新能源共享汽車智能化管理的思考

陳建明，曹富強(qiáng)

（西昌學(xué)院，四川 西昌 615013）

汽車共享（Car sharing），是指許多人合用一輛車，即開車人對車輛只有使用權(quán)，而沒有所有權(quán)，類似于在租車行里短時間包車，這種方式不僅可以省錢，而且有助于緩解交通堵塞，以及公路的磨損，減少空氣污染，降低對能量的依賴性[1]。

1 新能源汽車優(yōu)勢分析

中國電動汽車百人會理事長陳清泰就電動汽車發(fā)展態(tài)勢進(jìn)行了總結(jié)。近年來，電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展出現(xiàn)了新的變化，全球各國和各大車企已將產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略重心轉(zhuǎn)移到以電動汽車為核心的新型技術(shù)路線上，并且得到資本市場的持續(xù)看好。我國也進(jìn)一步放開了電動汽車的合資股比，并出臺了雙積分等相關(guān)政策，汽車電動化已是大勢所趨[2]。目前，電動汽車產(chǎn)業(yè)正處于由政府驅(qū)動轉(zhuǎn)向市場驅(qū)動的過程中，隨著政府補(bǔ)貼力度的加大、政策的優(yōu)惠，電動汽車產(chǎn)業(yè)將面臨新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。相對于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車，新能源汽車在汽車共享中的優(yōu)勢突顯。

1.1 清潔環(huán)保

電動汽車采用動力電池組及電機(jī)驅(qū)動動力，它工作時不會產(chǎn)生廢氣，不排污染尾氣，對環(huán)境保護(hù)和空氣的潔凈是十分有益的，可以說幾乎是“零污染”。即使按所耗電量換算為發(fā)電廠的排放，造成的污染也少于傳統(tǒng)汽車，因為發(fā)電廠的能量轉(zhuǎn)換率更高，而且集中排放可以更方便地加裝減排治污設(shè)備。

電動汽車不會像傳動汽車那樣發(fā)出噪音，它所產(chǎn)生的噪音幾乎可以忽略不計。在勻速行駛情況下，小型電動車的最大A聲級指數(shù)比汽油車輛低4～5 dB，在加速行駛情況下，小型電動車的最大A聲級指數(shù)比汽油車低2～3 dB。并且小型電動車噪音能量主要集中在500～4 000 Hz頻段范圍內(nèi)，而汽油車在63 Hz左右存在明顯峰值。電動機(jī)在運行中的噪音和振動水平都要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)。

1.2 經(jīng)濟(jì)便利

電動汽車使用成本低廉，只有汽油車的五分之一左右。而且能量轉(zhuǎn)換效率高，同時可回收制動、下坡時的能量，提高能量的利用效率。在夜間利用電網(wǎng)的廉價“谷電”進(jìn)行充電，起到平抑電網(wǎng)的峰谷差作用。北京市，92號汽油5.67元/L，每度電收費0.8元。在油價高的今天，電動汽車的運行費用是要遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)汽車的，如表1所示。

表1 各車型電池油耗價格比對

電動汽車采用電動機(jī)及電池驅(qū)動，無需傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)那些繁瑣的養(yǎng)護(hù)項目，比如更換機(jī)油、濾芯、皮帶等。電動汽車保養(yǎng)內(nèi)容較少,小保養(yǎng)基本就是常規(guī)檢查電機(jī)電池等組件即可,大保養(yǎng)有剎車、助力油檢查更換等?？偟膩碚f電動車保養(yǎng)的費用要比一般的燃油車便宜得多,也不涉及那么復(fù)雜的項目和技術(shù)要求,因此在保養(yǎng)方面,電動車劃算的多。

1.3 政策支撐

自2018年1月1日至2020年12月31日，財政部發(fā)布2017年第172號公告對購置的新能源汽車免征車輛購置稅。對免征車輛購置稅的新能源汽車，通過發(fā)布《免征車輛購置稅的新能源汽車車型目錄》實施管理。2017年9月28日工信部發(fā)布管理辦法，對傳統(tǒng)能源乘用車年度生產(chǎn)量或者進(jìn)口量不滿3萬輛的乘用車企業(yè)，不設(shè)定新能源汽車積分比例要求；達(dá)到3萬輛以上的，從2019年度開始設(shè)定新能源汽車積分比例要求。2019年度、2020年度，新能源汽車積分比例要求分別為10%、12%。同年8月8日交通部也發(fā)布了《關(guān)于促進(jìn)小微型客車租賃健康發(fā)展的指導(dǎo)意見》鼓勵使用新能源車輛開展分時租賃，并按照新能源汽車發(fā)展有關(guān)政策在充電基礎(chǔ)設(shè)施布局和建設(shè)方面給予扶持[3]。

表2 2018年相似功能配置的燃油車與電動車購置費用對比

通過表2對比可看到到現(xiàn)階段購置一輛新能源汽車所需的成本是低于同等級燃油車的，并且在購置后會有一些更多的隱性獲利，比如廠家贈送的免費保養(yǎng)次數(shù)量、不限號車牌所代表的價值、維修花費更少的時間、地方所提供的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)助等。

2 智能化管理存在的問題

汽車的智能管理雖然已經(jīng)在現(xiàn)實中實踐應(yīng)用，但仍然存在不少的問題亟待政府、生產(chǎn)廠商和用戶來共同解決。

2.1 停車難問題

使用共享汽車是為了便利。雖然共享汽車經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢明顯，但是卻面臨著“停車難”的問題，一、二線城市的平均停車泊位缺口率都普遍較高，存在很大的停車位缺口。三四線城市的平均停車泊位缺口率雖然很低，但這一指數(shù)與城市汽車保有量有關(guān)，隨著汽車的數(shù)量增加，三四線城市很快也會面臨停車難的問題，如圖1所示。

圖1 各線城市停車泊位缺口率對比

沒有數(shù)量充裕的停車位，共享汽車如何停？汽車相比于單車大小不同，會侵占更多公共資源，隨便停放，還有可能造成違停問題。目前，共享單車的隨意停放已經(jīng)對正常的出行秩序產(chǎn)生了不利影響，如果問題得不到解決必然會導(dǎo)致共享交通工具的使用效率和使用價值大幅下降，甚至可能導(dǎo)致共享交通工具最終被市場淘汰；一旦共享汽車停放失控，勢必會導(dǎo)致行政管理部門的介入，使“共享交通”的發(fā)展空間進(jìn)一步被擠壓。

2.2 系統(tǒng)安全問題

傳統(tǒng)車載聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)Telematics BOX，簡稱車載T-BOX，車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)包含四部分，主機(jī)、車載T-BOX、手機(jī)APP及后臺系統(tǒng)，車輛在獲取到控制命令后，通過CAN總線發(fā)送控制報文并實現(xiàn)對車輛的控制，最后反饋操作結(jié)果到用戶的手機(jī)APP上，如圖2所示。

圖2 車載T-BOX閉環(huán)控制指令

該過程沒有考慮車聯(lián)網(wǎng)的高度安全要求，汽車極易受到黑客攻擊。以信息安全為例，目前仍有四個層面需要完善。第一個是系統(tǒng)安全，由車載終端引起硬件和軟件系統(tǒng)問題；第二個是應(yīng)用安全，車載應(yīng)用本身存在漏洞；第三個則是互聯(lián)網(wǎng)本身。最后一個也是最大問題，是數(shù)據(jù)安全，包括身份認(rèn)證、訪問控制、隱私保護(hù)等。針對信息安全，傳統(tǒng)解決手段是使用身份認(rèn)證、訪問控制、安全審計、預(yù)行防范以及惡意代碼檢測等，但如今數(shù)據(jù)安全還沒有一個很成熟的解決方案?，F(xiàn)行的T-BOX系統(tǒng)的OBD模塊僅僅只能向平臺后端反饋車輛信息，而對于車輛的控制只存在于小范圍，這樣的系統(tǒng)的智能化水平更有待于進(jìn)一步提高。

2.3 系統(tǒng)智能管理問題

在行車智能前端都趨近完善的情況下，我們更多的應(yīng)該致力于開發(fā)出一套配合使用的后臺管理系統(tǒng)?，F(xiàn)階段的后臺系統(tǒng)可以實現(xiàn)車輛、用戶信息管理、車輛監(jiān)控、報表生成等功能,并能夠通過GPRS網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)。但仍然算不上高度智能化，系統(tǒng)可以解決取用車問題卻無法解決管理混亂的問題。

相比公共汽車、地鐵等大容量公共交通，共享汽車作為個性化的小汽車出行方式，在城市道路資源占用等方面具有負(fù)外部性，也就是說，單獨出行占用道路資源多，能源消耗大。為了彌補(bǔ)這一消耗，智能管理系統(tǒng)應(yīng)該提供一種運算法則，在了解用戶目的地的情況下準(zhǔn)確提供路線以及停車點，還應(yīng)該在車輛集中的商圈區(qū)域或城市中心區(qū)域運算出合理的停車分配方案。

2.4 政策覆蓋問題

從長遠(yuǎn)發(fā)展考慮，為了推廣新能源汽車，國家政府還應(yīng)該考慮提供以下方面的政策支持：

第一是基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)問題，其中包括了共享汽車停車用地緊張和新能源汽車很難找到充電地點的現(xiàn)狀。

第二是城市擁堵問題，由于各地對新能源汽車管理尺度口徑不一，雖然上海首先推行了新能源汽車不限行不限號的政策，但社會反響平平，原因竟是掛了新能源綠底白字牌照的汽車去了其他城市照樣會被開限行罰單。所以，在全國統(tǒng)一推行不限行不限號政策來刺激消費者購買和使用新能源汽車是有必要的。

3 新能源汽車智能化管理方案的建議

基于以上對新能源共享汽車智能存在的問題，結(jié)合汽車共享模式對新能源汽車的要求，從以下幾個方面進(jìn)行優(yōu)化。

3.1 智能停車位

首先掌握車位的實時停放情況，每個智能停車位將設(shè)置傳感器來感應(yīng)車位上是否有車輛正在停放。第一種方案是傳感器鑲嵌在每個車位上與地面平齊，獨立地監(jiān)視每個車位的停放情況；第二種是集成在一起放置在路邊的電桿上，同時監(jiān)控一個路段幾個車位的停放情況；第三種是新能源汽車充電樁自帶監(jiān)控功能，當(dāng)有車輛在充電就可顯示車位正在使用。汽車共享車企的系統(tǒng)服務(wù)后臺擁有車位使用信息后，就可以更大限度利用車位，解決了用戶“停車難”的問題。

一部分智能停車位具備充電樁，當(dāng)新能源汽車的電量不足時，后臺系統(tǒng)根據(jù)車輛電量情況自動為駕駛員設(shè)定空閑充電停車位。這樣的設(shè)置可以極大保證車位的利用率且為車主節(jié)省了充電時間，政府還能節(jié)約基礎(chǔ)設(shè)施所花費的資金。

智能停車位可以采用立體車庫，一個車位的面積就可以收納多輛車。當(dāng)然在車位較多的情況下，車位不僅可以為共享車企的車輛使用，還可有償為社會車輛開放，其停車費和充電費的具體收費方案由政府與車企共同制定。

3.2 “黑匣子”安全系統(tǒng)

黑匣子系統(tǒng)升級方向是物理操縱與聯(lián)網(wǎng)指令隔斷，互聯(lián)網(wǎng)指令來控制車輛運行是由三個層面實現(xiàn)的：以太網(wǎng)總結(jié)車輛行駛環(huán)境情況發(fā)出預(yù)設(shè)的指令，車載ECU總結(jié)汽車運行工作情況發(fā)出修正指令，各系統(tǒng)通過執(zhí)行器執(zhí)行ECU傳遞來的指令從而完成控制流程。如果其中任意一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都會對駕駛者的安全造成巨大影響，所以黑匣子系統(tǒng)的主要功能在這三個層面的中間層來實現(xiàn)，強(qiáng)制切斷以太網(wǎng)對各ECU的控制，使車輛回歸物聯(lián)網(wǎng)的純駕駛員操縱模式。關(guān)于黑匣子系統(tǒng)的開啟方式有兩種，第一種是ECU檢測出當(dāng)下行駛數(shù)據(jù)超過設(shè)定值的異常情況，然后ECU自行啟動切斷程序①來切斷聯(lián)網(wǎng)控制模式。第二種是駕駛員察覺行駛過程出現(xiàn)異常，按下相應(yīng)按鈕②來切斷聯(lián)網(wǎng)控制模式，如圖3所示。

圖3 “黑匣子”安全系統(tǒng)工作示意

切斷的過程主要由ECU來實現(xiàn)，以太網(wǎng)發(fā)出的指令是由DoIP技術(shù)來實現(xiàn)通信，所以在ECU中應(yīng)該編入一段程序，當(dāng)行駛異常時切斷DoIP通信，這時以太網(wǎng)的指令就無法控制ECU從而保證駕駛員的主動性。當(dāng)程序失效時還有備用方案，可以設(shè)置一個按鈕來控制車載終端，在切斷車載終端電源的情況下同樣確保了車上內(nèi)網(wǎng)與外網(wǎng)的隔離。

當(dāng)然ECU出現(xiàn)問題同樣會導(dǎo)致車輛行駛異常，是車載電子設(shè)備的問題需要廣大的汽車制造廠商提高汽車電子設(shè)備的可靠性，并且在電子設(shè)備覆蓋的基礎(chǔ)上提供一套安全可行的機(jī)械式應(yīng)急操縱備案來阻隔電子操縱失效所帶來的危險（圖3）。

3.3 完善智能管理系統(tǒng)

汽車共享系統(tǒng)從借還車自由度上可以分為往返(round-trip)和單程(one-way)兩種類型，共享汽車普適使用的是單程模式。單程汽車共享系統(tǒng)的特點在于開放了車輛的流動性，允許車輛在其他站點歸還。由于某一時間片段內(nèi)需求分布的不均衡性，當(dāng)這一時段內(nèi)需求得到滿足、出行完成以后，車輛會隨之偏離原先的布局，導(dǎo)致需求多的區(qū)域的后續(xù)需求不能得到滿足，需求少的地方車輛發(fā)生閑置。

被研究者最為廣泛引用的研究是一種“優(yōu)化—趨勢—仿真”三階段決策支持體系。目前實際應(yīng)用中，汽車共享系統(tǒng)調(diào)度工作還是由用戶需求自動組織完成，或者有少量的人為干預(yù)，這樣必然影響系統(tǒng)的收益。系統(tǒng)總結(jié)了現(xiàn)有的理論策略和算法，并且提出了一種兩階段調(diào)度思想，第一階段通過離線計算出最優(yōu)的車輛空間分布策略，第二階段捕捉當(dāng)前車輛分布并求解，使當(dāng)前車輛分布逼近最優(yōu)車輛分布的策略。避開需求預(yù)測的問題，采用響應(yīng)式的邏輯策略，當(dāng)系統(tǒng)檢測到需求或狀態(tài)發(fā)生改變達(dá)到某一限定值時，系統(tǒng)做出相應(yīng)的反饋[4]。

3.4 建立相應(yīng)政策機(jī)制

首先現(xiàn)階段智能停車位的用地問題應(yīng)該是通過企業(yè)與當(dāng)?shù)卣炗唴f(xié)議，只需每年繳納固定費用，其車輛即可在市區(qū)內(nèi)合法劃設(shè)的區(qū)域內(nèi)免費停放。在不增加城市道路擁堵、不影響其他社會車輛停放的情況下，提高區(qū)域內(nèi)停車泊位的使用效率和車輛使用便利度。其次國家在鼓勵各地方建設(shè)公共充電樁的同時也可以出臺政策來鼓勵企業(yè)加入建設(shè)充電樁的行動中。比如企業(yè)每建設(shè)覆蓋一片區(qū)域就給予一定的補(bǔ)助或者在規(guī)劃車位用地的時候給予一定的優(yōu)惠，這樣的政策會極大地刺激企業(yè)投入資金來發(fā)展新能源配套設(shè)施從而達(dá)到良性循環(huán)的目的。再者在限號限行方面，全國可以統(tǒng)一規(guī)定加大新能源汽車牌投入量，并且無論本地異地都不會被限行，這樣可以推進(jìn)新能源汽車的普及。

4 結(jié)語

共享汽車智能化管理不僅是對汽車本身的功能進(jìn)行優(yōu)化，而是對一個綜合體的交叉優(yōu)化，在車與車、車與人、車與道路的交互上進(jìn)行更深層次的升級，將為今后共享汽車的發(fā)展走向規(guī)范化、信息化、安全化打下堅實的基礎(chǔ)。