì)車(chē)載終端性能與通訊協(xié)議內(nèi)容進(jìn)行了要求，已在公告認(rèn)證中強(qiáng)制實(shí)行，標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)新能源汽車(chē)整車(chē)、動(dòng)力電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和燃料電池等性能參數(shù)進(jìn)行收集并上傳，日本日產(chǎn)汽車(chē)公司為電動(dòng)汽車(chē)EV-11開(kāi)發(fā)一款遠(yuǎn)程收集監(jiān)控軟件在手機(jī)端接入無(wú)線網(wǎng)絡(luò)就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控[6]。為有效實(shí)現(xiàn)對(duì)新能源汽車(chē)運(yùn)行、停放、試驗(yàn)檢測(cè)過(guò)程中的監(jiān)控，本文基于新能源汽車(chē)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中的實(shí)際需求，涉及了一款新能源汽車(chē)安全監(jiān)測(cè)及大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)“監(jiān)控平臺(tái)”），監(jiān)測(cè)平臺(tái)主要由Web端、大屏端及APP端三個(gè)模塊組成，監(jiān)測(cè)平臺(tái)具有車(chē)輛監(jiān)控、車(chē)輛預(yù)警、區(qū)域預(yù)警等主體功能，采用多種手段可實(shí)現(xiàn)預(yù)警、位置、統(tǒng)計(jì)等實(shí)時(shí)滾動(dòng)更新及手持移動(dòng)處理功能，為有效保證新能源汽車(chē)安全，采用傳統(tǒng)預(yù)警、自定義預(yù)警、AI預(yù)警、區(qū)域預(yù)警等多種方式預(yù)警方式，對(duì)新能源汽車(chē)有效參數(shù)進(jìn)行深入分析，全方位的為新能源汽車(chē)安全情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

1 監(jiān)測(cè)平臺(tái)結(jié)構(gòu)

基于國(guó)標(biāo)GB/T 32960.3—2016《電動(dòng)汽車(chē)遠(yuǎn)程服務(wù)與管理系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范第3部分：通信協(xié)議及數(shù)據(jù)格式》要求，新能源汽車(chē)需滿(mǎn)足國(guó)家法規(guī)平臺(tái)通信協(xié)議項(xiàng)目并在道路機(jī)動(dòng)車(chē)車(chē)輛產(chǎn)品準(zhǔn)入中強(qiáng)制實(shí)施，監(jiān)測(cè)平臺(tái)采取各企業(yè)聯(lián)調(diào)的方式獲取車(chē)載終端數(shù)據(jù)采集權(quán)限，可獲取整車(chē)數(shù)據(jù)、極值數(shù)據(jù)、報(bào)警數(shù)據(jù)等新能源73項(xiàng)數(shù)據(jù)，基于新能源汽車(chē)運(yùn)行中發(fā)生的預(yù)警與事故對(duì)應(yīng)汽車(chē)狀態(tài)數(shù)據(jù)參數(shù)，采用傳統(tǒng)與智能數(shù)據(jù)分析方法對(duì)汽車(chē)狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，為新能源汽車(chē)安全管理提供有效支撐，監(jiān)控平臺(tái)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示：

數(shù)據(jù)獲取途徑中，監(jiān)測(cè)平臺(tái)可采用車(chē)載終端直連與企業(yè)遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬煞N方式實(shí)現(xiàn)對(duì)新能源汽車(chē)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的收集，采用車(chē)載終端直連的方式可更真實(shí)的反應(yīng)車(chē)輛狀態(tài)數(shù)據(jù)，本文所涉及系統(tǒng)對(duì)車(chē)輛數(shù)據(jù)的收集兩種方式均使用，本文主要對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)及軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對(duì)新能源汽車(chē)安全預(yù)警方式進(jìn)行探討研究。

圖1 監(jiān)控平臺(tái)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 監(jiān)測(cè)平臺(tái)系統(tǒng)搭建與實(shí)現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)搭建

車(chē)載終端、服務(wù)器、客戶(hù)端（APP端和Web端）三端的平臺(tái)構(gòu)建分為接入、數(shù)據(jù)分析存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)服務(wù)、應(yīng)用服務(wù)四大層，具體如圖2所示。

圖2 監(jiān)測(cè)平臺(tái)系統(tǒng)構(gòu)架圖

（1）接入層，基于Netty的二次封裝，結(jié)合Kafka集群，接入依據(jù)GB/T—32960協(xié)議通過(guò)車(chē)企平臺(tái)轉(zhuǎn)發(fā)接入或車(chē)載終端直連接入數(shù)據(jù)。主要由：Master服務(wù)、Client服務(wù)、Redis服務(wù)和Kafka集群組成。

（2）分析存儲(chǔ)層，采用主流開(kāi)源大數(shù)據(jù)分布式內(nèi)存計(jì)算框架（Spark/Flink）對(duì)接入數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)及離線數(shù)據(jù)處理，提高數(shù)據(jù)分析、對(duì)比的精準(zhǔn)度的復(fù)雜度，提高數(shù)據(jù)查找使用效率。

（3）數(shù)據(jù)服務(wù)上采用分布式微服務(wù)（Spring Cloud）方式，降低各服務(wù)間的耦合，增加服務(wù)的健壯性。

（4）應(yīng)用服務(wù)上，針對(duì)車(chē)輛管理及監(jiān)控建設(shè)C/S架構(gòu)移動(dòng)管理APP、B/S架構(gòu)的Web管理平臺(tái)及監(jiān)控大屏。

2.2 功能設(shè)計(jì)

基礎(chǔ)信息管理，可對(duì)接入車(chē)輛采取三級(jí)管理模式（車(chē)企、車(chē)型、車(chē)輛）進(jìn)行維護(hù)管理，同步車(chē)輛儲(chǔ)能設(shè)施設(shè)備型號(hào)，采用平臺(tái)直連與終端直連兩種接入方式實(shí)現(xiàn)對(duì)新能源數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控，完成對(duì)車(chē)輛及對(duì)應(yīng)車(chē)載儲(chǔ)能裝置類(lèi)型、廠家等監(jiān)控與分析。

車(chē)輛監(jiān)控，可實(shí)現(xiàn)對(duì)接入車(chē)輛位置、數(shù)據(jù)質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)控，可完成對(duì)車(chē)輛自接入后的歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)，并基于新能源安全特征參數(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛安全預(yù)警，并對(duì)預(yù)警類(lèi)型進(jìn)行細(xì)分，實(shí)現(xiàn)對(duì)接入車(chē)輛的全方位的實(shí)時(shí)監(jiān)控與預(yù)警。

區(qū)域預(yù)警，基于重慶市高新區(qū)重慶機(jī)動(dòng)車(chē)強(qiáng)檢試驗(yàn)場(chǎng)定制化需求，設(shè)置區(qū)域預(yù)警模塊，可實(shí)現(xiàn)對(duì)新能源汽車(chē)在各試驗(yàn)區(qū)域?qū)崟r(shí)運(yùn)行過(guò)程中的運(yùn)行預(yù)警，可自定義添加各類(lèi)新能源場(chǎng)所，設(shè)定區(qū)域管理規(guī)則，設(shè)置對(duì)應(yīng)報(bào)警信息，實(shí)現(xiàn)新能源汽車(chē)場(chǎng)地預(yù)警功能。

設(shè)置APP管理與系統(tǒng)管理，開(kāi)發(fā)對(duì)應(yīng)APP端，實(shí)現(xiàn)新能源汽車(chē)的移動(dòng)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)Web端與APP端同步更新，同時(shí)開(kāi)發(fā)了管理權(quán)限的多級(jí)的管理機(jī)制，可實(shí)時(shí)查看系統(tǒng)登錄日志、操作日志及異常日志等，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行情況進(jìn)行全方位把控。

3 監(jiān)測(cè)平臺(tái)車(chē)輛安全預(yù)警的實(shí)現(xiàn)

監(jiān)測(cè)平臺(tái)的主體功能是實(shí)現(xiàn)新能源汽車(chē)的安全運(yùn)行，因此新能源汽車(chē)的安全預(yù)警是監(jiān)測(cè)平臺(tái)研究的重點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)對(duì)新能源汽車(chē)在運(yùn)行過(guò)程中安全狀態(tài)的實(shí)時(shí)預(yù)警，監(jiān)測(cè)平臺(tái)基于新能源汽車(chē)接入監(jiān)測(cè)平臺(tái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，預(yù)警方式采用車(chē)輛預(yù)警、事故預(yù)警、AI（人工智能）預(yù)警及自定義預(yù)警四種預(yù)警方式對(duì)接入新能源汽車(chē)進(jìn)行全方位監(jiān)控以保證車(chē)輛的安全運(yùn)行。

車(chē)輛預(yù)警的實(shí)現(xiàn)是基于車(chē)載終端或平臺(tái)轉(zhuǎn)發(fā)的實(shí)時(shí)車(chē)輛狀態(tài)數(shù)據(jù)對(duì)車(chē)輛狀態(tài)進(jìn)行提醒，車(chē)輛預(yù)警是對(duì)車(chē)輛狀態(tài)較全面反應(yīng)，車(chē)輛預(yù)警包含了企業(yè)對(duì)車(chē)輛實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)的反應(yīng)，主要包含了絕緣報(bào)警、可充電儲(chǔ)能系統(tǒng)不匹配報(bào)警、DC-DC狀態(tài)報(bào)警、制動(dòng)系統(tǒng)報(bào)警等各類(lèi)預(yù)警，全方位反應(yīng)了車(chē)輛各類(lèi)報(bào)警狀態(tài)，對(duì)車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)反饋具有指導(dǎo)性能意義，同時(shí)也為車(chē)輛安全預(yù)警狀態(tài)情況提供一定信息。

自定義預(yù)警是基于已存在車(chē)輛預(yù)警狀態(tài)，對(duì)車(chē)輛安全預(yù)警進(jìn)行進(jìn)一步確認(rèn)。監(jiān)測(cè)平臺(tái)負(fù)責(zé)人可基于新能源汽車(chē)常見(jiàn)的安全狀態(tài)自定義報(bào)警名稱(chēng)，報(bào)警等級(jí)，適用車(chē)輛，持續(xù)時(shí)間，規(guī)則設(shè)置等，有效提取新能源汽車(chē)安全預(yù)警的重點(diǎn)信號(hào)，確保預(yù)警推送的有效性。

事故預(yù)警是基于新能源汽車(chē)出現(xiàn)一定安全實(shí)際情況一種特定預(yù)警，事故預(yù)警主要來(lái)自于APP端的創(chuàng)建，預(yù)警創(chuàng)建人針對(duì)未發(fā)生可能發(fā)生、未發(fā)生即將發(fā)生及已發(fā)生的新能源汽車(chē)安全事件進(jìn)行事故預(yù)警創(chuàng)建，該類(lèi)預(yù)警的創(chuàng)建需引起負(fù)責(zé)人的重點(diǎn)關(guān)注，并及時(shí)有效的進(jìn)行處理，以有效遏制新能源汽車(chē)安全事故的發(fā)生。

AI預(yù)警是基于已接入新能源汽車(chē)狀態(tài)數(shù)據(jù)一種數(shù)據(jù)深入分析預(yù)警方式，選取新能源汽車(chē)在運(yùn)行過(guò)程中的溫度、電壓、SOC等參數(shù)作為異常檢測(cè)模型的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，設(shè)定對(duì)應(yīng)信號(hào)異常警告閾值[7-8]，基于單元信號(hào)的差分整合移動(dòng)平均自模型的創(chuàng)建，建立單變量時(shí)間序列的異常檢測(cè)模型，基于實(shí)用的分析算法對(duì)新能源汽車(chē)安全預(yù)警。基于故障序列及對(duì)應(yīng)故障等級(jí)進(jìn)行提取，訓(xùn)練一個(gè)LSTM（長(zhǎng)短期記憶網(wǎng)路）預(yù)測(cè)模型[9]，建立整車(chē)故障實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)模型，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛故障安全概率分析，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)平臺(tái)的AI預(yù)警。

4 監(jiān)測(cè)平臺(tái)的運(yùn)行

圖3 監(jiān)測(cè)平臺(tái)Web端

本文闡述的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)內(nèi)容已落地完成，2020年9月上線了重慶車(chē)檢院（現(xiàn)“招商車(chē)研”）的“新能源汽車(chē)安全監(jiān)測(cè)及大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)”，并服務(wù)于2020年第三屆“EB-PAC全國(guó)新能源公交車(chē)性能評(píng)價(jià)賽”，監(jiān)測(cè)平臺(tái)完成與各主流客車(chē)企業(yè)（包含宇通、廈門(mén)金龍、蘇州金龍、廈門(mén)金旅、中通等）的對(duì)接，隨著平臺(tái)的逐步運(yùn)行，金康、四川野馬等新能源乘用車(chē)也逐步接入監(jiān)測(cè)平臺(tái)，監(jiān)測(cè)平臺(tái)大屏端、WEB端、APP端如圖3—圖5所示。

圖4 監(jiān)測(cè)平臺(tái)大屏端

圖5 監(jiān)測(cè)平臺(tái)APP端

5 結(jié)束語(yǔ)

本文詳細(xì)介紹了一款由招商局檢測(cè)車(chē)輛技術(shù)研究院有限公司自主開(kāi)發(fā)的基于新能源汽車(chē)安全預(yù)警的“新能源汽車(chē)安全監(jiān)測(cè)及大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)”，監(jiān)測(cè)平臺(tái)具有數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)測(cè)、車(chē)輛分析、車(chē)輛安全預(yù)警、自定義預(yù)警、車(chē)輛區(qū)域預(yù)警等功能。文章對(duì)平臺(tái)接入方式，構(gòu)架，功能設(shè)計(jì)、安全預(yù)警手段等進(jìn)行了介紹，為新能源汽車(chē)運(yùn)行過(guò)程中安全預(yù)警監(jiān)測(cè)提供了新思路。

[1] 布軒.2020年我國(guó)新能源汽車(chē)銷(xiāo)量創(chuàng)歷史新高.中國(guó)工信產(chǎn)業(yè)網(wǎng)[EB/OL].http://www.cnii.com.cn/rmydb/202101/t20210121_249431. html.

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Design and Implementation of Safety Monitoring and Big Data Analysis System for New Energy Vehicle

PENG Chong1,2, YE Lei1,2, YAO Bo1,2, YANG Gang1,2

（1.China Merchants Testing Certification Vehicle Technology Research Institute Co., Ltd., Chongqing 401122;2.Safety Evaluation of Electric Vehicles Chongqing Key Laboratory of Industry and Information Technology, Chongqing 401122 )

Based on the safety of new energy vehicle, a safety monitoring and big data analysis system for new energy vehicle has been designed, which can realize the functions of vehicle quality data monitor, vehicle pre-warning and area pre-warning. The accuracy and effective of the system has been verified by applying the system on vehicles, which provided some new ideas for the safety monitoring of new energy vehicle.

Electric vehicle; Pre-warning; Safety monitoring

U469.72

A

1671-7988(2021)20-05-04

U469.72

A

1671-7988(2021)20-05-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.020.002

彭沖（1990—），碩士，工程師，就職于招商局檢測(cè)車(chē)輛技術(shù)研究院有限公司，從事整車(chē)試驗(yàn)檢測(cè)、汽車(chē)平順性、新能源汽車(chē)數(shù)據(jù)監(jiān)控等研究。

招商局檢測(cè)車(chē)輛技術(shù)研究院有限公司科技發(fā)展基金項(xiàng)目（20AKC6）。