新能源汽車安全監(jiān)測及大數(shù)據(jù)分析

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摘要：文章介紹了一款基于新能源汽車安全設計的新能源汽車安全監(jiān)測及大數(shù)據(jù)分析平臺監(jiān)控系統(tǒng)，平臺可實現(xiàn)對車輛質量數(shù)據(jù)監(jiān)測，車輛安全預警，區(qū)域預警等主體功能，通過實際運行驗證了系統(tǒng)的有效性與準確性，為新能源汽車安全監(jiān)測提供了思路。

關鍵詞：新能源汽車；預警；安全監(jiān)測

隨著汽車行業(yè)的快速發(fā)展，新能源汽車逐步走向中國汽車工業(yè)舞臺，2020年我國新能源汽車銷量達到136.7萬輛，再創(chuàng)歷史新高，其中，純電動汽車銷量占據(jù)了整體的70％以上[1]，在未來很長一段時間內，中國的新能源汽車市場仍將由純電動汽車主導。但由于新能源車動力源的特殊性，電能與氫能若設計不得當或在汽車試驗與行駛的過程中出突發(fā)狀況，會導致車輛受損，嚴重的甚至會威脅人員的人身安全。2018年至今已發(fā)生近100起電動汽車火災事故，其中充電自燃與停車自燃占比最高[2]，新能源汽車安全也引起了行業(yè)及主管部的高度重視。為確保新能源汽車安全行駛，基于企業(yè)需求的新能源汽車安全監(jiān)測系統(tǒng)逐漸成為各企業(yè)研究熱點，中通新能源客車遠程智能監(jiān)控平臺通過在新能源汽車上安裝具備GPS模塊、GPRS模塊和CAN總線模塊的車載智能信息終端，采集車輛的電機、電池、電控系統(tǒng)的相關數(shù)據(jù)，內置模塊將數(shù)據(jù)上傳至Internet服務器，管理人員通過數(shù)據(jù)分析軟件對車輛進行遠程監(jiān)控[3]，上海交通大學黃世祥等人針對基于GPRS網絡的汽車遠程監(jiān)控系統(tǒng)性能的不足，對CDMA1XEVDO網絡TCP性能及系統(tǒng)通信過程進行了研究，對車載終端功能、硬件和軟件架構、遠程通信協(xié)議進行了研究、設計，提出了一種C/S、B/S混合架構的數(shù)據(jù)采集監(jiān)控中心服務器群模型[4]。國內工信部于2016年也制定GB/T32960—2016[5]關于電動汽車遠程服務與管理系統(tǒng)技術規(guī)范的遠程監(jiān)控標準，標準主要分為.1,.2,.3，分別對車載終端性能與通訊協(xié)議內容進行了要求，已在公告認證中強制實行，標準要求對新能源汽車整車、動力電池、驅動電機和燃料電池等性能參數(shù)進行收集并上傳，日本日產汽車公司為電動汽車EV-11開發(fā)一款遠程收集監(jiān)控軟件在手機端接入無線網絡就可以實現(xiàn)對車輛運行狀態(tài)數(shù)據(jù)的遠程監(jiān)控[6]。為有效實現(xiàn)對新能源汽車運行、停放、試驗檢測過程中的監(jiān)控，本文基于新能源汽車在實際運行過程中的實際需求，涉及了一款新能源汽車安全監(jiān)測及大數(shù)據(jù)分析平臺監(jiān)控系統(tǒng)（簡稱“監(jiān)控平臺”），監(jiān)測平臺主要由Web端、大屏端及APP端三個模塊組成，監(jiān)測平臺具有車輛監(jiān)控、車輛預警、區(qū)域預警等主體功能，采用多種手段可實現(xiàn)預警、位置、統(tǒng)計等實時滾動更新及手持移動處理功能，為有效保證新能源汽車安全，采用傳統(tǒng)預警、自定義預警、AI預警、區(qū)域預警等多種方式預警方式，對新能源汽車有效參數(shù)進行深入分析，全方位的為新能源汽車安全情況進行監(jiān)測。

1監(jiān)測平臺結構

基于國標GB/T32960.3—2016《電動汽車遠程服務與管理系統(tǒng)技術規(guī)范第3部分：通信協(xié)議及數(shù)據(jù)格式》要求，新能源汽車需滿足國家法規(guī)平臺通信協(xié)議項目并在道路機動車車輛產品準入中強制實施，監(jiān)測平臺采取各企業(yè)聯(lián)調的方式獲取車載終端數(shù)據(jù)采集權限，可獲取整車數(shù)據(jù)、極值數(shù)據(jù)、報警數(shù)據(jù)等新能源73項數(shù)據(jù)，基于新能源汽車運行中發(fā)生的預警與事故對應汽車狀態(tài)數(shù)據(jù)參數(shù)，采用傳統(tǒng)與智能數(shù)據(jù)分析方法對汽車狀態(tài)進行評估，為新能源汽車安全管理提供有效支撐，監(jiān)控平臺系統(tǒng)結構圖如圖1所示：數(shù)據(jù)獲取途徑中，監(jiān)測平臺可采用車載終端直連與企業(yè)遠程監(jiān)控平臺數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬煞N方式實現(xiàn)對新能源汽車監(jiān)控數(shù)據(jù)的收集，采用車載終端直連的方式可更真實的反應車輛狀態(tài)數(shù)據(jù)，本文所涉及系統(tǒng)對車輛數(shù)據(jù)的收集兩種方式均使用，本文主要對監(jiān)控系統(tǒng)平臺結構及軟件進行設計，并對新能源汽車安全預警方式進行探討研究。

2監(jiān)測平臺系統(tǒng)搭建與實現(xiàn)

2.1系統(tǒng)結構搭建

車載終端、服務器、客戶端（APP端和Web端）三端的平臺構建分為接入、數(shù)據(jù)分析存儲、數(shù)據(jù)服務、應用服務四大層，具體如圖2所示。（1）接入層，基于Netty的二次封裝，結合Kafka集群，接入依據(jù)GB/T—32960協(xié)議通過車企平臺轉發(fā)接入或車載終端直連接入數(shù)據(jù)。主要由：Master服務、Client服務、Redis服務和Kafka集群組成。（2）分析存儲層，采用主流開源大數(shù)據(jù)分布式內存計算框架（Spark/Flink）對接入數(shù)據(jù)進行實時及離線數(shù)據(jù)處理，提高數(shù)據(jù)分析、對比的精準度的復雜度，提高數(shù)據(jù)查找使用效率。（3）數(shù)據(jù)服務上采用分布式微服務（SpringCloud）方式，降低各服務間的耦合，增加服務的健壯性。（4）應用服務上，針對車輛管理及監(jiān)控建設C/S架構移動管理APP、B/S架構的Web管理平臺及監(jiān)控大屏。

2.2功能設計

基礎信息管理，可對接入車輛采取三級管理模式（車企、車型、車輛）進行維護管理，同步車輛儲能設施設備型號，采用平臺直連與終端直連兩種接入方式實現(xiàn)對新能源數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控，完成對車輛及對應車載儲能裝置類型、廠家等監(jiān)控與分析。車輛監(jiān)控，可實現(xiàn)對接入車輛位置、數(shù)據(jù)質量的實時監(jiān)控，可完成對車輛自接入后的歷史數(shù)據(jù)查詢，并基于新能源安全特征參數(shù)對數(shù)據(jù)進行深入分析，實現(xiàn)車輛安全預警，并對預警類型進行細分，實現(xiàn)對接入車輛的全方位的實時監(jiān)控與預警。區(qū)域預警，基于重慶市高新區(qū)重慶機動車強檢試驗場定制化需求，設置區(qū)域預警模塊，可實現(xiàn)對新能源汽車在各試驗區(qū)域實時運行過程中的運行預警，可自定義添加各類新能源場所，設定區(qū)域管理規(guī)則，設置對應報警信息，實現(xiàn)新能源汽車場地預警功能。設置APP管理與系統(tǒng)管理，開發(fā)對應APP端，實現(xiàn)新能源汽車的移動監(jiān)控，實現(xiàn)Web端與APP端同步更新，同時開發(fā)了管理權限的多級的管理機制，可實時查看系統(tǒng)登錄日志、操作日志及異常日志等，對系統(tǒng)運行情況進行全方位把控。

3監(jiān)測平臺車輛安全預警的實現(xiàn)

監(jiān)測平臺的主體功能是實現(xiàn)新能源汽車的安全運行，因此新能源汽車的安全預警是監(jiān)測平臺研究的重點。為實現(xiàn)對新能源汽車在運行過程中安全狀態(tài)的實時預警，監(jiān)測平臺基于新能源汽車接入監(jiān)測平臺的數(shù)據(jù)進行深入分析，預警方式采用車輛預警、事故預警、AI（人工智能）預警及自定義預警四種預警方式對接入新能源汽車進行全方位監(jiān)控以保證車輛的安全運行。車輛預警的實現(xiàn)是基于車載終端或平臺轉發(fā)的實時車輛狀態(tài)數(shù)據(jù)對車輛狀態(tài)進行提醒，車輛預警是對車輛狀態(tài)較全面反應，車輛預警包含了企業(yè)對車輛實際運行狀態(tài)的反應，主要包含了絕緣報警、可充電儲能系統(tǒng)不匹配報警、DC-DC狀態(tài)報警、制動系統(tǒng)報警等各類預警，全方位反應了車輛各類報警狀態(tài)，對車輛運行狀態(tài)反饋具有指導性能意義，同時也為車輛安全預警狀態(tài)情況提供一定信息。自定義預警是基于已存在車輛預警狀態(tài)，對車輛安全預警進行進一步確認。監(jiān)測平臺負責人可基于新能源汽車常見的安全狀態(tài)自定義報警名稱，報警等級，適用車輛，持續(xù)時間，規(guī)則設置等，有效提取新能源汽車安全預警的重點信號，確保預警推送的有效性。事故預警是基于新能源汽車出現(xiàn)一定安全實際情況一種特定預警，事故預警主要來自于APP端的創(chuàng)建，預警創(chuàng)建人針對未發(fā)生可能發(fā)生、未發(fā)生即將發(fā)生及已發(fā)生的新能源汽車安全事件進行事故預警創(chuàng)建，該類預警的創(chuàng)建需引起負責人的重點關注，并及時有效的進行處理，以有效遏制新能源汽車安全事故的發(fā)生。AI預警是基于已接入新能源汽車狀態(tài)數(shù)據(jù)一種數(shù)據(jù)深入分析預警方式，選取新能源汽車在運行過程中的溫度、電壓、SOC等參數(shù)作為異常檢測模型的基礎數(shù)據(jù)，設定對應信號異常警告閾值[7-8]，基于單元信號的差分整合移動平均自模型的創(chuàng)建，建立單變量時間序列的異常檢測模型，基于實用的分析算法對新能源汽車安全預警。基于故障序列及對應故障等級進行提取，訓練一個LSTM（長短期記憶網路）預測模型[9]，建立整車故障實時預測模型，實現(xiàn)車輛故障安全概率分析，實現(xiàn)監(jiān)測平臺的AI預警。

4監(jiān)測平臺的運行

本文闡述的設計與開發(fā)內容已落地完成，2020年9月上線了重慶車檢院（現(xiàn)“招商車研”）的“新能源汽車安全監(jiān)測及大數(shù)據(jù)分析平臺”，并服務于2020年第三屆“EB-PAC全國新能源公交車性能評價賽”，監(jiān)測平臺完成與各主流客車企業(yè)（包含宇通、廈門金龍、蘇州金龍、廈門金旅、中通等）的對接，隨著平臺的逐步運行，金康、四川野馬等新能源乘用車也逐步接入監(jiān)測平臺，監(jiān)測平臺大屏端、WEB端、APP端如圖3—圖5所示。

5結束語

本文詳細介紹了一款由招商局檢測車輛技術研究院有限公司自主開發(fā)的基于新能源汽車安全預警的“新能源汽車安全監(jiān)測及大數(shù)據(jù)分析平臺”，監(jiān)測平臺具有數(shù)據(jù)質量監(jiān)測、車輛分析、車輛安全預警、自定義預警、車輛區(qū)域預警等功能。文章對平臺接入方式，構架，功能設計、安全預警手段等進行了介紹，為新能源汽車運行過程中安全預警監(jiān)測提供了新思路。

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作者：彭沖 葉磊 姚波 楊剛 單位：招商局檢測車輛技術研究院有限公司國家客車質量監(jiān)督檢驗中心 電動汽車安全評價重慶市工業(yè)與信息化重點試驗室