基于能耗預(yù)測(cè)的共享純電動(dòng)汽車管理方法研究*

郭茜 童榮輝 周雷

（1.江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)院無(wú)錫立信分院；2.上海汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心）

隨著共享經(jīng)濟(jì)的不斷深化和發(fā)展，同時(shí)隨著電動(dòng)汽車技術(shù)的不斷發(fā)展，共享純電動(dòng)汽車也隨之逐漸興起。共享純電動(dòng)汽車的出現(xiàn)不僅能滿足用戶短時(shí)租賃出行的需求，而且相較于燃油車駕駛體驗(yàn)更好、噪聲音更小、環(huán)保以及大數(shù)據(jù)等信息化技術(shù)不斷被應(yīng)用在共享經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域，使得共享汽車的智能化管理成為焦點(diǎn)。

1 問(wèn)題描述

共享純電動(dòng)汽車的普及為人們的日常出行提供了便利，除了駕駛體驗(yàn)更好、駕駛響應(yīng)更快、行駛更經(jīng)濟(jì)等性能外，續(xù)駛里程是電動(dòng)汽車的重要性能指標(biāo)之一[1]。目前一方面由于動(dòng)力電池的能量密度無(wú)法達(dá)到很高的水平，再加上成本的限制，電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程相較于傳統(tǒng)燃油汽車仍然存在較大的差距[2]，而且用戶的實(shí)際使用工況十分的復(fù)雜，因此車輛能耗變化大，加之當(dāng)前純電動(dòng)汽車儀表的續(xù)駛里程算法估計(jì)精度不高，儀表顯示的里程值與實(shí)際行駛距離相差甚大[3]，也就容易使用戶產(chǎn)生“里程焦慮”[4]，再加上車輛網(wǎng)點(diǎn)數(shù)量不夠多，對(duì)共享純電動(dòng)車而言產(chǎn)生了3個(gè)運(yùn)行管理問(wèn)題：1）對(duì)于續(xù)駛里程預(yù)測(cè)不準(zhǔn)導(dǎo)致車輛在行車途中電量耗盡熄火；2）預(yù)約時(shí)車輛的剩余電量不足以行駛至目的地，導(dǎo)致無(wú)車可用；3）用戶的出行距離無(wú)法超出共享汽車的行駛里程上限。其中第1個(gè)問(wèn)題對(duì)交易雙方來(lái)說(shuō)都最為嚴(yán)重，不僅耽誤時(shí)間，還會(huì)產(chǎn)生拖車費(fèi)等各種糾紛。第2個(gè)和第3個(gè)問(wèn)題，對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)增加了出行的不便，需要尋找其他出行方式。以上3個(gè)問(wèn)題對(duì)于共享汽車來(lái)說(shuō)，會(huì)導(dǎo)致車輛的閑置率增加，同時(shí)無(wú)法支持長(zhǎng)距離出行需求，進(jìn)而會(huì)減少一部分收入。

針對(duì)上述問(wèn)題，文章在電動(dòng)車能夠較為準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)整個(gè)行程能耗的前提下，構(gòu)建了基于能耗預(yù)測(cè)的純電動(dòng)共享汽車管理方法。

2 模型構(gòu)建

如圖1所示，文章構(gòu)建的基于能耗預(yù)測(cè)的純電動(dòng)共享汽車管理方法包括2類。第1類：出發(fā)地有車輛滿足用戶出行需求。第2類：出發(fā)地?zé)o車輛滿足用戶出行需求。針對(duì)第2類可以提供3種解決方案。

下面按照?qǐng)D1所示闡述基于能耗預(yù)測(cè)的純電動(dòng)共享汽車管理方法具體工作原理。

圖1 基于能耗預(yù)測(cè)的純電動(dòng)共享汽車管理方法模型

首先執(zhí)行（1），根據(jù)用戶提交的出發(fā)地A和目的地B，以及環(huán)境與用戶駕駛特征數(shù)據(jù)，再結(jié)合導(dǎo)航實(shí)時(shí)路況信息，計(jì)算抵達(dá)目的地所需的SOC。同時(shí)，獲取出發(fā)地A附近的租車點(diǎn)信息。然后進(jìn)入（2），判斷租車點(diǎn)的車輛SOC是否可以滿足上述計(jì)算的SOC需求。如有車輛可以滿足，則進(jìn)入（3），將所有滿足條件的車輛顯示給用戶，供用戶進(jìn)行選擇。此為上述第1類情況。如無(wú)車輛可以滿足，則進(jìn)入上述第2類情況。

上述方案中第（1）步驟涉及的相關(guān)輸入信號(hào)如圖2所示。該圖主要包含了車機(jī)、導(dǎo)航系統(tǒng)以及服務(wù)器需要接收的相關(guān)信號(hào)，然后結(jié)合導(dǎo)航信息、車輛基本信息，根據(jù)車輛動(dòng)力學(xué)和大數(shù)據(jù)分析計(jì)算出行程所需SOC，對(duì)于行程所需SOC的具體計(jì)算方法、模型文章不做詳細(xì)描述，同時(shí)通過(guò)導(dǎo)航信息計(jì)算出用戶附近的租車網(wǎng)點(diǎn)信息等。

圖2 模型相關(guān)輸入信號(hào)

如（4）所示，第2類情況提供3種可能的出行方案。本模型首先判斷方案1，即進(jìn)入（5），計(jì)算A地SOC最高車輛沿導(dǎo)航路徑可行駛到達(dá)的地點(diǎn)C，此操作是為了在當(dāng)前地點(diǎn)A的可用車輛能夠行使的最長(zhǎng)范圍內(nèi)尋找可以換乘的車輛。然后進(jìn)入（6），獲取從A到C的路線兩側(cè)X km范圍內(nèi)的租車點(diǎn)D的信息（X為使用文章自行定義，X越大，可能尋找到的租車點(diǎn)就越大，找到可用車輛的機(jī)會(huì)就越大，然而相應(yīng)的計(jì)算量也會(huì)更大，且用戶需要繞行的距離也會(huì)增多。因此需要結(jié)合用戶實(shí)際能到達(dá)及時(shí)間允許的情況做合理定義）。然后進(jìn)入（7），計(jì)算每個(gè)租車點(diǎn)到目的地B的SOC消耗，然后進(jìn)入（8），判斷每個(gè)租車點(diǎn)是否有車輛滿足上述的SOC消耗。如果判斷結(jié)果為所有車輛均不滿足，則進(jìn)入（9），取消該方案推薦，繼續(xù)評(píng)估下一方案，也就是方案2。如果有車輛滿足SOC要求，則進(jìn)入（10），告知用戶并請(qǐng)用戶確認(rèn)是否進(jìn)行換乘。如用戶選擇同意，則進(jìn)入（3），開(kāi)放所有滿足要求的車輛給用戶進(jìn)行選擇。如用戶選擇不同意，則進(jìn)入（11），不提供車輛給用戶換乘，并且繼續(xù)評(píng)估下一方案，也就是方案2。上述中途租車點(diǎn)以及A、B、C、D的定義也可以參考圖3進(jìn)行理解。

圖3 中途租車點(diǎn)以及A、B、C、D的定義

根據(jù)上述方案1判斷，如不滿足條件或用戶不同意，則繼續(xù)判斷方案2，即進(jìn)入（12），計(jì)算A地每個(gè)租車點(diǎn)SOC最高的車需充電多久可以開(kāi)到B，然后進(jìn)入（13），判斷此充電時(shí)間是否在Y h內(nèi)（Y為使用文章自行定義，如果Y過(guò)大，一方面會(huì)導(dǎo)致用戶可能等待的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，另一方面也會(huì)造成車輛資源的浪費(fèi)，導(dǎo)致一些短途出行的需求資源被占用。如果Y過(guò)小，則電量的提升有限，對(duì)當(dāng)前用戶的幫助不大。因此，需要根據(jù)實(shí)際情況合理定義）。如不在Y h內(nèi)，則進(jìn)入（9），取消該推薦方案，繼續(xù)進(jìn)行方案3的判斷。如果在Y h內(nèi)，則進(jìn)入（14），告知用戶需要等待充電的時(shí)間，并請(qǐng)用戶確認(rèn)是否等待。如用戶選擇同意，則進(jìn)入（3），開(kāi)放所有滿足要求的車輛給用戶進(jìn)行選擇。如用戶選擇不同意，則進(jìn)入（11），不提供車輛給用戶換乘，并且繼續(xù)評(píng)估下一方案，也就是方案3。

如果方案2也無(wú)法滿足或用戶不同意，則最后判斷方案3。即進(jìn)入（15），計(jì)算SOC最高的車輛是否可以通過(guò)節(jié)能駕駛抵達(dá)B。所述節(jié)能駕駛，即通過(guò)溫和駕駛和關(guān)閉車輛附件來(lái)實(shí)現(xiàn)。所述溫和駕駛，包括減小加速踏板的深度，減小行車車速，減少中等強(qiáng)度制動(dòng)和重制動(dòng)（在確保安全的前提下）。這些操作可以節(jié)約車輛能耗，但同時(shí)會(huì)導(dǎo)致用戶的行車時(shí)間增加。所述關(guān)閉車輛附件，包括關(guān)閉車輛空調(diào)、座椅加熱及音響娛樂(lè)等。其中關(guān)閉車輛空調(diào)占主要影響，此操作會(huì)導(dǎo)致用戶的出行舒適度降低。如計(jì)算判斷節(jié)能駕駛也無(wú)法行駛至目的地，則進(jìn)入（9），取消該方案推薦，告知用戶無(wú)可用車輛。如判斷可以通過(guò)節(jié)能駕駛行駛至目的地，則進(jìn)入（16），告知用戶駕駛建議和風(fēng)險(xiǎn)，請(qǐng)用戶確認(rèn)是否接受，所述風(fēng)險(xiǎn)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行判斷，包括但不限于上述的行車時(shí)間增加、行車舒適度下降。如用戶選擇同意，則進(jìn)入（3），開(kāi)放所有滿足要求的車輛給用戶進(jìn)行選擇。如用戶選擇不同意，則進(jìn)入（11），不提供車輛給用戶換乘，告知用戶無(wú)可用車輛。

3 結(jié)論

文章所研究的基于能耗預(yù)測(cè)的純電動(dòng)共享汽車管理方法的目的在于以計(jì)算出用戶行程所需能耗值為基礎(chǔ)，根據(jù)此能耗值并結(jié)合用戶的出行需求進(jìn)行判斷，對(duì)于無(wú)法滿足出行能耗需求的車輛則不提供給該用戶，從而減少甚至能避免發(fā)生第1章中問(wèn)題1所述情況。同時(shí)又能繼續(xù)對(duì)車輛資源進(jìn)行協(xié)調(diào)，盡量為用戶提供可用車輛，以提高車輛的利用率，即解決問(wèn)題2所述情況。上述對(duì)車輛資源的協(xié)調(diào)中包括了換乘方案，可以支持用戶的長(zhǎng)途出行需求，即解決問(wèn)題3所述情況。