引導電動汽車用戶駕駛行為的充電導航策略

聞韜

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

【關鍵詞】充電導航;時間成本;經(jīng)濟成本;分時電價;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，用戶希望實時了解充電樁的位置信息、電價信息、導航信息，后臺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)分析結果制定電價策略，引導用戶有序充電。如何解決這一問題已經(jīng)成為了目前的重要研究課題。因此在本項目中，設計了基于互聯(lián)網(wǎng)+智能充電引導系統(tǒng)，用戶可以通過手機實現(xiàn)充電裝置狀態(tài)查詢、定位導航、充電預約及智能充電與充電裝置鎖定等功能。后臺通過內(nèi)置在汽車中已經(jīng)連接CANBUS總線的車載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集相關數(shù)據(jù)，并發(fā)回給服務器端，服務器端就可從遠端實時監(jiān)控汽車的電力狀態(tài)。后臺還可通過基于Hadoop的智能云服務器對用戶充電狀態(tài)進行大數(shù)據(jù)分析，然后給出用戶合理的行駛建議，并為電動汽車大規(guī)模推廣奠定智能服務的基礎。

1智能充電管理系統(tǒng)組成

本次構成主要包括移動客戶端APP、云服務器以及智能充電樁，其中，移動客戶端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，并予以充電預約和定位導航;云服務器用于電動汽車對數(shù)據(jù)的挖掘、維護、加工、存貯、搜集以及發(fā)布等等，主要由平臺軟件、外圍設備、存儲設備、網(wǎng)絡設備以及計算機等組成，無論是硬件還是軟件，均具有較高的可擴展性與可靠性。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)傳送信息于云服務器，用戶可利用平板電腦、智能手機等終端設備，利用碼分多址和無線分組業(yè)務，實現(xiàn)云服務器的通信。

2引導電動汽車用戶駕駛行為的充電導航策略

2.1充電導航路徑規(guī)劃

電動汽車的充電導航路徑規(guī)劃主要從用戶的角度出發(fā)，假設用戶從出發(fā)點S到達目的地O，其考慮的充電方案主要有兩種。首先，為了盡快抵達目的地而選擇總的行程時間最短的充電方案。其次，不在乎行程時間的長短，只關心本次出行總的行程經(jīng)濟成本的充電方案。因此將目標函數(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)濟成本最低的充電導航方案;α=1，β=0表示總的行程時間最短的充電導航方案。T為電動汽車總的行程時間，Cactual為電動汽車行程經(jīng)濟成本。

2.2車載智能數(shù)據(jù)系統(tǒng)設計

車載智能系統(tǒng)主要獲取用戶的車輛定位信息，這時需要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，這些信息通過Modbus協(xié)議封裝在主控制器存儲器中（SD卡）。當主控制器收到服務器獲取車輛信息的指令時，主控制器將已經(jīng)封裝成Modbus報文的GPS信息和電池信息通過4G移動網(wǎng)絡傳送給數(shù)據(jù)分析中心，也就是新能源汽車的監(jiān)控平臺進行分析處理。監(jiān)控平臺通過上位機軟件對數(shù)據(jù)進行解包、顯示、監(jiān)控、儲存、分析、挖掘，后臺運營者監(jiān)控每臺汽車的電量信息、位置信息，也為下一步進行合理規(guī)劃充電樁和指導電動汽車生產(chǎn)廠家進行技術改進提供支持。

2.3電動汽車行程經(jīng)濟成本

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

2.4智能充電樁

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

2.5車主方充電管理導航系統(tǒng)APP設計

該系統(tǒng)采用三層架構進行設計，分為視圖層、業(yè)務邏輯層和業(yè)務實體層。①視圖層，與用戶交互的界面，響應用戶的請求，調(diào)用業(yè)務邏輯層的接口進行邏輯處理，根據(jù)結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、支付結算、地圖顯示。②業(yè)務邏輯層，業(yè)務邏輯層主要完成對視圖層所有功能的業(yè)務邏輯支撐，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)務實體層，包含了各個業(yè)務實體，對網(wǎng)關服務器的數(shù)據(jù)請求、數(shù)據(jù)解析;對平臺服務器的數(shù)據(jù)請求、數(shù)據(jù)解析;數(shù)據(jù)庫維護。手機的導航部分采用高德地圖API作為平臺的地理信息系統(tǒng)的處理支撐平臺，基本原理是通過在智能硬件設備上獲取定位數(shù)據(jù)，傳給服務端進行處理，最后在手機軟件內(nèi)進行地圖、路線規(guī)劃、POI檢索、軌跡追蹤等功能展示。采用高德地圖API的優(yōu)勢：高德地圖能夠比較輕松的實現(xiàn)智能搜索，導航準確，并且不僅能檢索高德母庫數(shù)據(jù)，還能檢索自有位置數(shù)據(jù)，由于充電樁數(shù)據(jù)不一定已經(jīng)收錄在高德地圖中，因此可以充分利用高德云圖，將充電樁數(shù)據(jù)放置在高德云圖中，輕松托管海量位置數(shù)據(jù)。通過高德地圖SDK、定位SDK、街景SDK、云圖SDK，幫助車主輕松定位導航到合適的充電樁。手機客戶端軟件依據(jù)用戶需求，選用業(yè)務邏輯層相應的模塊，業(yè)務邏輯層負責業(yè)務流程的組織，并調(diào)用業(yè)務實體層的模塊，通過網(wǎng)關服務器接口（或平臺服務器接口）同網(wǎng)關服務器（或平臺服務器）進行信息交換。

結語

1）考慮用戶實際行駛工況和地形因素的導航策略更加合理。2）根據(jù)用戶實際行駛工況進行的駕駛行為引導能有效避免車輛因電量不足而導致的中途拋錨的意外情況發(fā)生，同時能夠規(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航策略，本文不僅考慮了充電時間和充電花費，同時考慮了電動汽車最終抵達目的地時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際的交通擁堵、天氣變化等因素給電動汽車車主出行路徑帶來的影響。在未來的工作中，全面的考慮電動汽車車主實際出行環(huán)境，同時提供基于位置服務的交通導航和充電導航以滿足不同車主的需求將是進一步研究的主要內(nèi)容。

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（作者單位：國網(wǎng)鎮(zhèn)江供電公司）