車聯(lián)網(wǎng)在新能源汽車上的應(yīng)用研究

王雷,劉耀邦

(安徽交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽合肥 230051)

0 引言

當(dāng)前汽車行業(yè)最熱的詞，一個(gè)是“車聯(lián)網(wǎng)”，另一個(gè)是“新能源汽車”?！败嚶?lián)網(wǎng)+新能源汽車”已成為車企躍躍欲試的一種全新的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)模式?？梢哉f(shuō)，新能源汽車與車聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)一步結(jié)合，將會(huì)給企業(yè)帶來(lái)巨大的發(fā)展機(jī)遇。

1 新能源汽車的發(fā)展

近年來(lái)，為了鼓勵(lì)和支持新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展，國(guó)務(wù)院相關(guān)部門(mén)緊密出臺(tái)各項(xiàng)政策措施，推動(dòng)了新能源汽車產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。2012年6月國(guó)務(wù)院發(fā)布《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2012—2020年)》，指明了新能源汽車的發(fā)展路線和目標(biāo)。特別是2014年，隨著《關(guān)于加快新能源汽車推廣應(yīng)用的指導(dǎo)意見(jiàn)》頒布和購(gòu)車補(bǔ)貼、地方上牌等優(yōu)惠政策出臺(tái)，新能源汽車產(chǎn)銷量實(shí)現(xiàn)飛躍式增長(zhǎng)。2013—2017年我國(guó)新能源汽車產(chǎn)銷量如圖1所示。

圖1 2013—2017年我國(guó)新能源汽車產(chǎn)銷量及增長(zhǎng)率

新能源汽車相對(duì)于傳統(tǒng)汽車而言，具有污染少、油耗低等特點(diǎn)，目前市場(chǎng)上比較成熟的新能源汽車主要有純電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車和燃料電池汽車。純電動(dòng)汽車是由電池直接給電機(jī)供電驅(qū)動(dòng)汽車行駛，具有零污染、使用費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，但電池的續(xù)航里程低、壽命短，充電樁的不完善限制了純電動(dòng)汽車推廣?；旌蟿?dòng)力汽車是由內(nèi)燃機(jī)和電池提供動(dòng)力，采用并聯(lián)、串聯(lián)或混聯(lián)3種方式，有效降低了油耗和使用成本，但價(jià)格高于傳統(tǒng)汽車，很多地方政府也沒(méi)有將其納入優(yōu)惠政策范圍之內(nèi)。燃料電池汽車采用氫氣、甲醇等為燃料，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能直接驅(qū)動(dòng)汽車，由于技術(shù)比較復(fù)雜，目前在國(guó)內(nèi)還沒(méi)有推廣。新能源汽車演進(jìn)路線如圖2所示。

圖2 新能源汽車演進(jìn)路線圖

2 車聯(lián)網(wǎng)與新能源汽車

車聯(lián)網(wǎng)是以汽車為信息節(jié)點(diǎn)，集成先進(jìn)可靠的傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)、移動(dòng)通信技術(shù)、云計(jì)算平臺(tái)技術(shù)等，通過(guò)整合車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)、車車網(wǎng)絡(luò)、車與控制中心網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建無(wú)處不在的網(wǎng)路連接與信息交互，最終實(shí)現(xiàn)行車更加安全、出行更加順暢、更加節(jié)能環(huán)保等目標(biāo)。相對(duì)傳統(tǒng)動(dòng)力汽車，新能源汽車的電池安全管理與監(jiān)控、整車電控系統(tǒng)、公交系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)管理等更易實(shí)現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)控制。

新能源汽車車聯(lián)網(wǎng)工作原理如圖3所示。通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸，實(shí)現(xiàn)了道路基礎(chǔ)設(shè)施與車載終端的互通；通過(guò)云接入，實(shí)現(xiàn)了云平臺(tái)與道路基礎(chǔ)設(shè)施的互通；通過(guò)4G等移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了車載終端與云平臺(tái)的互通。各傳感器獲取電池、車輛的相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)，并通過(guò)CAN(Controller Area Network)總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在各控制單元間傳輸，實(shí)現(xiàn)車內(nèi)通信。利用衛(wèi)星定位和無(wú)線通信技術(shù)，與附近的車輛和道路環(huán)境建立車載自網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)車與車、車與路的互通。通過(guò)云接入，道路基礎(chǔ)設(shè)施把從云平臺(tái)獲取的交通信息發(fā)送給車載終端，并把探測(cè)到的周圍交通狀況上傳給云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)車載自網(wǎng)絡(luò)內(nèi)車輛交通信息的共享。

圖3 新能源汽車車聯(lián)網(wǎng)工作原理

3 車聯(lián)網(wǎng)在新能源汽車上的應(yīng)用

3.1 新能源汽車電控一體化

電控技術(shù)是新能源汽車三大核心技術(shù)之一，涉及整車控制、電池監(jiān)管、電機(jī)優(yōu)化配置等，直接影響到整車性能。電控一體化是集信息采集、智能管控、便捷操控、集中顯示于一體的車載電控一體化系統(tǒng)，以及滿足車載數(shù)據(jù)接入與管理、協(xié)同處理與遠(yuǎn)程配置的車聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)平臺(tái)。2014年9月，中國(guó)科學(xué)院物聯(lián)網(wǎng)研究發(fā)展中心和安徽安凱汽車股份有限公司聯(lián)合研發(fā)的“e控”系統(tǒng)，在安凱第五代純電動(dòng)汽車上進(jìn)行了應(yīng)用。該系統(tǒng)以整車控制系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和能量管理系統(tǒng)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)新能源汽車的能耗管理、動(dòng)力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)配置、智能化操控、可視化管理、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)分析與在線配置等功能。該系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)解決了新能源汽車電控一體化的技術(shù)障礙，使我國(guó)新能源汽車電控系統(tǒng)的智能化及車聯(lián)網(wǎng)在新能源汽車的應(yīng)用邁上了一個(gè)新的臺(tái)階。

3.2 新能源汽車遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

新能源汽車遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)監(jiān)控車輛的電池信息、電機(jī)控制器信息、整車信息、車輛運(yùn)行狀態(tài)信息、故障信息、電池信息等的顯示、查詢和存儲(chǔ)功能，用戶能夠?qū)崟r(shí)掌握電動(dòng)車輛的運(yùn)行情況，使人、車、路三者緊密協(xié)調(diào)，為車輛的運(yùn)營(yíng)、維護(hù)提供快速的安全保障。該系統(tǒng)由車載信息終端和遠(yuǎn)程管理服務(wù)平臺(tái)兩部分組成。通過(guò)車載信息終端和云端信息服務(wù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)新能源車輛的遠(yuǎn)程監(jiān)控、故障診斷和信息服務(wù)。用戶可通過(guò)瀏覽器登陸遠(yuǎn)程綜合信息服務(wù)平臺(tái)，對(duì)新能源車輛進(jìn)行管理，同時(shí)可獲取相應(yīng)的服務(wù)信息。車載信息終端利用車輛上安裝的傳感器獲取車輛、電池、電機(jī)相關(guān)數(shù)據(jù)和狀態(tài)，GPS(Global Positioning System)/北斗導(dǎo)航采集車輛位置和速度信號(hào)，并通過(guò)GSM(Global System for Mobile Communications)/GPRS(General Packet Radio Service)基站把數(shù)據(jù)傳輸給遠(yuǎn)程管理服務(wù)平臺(tái)，用戶通過(guò)訪問(wèn)平臺(tái)，可獲取車輛的相關(guān)數(shù)據(jù)。新能源汽車遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)如圖4所示。

圖4 新能源汽車遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖

3.3 新能源汽車租賃

新能源汽車租賃，作為汽車租賃市場(chǎng)一種新的模式，具有方便、快捷、低碳出行等特點(diǎn)，目前在全國(guó)各大城市大力推廣?！靶履茉雌囎赓U運(yùn)營(yíng)平臺(tái)”通過(guò)高科技手段加強(qiáng)新能源車輛管理，提高租賃服務(wù)質(zhì)量， 規(guī)范新能源汽車運(yùn)營(yíng)， 對(duì)減少公用支出、節(jié)能減排、降低城市擁堵有著極大幫助，同時(shí)也大大促進(jìn)了新能源汽車租賃行業(yè)的發(fā)展。新能源汽車租賃系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要包括硬件設(shè)備和軟件系統(tǒng)，如圖5所示。

圖5 新能源汽車分時(shí)租賃系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

智能車載終端可實(shí)現(xiàn)車門(mén)、燈光、喇叭控制及平臺(tái)、GPS定位、功耗控制等功能；綠控儀可實(shí)現(xiàn)車鑰匙管理、油卡或電卡是否放回狀態(tài)檢測(cè)等，還可實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音播報(bào)、用戶界面顯示、用戶指令輸入等人機(jī)互動(dòng)功能；通過(guò)刷卡器可實(shí)現(xiàn)對(duì)持RFID(Radio Frequency Identification)卡片用戶的身份認(rèn)證，及完成開(kāi)關(guān)車門(mén)、取車還車等；一鍵啟動(dòng)設(shè)備可避免車鑰匙丟失，減少鑰匙管理成本；GPS跟蹤器可實(shí)現(xiàn)車輛定位跟蹤功能，支持客戶端軟件、短信查詢車輛位置。

用戶端APP(Application)支持安卓、蘋(píng)果系統(tǒng)，集身份驗(yàn)證、預(yù)約、選車、支付、違章查詢、促銷活動(dòng)等完整功能于一體；車輛后臺(tái)管理系統(tǒng)基于大數(shù)據(jù)挖掘和智能算法，為企業(yè)提供智能車輛管理服務(wù)，實(shí)現(xiàn)車輛管理、系統(tǒng)管理、財(cái)務(wù)管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、訂單管理、客戶管理等功能；運(yùn)營(yíng)管理端口可為運(yùn)營(yíng)商隨時(shí)隨地獲取車輛租賃狀態(tài)，續(xù)航、油量狀態(tài)，在線狀態(tài)等。

4 新能源汽車車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展趨勢(shì)

隨著車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在新能源汽車上的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)新能源汽車的互聯(lián)互通，未來(lái)新能源汽車車聯(lián)網(wǎng)具有以下3個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。

4.1 車、樁、網(wǎng)的互聯(lián)

隨著新能源汽車、充電基礎(chǔ)設(shè)施量的增長(zhǎng)，如何實(shí)現(xiàn)智慧聯(lián)網(wǎng)、智慧管控已經(jīng)成為擺在車企、充電樁運(yùn)營(yíng)商面前的難題。通過(guò)建立云服務(wù)中心，監(jiān)控中心采集充電樁實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、云服務(wù)中心對(duì)充電樁實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、快速把充電樁的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)傳遞給新能源汽車用戶，提高用戶的便捷性。新能源汽車、充電樁、網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通需要統(tǒng)一充電樁的通信協(xié)議，依靠充電樁管理平臺(tái)與新能源車輛運(yùn)營(yíng)平臺(tái)的數(shù)據(jù)共享與融合，利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，對(duì)充電、用電、駕駛等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，為車主提供更多體驗(yàn)和服務(wù)。2017年8月，國(guó)家電網(wǎng)建成了開(kāi)放高效的智慧車聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，該平臺(tái)與17家充電運(yùn)營(yíng)商實(shí)現(xiàn)了互聯(lián)互通，用戶下載“e充電”APP，就可一鍵式找樁充電。

4.2 車與車的互聯(lián)

在新能源汽車上安裝車載終端，通過(guò)無(wú)線通信技術(shù)，使車與車之間組建車載自組網(wǎng)，可讓車輛之間分享彼此的行車速度、相對(duì)位置等數(shù)據(jù)信息。如圖6所示:當(dāng)車輛A、B、C在同一車道上行駛時(shí)，3輛車的車載終端就自動(dòng)運(yùn)行，車輛A快速地和其通信范圍內(nèi)、同一行駛方向的車輛B、C之間建立車載自組網(wǎng)。

車輛A通過(guò)多種傳感器探測(cè)前方道路的狀況，并對(duì)周邊車輛的路徑進(jìn)行預(yù)測(cè)，當(dāng)車輛A探測(cè)到前方有危險(xiǎn)情況時(shí)，需先減速并對(duì)后面的車輛進(jìn)行提醒。雖然車輛C被車輛B阻擋，駕駛員無(wú)法看到車輛A緊急制動(dòng)，但車輛A上的車載終端會(huì)將其速度、位置及狀態(tài)等信息通過(guò)車載自組網(wǎng)發(fā)送給后面的車輛B、C，車輛B、C的車載終端收到信息后進(jìn)行緊急處理，提前獲知前方路面情況，及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，提高行車安全。

4.3 智能充電樁

當(dāng)前充電樁行業(yè)存在著位置分布散、維護(hù)管理困難等問(wèn)題，未來(lái)智能充電樁的出現(xiàn)能有效地解決這些問(wèn)題。智能充電樁系統(tǒng)主要由城市市政設(shè)施、充電樁系統(tǒng)、車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)、運(yùn)營(yíng)管理與服務(wù)中心及PC或移動(dòng)終端組成。該系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程監(jiān)控管理、故障管理、APP應(yīng)用等多種功能。遠(yuǎn)程監(jiān)控可以對(duì)充電樁電量、電流等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控；故障管理可以對(duì)充電樁的工作情況進(jìn)行診斷，如果出現(xiàn)故障則進(jìn)行報(bào)警提醒，以方便維修人員進(jìn)行遠(yuǎn)程處理或現(xiàn)場(chǎng)維修；通過(guò)PC或移動(dòng)終端，客戶能夠?qū)Τ潆姌兜奈恢眉盃顟B(tài)進(jìn)行查詢，以方便預(yù)約充電及實(shí)現(xiàn)在線付費(fèi)等功能。

5 結(jié)論

電動(dòng)汽車車聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)的服務(wù)領(lǐng)域與傳統(tǒng)汽車車聯(lián)網(wǎng)具有較多共性，均包括地圖、導(dǎo)航，行車安全，生活?yuàn)蕵?lè)3個(gè)方面，除此之外，還具備一定的差異性。由于電動(dòng)汽車對(duì)充換電服務(wù)依賴程度高，充換電信息服務(wù)也列入車聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)性服務(wù)，滿足電動(dòng)汽車用戶的剛性行車需求。目前，電動(dòng)汽車車聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)尚處于起步階段，僅有少量電動(dòng)汽車車型配置了傳統(tǒng)車聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，而充換電信息服務(wù)尚屬空白。隨著未來(lái)電動(dòng)汽車的爆發(fā)式增長(zhǎng)，電動(dòng)汽車車聯(lián)網(wǎng)服務(wù)將具備廣闊的發(fā)展前景。

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