商用車應(yīng)用場(chǎng)景復(fù)雜多變，運(yùn)營(yíng)區(qū)域“廣”、行駛半徑“散”、貨物類型“雜”、使用強(qiáng)度“高”，用戶希望車輛多拉耐用，同時(shí)也需要更好的操控性、動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，這與產(chǎn)品的可靠耐久性、輕量化密切相關(guān)?；谟脩魧?shí)際使用場(chǎng)景，深入研究人-車-環(huán)境，準(zhǔn)確定義場(chǎng)景，開展場(chǎng)景工況載荷譜采集策劃與實(shí)施，建立用戶場(chǎng)景與試驗(yàn)場(chǎng)的關(guān)聯(lián)性，開發(fā)結(jié)構(gòu)耐久工況，應(yīng)用到4/6立柱、MAST、液壓伺服等臺(tái)架測(cè)試和仿真分析，可有效提升產(chǎn)品質(zhì)量。

本文整理自：福田汽車試驗(yàn)中心高級(jí)經(jīng)理 陳世棟先生《基于復(fù)雜場(chǎng)景的結(jié)構(gòu)耐久工況開發(fā)及應(yīng)用》的主題分享。

報(bào)告分為以下4個(gè)部分：

01復(fù)雜場(chǎng)景研究
02場(chǎng)景工況開發(fā)流程
03數(shù)據(jù)分析與外推04結(jié)構(gòu)耐久工況應(yīng)用

陳世棟 先生畢業(yè)于天津大學(xué)，力學(xué)專業(yè)碩士，高級(jí)工程師，任職福田汽車試驗(yàn)中心高級(jí)經(jīng)理，具有十多年系統(tǒng)部件測(cè)試技術(shù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)；長(zhǎng)期從事用戶場(chǎng)景工況研究、道路載荷譜測(cè)試分析、結(jié)構(gòu)耐久工況開發(fā)與應(yīng)用相關(guān)工作；發(fā)表論文9篇，授權(quán)發(fā)明專利6項(xiàng)，主導(dǎo)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)/行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)6項(xiàng)，研究成果獲得2022年中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)，2022年北京市科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。

1、復(fù)雜場(chǎng)景研究

商用車是老百姓維持生計(jì)的載體，也是保障民生的重要的工具，在國(guó)家層面上具有很重要的戰(zhàn)略意義。用戶的多樣性，環(huán)境的復(fù)雜性，對(duì)產(chǎn)品的精準(zhǔn)定義存在一定挑戰(zhàn)，這就意味著需要對(duì)車輛實(shí)際使用的這種場(chǎng)景要進(jìn)行深入的研究。

商用車使用場(chǎng)景復(fù)雜多變，體現(xiàn)出運(yùn)營(yíng)區(qū)域“廣”、行駛半徑“散”、貨物類型“雜”、使用強(qiáng)度“高”四大特征。

商用車作為生產(chǎn)資料，應(yīng)用場(chǎng)景比較多，導(dǎo)致產(chǎn)品的差異性比較大。通過對(duì)市場(chǎng)的深訪及研究，從這個(gè)人、車、貨、場(chǎng)4個(gè)維度形成了實(shí)際使用場(chǎng)景工況，然后進(jìn)行技術(shù)規(guī)劃的應(yīng)用。

以新能源商用車為例，對(duì)所有產(chǎn)品品類與技術(shù)路線進(jìn)行適配，包括城市物流配送、干線物流、城市作業(yè)、封閉場(chǎng)景、客運(yùn)場(chǎng)景等，以獲得產(chǎn)品的最高使用價(jià)值。新能源汽車充電和換電技術(shù)相對(duì)較為成熟，適用于封閉場(chǎng)景、短途客運(yùn)場(chǎng)景及城市作業(yè)的相關(guān)使用工況；混動(dòng)和增程式汽車可滿足較為嚴(yán)苛的排放的要求適用于干線支線物流使用工況；燃料電池汽車目前處于示范運(yùn)營(yíng)跟推廣階段，適用于中短途使用工況。

以輕卡電動(dòng)車型為目標(biāo)，調(diào)研快遞快運(yùn)、商超配送等細(xì)分場(chǎng)景的運(yùn)輸線路、行駛線路固定性、單程運(yùn)距、日行駛里程等用戶使用信息進(jìn)行用戶復(fù)雜場(chǎng)景研究。

2、場(chǎng)景工況開發(fā)流程

場(chǎng)景工況開發(fā)的流程主要包含場(chǎng)景工況的定義、采集路線策劃、數(shù)據(jù)采集實(shí)施、測(cè)試工況構(gòu)建及臺(tái)架測(cè)試評(píng)價(jià)5個(gè)步驟。

用戶場(chǎng)景定義首先通過車聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)對(duì)用戶場(chǎng)景進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，識(shí)別用戶后統(tǒng)計(jì)其使用實(shí)際工況，包括車速分布、百公里電耗分布、開關(guān)頻次分布、加速踏板開度分布、月度放電量等和用戶實(shí)際使用工況強(qiáng)相關(guān)的數(shù)據(jù)信息。

用戶深度訪問可以收集大數(shù)據(jù)無法獲得的用戶信息，通過客戶深度訪問問卷調(diào)查用戶的使用習(xí)慣、操作、周邊場(chǎng)景等，再通過客戶群體特征、運(yùn)營(yíng)工況結(jié)合未來產(chǎn)品使用需求進(jìn)而形成深度訪問用戶畫像。

物流模式用戶場(chǎng)景工況分析：存在星狀點(diǎn)對(duì)點(diǎn)物流模式、環(huán)狀循環(huán)形式物流模式及兩種物流模式相融合的物流場(chǎng)景工況

將全國(guó)道路按區(qū)域劃分，可以細(xì)分道路的長(zhǎng)度、類型、城市道路占比、高速占比、山路/平路占比及彎路/直路占比等實(shí)際使用場(chǎng)景工況。

基于調(diào)研信息和用戶車輛GPS數(shù)據(jù)，通過地圖數(shù)據(jù)庫(kù)分析道路類型、地理地形等要素，形成輕卡電動(dòng)車型城市配送場(chǎng)景準(zhǔn)確的用戶場(chǎng)景定義數(shù)據(jù)，可以以該定義數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)開展數(shù)據(jù)計(jì)算及分析工作。

采集路線策劃：以輕卡城市配送路線的選取為例，其選取原則主要包含道路類型和比例的選取、采集區(qū)域的選取、車輛?？奎c(diǎn)的選取及其他相關(guān)資源等。

以新能源輕卡路線采集為例，選取北京、成都、深圳等熱門，采集了商超、快遞快運(yùn)、園林綠化、家具家電等4種貨物運(yùn)輸?shù)墓r數(shù)據(jù)；采集里程需要涵蓋考慮不同載重、不同駕駛風(fēng)格、不同季節(jié)、不同場(chǎng)景的組合的里程需求。

成都新能源輕卡城市配送場(chǎng)景工況數(shù)據(jù)采集

深圳新能源輕卡城市配送場(chǎng)景工況數(shù)據(jù)采集

場(chǎng)景工況開發(fā)中采集通道選擇根據(jù)場(chǎng)景-產(chǎn)品-工況轉(zhuǎn)化結(jié)果來選用采集樣車，實(shí)車采集的核心模塊需涵蓋駕駛室、車架、車橋、傳動(dòng)軸、懸架貨架等，數(shù)據(jù)采集類型包括六分力、加速度、位移、應(yīng)變、扭矩、GPS、CAN總線數(shù)據(jù)等。

場(chǎng)景工況開發(fā)中采集實(shí)施包括采集計(jì)劃管控表、日志表、采集里程和路線、人員配置、采集數(shù)據(jù)等。

3、數(shù)據(jù)分析與外推

數(shù)據(jù)分析與外推流程包括數(shù)據(jù)預(yù)處理、特征數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、地理特征數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)切片、數(shù)據(jù)外推方法選擇等步驟。

（1）實(shí)車采集數(shù)據(jù)預(yù)處理

實(shí)車采集的原始路譜數(shù)據(jù)，因受到環(huán)境影響會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)漂移、毛刺等異常信號(hào)，通過應(yīng)用高通濾波、奇異信號(hào)檢測(cè)及正弦波連接等方法進(jìn)行預(yù)處理，獲得可用的有效數(shù)據(jù)。

（2）特征數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

包括離散信號(hào)（制動(dòng)開關(guān)信號(hào)等）和連續(xù)信號(hào)（車速、油門開度、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等）。

（3）地理特征數(shù)據(jù)獲取

基于地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)，分析車聯(lián)網(wǎng)采集及實(shí)車采集的GPS數(shù)據(jù)，獲得路線的道路類型占比、海拔、坡度等地理特征信息。

（4）數(shù)據(jù)切片

基于地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)，把采集到載荷數(shù)據(jù)映射到道路網(wǎng)路，通過映射的道路網(wǎng)絡(luò)然后進(jìn)行切片，獲得要素?cái)?shù)據(jù)，為下一步數(shù)據(jù)外推提供輸入。

（5）數(shù)據(jù)外推方法

基于用戶模擬，將工況要素?cái)?shù)據(jù)和用戶使用模型作為輸入，通過蒙特卡洛算法進(jìn)行數(shù)據(jù)外推計(jì)算，結(jié)果輸出數(shù)據(jù)分布，如耐久性損傷分布，電耗分布，同時(shí)可計(jì)算出不同百分位的目標(biāo)值。

結(jié)構(gòu)耐久工況構(gòu)建：把用戶的數(shù)據(jù)然后和試驗(yàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)通過多目標(biāo)優(yōu)化進(jìn)行組合，形成用戶的全生命周期的試驗(yàn)場(chǎng)組合工況。

4、結(jié)構(gòu)耐久工況應(yīng)用

整車試驗(yàn)結(jié)構(gòu)耐久工況的應(yīng)用通過整車輪耦合試驗(yàn)、試驗(yàn)場(chǎng)加速試驗(yàn)、用戶道路可靠性試驗(yàn)，為高可靠、輕量化的產(chǎn)品提供充分驗(yàn)證，其三者相互關(guān)聯(lián)、相輔相成。

基于臺(tái)架試驗(yàn)的結(jié)構(gòu)耐久工況應(yīng)用： 開發(fā)的結(jié)構(gòu)耐久工況可應(yīng)用到模塊軸耦合試驗(yàn)、駕駛室振動(dòng)耐久試驗(yàn)、懸架振動(dòng)耐久試驗(yàn)、板簧振動(dòng)耐久試驗(yàn)等試驗(yàn)項(xiàng)目，為高可靠、輕量化的產(chǎn)品開發(fā)提供測(cè)試手段，提升產(chǎn)品質(zhì)量和競(jìng)爭(zhēng)力

基于仿真分析的結(jié)構(gòu)耐久工況應(yīng)用：通過虛擬實(shí)驗(yàn)場(chǎng)技術(shù)將結(jié)構(gòu)耐久工況映射到關(guān)鍵零部件上進(jìn)行仿真，謝謝辨識(shí)相關(guān)臨界點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)。

故障評(píng)價(jià)：采用故障分析的方法并結(jié)合故障管理系統(tǒng)進(jìn)行多維度故障數(shù)據(jù)收集。

總結(jié)，結(jié)構(gòu)耐久性是指結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)期使用過程中，能夠保持其預(yù)定的性能和安全水平，不受外部環(huán)境、荷載和材料老化等因素的過度影響?；趶?fù)雜場(chǎng)景的結(jié)構(gòu)耐久工況開發(fā)及應(yīng)用涉及環(huán)境因素、材料性能研究、結(jié)構(gòu)形式選擇等多方面，通過數(shù)值模擬、仿真分析和故障評(píng)價(jià)等，確保結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)期使用中能夠適應(yīng)各種挑戰(zhàn)性因素，維持其安全性和性能。