王曉慧，李宏峰

基于互聯(lián)網(wǎng)＋的新能源公交車遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺研究*

王曉慧1，李宏峰2

（1.浙江工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 溫州 325000；2.廈門金龍新能源汽車研究所，福建 廈門 510420）

文章根據(jù)實車調(diào)研提出了關(guān)于新能源公交車的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，并設(shè)計了一種基于互聯(lián)網(wǎng)+的新能源公交車遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺系統(tǒng)。該系統(tǒng)車載終端的控制器利用 CAN總線采集車輛的整車狀態(tài)和三電系統(tǒng)狀態(tài)信息，并通過數(shù)據(jù)分析確定是否存在故障并進(jìn)行故障預(yù)警，再利用 GPS 獲取公交車的位置信息，通過互聯(lián)網(wǎng)終端即可掌握車輛運行狀態(tài)。最后通過實車實驗，驗證了該系統(tǒng)的高效和實用性。

互聯(lián)網(wǎng)＋；新能源公交車；遠(yuǎn)程監(jiān)控；數(shù)據(jù)分析

引言

車聯(lián)網(wǎng)作為一個新興產(chǎn)業(yè)，創(chuàng)造了一個新的市場，世界各國都在進(jìn)行車聯(lián)網(wǎng)及其衍生產(chǎn)品的研發(fā)和推廣，中國巨大的汽車市場以及政策的扶持進(jìn)一步推動我國車聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展。專業(yè)的新能源車輛監(jiān)管平臺是實現(xiàn)新能源車輛安全性、可靠性的重要手段，是實現(xiàn)新能源車輛及零部件全生命周期管理的基礎(chǔ)[1]。在電動汽車動力電池狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)控的設(shè)計研究方面，文獻(xiàn)[2]中設(shè)計了多輛電動汽車運動狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)[2]，具有良好的實時性，但監(jiān)控中心沒有汽車導(dǎo)航功能，不能預(yù)計電動汽車行駛路線的距離，無法判斷電池 SOC 是否能完成行駛?cè)蝿?wù)；文獻(xiàn)[3]中設(shè)計了電動公交車鋰電池遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)[3]，穩(wěn)定性好、成本低、可靠性高，但監(jiān)控界面只是在 PC 端，監(jiān)控方式單一，存在一定局限性。為了解決不能預(yù)計電動汽車行駛路線的距離和監(jiān)控方式單一的問題，本文設(shè)計了一種基于互聯(lián)網(wǎng)+的電動公交車遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺系統(tǒng)。該系統(tǒng)車載終端的控制器利用 CAN總線采集車輛的整車狀態(tài)和三電系統(tǒng)狀態(tài)信息，并通過數(shù)據(jù)分析確定是否存在故障并進(jìn)行故障預(yù)警，再利用 GPS 獲取公交車的位置信息。該系統(tǒng)可以有效推動運輸企業(yè)用戶向運輸解決方案提供商的轉(zhuǎn)變，給乘客提供更優(yōu)質(zhì)，更周到的增值服務(wù)。通過該系統(tǒng)可以提高客車的安全性和節(jié)能性，保障人民財產(chǎn)的安全，提升道路運輸企業(yè)的信息化管理水平。

1 確定監(jiān)控系統(tǒng)所要采集的參數(shù)信息

根據(jù)實車調(diào)研以及國家標(biāo)準(zhǔn)，確定對目前新能源公交車的車輛位置信息、整車信息及新能源三電系統(tǒng)等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，特別是動力電池的相關(guān)信息，包括電池總電壓、單體溫度、單體最高或最低電壓、SOC及電流等參數(shù)進(jìn)行單獨采集，并對新能源汽車由于電池問題而出現(xiàn)的事故進(jìn)行調(diào)查分析，從中確定監(jiān)控采集的參數(shù)信號。

根據(jù)調(diào)研，本系統(tǒng)確定了對新能源公交車運行時各方面需要采集的數(shù)據(jù)，主要包括動力電池相關(guān)的重要數(shù)據(jù)，包括總電壓、總電流、充放電狀態(tài)以及荷電率SOC，其中極值信息數(shù)據(jù)包括單體電池最高電壓、最低電壓蓄電池組序號、最低電壓單體電池序號、最高溫度、最低溫度、電池絕緣電阻等重要信息非常重要。除此之外，通過GPS還對公交車的實時位置信息及車輛狀態(tài)進(jìn)行采集，以及對故障報警與處理、能耗分析、維修保養(yǎng)、售后服務(wù)等信息進(jìn)行采集并通過互聯(lián)網(wǎng)終端即可掌握車輛運行狀態(tài)。

圖1 采集動力電池狀態(tài)參數(shù)

圖2 采集的動力電池極值信息

圖3 采集的車輛位置信息

平臺采用互聯(lián)網(wǎng)+實現(xiàn)新能源車輛聯(lián)網(wǎng)聯(lián)控，滿足運輸企業(yè)用戶、整車廠、各地監(jiān)管部門等對新能源車輛的監(jiān)管需求，包括：位置查詢、實時監(jiān)控（三電系統(tǒng)重要數(shù)據(jù)）、故障報警與處理、能耗分析、維修保養(yǎng)、售后服務(wù)及與各地運管平臺的數(shù)據(jù)對接工作。

車輛位置信息、整車信息及新能源三電系統(tǒng)等數(shù)據(jù)的采集頻率平均維持在1s以內(nèi)，數(shù)據(jù)采集的及時性、準(zhǔn)確性、完整性有保障，數(shù)據(jù)采集完畢后，車載終端會先在本地做緩存壓縮處理合并上傳到云端進(jìn)行存儲，云端采用了關(guān)系型數(shù)據(jù)庫和Hadoop等分布式大數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)架構(gòu)，確保車輛數(shù)據(jù)高效、穩(wěn)定、安全存儲。

利用該系統(tǒng)可以有效對車輛的位置、車輛狀態(tài)，特別是對網(wǎng)聯(lián)汽車的高壓電器件及電池參數(shù)、傳感器信號等參數(shù)實時監(jiān)控，建立了故障報警、停機、斷電等分級處理機制，通過互聯(lián)網(wǎng)終端即可掌握車輛運行狀態(tài)，下圖展示了整車運行狀態(tài)的監(jiān)控圖。

圖4 整車運行狀態(tài)的監(jiān)控圖

2 搭建新能源公交車遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺

2.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計

針對新能源公交車所搭建的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)由車載終端和云端信息服務(wù)平臺構(gòu)成。服務(wù)中心對新能源公交車整車信息、位置信息以及動力電池等相關(guān)重要數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，通過遠(yuǎn)程分析實時數(shù)據(jù)，為車輛運行、故障預(yù)測等提供依據(jù)。該遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺主要由車載終端、管理中心、服務(wù)中心、監(jiān)控中心和平臺客戶端等部分組成。

圖5 遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺

平臺運行原理如下圖所示：

圖6 平臺運行原理

2.2 車載終端設(shè)計

車載終端結(jié)構(gòu)如圖5 所示，主要是由公交車動力電池、電池管理系統(tǒng)、整車控制器、GPRS/GPS 功能模塊和車載顯示模塊等部分組成[4]。整車控制器通過 CAN 總線采集電動汽車動力電池狀態(tài)信息和故障信息，并將電池信息顯示在車載顯示模塊上，同時通過 UART 接口采集公交車位置信息，最后發(fā)送整車信息到遠(yuǎn)程監(jiān)控中心。

圖7 車載終端結(jié)構(gòu)

2.3 云端信息服務(wù)中心設(shè)計

云端信息服務(wù)中心是新能源公交車遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的信息共享中心，由通信服務(wù)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫服務(wù)系統(tǒng)和應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)組成。通信服務(wù)系統(tǒng)讀取來自車載終端的數(shù)據(jù)，將抽取轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)入庫，同時在數(shù)據(jù)庫服務(wù)系統(tǒng)中讀取需要發(fā)送的數(shù)據(jù)，根據(jù)應(yīng)用層協(xié)議打包發(fā)送到車載終端；數(shù)據(jù)庫服務(wù)系統(tǒng)存儲新能源車輛的實時信息和歷史信息；應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)為監(jiān)控人員提供形象化的監(jiān)控管理交互界面及數(shù)據(jù)分析功能。

圖8 云端服務(wù)中心功能設(shè)計

3 采集數(shù)據(jù)的分析判斷及故障預(yù)警

車輛位置信息、整車信息以及動力電池系統(tǒng)等數(shù)據(jù)的采集頻率平均維持在1s以內(nèi)，數(shù)據(jù)采集的及時性、準(zhǔn)確性、完整性有保障，數(shù)據(jù)采集完畢后，車載終端會先在本地做緩存壓縮處理合并上傳到云端進(jìn)行存儲，云端采用了關(guān)系型數(shù)據(jù)庫和Hadoop等分布式大數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)架構(gòu)[5]，確保車輛數(shù)據(jù)高效、穩(wěn)定、安全存儲。

根據(jù)車企制定的新能源車輛重大事故預(yù)案及處理的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，定義了事故等級，并根據(jù)事故等級規(guī)定了信息報告程序，細(xì)分了各種情況的處置措施。該遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺結(jié)合新能源公交車整車信息、三電系統(tǒng)等方面的專業(yè)數(shù)據(jù)的記錄、匯總、分析和統(tǒng)計，實時對車輛運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，重點關(guān)注故障提醒，故障處理功能及時發(fā)現(xiàn)車輛存在的安全隱患并進(jìn)行人為干預(yù)，確保車輛安全運行。

圖9 故障監(jiān)控數(shù)據(jù)

圖10 故障處理情況數(shù)據(jù)

4 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

圖11 應(yīng)用該系統(tǒng)的車輛信息

圖12 應(yīng)用此系統(tǒng)車輛

本項目建立的新能源公交車遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)以及動力電池數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)已應(yīng)用到部分溫州交運集團的新能源城西部分公交車上，共162輛入網(wǎng)，實驗證明該系統(tǒng)能夠監(jiān)測公交車的運行狀態(tài)，實現(xiàn)故障診斷和特性分析，隨時了解車輛信息，及時發(fā)現(xiàn)新能源公交車存在問題，提高汽車運行的安全性，減少事故的發(fā)生。

圖13 應(yīng)用此系統(tǒng)車輛運行情況

5 結(jié)論

（1）本文建立的該系統(tǒng)可以采集車輛的整車狀態(tài)和三電系統(tǒng)狀態(tài)信息，并通過數(shù)據(jù)分析確定是否存在故障并進(jìn)行故障預(yù)警，再利用 GPS 獲取公交車的位置信息，通過互聯(lián)網(wǎng)終端即可掌握車輛運行狀態(tài)。

（2）本文搭建的遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺可以利用Internet進(jìn)行實時監(jiān)控分析，并且通過實車實驗，驗證了該系統(tǒng)的高效和實用性。

[1] 黃曉波,姜振軍,熊樹生,等.基于GPRS的遠(yuǎn)程診斷車載終端的設(shè)計與實現(xiàn)[J].工業(yè)儀表與自動化裝置, 2016(1):49-52.

[2] 陳燕虹,沈帥,劉宏偉,等.多輛電動汽車遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)[J].吉林大學(xué)學(xué)報:工學(xué)版,2013,43(2):285-290.

[3] 徐軍,王禹,賈志超,等.電動公交車鋰電池遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報,2014,40(9):1327-1333.

[4] 趙意鵬,趙河明,鄧星星,等.基于GPRS和百度地圖API的火災(zāi)定位系統(tǒng)[J].自動化與儀表,2016,30(1):26-29,47.

[5] 張貝克,李文博,任麗靜,等.基于VC編程的換熱網(wǎng)絡(luò)綜合軟件設(shè)計[J].計算機與應(yīng)用化學(xué),2010,27(5):605-609.

Research on Remote Monitoring Platform of New Energy Bus Based on Internet +*

Wang Xiaohui1, Li Hongfeng2

( 1.Zhejiang Industry and Trade Vocational and Technical College, Zhejiang Wenzhou 325000; 2.Xiamen Jinlong New Energy Vehicle Research Institute, Fujian Xiamen 510420 )

This article proposes a remote monitoring system for new energy buses based on actual vehicle research, and designs a remote monitoring platform system for new energy buses based on Internet+ The controller of the vehicle-mounted terminal of this system uses CAN bus to collect the vehicle's vehicle status and the three-electric system status information, and through data analysis to determine whether there is a failure and early warning of the failure, and then use GPS to obtain the location information of the bus, via the Internet terminal Can grasp the vehicle running state. Finally, through the actual car experiment, the system's efficiency and practicability are verified.

Internet +; New energy buses; Remote monitoring; Data analysis

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.03.004

U469.7

A

1671-7988(2021)03-15-04

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1671-7988(2021)03-15-04

王曉慧（1983.12-），女，山東菏澤人，碩士研究生，講師，就職于浙江工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，主要從事汽車優(yōu)化設(shè)計研究方面的研究。

浙江省教育廳高校訪問工程師項目FG（2019169）；項目名稱：基于遠(yuǎn)程監(jiān)控的動力電池數(shù)據(jù)分析研究。