商用車應(yīng)用場景復(fù)雜多變，運(yùn)營區(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，同時也需要更好的操控性、動力性和經(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)際使用場景，深入研究人-車-環(huán)境，準(zhǔn)確定義場景，開展場景工況載荷譜采集策劃與實(shí)施，建立用戶場景與試驗場的關(guān)聯(lián)性，開發(fā)結(jié)構(gòu)耐久工況，應(yīng)用到4/6立柱、MAST、液壓伺服等臺架測試和仿真分析，可有效提升產(chǎn)品質(zhì)量。

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

報告分為以下4個部分：

01復(fù)雜場景研究
02場景工況開發(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，高級工程師，任職福田汽車試驗中心高級經(jīng)理，具有十多年系統(tǒng)部件測試技術(shù)相關(guān)經(jīng)驗；長期從事用戶場景工況研究、道路載荷譜測試分析、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，主導(dǎo)國家標(biāo)準(zhǔn)/行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)6項，研究成果獲得2022年中國汽車工程學(xué)會科技進(jìn)步二等獎，2022年北京市科技進(jìn)步二等獎。

1、復(fù)雜場景研究

商用車是老百姓維持生計的載體，也是保障民生的重要的工具，在國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，對產(chǎn)品的精準(zhǔn)定義存在一定挑戰(zhàn)，這就意味著需要對車輛實(shí)際使用的這種場景要進(jìn)行深入的研究。

商用車使用場景復(fù)雜多變，體現(xiàn)出運(yùn)營區(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)用場景比較多，導(dǎo)致產(chǎn)品的差異性比較大。通過對市場的深訪及研究，從這個人、車、貨、場4個維度形成了實(shí)際使用場景工況，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)、封閉場景、客運(yùn)場景等，以獲得產(chǎn)品的最高使用價值。新能源汽車充電和換電技術(shù)相對較為成熟，適用于封閉場景、短途客運(yùn)場景及城市作業(yè)的相關(guān)使用工況；混動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)營跟推廣階段，適用于中短途使用工況。

以輕卡電動車型為目標(biāo)，調(diào)研快遞快運(yùn)、商超配送等細(xì)分場景的運(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)雜場景研究。

2、場景工況開發(fā)流程

場景工況開發(fā)的流程主要包含場景工況的定義、采集路線策劃、數(shù)據(jù)采集實(shí)施、測試工況構(gòu)建及臺架測試評價5個步驟。

用戶場景定義首先通過車聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)對用戶場景進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，識別用戶后統(tǒng)計其使用實(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、周邊場景等，再通過客戶群體特征、運(yùn)營工況結(jié)合未來產(chǎn)品使用需求進(jìn)而形成深度訪問用戶畫像。

物流模式用戶場景工況分析：存在星狀點(diǎn)對點(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景工況

將全國道路按區(qū)域劃分，可以細(xì)分道路的長度、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)庫分析道路類型、地理地形等要素，形成輕卡電動車型城市配送場景準(zhǔn)確的用戶場景定義數(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、車輛停靠點(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)、不同場景的組合的里程需求。

成都新能源輕卡城市配送場景工況數(shù)據(jù)采集

深圳新能源輕卡城市配送場景工況數(shù)據(jù)采集

場景工況開發(fā)中采集通道選擇根據(jù)場景-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。

場景工況開發(fā)中采集實(shí)施包括采集計劃管控表、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、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)境影響會出現(xiàn)數(shù)據(jù)漂移、毛刺等異常信號，通過應(yīng)用高通濾波、奇異信號檢測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

包括離散信號（制動開關(guān)信號等）和連續(xù)信號（車速、油門開度、發(fā)動機(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，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，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，獲得要素數(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，將工況要素數(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，同時可計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)然后和試驗場的數(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場組合工況。

4、結(jié)構(gòu)耐久工況應(yīng)用

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

基于臺架試驗的結(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、駕駛室振動耐久試驗、懸架振動耐久試驗、板簧振動耐久試驗等試驗項目，為高可靠、輕量化的產(chǎn)品開發(fā)提供測試手段，提升產(chǎn)品質(zhì)量和競爭力

基于仿真分析的結(jié)構(gòu)耐久工況應(yīng)用：通過虛擬實(shí)驗場技術(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，謝謝辨識相關(guān)臨界點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)。

故障評價：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。基于復(fù)雜場景的結(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、仿真分析和故障評價等，確保結(jié)構(gòu)在長期使用中能夠適應(yīng)各種挑戰(zhàn)性因素，維持其安全性和性能。