朱東　湯曉燕

摘要：隨著電動(dòng)汽車的推廣和普及，設(shè)計(jì)滿足電動(dòng)汽車特征的數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)成為一種新需求。設(shè)計(jì)了一種基于MVC和MySQL的電動(dòng)汽車服務(wù)平臺(tái)，該平臺(tái)支持多終端接入，包含車載終端、企業(yè)平臺(tái)并實(shí)現(xiàn)與政府平臺(tái)的數(shù)據(jù)對(duì)接。在企業(yè)平臺(tái)端，通過對(duì)采集數(shù)據(jù)的接收、解析和存儲(chǔ)，完成車輛監(jiān)控、位置服務(wù)、維保及統(tǒng)計(jì)分析等功能，數(shù)據(jù)通過可視化圖表方式呈現(xiàn)。權(quán)限管理、數(shù)據(jù)收發(fā)管理及模塊化設(shè)計(jì)使得平臺(tái)穩(wěn)定性、擴(kuò)展性良好，較好滿足應(yīng)用需求。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車；服務(wù)平臺(tái)；車輛管理；數(shù)據(jù)收集

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2017）31-0069-03

Design and Implementation of Electric Vehicle Service Platform

ZHU Dong， TANG Xiao-yan

（Suzhou Vocational Institute of Industrial Technology， Suzhou 215004， China）

Abstract：With the promotion and popularization of electric vehicles， the design of data service platform to meet the characteristics of electric vehicles has become a new demand. This paper designed an MVC and MySQL-based electric vehicle service platform， which supports multi-terminal access， including vehicle terminals， enterprise platform and data docking with the government platform. With the data collection， analysis and storage， enterprise platform complete vehicle monitoring， location services， maintenance， statistical analysis and other functions， the data presented through the visual diagram. Rights management， data transceiver management and modular design makes the platform stability， good scalability， which meet the application requirements completely.

Key words：electric vehicles； service platform； vehicle management； data collection

新能源電動(dòng)汽車已成為世界各國研發(fā)的新熱點(diǎn)，實(shí)施汽車能源系統(tǒng)變革，是多年來我國發(fā)展清潔無污染汽車成功實(shí)踐的必然要求。我國汽車工業(yè)起步較晚，目前汽車普及率相對(duì)較低，因此在汽車能源系統(tǒng)發(fā)展戰(zhàn)略選擇上，有更大的空間，政策得當(dāng)，可以在世界上率先實(shí)現(xiàn)汽車產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型。

隨著國家對(duì)新能源電動(dòng)車輛的逐步推廣，車輛的遠(yuǎn)程監(jiān)控[1，2]、位置服務(wù)[3]， 維保管理[4]成為生產(chǎn)廠家、用戶及監(jiān)管部門的剛性需求，傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足新能源電動(dòng)汽車對(duì)動(dòng)力電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、整車控制等特定參數(shù)的記錄、匯總、分析和統(tǒng)計(jì)。新能源電動(dòng)車輛中的電池系統(tǒng)，其安全性和循環(huán)壽命是新能源汽車行業(yè)應(yīng)用的焦點(diǎn)，電池組如何穩(wěn)定運(yùn)行，如何將故障率降為更低，批量升級(jí)整車控制系統(tǒng)，如何在故障發(fā)生前預(yù)警，也成為新能源電動(dòng)車輛專用管理系統(tǒng)需要重點(diǎn)解決的問題。

電動(dòng)汽車服務(wù)平臺(tái)是一個(gè)基于計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信、大數(shù)據(jù)等信息處理技術(shù)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控平臺(tái)。該系統(tǒng)可監(jiān)控車輛位置、充放電狀態(tài)、實(shí)時(shí)電壓、實(shí)時(shí)電流、SOC狀態(tài)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)等整車數(shù)據(jù)。并對(duì)整車各項(xiàng)數(shù)據(jù)異常進(jìn)行報(bào)警，上傳至服務(wù)器后可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的趨勢分析及數(shù)據(jù)挖掘，為新能源電動(dòng)汽車及電池安全全程保駕護(hù)航。

1 系統(tǒng)總體方案

產(chǎn)品分為車載終端、遠(yuǎn)程服務(wù)與管理公共平臺(tái)（監(jiān)管部門負(fù)責(zé)）、企業(yè)平臺(tái)（企業(yè)負(fù)責(zé)）系統(tǒng)總體框架如圖1所示。

1） 車載終端：安裝在電動(dòng)車輛上，采集及保存整車及系統(tǒng)部件的關(guān)鍵狀態(tài)參數(shù)并發(fā)送到平臺(tái)的裝置或系統(tǒng)。車載終端和采集的參數(shù)范圍按照相關(guān)國標(biāo)要求，能夠從車輛總線上采集整車及各個(gè)部件的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送到企業(yè)平臺(tái)。

2） 企業(yè)平臺(tái)：整車企業(yè)自建或委托第三方技術(shù)單位，對(duì)服務(wù)范圍內(nèi)的電動(dòng)汽車和用戶進(jìn)行管理，并提供安全運(yùn)營服務(wù)與管理的平臺(tái)，簡稱為企業(yè)平臺(tái)。企業(yè)平臺(tái)應(yīng)與車載終端進(jìn)行通信。企業(yè)平臺(tái)應(yīng)具備車輛故障監(jiān)控和安全報(bào)警的功能。根據(jù)可能對(duì)車輛造成的安全隱患嚴(yán)重程度，對(duì)故障和報(bào)警進(jìn)行分級(jí)管理，不同的級(jí)別應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的處置措施。企業(yè)平臺(tái)應(yīng)定期將故障和報(bào)警的處置措施、處置進(jìn)度和結(jié)果上報(bào)至公共平臺(tái)。

3） 公共平臺(tái)：國家、地方政府或其指定機(jī)構(gòu)建立的、對(duì)管轄范圍內(nèi)電動(dòng)汽車進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和統(tǒng)一管理的公共平臺(tái)，簡稱為公共平臺(tái)。公共平臺(tái)應(yīng)具備整車企業(yè)使用的信息錄入及維護(hù)功能，用于企業(yè)錄入車輛靜態(tài)信息以及上報(bào)故障與報(bào)警的處置措施、處置進(jìn)度和處置結(jié)果。公共平臺(tái)應(yīng)對(duì)企業(yè)錄入信息進(jìn)行審核。公共平臺(tái)從企業(yè)平臺(tái)獲取車輛行駛、充電等運(yùn)行數(shù)據(jù)，進(jìn)行監(jiān)管和相關(guān)數(shù)據(jù)分析。公共平臺(tái)與企業(yè)平臺(tái)的數(shù)據(jù)傳輸可加密處理。公共平臺(tái)應(yīng)具備故障和預(yù)警的處置措施、處置進(jìn)度和結(jié)果的統(tǒng)計(jì)和分析功能。此外，公共平臺(tái)之間應(yīng)具備數(shù)據(jù)交換的功能。

2 功能模塊設(shè)計(jì)

2.1 數(shù)據(jù)收發(fā)管理

1） 可靠性

為了保證通信的持續(xù)性與可靠性， 有效識(shí)別信息傳輸過程中的線路中斷等問題，在信息傳輸過程中，車載終端應(yīng)向遠(yuǎn)程服務(wù)與管理企業(yè)平臺(tái)發(fā)送周期性心跳信息，遠(yuǎn)程服務(wù)與管理企業(yè)平臺(tái)應(yīng)對(duì)車載終端反饋成功應(yīng)答。

2） 安全性

為保障數(shù)據(jù)傳輸過程的安全性、完整性，防止第三方在數(shù)據(jù)傳輸過程中剽竊數(shù)據(jù)，傳輸過程中的所有數(shù)據(jù)都需要經(jīng) RSA 或 AES128 算法進(jìn)行加密，接收方在完整接收所有數(shù)據(jù)后，進(jìn)行解密操作獲取密文。

3） 擴(kuò)展性

系統(tǒng)建設(shè)采用先進(jìn)的成熟技術(shù)，建立嚴(yán)密、體系化的系統(tǒng)管理、應(yīng)用平臺(tái)，應(yīng)具有良好的分層設(shè)計(jì)，整體系統(tǒng)擴(kuò)充性能良好，能夠根據(jù)業(yè)務(wù)的發(fā)展或變更，在保持現(xiàn)有業(yè)務(wù)處理不受影響的前提下，具有持續(xù)擴(kuò)充功能、適度變化的能力。

2.2 用戶管理

服務(wù)平臺(tái)包含政府監(jiān)管機(jī)構(gòu)，整車生產(chǎn)企業(yè)，車輛駕駛?cè)藛T，維保人管，車輛管理人員五類。企業(yè)平臺(tái)建立權(quán)限管理體系，對(duì)不同權(quán)限的用戶，開放相應(yīng)權(quán)限的功能。用戶權(quán)限可由系統(tǒng)管理員管理和修改。一般用戶僅提供其所控車輛的查詢權(quán)限。車隊(duì)管理者可提供該車隊(duì)所有車輛的查詢權(quán)限。公共平臺(tái)用戶提供全部車輛的查詢權(quán)限。企業(yè)平臺(tái)管理者提供全部車輛的查詢?cè)O(shè)置權(quán)限。車載終端首次注冊(cè)并登陸遠(yuǎn)程服務(wù)平臺(tái)時(shí)，平臺(tái)視當(dāng)前賬號(hào)情況，為其分配權(quán)限角色。針對(duì)普通用戶按權(quán)限進(jìn)行內(nèi)容分級(jí)展示，針對(duì)管理員用戶按權(quán)限進(jìn)行操作授權(quán)。

2.3 車輛管理

車輛管理包含平臺(tái)的核心功能模塊，列舉如下：

1） 監(jiān)控與查詢

平臺(tái)首先實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)行車輛的實(shí)時(shí)監(jiān)控，包括整車、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、極值信息、電池信息、位置信息、運(yùn)行軌跡關(guān)鍵信息等，并通過圖表方式動(dòng)態(tài)展示。此外，要求顯示數(shù)據(jù)更靈活，可以按照篩選條件對(duì)車輛運(yùn)行的各種歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行單獨(dú)或組合查詢。

2） 位置服務(wù)

平臺(tái)收集的數(shù)據(jù)中還包括車輛的GPS信息，車輛位置管理實(shí)現(xiàn)了對(duì)車輛的實(shí)時(shí)定位、軌跡回放以及電子圍欄。監(jiān)控端不僅可以實(shí)時(shí)掌握運(yùn)行車輛的位置，還可以基于車輛位置進(jìn)行相應(yīng)管控。

3） 售后維保

車輛故障管理，形成統(tǒng)一故障單，分析故障根源，形成故障“病歷”。為汽車及所使用的哪家的動(dòng)力電池簡歷常見故障數(shù)據(jù)庫，通過大數(shù)據(jù)分析和突破常見故障，提升產(chǎn)品品質(zhì)和新的研發(fā)提供大數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)參考。

當(dāng)汽車及動(dòng)力電池出現(xiàn)故障時(shí)，車廠及動(dòng)力電池廠商管理人員可以通過平臺(tái)下發(fā)派工指令給當(dāng)?shù)氐氖酆笕藛T的手機(jī) APP，及時(shí)排查故障情況，杜絕安全隱患。報(bào)警管理對(duì)車載終端上報(bào)的報(bào)警信息，按照?qǐng)?bào)警級(jí)別，生成相應(yīng)的故障單，為售后人員提供維保依據(jù)。車載終端上報(bào)車輛異常到遠(yuǎn)程服務(wù)平臺(tái)的故障庫后，遠(yuǎn)程服務(wù)平臺(tái)需要對(duì)當(dāng)前可能導(dǎo)致此故障的原因進(jìn)行分析和舉例， 可分步驟引導(dǎo)操作人員了解故障部件狀況及原因，并幫助和提示維保人員解決故障。

4） 統(tǒng)計(jì)分析

該服務(wù)平臺(tái)收集車輛運(yùn)行數(shù)據(jù)，可以基于實(shí)際應(yīng)用需求對(duì)車輛運(yùn)行的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，能源轉(zhuǎn)換率，電流電壓狀態(tài)，駕駛行為分析、故障分析等。如故障匯總和分析方面，基于電動(dòng)汽車所有故障數(shù)據(jù)分析匯總，包括 BMS 數(shù)據(jù)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)數(shù)據(jù)、充放電數(shù)據(jù)等故障報(bào)警，為電動(dòng)汽車實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)故障方便及時(shí)處理，為售后和運(yùn)營安全保駕護(hù)航。

3 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 收發(fā)交互協(xié)議

監(jiān)控平臺(tái)所采集的數(shù)據(jù)量非常，最大同時(shí)運(yùn)行在線車輛超過10萬臺(tái)，系統(tǒng)架構(gòu)的設(shè)計(jì)必須具有一定的前瞻性，擴(kuò)展性，才能保障平臺(tái)系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

一個(gè)完整的數(shù)據(jù)包應(yīng)由起始符、命令單元、識(shí)別碼、數(shù)據(jù)加密方式、數(shù)據(jù)單元長度、數(shù)據(jù)單元和校驗(yàn)碼組成。命令標(biāo)識(shí)應(yīng)是發(fā)起方的唯一標(biāo)識(shí)。具體數(shù)據(jù)交互格式如表1所示。

3.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與優(yōu)化

1） 平衡規(guī)范化與反規(guī)范化

范式是數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，但是完全按照規(guī)范化的范式進(jìn)行數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)也會(huì)帶來很多弊端。MySQL對(duì)表之間的關(guān)聯(lián)查詢成本是非常高的，性能也會(huì)隨著關(guān)聯(lián)表個(gè)數(shù)的增加而下降，為了提高性能，我們?cè)跀?shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)時(shí)候要進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆匆?guī)范化設(shè)計(jì)，用空間換時(shí)間，比如小表合成大表，這樣做對(duì)提升數(shù)據(jù)庫的查詢的性能是非常有益的。

2） MySQL優(yōu)化

在數(shù)據(jù)查詢過程中，實(shí)際上有很多內(nèi)容都是重復(fù)的，MySQL有查詢緩存機(jī)制，可以講查詢結(jié)果保存在緩存中，用戶短時(shí)間內(nèi)提交的相同查詢可以直接從緩沖中讀取，有效提高查詢速度。

MySQL數(shù)據(jù)庫集群可以將多臺(tái)硬件連接在一起，構(gòu)成一個(gè)數(shù)據(jù)庫提高系統(tǒng)安全性以及性能。通過數(shù)據(jù)庫集群，讀寫分離來減少一臺(tái)數(shù)據(jù)庫的負(fù)載，通過多臺(tái)數(shù)據(jù)庫提升總體的數(shù)據(jù)處理能力。要實(shí)現(xiàn)讀寫分離，首先兩個(gè)數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)同步。異步復(fù)制是MySQL最原始的復(fù)制方式，主數(shù)據(jù)庫和從數(shù)據(jù)庫成功建立復(fù)制關(guān)系，可以根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際需要，添加一個(gè)或多個(gè)Slave，這樣就可以緩解主數(shù)據(jù)庫的壓力，同時(shí)，若Master出現(xiàn)異常，Slave可以承擔(dān)Master的重任，提高系統(tǒng)的容錯(cuò)性以及讀寫高性能。

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)發(fā)送端和接收端采用C++作為開發(fā)語言，分別實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送和可靠接收。Web端采用Spring MVC框架，前端在數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)上采用E-charts實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化展示，提供多種數(shù)據(jù)呈現(xiàn)方式。

4.1 歷史數(shù)據(jù)查詢

輸入車牌號(hào)、起止時(shí)間、模塊、參數(shù)等，可以查看相應(yīng)歷史數(shù)據(jù)，還可以生成相應(yīng)圖表。

4.2 車輛定位

輸入車牌號(hào)，查詢車輛所在位置。

4.3 故障查詢

根據(jù)車牌號(hào)、起止時(shí)間等可以查詢?cè)撥囕v在此時(shí)間段內(nèi)所有故障信息。

5 結(jié)束語

針對(duì)新能源電動(dòng)汽車監(jiān)控和服務(wù)應(yīng)用的實(shí)際需求，給出了一種基于MySQL和Spring MVC架構(gòu)的服務(wù)傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。該服務(wù)平臺(tái)考慮汽車生產(chǎn)廠商、維保人員、車輛用戶和監(jiān)管部門等多種用戶需求，采用模塊化設(shè)計(jì)，監(jiān)控和服務(wù)功能完整，模塊化設(shè)計(jì)和加密技術(shù)保障平臺(tái)具有良好的可靠性和擴(kuò)展性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 趙佳，趙浩，王力，劉清波.新能源汽車遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與搭建[J]. 汽車電器，2013（12）.

[2] 李曉輝，張向文，侯少陽.電動(dòng)汽車動(dòng)力電池狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2016.

[3] 任慧君，許濤，李響.利用車載GPS軌跡數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)公交車駕駛安全性分析[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)：信息科學(xué)版， 2014， 39（6）：739-742.

[4] 王春芳，姜朋昌，侯素禮，等.基于遠(yuǎn)程監(jiān)控的純電動(dòng)汽車故障分析技術(shù)[J].汽車工程師，2016 （3）.

[5] 劉建宏.MySQL數(shù)據(jù)庫集群與優(yōu)化[J]. 數(shù)字通信世界， 2017（7）.