基于車聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)連接的在線預(yù)約充電系統(tǒng)設(shè)計

黃秋光 張 亮 莊濟(jì)寧 程 登

（ 上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州545007）

1 研究背景

隨著新能源技術(shù)的發(fā)展，越來越多的新能源汽車已經(jīng)進(jìn)入到各大城市的市場當(dāng)中。且城市的新能源汽車充電樁增設(shè)逐漸增多，造成電網(wǎng)負(fù)荷增加。各電網(wǎng)機(jī)構(gòu)為了均衡用電時間，緩解電網(wǎng)負(fù)荷，采取了分時段的用電收費(fèi)模式，顯然高峰期時段用電費(fèi)用較高[1-2]。目前各大充電樁也提出了預(yù)約充電的方法，但是充電樁進(jìn)行預(yù)約充電的方式需要插上充電槍以后且需要維持網(wǎng)絡(luò)信號良好狀態(tài)下進(jìn)行預(yù)約充電。該方式無法解決地下庫網(wǎng)絡(luò)信號不佳問題和插充電槍才能預(yù)約顯然不便于用戶使用。

2 車聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)連接方式

遠(yuǎn)程預(yù)約充電需要通過車聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)連接的方式實(shí)現(xiàn)。整車需要與車輛網(wǎng)遠(yuǎn)程服務(wù)平臺保持長連接的通信狀態(tài)，可以實(shí)時進(jìn)行遠(yuǎn)程預(yù)約充電。但現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)連接存在這樣的矛盾點(diǎn)：車載終端作為整車與遠(yuǎn)程服務(wù)平臺的接口，如何能保證整車處于響應(yīng)狀態(tài)，又確保整車不容易饋電即保證靜態(tài)電流控制在標(biāo)定范圍內(nèi)[3]。預(yù)約充電功能需要車載終端實(shí)時響應(yīng)遠(yuǎn)程服務(wù)平臺的指令，在接收到預(yù)約充電請求和預(yù)約充電時間時能進(jìn)行計時比較運(yùn)算，在到達(dá)預(yù)約充電時間時給整車下發(fā)允許充電指令到CAN 網(wǎng)絡(luò)。對于預(yù)約充電這樣的要求，需要定義車載終端的休眠喚醒策略。

車載終端與遠(yuǎn)程服務(wù)平臺鏈接采用TCP/IP 的協(xié)議棧，保持與車載終端維持長連接狀態(tài)。車載終端與遠(yuǎn)程服務(wù)平臺的遠(yuǎn)程控制指令交互分為實(shí)時指令和異步指令。

對于同步指令，當(dāng)車載終端接收到遠(yuǎn)程控制指令時，將整車網(wǎng)絡(luò)喚醒，維持15 秒的網(wǎng)絡(luò)喚醒幀，并在15 秒內(nèi)將整車遠(yuǎn)程控制結(jié)果反饋到遠(yuǎn)程服務(wù)平臺。每一個控制指令維持15 秒鐘喚醒源后，未接收到遠(yuǎn)程控制指令時，將進(jìn)入休眠狀態(tài)。進(jìn)入休眠后的零部件，每隔9 分30 秒發(fā)送心跳包，心跳包維持時間30秒。

圖1 車載終端的網(wǎng)絡(luò)喚醒和休眠策略

圖2 在線預(yù)約充邏輯

異步指令是針對遠(yuǎn)控指令中執(zhí)行器模塊執(zhí)行超過15 秒或者存在其他遠(yuǎn)程控制指令需要在超過15 秒后的某個時間點(diǎn)執(zhí)行動作。對于異步指令，遠(yuǎn)程服務(wù)平臺下發(fā)控制指令給到車載終端后，15 秒內(nèi)直接反饋遠(yuǎn)程服務(wù)平臺指令是否收到，若平臺沒有收到，則認(rèn)為服務(wù)超時。車載終端接收到指令后開始計時并進(jìn)入休眠狀態(tài)，此時車載終端保持心跳包的方式與遠(yuǎn)程服務(wù)平臺保持長連接，在9 分30 秒內(nèi)車載終端進(jìn)入完全休眠狀態(tài)，靜態(tài)電流低于5mA。之后30 秒內(nèi)向遠(yuǎn)程服務(wù)平臺發(fā)送心跳包，UCU 處于半休眠狀態(tài)，即不發(fā)送報文，但會進(jìn)行邏輯判斷，如會判斷當(dāng)前是否需要喚醒CAN 網(wǎng)絡(luò)并發(fā)送指令或者反饋整車狀態(tài)，30 秒內(nèi)車載終端靜態(tài)電流低于30mA。

預(yù)約充電則采用了異步指令的網(wǎng)路連接方法，該方法很好地保證網(wǎng)絡(luò)長連接及平衡了車輛能量功耗，降低整車虧電風(fēng)險。（圖1、圖2）

3 在線預(yù)約充電系統(tǒng)設(shè)計

當(dāng)遠(yuǎn)程服務(wù)平臺將預(yù)約充電指令下發(fā)到車載終端后，車載終端收到預(yù)約充電請求后存儲對應(yīng)的預(yù)約充電時間。車載終端首先會判斷整車CAN 網(wǎng)絡(luò)是否處于喚醒狀態(tài)，當(dāng)整車處于喚醒狀態(tài)，比當(dāng)前時間和預(yù)約充電時間。若當(dāng)前時間未達(dá)到預(yù)約充電時間，則向CAN 網(wǎng)絡(luò)發(fā)禁止充電請求，整車控制器將限制OBC 系統(tǒng)執(zhí)行高壓充電。此時若CAN 網(wǎng)絡(luò)保持喚醒狀態(tài)，則UCU 會實(shí)時比較當(dāng)前時間與預(yù)約充電時間，到預(yù)約充電時間時將持續(xù)發(fā)送允許充電指令，不再進(jìn)行時間校驗(yàn)。

當(dāng)整車處于未行車和充電情況會進(jìn)行整車網(wǎng)絡(luò)休眠來確保低壓蓄電池的供電時長。因此預(yù)約充電的使用場景更多是處于網(wǎng)絡(luò)休眠狀態(tài)。當(dāng)整車處于休眠狀態(tài)時，車載終端收到預(yù)約充電請求后先存儲對應(yīng)的預(yù)約充電時間且不喚醒整車網(wǎng)絡(luò)。車載終端判斷當(dāng)前時間是否到達(dá)預(yù)約充電時間，若到達(dá)預(yù)約充電時間則喚醒整車并下發(fā)允許充電請求，則對應(yīng)的整車控制器和高壓系統(tǒng)模塊允許充電。若未到達(dá)預(yù)約充電時間則終端持續(xù)休眠，按照異步指令的方式每十分鐘發(fā)起心跳包并且在30 秒的心跳包內(nèi)終端進(jìn)入半休眠狀態(tài)，期間持續(xù)判斷當(dāng)前時間是否已經(jīng)處于預(yù)約充電時間。當(dāng)?shù)竭_(dá)預(yù)約充電時間，車載終端立即喚醒整車并下發(fā)允許充電指令，整車進(jìn)入可充電模式。

假設(shè)休眠期間存在整車類似人為用車、中途插充電槍等場景引起的CAN 網(wǎng)絡(luò)喚醒，則車載終端也會立即隨著CAN 網(wǎng)絡(luò)喚醒，并判斷當(dāng)前時間是否到達(dá)預(yù)約充電時間，若沒有到達(dá)預(yù)約充電時間發(fā)出禁止充電指令請求，之后會隨著CAN 網(wǎng)絡(luò)喚醒休眠。

4 結(jié)論

本文探討了一種基于車聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)連接策略的預(yù)約充電管理系統(tǒng)，在有效避免整車喚醒時間生產(chǎn)的虧電風(fēng)險的基礎(chǔ)上，解決了現(xiàn)有的預(yù)約充電系統(tǒng)存在的網(wǎng)絡(luò)信號不好下無法進(jìn)行預(yù)約充電和受限于充電樁類型、廠家的問題。