引導(dǎo)電動(dòng)汽車用戶駕駛行為的充電導(dǎo)航策略

聞韜

摘 要 科技在不斷的發(fā)展，社會(huì)在不斷的進(jìn)步，電動(dòng)汽車充電導(dǎo)航便于用戶合理選擇充電站，降低用戶自身的時(shí)間成本和經(jīng)濟(jì)成本，緩解配電網(wǎng)端的負(fù)荷壓力。本文在電網(wǎng)分時(shí)電價(jià)的基礎(chǔ)上，考慮電動(dòng)汽車充電路徑的選擇和車主的駕駛行為密切相關(guān)，通過對電動(dòng)汽車的負(fù)荷設(shè)備分類建模，根據(jù)不同設(shè)備類型的重要程度及用戶的電動(dòng)汽車實(shí)際工況和地形因素，利用遺傳算法分析最佳出行路徑，提出了以時(shí)間成本與經(jīng)濟(jì)成本之和最優(yōu)為目標(biāo)，引導(dǎo)用戶駕駛行為的充電導(dǎo)航策略。最后，在20km*10km含三個(gè)充電站的區(qū)域內(nèi)，通過三種不同充電導(dǎo)航策略仿真結(jié)果對比，驗(yàn)證了所提導(dǎo)航策略的可行性和有效性。

關(guān)鍵詞 充電導(dǎo)航;時(shí)間成本;經(jīng)濟(jì)成本;分時(shí)電價(jià);駕駛行為

引言

目前，隨著城市的發(fā)展，傳統(tǒng)能源不斷枯竭，汽車尾氣產(chǎn)生的環(huán)境污染越來越嚴(yán)重，有必要發(fā)展節(jié)能環(huán)保的新能源汽車來逐步取代使用汽油作為燃料的傳統(tǒng)汽車。而電動(dòng)汽車使用可再生的電能，并且環(huán)保高效，值得推廣。從用戶方來說，用戶希望實(shí)時(shí)了解充電樁的位置信息、電價(jià)信息、導(dǎo)航信息，后臺(tái)管理者也需要了解各用戶和充電樁的信息，并根據(jù)大數(shù)據(jù)分析結(jié)果制定電價(jià)策略，引導(dǎo)用戶有序充電。如何解決這一問題已經(jīng)成為了目前的重要研究課題。因此在本項(xiàng)目中，設(shè)計(jì)了基于互聯(lián)網(wǎng)+智能充電引導(dǎo)系統(tǒng)，用戶可以通過手機(jī)實(shí)現(xiàn)充電裝置狀態(tài)查詢、定位導(dǎo)航、充電預(yù)約及智能充電與充電裝置鎖定等功能。

1 智能充電管理系統(tǒng)組成

本次構(gòu)成主要包括移動(dòng)客戶端APP、云服務(wù)器以及智能充電樁，其中，移動(dòng)客戶端APP是重要的用戶參與用電管理的接口，通過APP軟件，查詢充電樁狀態(tài)和位置，并予以充電預(yù)約和定位導(dǎo)航;云服務(wù)器用于電動(dòng)汽車對數(shù)據(jù)的挖掘、維護(hù)、加工、存貯、搜集以及發(fā)布等等，主要由平臺(tái)軟件、外圍設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及計(jì)算機(jī)等組成，無論是硬件還是軟件，均具有較高的可擴(kuò)展性與可靠性。在智能充電樁中，內(nèi)置Wi-Fi通信模塊，并通過光纖網(wǎng)、2G、3G、4G網(wǎng)傳送信息于云服務(wù)器，用戶可利用平板電腦、智能手機(jī)等終端設(shè)備，利用碼分多址和無線分組業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)云服務(wù)器的通信。

2 引導(dǎo)電動(dòng)汽車用戶駕駛行為的充電導(dǎo)航策略

2.1 充電導(dǎo)航路徑規(guī)劃

電動(dòng)汽車的充電導(dǎo)航路徑規(guī)劃主要從用戶的角度出發(fā)，假設(shè)用戶從出發(fā)點(diǎn)S到達(dá)目的地O，其考慮的充電方案主要有兩種。首先，為了盡快抵達(dá)目的地而選擇總的行程時(shí)間最短的充電方案。其次，不在乎行程時(shí)間的長短，只關(guān)心本次出行總的行程經(jīng)濟(jì)成本的充電方案。因此將目標(biāo)函數(shù)定義為：min{α·T+β·Cactual}其中，α、β僅取0值或1值。α=0，β=1表示總的行程經(jīng)濟(jì)成本最低的充電導(dǎo)航方案;α=1，β=0表示總的行程時(shí)間最短的充電導(dǎo)航方案。T為電動(dòng)汽車總的行程時(shí)間，Cactual為電動(dòng)汽車行程經(jīng)濟(jì)成本。

2.2 車載智能數(shù)據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

車載智能系統(tǒng)主要獲取用戶的車輛定位信息，這時(shí)需要GPS模塊獲得車輛定位信息，還包括速度、方向、經(jīng)緯度等信息，然后通過異步串行通信方式傳給主控制模塊。車輛的電池管理系統(tǒng)通過汽車的CANBUS總線把電池信息傳送給主控制模塊。同時(shí)，這些信息通過Modbus協(xié)議封裝在主控制器存儲(chǔ)器中（SD卡）。當(dāng)主控制器收到服務(wù)器獲取車輛信息的指令時(shí)，主控制器將已經(jīng)封裝成Modbus報(bào)文的GPS信息和電池信息通過4G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)傳送給數(shù)據(jù)分析中心，也就是新能源汽車的監(jiān)控平臺(tái)進(jìn)行分析處理。

2.3 電動(dòng)汽車行程經(jīng)濟(jì)成本

以往的電動(dòng)汽車行程經(jīng)濟(jì)成本通常定義為行程花費(fèi)或僅僅為充電費(fèi)用的形式?？紤]到在忽略電價(jià)變化影響的情況下，電動(dòng)汽車與充電站距離越短就意味著需充電電量越少，行程花費(fèi)越低，但是該情形下在抵達(dá)目的地時(shí)最終剩余電量也更少，并不能很好的反映電動(dòng)汽車用戶對總的行程經(jīng)濟(jì)成本最低的要求。

2.4 智能充電樁

（1）MCU單元作為控制核心的MCU，本系統(tǒng)主要選擇高性價(jià)比、低能耗的CORTEX-MO芯片，利用串行、串口外圍設(shè)備接口總線以及Wi-Fi通信模塊，以I2C總線實(shí)現(xiàn)Flash儲(chǔ)存單元通信，以485總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)電表通信，利用接觸器連接驅(qū)動(dòng)電機(jī)，控制充電電能的通斷。（2）電源轉(zhuǎn)換模塊該模塊可以將交流電轉(zhuǎn)化為直流電，并設(shè)置不同需求的電壓等級，為其他電路提供電源供能。（3）Wi-Fi通信模塊運(yùn)用Wi-Fi通信模塊實(shí)現(xiàn)充電裝置電能、功率、電流、遠(yuǎn)程控制信息等數(shù)據(jù)上報(bào)。（4）保護(hù)單元主要包括漏電保護(hù)器、防雷器，避免電壓侵入導(dǎo)致設(shè)備破壞，還避免因漏電故障導(dǎo)致的人身觸電。

2.5 車主方充電管理導(dǎo)航系統(tǒng)APP設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)采用三層架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，分為視圖層、業(yè)務(wù)邏輯層和業(yè)務(wù)實(shí)體層。①視圖層，與用戶交互的界面，響應(yīng)用戶的請求，調(diào)用業(yè)務(wù)邏輯層的接口進(jìn)行邏輯處理，根據(jù)結(jié)果以不同的形式展現(xiàn)給用戶。視圖層包含查詢界面、控制界面、狀態(tài)顯示、支付結(jié)算、地圖顯示。②業(yè)務(wù)邏輯層，業(yè)務(wù)邏輯層主要完成對視圖層所有功能的業(yè)務(wù)邏輯支撐，主要包括狀態(tài)顯示功能、查詢功能、控制功能、支付功能、地圖功能。③業(yè)務(wù)實(shí)體層，包含了各個(gè)業(yè)務(wù)實(shí)體，對網(wǎng)關(guān)服務(wù)器的數(shù)據(jù)請求、數(shù)據(jù)解析;對平臺(tái)服務(wù)器的數(shù)據(jù)請求、數(shù)據(jù)解析;數(shù)據(jù)庫維護(hù)。手機(jī)的導(dǎo)航部分采用高德地圖API作為平臺(tái)的地理信息系統(tǒng)的處理支撐平臺(tái)，基本原理是通過在智能硬件設(shè)備上獲取定位數(shù)據(jù)，傳給服務(wù)端進(jìn)行處理，最后在手機(jī)軟件內(nèi)進(jìn)行地圖、路線規(guī)劃、POI檢索、軌跡追蹤等功能展示。手機(jī)客戶端軟件依據(jù)用戶需求，選用業(yè)務(wù)邏輯層相應(yīng)的模塊，業(yè)務(wù)邏輯層負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)流程的組織，并調(diào)用業(yè)務(wù)實(shí)體層的模塊，通過網(wǎng)關(guān)服務(wù)器接口（或平臺(tái)服務(wù)器接口）同網(wǎng)關(guān)服務(wù)器（或平臺(tái)服務(wù)器）進(jìn)行信息交換。

3 結(jié)語

（1）考慮用戶實(shí)際行駛工況和地形因素的導(dǎo)航策略更加合理。（2）根據(jù)用戶實(shí)際行駛工況進(jìn)行的駕駛行為引導(dǎo)能有效避免車輛因電量不足而導(dǎo)致的中途拋錨的意外情況發(fā)生，同時(shí)能夠規(guī)劃出對用戶更加有利的充電路徑。（3）相對于以往的充電導(dǎo)航策略，本文不僅考慮了充電時(shí)間和充電花費(fèi)，同時(shí)考慮了電動(dòng)汽車最終抵達(dá)目的地時(shí)剩余電量對用戶成本的影響，使得路徑選擇更符合車主利益。然而，本方法并未考慮到實(shí)際的交通擁堵、天氣變化等因素給電動(dòng)汽車車主出行路徑帶來的影響。在未來的工作中，全面的考慮電動(dòng)汽車車主實(shí)際出行環(huán)境，同時(shí)提供基于位置服務(wù)的交通導(dǎo)航和充電導(dǎo)航以滿足不同車主的需求將是進(jìn)一步研究的主要內(nèi)容。

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