一種基于T-BOX的新能源汽車智能補(bǔ)電技術(shù)

中圖分類號(hào)：U469.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

隨著電動(dòng)汽車技術(shù)的快速進(jìn)步，電動(dòng)汽車的銷量和市場(chǎng)份額迅速增長(zhǎng)。智能化、網(wǎng)聯(lián)化是電動(dòng)汽車的重要發(fā)展方向，電動(dòng)汽車上搭載了如車聯(lián)網(wǎng)智能終端（T-BOX，Telematics BOX）、車身控制單元（BCM）、網(wǎng)關(guān)（GW）、整車控制器（VCU）、車機(jī)以及智能駕駛控制單元等多種電子控制單元（ECU），作為滿足智能網(wǎng)聯(lián)化的基礎(chǔ)支持。此外，用戶還會(huì)按需加裝行車記錄儀、GPS定位儀等產(chǎn)品，各類電子電器模塊的異常喚醒或長(zhǎng)期不休眠等問題，增加了對(duì)低壓蓄電池的負(fù)擔(dān)，導(dǎo)致低壓蓄電池虧電的影響因素增多。

電動(dòng)汽車的ECU模塊也可能存在被其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)異常喚醒一直不休眠或多次喚醒最終導(dǎo)致蓄電池虧電的現(xiàn)象。車輛蓄電池完全虧電后無法起動(dòng)車輛，嚴(yán)重影響車輛的正常使用。而用戶一般沒有備用電源給車輛搭電，因此一旦車輛發(fā)生虧電，用戶只能撥打救援電話。虧電問題導(dǎo)致用戶用車體驗(yàn)很差，用戶容易產(chǎn)生不滿的情緒。

基于GB/T 32960–2016《電動(dòng)汽車遠(yuǎn)程服務(wù)與管理系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》的要求，電動(dòng)汽車需搭載可聯(lián)網(wǎng)的車載終端T-BOX。T-BOX作為電動(dòng)汽車的主要聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，可通過網(wǎng)絡(luò)連接云端并與云端交互;而在車端則可通過CAN 網(wǎng)絡(luò)、以太網(wǎng)等方式與車內(nèi)其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通訊。圖1所示為經(jīng)典“MCU+ 開放MPU架構(gòu)”的T-BOX 交互鏈路圖和車聯(lián)網(wǎng)的鏈路。T-BOX中的微控制單元（MCU，Micro controller Unit） 端通過CAN控制器接收CAN 網(wǎng)絡(luò)上的報(bào)文和控制自身模塊報(bào)文的發(fā)送，通過串口與微處理器（MPU，Micro Processor Unit）模塊交互;MPU模塊通過嵌入式SIM 卡接入網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)用層軟件運(yùn)行于Linux環(huán)境，一般采用模塊化設(shè)計(jì)。電動(dòng)汽車T-BOX 的主要功能就是采集車端CAN網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)組包后通過網(wǎng)絡(luò)上傳至云端服務(wù)平臺(tái)（TSP，Telematics ServiceProvider）。

車企根據(jù)此基本原理開發(fā)手機(jī)APP，具有調(diào)用TSP 平臺(tái)接口查詢車輛當(dāng)前時(shí)間狀態(tài)的功能，如查詢電量、里程、小計(jì)里程、定位、電池包狀態(tài)和門窗鎖止?fàn)顟B(tài)等。一般的查詢策略有2 種.一種是APP可以隨時(shí)調(diào)用車輛的實(shí)時(shí)狀態(tài)，而實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)需要通過TSP平臺(tái)發(fā)送喚醒指令將T-BOX及其他節(jié)點(diǎn)喚醒。當(dāng)異常情況或反復(fù)刷新APP拉取數(shù)據(jù)時(shí)，可能存在導(dǎo)致某一節(jié)點(diǎn)無法休眠的風(fēng)險(xiǎn)。這種方式可能是導(dǎo)致蓄電池虧電的低風(fēng)險(xiǎn)因素。

另一種是APP無法實(shí)時(shí)調(diào)用控制T-BOX 喚醒來查詢車輛的實(shí)時(shí)狀態(tài)，只能讀取車輛最后上傳至平臺(tái)的數(shù)據(jù)。T-BOX可設(shè)置定時(shí)喚醒策略，來一起保證用戶讀取到的車輛狀態(tài)信息是最近數(shù)小時(shí)內(nèi)的數(shù)據(jù)。

在以T-BOX為車-云通信核心的架構(gòu)下，可以考慮開發(fā)基于T-BOX的遠(yuǎn)程控制指令。鑒于上述提到的各種因素對(duì)電動(dòng)汽車低壓蓄電池的挑戰(zhàn)，可以考慮開發(fā)一種特定場(chǎng)景下控制動(dòng)力電池對(duì)低壓蓄電池充電的功能。

本文提出一種基于T-BOX的智能補(bǔ)電功能，由T-BOX作為指令交互中轉(zhuǎn)的節(jié)點(diǎn)，接收并轉(zhuǎn)發(fā)控制指令，最終控制動(dòng)力電池包給低壓蓄電池補(bǔ)電。依托于新能源汽車大數(shù)據(jù)的蓄電池虧電預(yù)警，當(dāng)用戶接收到蓄電池虧電預(yù)警時(shí)，可以選擇開啟“一鍵補(bǔ)電”或者“手動(dòng)補(bǔ)電”來選擇性使用智能補(bǔ)電功能。在車輛滿足補(bǔ)電條件的情況下，智能補(bǔ)電能有效降低車輛的虧電情況。

1智能補(bǔ)電邏輯鏈路設(shè)計(jì)

智能補(bǔ)電功能的指令是由用戶在智能終端的APP 上選擇開啟，該指令經(jīng)4G 網(wǎng)絡(luò)傳輸至車企的TSP 平臺(tái)，TSP 平臺(tái)下發(fā)智能補(bǔ)電指令至車端T-BOX。T-BOX 接入TSP 平臺(tái)需要進(jìn)行認(rèn)證和授權(quán)，TSP 平臺(tái)與T-BOX 之間的交互通過MQTT 協(xié)議進(jìn)行，并配置了安全加密。T-BOX首次入網(wǎng)認(rèn)證時(shí)，通過https登陸平臺(tái)，調(diào)用由平臺(tái)提供的接口進(jìn)行認(rèn)證，認(rèn)證通過后平臺(tái)返回T-BOX 登陸MQTT 服務(wù)器的相關(guān)信息。T-BOX登陸MQTT 服務(wù)器后也需要進(jìn)行認(rèn)證，建立加密通信，登陸成功后才能進(jìn)行業(yè)務(wù)交互。

T-BOX與TSP平臺(tái)控制指令業(yè)務(wù)的交互過程如圖2 所示。云端平臺(tái)將控制指令發(fā)布到MQTT 服務(wù)器，車端T-BOX 訂閱相應(yīng)設(shè)備的主題，接收來自平臺(tái)的字節(jié)流數(shù)據(jù)，然后在車端進(jìn)行業(yè)務(wù)處理。而設(shè)備發(fā)送給云端的數(shù)據(jù)為json 字符串，云端服務(wù)器讀取相關(guān)主題的數(shù)據(jù)進(jìn)行業(yè)務(wù)處理。車端T-BOX 的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)和網(wǎng)聯(lián)環(huán)境可能隨時(shí)變化，為了維持TSP 平臺(tái)與T-BOX 的連接，T-BOX可以設(shè)計(jì)添加周期發(fā)送的連接維持包至TSP，TSP 平臺(tái)以此為依據(jù)顯示當(dāng)前設(shè)備的連接狀態(tài)。

T-BOX完成與云端的認(rèn)證且登陸成功接收到云端的智能補(bǔ)電指令后，T-BOX的MPU模塊向云端返回接收指令應(yīng)答，表示T-BOX已經(jīng)接收到指令，并開始執(zhí)行智能補(bǔ)電。此時(shí)T-BOX的MCU向CAN網(wǎng)絡(luò)發(fā)送1幀網(wǎng)絡(luò)喚醒幀，喚醒CAN 網(wǎng)絡(luò)，并周期發(fā)送[ 補(bǔ)電請(qǐng)求=0x0]的報(bào)文至整車控制器VCU。T-BOX在沒有接收到智能補(bǔ)電指令時(shí)，默認(rèn)發(fā)送停止補(bǔ)電報(bào)文，即[ 補(bǔ)電請(qǐng)求=0x1]。此后的處理均在車端進(jìn)行閉環(huán)處理，MCU通過事件報(bào)文將補(bǔ)電狀態(tài)信息反饋給MPU，MPU通過網(wǎng)絡(luò)將補(bǔ)電指令運(yùn)行結(jié)果發(fā)送至云端（圖3）。

VCU接收到來自T-BOX 的補(bǔ)電請(qǐng)求后，判斷當(dāng)前車輛狀態(tài)是否滿足補(bǔ)電條件。若滿足補(bǔ)電條件，則向CAN 網(wǎng)絡(luò)發(fā)送正常狀態(tài)為可補(bǔ)電模式報(bào)文，BMS 接收到可補(bǔ)電模式報(bào)文后，控制DC-DC 開始工作，由動(dòng)力電池給低壓蓄電池充電。若車輛狀態(tài)不滿足補(bǔ)電條件，向CAN 網(wǎng)絡(luò)發(fā)送非補(bǔ)電模式報(bào)文。

使用智能補(bǔ)電功能時(shí)，車輛需要同時(shí)滿足以下條件。

（1）車輛處于下電狀態(tài)，鑰匙檔位在OFF。

（2）動(dòng)力蓄電池電量SOC大于設(shè)定閾值。

（3）充電槍未插入。

（4）車輛DC 狀態(tài)無故障，可正常上高壓。

（5）蓄電池電壓處于可補(bǔ)電的區(qū)間9.0～12.3V。

T-BOX若持續(xù)接收到來自VCU發(fā)出的非補(bǔ)電模式報(bào)文超過2min，T-BOX則停止發(fā)送補(bǔ)電請(qǐng)求報(bào)文，并向云端TSP 反饋“不滿足補(bǔ)電條件”。

若持續(xù)接收到來自VCU 發(fā)出的可補(bǔ)電模式報(bào)文，則車輛進(jìn)入補(bǔ)電模式，持續(xù)發(fā)送補(bǔ)電請(qǐng)求，并向TSP 平臺(tái)反饋進(jìn)入“補(bǔ)電中”。當(dāng)補(bǔ)電完成后，T-BOX 停止發(fā)送補(bǔ)電請(qǐng)求報(bào)文，向TSP平臺(tái)反饋“補(bǔ)電完成”。當(dāng)車輛從滿足補(bǔ)電狀態(tài)時(shí)進(jìn)入補(bǔ)電狀態(tài)后，若整車電量SOC剛好從大于等于設(shè)定閾值下降到小于設(shè)定閾值時(shí)，補(bǔ)電不中斷，仍可補(bǔ)電至完成。

當(dāng)車輛處于補(bǔ)電狀態(tài)中，出現(xiàn)如表1所示任意一種狀態(tài)時(shí)，經(jīng)VCU判斷，將發(fā)送對(duì)應(yīng)的非補(bǔ)電模式報(bào)文。此時(shí)T-BOX持續(xù)10s檢測(cè)到來自VCU 的非補(bǔ)電模式報(bào)文，T-BOX則停止發(fā)送補(bǔ)電請(qǐng)求報(bào)文，并向云端TSP 反饋當(dāng)前補(bǔ)電中斷的原因。

APP在設(shè)計(jì)智能補(bǔ)電的接口時(shí)，包括手動(dòng)補(bǔ)電以及自動(dòng)補(bǔ)電，應(yīng)當(dāng)有明顯的補(bǔ)電條件相關(guān)說明（圖4）。自動(dòng)補(bǔ)電功能應(yīng)當(dāng)請(qǐng)求用戶的許可簽訂協(xié)議才能正常使用，該功能與云端蓄電池虧電預(yù)警功能匹配使用。當(dāng)TSP 經(jīng)預(yù)警算法檢測(cè)到車輛發(fā)生輕度虧電時(shí)，則自動(dòng)下發(fā)智能補(bǔ)電，使車輛進(jìn)入補(bǔ)電模式，使蓄電池得到保障。

基于T-BOX 上傳的車輛狀態(tài)數(shù)據(jù)來對(duì)車輛進(jìn)行蓄電池虧電預(yù)警。當(dāng)車輛出現(xiàn)一級(jí)虧電預(yù)警時(shí)，提示信息會(huì)發(fā)送給用戶（短信、APP消息通知或彈窗等），此時(shí)用戶可以選擇使用智能補(bǔ)電功能，無需給車輛上電即可使車輛進(jìn)入補(bǔ)電的狀;也可以按需簽訂協(xié)議開啟自動(dòng)補(bǔ)電功能。若用戶忽略一級(jí)虧電預(yù)警提示，且車輛仍處于不健康的狀態(tài)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)二級(jí)虧電預(yù)警，此時(shí)無法滿足補(bǔ)電條件，建議用戶給車輛保持上電，給蓄電池補(bǔ)電。

2 驗(yàn)證方案設(shè)計(jì)

根據(jù)前文定義的智能補(bǔ)電功能設(shè)計(jì)，臺(tái)架試驗(yàn)以T-BOX為核心，利用CANoe等工具建立臺(tái)架試驗(yàn)環(huán)境，設(shè)計(jì)如下。

（1）先在臺(tái)架上調(diào)通T-BOX 與TSP 平臺(tái)的接口交互，在APP 端下發(fā)補(bǔ)電功能指令。指令通過TSP轉(zhuǎn)發(fā)到T-BOX，完成T-BOX與TSP的交互，根據(jù)交互的結(jié)果記錄試驗(yàn)的狀態(tài)及問題。

（2）在T-BOX與TSP平臺(tái)建立交互成功的前提，搭建臺(tái)架模擬TSP——T-BOX——車端CAN的實(shí)車交互網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，進(jìn)行補(bǔ)電功能驗(yàn)證，并能在APP端反饋執(zhí)行結(jié)果。

（3）在車端其他ECU 的軟件功能條件支持T-BOX進(jìn)行實(shí)車驗(yàn)證時(shí)，分別設(shè)計(jì)滿足補(bǔ)電條件、不滿足補(bǔ)電條件以及滿足補(bǔ)電條件時(shí)退出補(bǔ)電的用例進(jìn)行實(shí)車測(cè)試。

3 結(jié)束語

T-BOX作為新能源車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)連接云端、車端和用戶端的橋梁，本文提出了一種基于T-BOX的智能補(bǔ)電技術(shù)。該功能正式上線后，結(jié)合虧電預(yù)警算法和虧電遠(yuǎn)程提醒技術(shù)，可以有效地減少車輛深度虧電以至于無法起動(dòng)的現(xiàn)象次數(shù)，大大提升用戶的用車體驗(yàn)。當(dāng)然， 此功能僅做輔助用途，關(guān)鍵還是在于控制車輛各模塊節(jié)點(diǎn)休眠電流以及車輛的規(guī)范使用。