車聯網在新能源汽車上的應用研究

王雷,劉耀邦

(安徽交通職業技術學院，安徽合肥 230051)

0 引言

當前汽車行業最熱的詞，一個是“車聯網”，另一個是“新能源汽車”。“車聯網+新能源汽車”已成為車企躍躍欲試的一種全新的生產經營模式。可以說，新能源汽車與車聯網的進一步結合，將會給企業帶來巨大的發展機遇。

1 新能源汽車的發展

近年來，為了鼓勵和支持新能源汽車產業發展，國務院相關部門緊密出臺各項政策措施，推動了新能源汽車產業快速發展。2012年6月國務院發布《節能與新能源汽車產業發展規劃(2012—2020年)》，指明了新能源汽車的發展路線和目標。特別是2014年，隨著《關于加快新能源汽車推廣應用的指導意見》頒布和購車補貼、地方上牌等優惠政策出臺，新能源汽車產銷量實現飛躍式增長。2013—2017年我國新能源汽車產銷量如圖1所示。

圖1 2013—2017年我國新能源汽車產銷量及增長率

新能源汽車相對于傳統汽車而言，具有污染少、油耗低等特點，目前市場上比較成熟的新能源汽車主要有純電動汽車、混合動力汽車和燃料電池汽車。純電動汽車是由電池直接給電機供電驅動汽車行駛，具有零污染、使用費用低等優點，但電池的續航里程低、壽命短，充電樁的不完善限制了純電動汽車推廣。混合動力汽車是由內燃機和電池提供動力，采用并聯、串聯或混聯3種方式，有效降低了油耗和使用成本，但價格高于傳統汽車，很多地方政府也沒有將其納入優惠政策范圍之內。燃料電池汽車采用氫氣、甲醇等為燃料，通過化學反應產生電能直接驅動汽車，由于技術比較復雜，目前在國內還沒有推廣。新能源汽車演進路線如圖2所示。

圖2 新能源汽車演進路線圖

2 車聯網與新能源汽車

車聯網是以汽車為信息節點，集成先進可靠的傳感器技術、數據處理技術、移動通信技術、云計算平臺技術等，通過整合車內網絡、車車網絡、車與控制中心網絡，構建無處不在的網路連接與信息交互，最終實現行車更加安全、出行更加順暢、更加節能環保等目標。相對傳統動力汽車，新能源汽車的電池安全管理與監控、整車電控系統、公交系統運營管理等更易實現車聯網控制。

新能源汽車車聯網工作原理如圖3所示。通過無線網絡傳輸，實現了道路基礎設施與車載終端的互通；通過云接入，實現了云平臺與道路基礎設施的互通；通過4G等移動網絡，實現了車載終端與云平臺的互通。各傳感器獲取電池、車輛的相關運行數據，并通過CAN(Controller Area Network)總線實現數據在各控制單元間傳輸，實現車內通信。利用衛星定位和無線通信技術，與附近的車輛和道路環境建立車載自網絡，實現車與車、車與路的互通。通過云接入，道路基礎設施把從云平臺獲取的交通信息發送給車載終端，并把探測到的周圍交通狀況上傳給云平臺，實現車載自網絡內車輛交通信息的共享。

圖3 新能源汽車車聯網工作原理

3 車聯網在新能源汽車上的應用

3.1 新能源汽車電控一體化

電控技術是新能源汽車三大核心技術之一，涉及整車控制、電池監管、電機優化配置等，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，以及滿足車載數據接入與管理、協同處理與遠程配置的車聯網云服務平臺。2014年9月，中國科學院物聯網研究發展中心和安徽安凱汽車股份有限公司聯合研發的“e控”系統，在安凱第五代純電動汽車上進行了應用。該系統以整車控制系統、電機驅動系統和能量管理系統為基礎，實現了對新能源汽車的能耗管理、動力系統動態配置、智能化操控、可視化管理、遠程數據分析與在線配置等功能。該系統的開發解決了新能源汽車電控一體化的技術障礙，使我國新能源汽車電控系統的智能化及車聯網在新能源汽車的應用邁上了一個新的臺階。

3.2 新能源汽車遠程監控系統

新能源汽車遠程監控系統具有實時監控車輛的電池信息、電機控制器信息、整車信息、車輛運行狀態信息、故障信息、電池信息等的顯示、查詢和存儲功能，用戶能夠實時掌握電動車輛的運行情況，使人、車、路三者緊密協調，為車輛的運營、維護提供快速的安全保障。該系統由車載信息終端和遠程管理服務平臺兩部分組成。通過車載信息終端和云端信息服務平臺實現對新能源車輛的遠程監控、故障診斷和信息服務。用戶可通過瀏覽器登陸遠程綜合信息服務平臺，對新能源車輛進行管理，同時可獲取相應的服務信息。車載信息終端利用車輛上安裝的傳感器獲取車輛、電池、電機相關數據和狀態，GPS(Global Positioning System)/北斗導航采集車輛位置和速度信號，并通過GSM(Global System for Mobile Communications)/GPRS(General Packet Radio Service)基站把數據傳輸給遠程管理服務平臺，用戶通過訪問平臺，可獲取車輛的相關數據。新能源汽車遠程監控系統網絡如圖4所示。

圖4 新能源汽車遠程監控系統網絡圖

3.3 新能源汽車租賃

新能源汽車租賃，作為汽車租賃市場一種新的模式，具有方便、快捷、低碳出行等特點，目前在全國各大城市大力推廣。“新能源汽車租賃運營平臺”通過高科技手段加強新能源車輛管理，提高租賃服務質量， 規范新能源汽車運營， 對減少公用支出、節能減排、降低城市擁堵有著極大幫助，同時也大大促進了新能源汽車租賃行業的發展。新能源汽車租賃系統結構主要包括硬件設備和軟件系統，如圖5所示。

圖5 新能源汽車分時租賃系統結構

智能車載終端可實現車門、燈光、喇叭控制及平臺、GPS定位、功耗控制等功能；綠控儀可實現車鑰匙管理、油卡或電卡是否放回狀態檢測等，還可實現語音播報、用戶界面顯示、用戶指令輸入等人機互動功能；通過刷卡器可實現對持RFID(Radio Frequency Identification)卡片用戶的身份認證，及完成開關車門、取車還車等；一鍵啟動設備可避免車鑰匙丟失，減少鑰匙管理成本；GPS跟蹤器可實現車輛定位跟蹤功能，支持客戶端軟件、短信查詢車輛位置。

用戶端APP(Application)支持安卓、蘋果系統，集身份驗證、預約、選車、支付、違章查詢、促銷活動等完整功能于一體；車輛后臺管理系統基于大數據挖掘和智能算法，為企業提供智能車輛管理服務，實現車輛管理、系統管理、財務管理、數據統計、訂單管理、客戶管理等功能；運營管理端口可為運營商隨時隨地獲取車輛租賃狀態，續航、油量狀態，在線狀態等。

4 新能源汽車車聯網發展趨勢

隨著車聯網技術在新能源汽車上的應用能夠實現新能源汽車的互聯互通，未來新能源汽車車聯網具有以下3個發展趨勢。

4.1 車、樁、網的互聯

隨著新能源汽車、充電基礎設施量的增長，如何實現智慧聯網、智慧管控已經成為擺在車企、充電樁運營商面前的難題。通過建立云服務中心，監控中心采集充電樁實時數據、云服務中心對充電樁實時數據進行分析、快速把充電樁的準確數據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、網絡的互聯互通需要統一充電樁的通信協議，依靠充電樁管理平臺與新能源車輛運營平臺的數據共享與融合，利用大數據分析技術，對充電、用電、駕駛等數據進行分析，為車主提供更多體驗和服務。2017年8月，國家電網建成了開放高效的智慧車聯網平臺，該平臺與17家充電運營商實現了互聯互通，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

在新能源汽車上安裝車載終端，通過無線通信技術，使車與車之間組建車載自組網，可讓車輛之間分享彼此的行車速度、相對位置等數據信息。如圖6所示:當車輛A、B、C在同一車道上行駛時，3輛車的車載終端就自動運行，車輛A快速地和其通信范圍內、同一行駛方向的車輛B、C之間建立車載自組網。

車輛A通過多種傳感器探測前方道路的狀況，并對周邊車輛的路徑進行預測，當車輛A探測到前方有危險情況時，需先減速并對后面的車輛進行提醒。雖然車輛C被車輛B阻擋，駕駛員無法看到車輛A緊急制動，但車輛A上的車載終端會將其速度、位置及狀態等信息通過車載自組網發送給后面的車輛B、C，車輛B、C的車載終端收到信息后進行緊急處理，提前獲知前方路面情況，及時采取應對措施規避風險，提高行車安全。

4.3 智能充電樁

當前充電樁行業存在著位置分布散、維護管理困難等問題，未來智能充電樁的出現能有效地解決這些問題。智能充電樁系統主要由城市市政設施、充電樁系統、車聯網應用服務平臺、運營管理與服務中心及PC或移動終端組成。該系統具有遠程監控管理、故障管理、APP應用等多種功能。遠程監控可以對充電樁電量、電流等參數進行實時監控；故障管理可以對充電樁的工作情況進行診斷，如果出現故障則進行報警提醒，以方便維修人員進行遠程處理或現場維修；通過PC或移動終端，客戶能夠對充電樁的位置及狀態進行查詢，以方便預約充電及實現在線付費等功能。

5 結論

電動汽車車聯網市場的服務領域與傳統汽車車聯網具有較多共性，均包括地圖、導航，行車安全，生活娛樂3個方面，除此之外，還具備一定的差異性。由于電動汽車對充換電服務依賴程度高，充換電信息服務也列入車聯網基礎性服務，滿足電動汽車用戶的剛性行車需求。目前，電動汽車車聯網市場尚處于起步階段，僅有少量電動汽車車型配置了傳統車聯網服務，而充換電信息服務尚屬空白。隨著未來電動汽車的爆發式增長，電動汽車車聯網服務將具備廣闊的發展前景。

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