基于大數(shù)據(jù)分析的新能源車輛運(yùn)營評價(jià)研究

白學(xué)森

新能源汽車是當(dāng)前汽車行業(yè)發(fā)展的趨勢，具有信息化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化等特點(diǎn)。隨著車載信息化程度的日益提升，車輛在駕駛過程中會產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)，對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與儲存，結(jié)合大數(shù)據(jù)分析技術(shù)挖掘數(shù)據(jù)背后的豐富價(jià)值，是當(dāng)下的一個(gè)研究熱點(diǎn)?；诖髷?shù)據(jù)的智能網(wǎng)聯(lián)化的新能源汽車，將是我國汽車行業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重點(diǎn)戰(zhàn)略方向之一。

新能源汽車大數(shù)據(jù)監(jiān)控平臺

為優(yōu)化新能源汽車的性能和解決汽車安全問題，需要完善新能源汽車監(jiān)管體系，新能源車輛遠(yuǎn)程監(jiān)控云平臺應(yīng)運(yùn)而生。目前，我國新能源汽車大數(shù)據(jù)監(jiān)管體系形成了企業(yè)監(jiān)測平臺、地方監(jiān)管平臺和國家監(jiān)管平臺的三級架構(gòu)。車輛運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳遞至企業(yè)監(jiān)測平臺，企業(yè)主要負(fù)責(zé)本企業(yè)新能源汽車安全監(jiān)管，同時(shí)按照國標(biāo)要求將車輛運(yùn)行數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)信息以及故障信息實(shí)時(shí)上報(bào)給地方和國家平臺。

多維度評價(jià)體系構(gòu)建

1.評價(jià)體系總架構(gòu)

由于企業(yè)監(jiān)測平臺接收的海量實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)過于繁雜，缺乏直觀性，企業(yè)對于企業(yè)監(jiān)測平臺的應(yīng)用，僅局限于簡單的車輛運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集和安全監(jiān)管，無法發(fā)揮企業(yè)監(jiān)測平臺的潛力。此外，目前對于新能源車輛運(yùn)營評價(jià)的方法大多依賴于構(gòu)建獨(dú)立的模擬實(shí)驗(yàn)，采集個(gè)別車輛的運(yùn)行狀態(tài)結(jié)合個(gè)別車輛的運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行評價(jià)，又或者是直接通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)模擬，但模擬環(huán)境過于理想，數(shù)據(jù)過于單一，缺乏客觀性和全面性。

為了全面、客觀地分析新能源車輛的運(yùn)營狀態(tài)，本文以廈門金龍聯(lián)合汽車工業(yè)有限公司（以下簡稱金龍客車）新能源遠(yuǎn)程監(jiān)控云平臺為例，結(jié)合大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，從運(yùn)營道路狀態(tài)評價(jià)、運(yùn)營環(huán)境溫度分析、駕駛行為評價(jià)、充電情況評價(jià)、動力元件工作點(diǎn)評價(jià)、整車能耗評價(jià)和整車故障統(tǒng)計(jì)7個(gè)維度上，對新能源車輛的性能及運(yùn)營狀態(tài)進(jìn)行多維度、客觀、全面的自動化分析，自動呈現(xiàn)評價(jià)報(bào)告，計(jì)算效率快，可視化程度高，能為車輛的性能提升與能耗優(yōu)化提供數(shù)據(jù)參考，又不需要額外增加成本。具體的總架構(gòu)如圖2所示。

2.評價(jià)維度解析

基于大數(shù)據(jù)分析的新能源車輛運(yùn)營評價(jià)方法包括以下步驟。

（1）新能源車輛遠(yuǎn)程監(jiān)控云平臺通過無線網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)與新能源車輛的車載終端進(jìn)行通訊，實(shí)時(shí)記錄車載終端反饋的新能源車輛運(yùn)行數(shù)據(jù)，形成大數(shù)據(jù)庫。

（2）操作平臺（操作平臺為計(jì)算機(jī)，俗稱電腦，電腦上安裝遠(yuǎn)程監(jiān)控云平臺服務(wù)端，連接監(jiān)控云平臺的數(shù)據(jù)庫）上輸入指定車輛的標(biāo)識號（標(biāo)識號可以為車輛的車號、車牌號或者車載終端號），操作平臺鏈接所述遠(yuǎn)程監(jiān)控云平臺的大數(shù)據(jù)庫，抽取該標(biāo)識號所對應(yīng)的車載終端反饋的車輛運(yùn)行數(shù)據(jù)，進(jìn)行以下7個(gè)維度的數(shù)據(jù)分析及評價(jià)。

①運(yùn)營道路狀態(tài)評價(jià)

操作平臺基于車載終端實(shí)時(shí)上傳至監(jiān)控云平臺的行車GPS數(shù)據(jù)信息、整車車速和行駛里程CAN數(shù)據(jù)，分析出車輛行駛里程、平均車速以及該行駛里程的坡度信息，形成數(shù)據(jù)報(bào)表。其中，行駛里程的坡度信息優(yōu)選為顯示運(yùn)營道路實(shí)時(shí)坡度數(shù)值變化趨勢圖。行車GPS數(shù)據(jù)信息包括經(jīng)度、緯度和GPS高程數(shù)據(jù)，將經(jīng)度和緯度經(jīng)過高斯變化投影至平面坐標(biāo)，再結(jié)合高程數(shù)據(jù)，獲得道路坡度值；根據(jù)整車車速CAN數(shù)據(jù)以及行駛里程CAN數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)平均車速與行駛里程的分析，獲取車輛行駛里程和平均車速。

②運(yùn)營環(huán)境溫度分析

操作平臺基于車載終端實(shí)時(shí)上傳至監(jiān)控云平臺的電空調(diào)的CAN數(shù)據(jù)，解析出車內(nèi)實(shí)時(shí)溫度和空調(diào)工作時(shí)長，形成數(shù)據(jù)報(bào)表，其中，車內(nèi)實(shí)時(shí)溫度優(yōu)選為車內(nèi)實(shí)時(shí)溫度變化趨勢圖。電空調(diào)的CAN數(shù)據(jù)包括車內(nèi)溫度CAN信號、空調(diào)電流信號、空調(diào)電壓信號和空調(diào)設(shè)置溫度信號，通過對車內(nèi)溫度CAN信號的解析，獲取車內(nèi)實(shí)時(shí)溫度；根據(jù)空調(diào)工作電流信號大于設(shè)定的閾值，判斷空調(diào)為工作狀態(tài)，并累計(jì)工作時(shí)長，獲取空調(diào)工作時(shí)長。

③駕駛行為評價(jià)

操作平臺基于車載終端實(shí)時(shí)上傳至監(jiān)控云平臺的行車GPS數(shù)據(jù)信息、整車車速、油門踏板開度信號和剎車踏板開度信號，分析出車輛行駛過程中的急加速行為次數(shù)、急減速行為次數(shù)、疲勞駕駛次數(shù)和超速行為次數(shù)，形成數(shù)據(jù)報(bào)表。整車速度包括實(shí)時(shí)車速和加速度，基于加速度大小、油門踏板開度信號和剎車踏板開度信號，當(dāng)加速度大于設(shè)定閾值a或油門踏板前后時(shí)刻開度變化大于80%或者連續(xù)3s加速度大于設(shè)定閾值b，累計(jì)一次急加速行為；當(dāng)加速度小于設(shè)定閾值c，累計(jì)一次急減速行為；連續(xù)行駛時(shí)間超過4小時(shí)，累計(jì)一次疲勞駕駛行為；根據(jù)行車GPS數(shù)據(jù)信息獲取當(dāng)前路況允許最高車速，當(dāng)實(shí)時(shí)車速大于路況允許最高車速，累計(jì)一次超速行為。

④充電情況評價(jià)

操作平臺基于車載終端實(shí)時(shí)上傳至監(jiān)控云平臺的充電鏈接信號、電池電流信號及電池SOC信息，分析是否處于外接充電狀態(tài)，并累計(jì)充電次數(shù)和充電時(shí)長，形成數(shù)據(jù)報(bào)表。當(dāng)車速為0、充電鏈接信號為1、電池電流為負(fù)值且電池SOC為上升時(shí)，判斷為一次外接充電狀態(tài)，累計(jì)一次外接充電次數(shù)，并根據(jù)充電時(shí)長算法分別累計(jì)單次充電時(shí)長和總累計(jì)充電時(shí)長。

⑤動力元件工作點(diǎn)評價(jià)

操作平臺基于車載終端實(shí)時(shí)上傳至監(jiān)控云平臺的電機(jī)轉(zhuǎn)速、電機(jī)扭矩信號、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和發(fā)動機(jī)扭矩信號，關(guān)聯(lián)所匹配的電機(jī)和發(fā)動機(jī)的臺架測試數(shù)據(jù)，分析得出電機(jī)工況點(diǎn)分布、電機(jī)工況點(diǎn)效率分析、發(fā)動機(jī)工況點(diǎn)分布和發(fā)動機(jī)工況點(diǎn)效率分析，形成數(shù)據(jù)報(bào)表。其中，電機(jī)轉(zhuǎn)速、電機(jī)扭矩、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)動機(jī)扭矩信息為實(shí)時(shí)數(shù)值變化趨勢圖；電機(jī)、發(fā)動機(jī)工況點(diǎn)分布為顯示實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速與扭矩信息的MAP散點(diǎn)圖。基于電機(jī)轉(zhuǎn)速和電機(jī)扭矩信息，并根據(jù)車輛的標(biāo)識號，關(guān)聯(lián)該車輛所匹配的電機(jī)的臺架測試數(shù)據(jù)，將電機(jī)的工作點(diǎn)，即電機(jī)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速與扭矩信息繪制臺架測試的MAP圖上，插值完成效率分析，得出電機(jī)的實(shí)時(shí)效率，繪制電機(jī)工況點(diǎn)的MAP散點(diǎn)圖并進(jìn)行電機(jī)轉(zhuǎn)速與扭矩的分布區(qū)間統(tǒng)計(jì)，形成電機(jī)工況點(diǎn)分布與電機(jī)工況點(diǎn)效率分析報(bào)表?；诎l(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和發(fā)動機(jī)扭矩信息，并根據(jù)車輛的標(biāo)識號，關(guān)聯(lián)該車輛所匹配的發(fā)動機(jī)的臺架測試數(shù)據(jù)，將發(fā)動機(jī)的工作點(diǎn)，即發(fā)動機(jī)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速與扭矩信息繪制至臺架測試的MAP圖上，插值完成效率分析，得出發(fā)動機(jī)的實(shí)時(shí)效率，并繪制發(fā)動機(jī)工況點(diǎn)的MAP散點(diǎn)圖并進(jìn)行發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速與扭矩的分布區(qū)間統(tǒng)計(jì)，形成發(fā)動機(jī)工況點(diǎn)分布與發(fā)動機(jī)工況點(diǎn)效率分析報(bào)表。

⑥整車能耗評價(jià)

操作平臺基于車載終端實(shí)時(shí)上傳至監(jiān)控云平臺的新能源車上的各個(gè)高壓零部件的電壓、電流和輸出功率信號，計(jì)算出各個(gè)高壓零部件的總能耗，再結(jié)合里程數(shù)據(jù)計(jì)算出各個(gè)高壓零部件的百公里能耗，形成數(shù)據(jù)報(bào)表。各個(gè)高壓零部件的電壓、電流和輸出功率信號包括TM電機(jī)的直流母線電壓、TM電機(jī)的直流母線電流、電池的電壓、電池的電流、DCDC的電流信號、DCDC的電壓信號、打氣泵輸出功率、轉(zhuǎn)向泵輸出功率、電子風(fēng)扇輸出功率和電空調(diào)輸出功率。TM電機(jī)、電池和DCDC無輸出功率CAN信號，先根據(jù)電流信號I與電壓信號U計(jì)算實(shí)時(shí)輸出功率P=UI，得出TM電機(jī)端輸出功率、電池端輸出功率和DCDC輸出功率，再分別對TM電機(jī)端輸出功率、電池端輸出功率、DCDC輸出功率、打氣泵輸出功率、轉(zhuǎn)向泵輸出功率、電子風(fēng)扇輸出功率和電空調(diào)輸出功率進(jìn)行各自的時(shí)間T積分計(jì)算，得出各個(gè)高壓零部件的總能耗值E，進(jìn)一步的分別結(jié)合行駛里程數(shù)據(jù)S，進(jìn)行計(jì)算百公里能耗e=100E/S，得出各個(gè)高壓零部件的百公里能耗。通過對電池負(fù)電流工況的分析，積分計(jì)算電池端電流小于零的部分功耗為制動能量回收能量，結(jié)合電池總能耗進(jìn)行制動能量回收率的計(jì)算，最終分別形成包含電機(jī)端能耗分析報(bào)表、電池端能耗分析報(bào)表、DCDC能耗分析報(bào)表、打氣泵能耗分析報(bào)表、轉(zhuǎn)向泵能耗分析報(bào)表、電子風(fēng)扇能耗報(bào)表、電空調(diào)能耗分析報(bào)表和制動能量回收分析的綜合報(bào)表。

⑦整車故障統(tǒng)計(jì)

操作平臺基于車載終端實(shí)時(shí)上傳至監(jiān)控云平臺的整車實(shí)時(shí)故障信息，根據(jù)故障部位以及故障等級，進(jìn)行故障統(tǒng)計(jì)，形成數(shù)據(jù)報(bào)表。整車實(shí)時(shí)故障信息包括整車故障信息、電池故障信息、電機(jī)故障信息、油門故障信息、剎車故障信息和電附件故障信息，按照故障不同等級（整車通常根據(jù)故障的嚴(yán)重程度分為4級，分別為一級、二級、三級、四級），累計(jì)各故障等級的故障次數(shù)。

結(jié)語

本文結(jié)合大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，基于新能源遠(yuǎn)程監(jiān)控云平臺，通過構(gòu)建運(yùn)營道路狀態(tài)評價(jià)、運(yùn)營環(huán)境溫度分析、駕駛行為評價(jià)、充電情況評價(jià)、動力元件工作點(diǎn)評價(jià)、整車能耗評價(jià)和整車故障統(tǒng)計(jì)7個(gè)維度上的評價(jià)分析方法，實(shí)現(xiàn)對投放市場的新能源車輛運(yùn)營狀態(tài)的多維度、客觀且全面的自動化分析，一方面可以挖掘數(shù)據(jù)背后車輛在全生命周期內(nèi)的核心部件的工作狀態(tài)，為部件的疲勞壽命評估及設(shè)計(jì)提供依據(jù)，另一方面對整車能耗優(yōu)化及整車運(yùn)行安全提供及時(shí)和準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，確保車輛的安全運(yùn)行，對新能源車輛的性能提升及優(yōu)化具有重大的意義。