一种电动车辆智能出行综合调配系统的制作方法

本发明属于智能网联汽车领域，更具体地涉及一种电动车辆智能出行综合调配系统。

背景技术：

以下对本发明的相关技术背景进行说明，但这些说明并不一定构成本发明的现有技术。

“智能、网联+电动”是未来交通、汽车发展的方向，多种交通工具融合的出行方式是今后的发展趋势。“远途交通+自行车”所构成的绿色交通系统在改善空气质量、缓解交通拥堵、建设绿色可持续城市方面已经获得国际认可，电动车辆的快速发展很符合建立远途绿色交通的要求。然而，电动车辆的快速发展的关键瓶颈是里程焦虑和充电站的修建及分布问题，由于交通拥堵特性致使电动车辆的能耗增加、路径规划问题以及当前车辆剩余电量、目的地充电设施无电可充、无位可充和短途交通工具无法保证等问题直接影响驾驶人员是否选择电动车辆出行。

车辆智能化技术是保障交通安全和提高电动车辆续驶里程的根本方法，通过智能化技术解决电动车辆的里程焦虑是电动车辆智能化发展的一个重要目标。现如今，动力电池研发技术已经相对成熟，通过增加电池能量密度提高电动汽车续驶里程的方式已经遇到瓶颈，如何在不改变现有电动车辆整体结构的情况下，采用先进技术、规划等附加手段降低行驶过程中电动车辆能量消耗，同时有效解决电动车辆充电、充电站/设施与目的地之间的短途出行等问题是未来绿色出行的有效解决方式。

车载自组网技术能很好利用交通数据的动态、海量和关联特性，实现交通事件协同检测、海量交通信息的分布式组织和实时处理，从而有效的采集动态交通信息，改善交通信息分发的针对性和实时性，运用此技术可使路径实时规划、避开交通拥堵成为可能。与此同时，大城市分布式充电设备的快速建设为电动车辆出行充电、里程焦虑问题提供了可靠的基础条件，结合动态交通信息的车辆出行路线规划的有效实施、电动车辆智能化尤其是充电问题的智能化使人们看到了采用通过技术手段在不改变现有电动车辆整体结构和添加电池容量的基础上解决电动车辆充电、里程焦虑问题的新手段和新方法。同时，自行车作为一种短距离的出行方式，已经成为远途交通的接驳方式，填补了短距离出行需求的空白，而且不受交通拥堵的影响，是构建绿色出行交通方式的必要补充，能够有效改善交通微循环系统。因此，结合使用此种方法，也可最大限度的提高电动车辆出行的吸引力。

基于上述描述，如果能够充分利用现有的技术基础，合理规划电动车辆出行路线、实现分布式充电设施动态调配及利用分布式绿色出行方式解决电动车辆充电、充电设施与办事地点的短途出行问题，通过剩余电量的智能计算和直观显示解除电动车辆出行的里程焦虑问题，对构建现代化城市绿色交通系统、电动车辆出行和绿色出行方式相结合具有重要的意义和作用，也能为缓解交通拥堵、改善空气质量及构建绿色城市、智能城市提供基础。

但目前没有将动态交通网、分布式充电设施及短途绿色出行方式相结合的电动车辆智能出行综合应用平台，尤其通过以智能、网联的方式解决电量较低时电动车出行里程焦虑，为电动车辆智能出行提供高效的解决方案。

技术实现要素：

为解决电动车辆出行过程中包括剩余里程不足、充电设施资源紧缺及充电站至目的地短途出行需求等固有问题，提出一种利用动态交通网、分布式充电设施及短途绿色出行方式相结合的电动车辆智能出行综合应用平台，通过智能、网联的方式解决电量较低时电动车出行里程焦虑及交通方式选择问题的电动车辆智能出行综合调配系统及方法。

本发明提供一种电动车辆智能出行综合调配系统，所述系统包括：动态交通信息采集系统，其积累地采集电动车在行驶过程，车载自身及周边交通状况的实时信息；所述实时信息是关于行驶路径，行驶状态、车辆周边环境，以及根据行驶路径估计电动车电量的信息；具体是通过在车载终端的目的地位置输入，判断自身位置和目的地位置的区域距离，再结合估计的电量数据信息，用于后期的路径规划和求解；路径规划系统，该系统通过路径规划寻找符合约束条件的出行方案，推荐规划的路径、充电站选择和出行过程中的耗电设备使用情况，同时考虑返程能耗的需求，以满足顺利完成出行任务，从而为电动车辆出行提供保障；充电设施调配系统，该系统最大限度调配和利用现有分布式充电设施，使电动车辆可以就近找到充电桩，并实现快速充电；以及车载终端系统，该系统将基于CAN总线接收到的车载数据，通过远程监控及数据收发系统将车辆电池状态及路侧数据接收单元的信息进行接收和显示。

优选地，上述充电设施调配系统与车载终端之间还设置有短途出行分配系统，短途出行分配系统用以提高电动车辆出行的吸引力，在完成出行可行性分析之后，再通过配短途出行分配系统，规划短途出行方式，最大限度保证充电设施周围有充足的出行选择。

优选地，上述动态交通信息采集系统包括车载信息采集设备、车载自组网系统、路侧数据采集设备、GPRS卫星定位和数据采集装置、地图信息融合系统；车载信息采集装置用于实时采集车辆的车速、行驶状态信息；车载自组网系统将信息传输至路侧数据采集设备；路侧数据采集设备通过接收数据判断其辐射范围内的道路交通动态信息；将每个路侧采集设备作为动态交通系统信息的采集节点，通过融合获得整个区域内的动态交通信息；GPRS卫星定位和数据采集装置是以GPRS卫星技术进行动态交通信息的数据传输，将数据传输至每个车辆后，通过地图信息融合系统判断当前的动态交通信息，同时运用GPRS定位和数据采集装置判断自身所在位置；再通过车载终端的目的地位置输入，判断自身位置和目的地位置的区域距离，用于后期的路径规划和求解。

优选地，上述路径规划系统包括动态交通信息处理单元，与动动态交通信息处理单元连接的线圈检测器、视频检测器、信息采集设备、突发事件发布系统、临时管制信息发布系统、导航系统，路径耗时计算模块、能耗计算模块；所述线圈检测器、视频检测器、信息采集设备、突发事件发布系统、临时管制信息发布系统、导航系统，路径耗时计算模块、能耗计算模块获取的信息输入给动态交通信息处理单元；所述线圈检测器，用于检测范围内的车流量等交通信息；视频检测器用于接收当前实时路况；突发事件发布系统用于发布交通事故信息和应急管理措施；临时管制信息发布系统用于限行、禁行和绕行等信息；导航系统用于车辆定位、车辆导航、信息接收和发布及路径查询；路径耗时计算模块根据道路交通信息计算完成预定路径所需时间；所述能耗计算模块用于计算车载耗能器件开启、制动能量回收等综合工况下的能量消耗。

优选地，上述充电设施调配系统包括车载信息系统，充电桩信息系统，区域控制器，GPRS数据收发模块，GPRS卫星系统，以及与区域控制器连接的充电桩控制单元；所述GPRS数据收发模块，用于将充电桩信息模块与区域控制器中获取的信息通过GPRS卫星系统发送至车载信息模块。

优选地，上述车载信息模块包括车载显示单元，目的地充电设备情况显示单元，充电模式与充电需求决策单元，以及车载GPRS数据收发单元；充电桩信息模块包括充电桩状态监控单元，充电功率检测单元，上位机管理单元，充电站主控单元，服务器，充电模式选择模块。

优选地，上述短途出行分配系统包括终端信息采集单元，信息采集控制器，GPRS数据收发模块，GPRS卫星系统，以及车载GPRS数据接收单元和车载显示单元；短途出行分配系统通过将终端采集到的公共自行车的位置信息、可租用的信息通过信息采集控制器进行处理后的数据，通过GPRS数据收发模块发送到GPRS卫星系统，车载GPRS数据接收单元通过接收GPRS卫星系统获取的信息，最终通过车载显示单元对目的地短途交通工具的相关信息进行显示。

优选地，上述车载终端系统包括信号采集单元，与信号采集单元通过CAN总线连接的CAN收发器，与CAN收发器连接的数据收发系统，与数据收发系统输入端连接的CPRS模块，路侧数据接收单元，以及协处理器；与数据收发系统输出端连接的车载显示单元；信号采集单元包括车速传感器、航向传感器，用于采集车速信息及车辆行驶方向信息。

优选地，上述数据收发系统包括主处理器、CAN驱动模块、UART通讯模块、以及输入输出模块；所述输入输出模块的输出端与车载显示器单元连接；UART通讯模块与GPRS模块、路侧数据接收单元以及协处理器连接。

优选地，上述车载信息系统包括车载显示单元，充电模式与充电需求选择单元，车载GPRS数据收发单元；充电桩信息系统包括充电桩状态监控单元，充电功率控制单元，上位机管理单元，充电模式控制单元，服务器，充电站主控单元。

本发明具有以下优点：

1.以GPRS通信系统为依托，以车辆自组网、动态交通信息采集系统、分布式充电设施调配系统、绿色出行分配系统为子系统，实现“车-路-充电设施-短途出行”的联网，最大限度解决电动车辆出行里程焦虑问题。

2.有效利用动态交通信息采用多目标路径规划的方式，在充分考虑路径车辆能耗的基础上提出最佳出行方案及达到目的地后的SOC预估值；以此预估值为基础，以目的地分布式充电设施可利用信息为依托，规划返程路线及出行结束后的SOC预估值，以车载信息显示系统的形式直观给出此次出行的可行性。

3.通过分布式充电设施综合调配系统，最大限度调配和利用现有充电设施，解决电动车辆无电可充、无位可充的问题；以绿色交通出行方式解决充电设施与目的地之间的短途出行问题，最大限度融合“长途交通+短途交通”的优势，为电动车辆出行提供保障。

附图说明

通过以下参照附图而提供的具体实施方式部分，本发明的特征和优点将变得更加容易理解，在附图中：

图1是电动车辆智能出行综合调配系统原理图。

图2是电动车辆智能出行综合调配系统流程图。

图3是本发明中基于车载自组网的动态交通信息采集及融合系统示意图。

图4是本发明中基于动态交通信息的多目标路径规划原理图。

图5是本发明中分布式充电设施调配系统原理图。

图6是短途绿色出行分配系统原理图。

图7是基于CAN总线的车身数据远程监控及数据收发系统原理图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明的示例性实施方式进行详细描述。对示例性实施方式的描述仅仅是出于示范目的，而绝不是对本发明及其应用或用法的限制。

参见图1-图2所示，为解决电动车辆出行过程中包括剩余里程不足、充电设施资源紧缺及充电站至目的地短途出行需求等固有问题，结合动态交通信息的多目标约束路径规划、分布式充电设施高效利用及绿色短途出行等技术，开发一种电动车辆智能出行综合调配系统。本系统运用车载自组网络技术，以历史交通数据为基础，以动态交通信息为补充，在充分考虑车辆能线路耗特性的基础上基于动态交通信息实现车辆的出行路径多目标规划。本发明提供的电动车辆智能出行综合调配系统及方法，该系统运用车载自组网络技术，以历史交通数据为基础，以动态交通信息为补充，在充分考虑车辆能线路耗特性的基础上基于动态交通信息实现车辆的出行路径多目标规划。于此同时，运用GPRS通信技术，充分利用分布式充电设施综合调配系统、短途绿色出行方式调配系统，结合基于历史交通数据的返程路径规划及车辆返程能耗分析，通过车载信息显示系统直观给出此次出行的可行性，最大限度的消除电动车辆出行里程焦虑问题。该出行方案制定策略能够在满足驾驶员的多种出行需求的基础上，兼顾电动车辆的能耗特性与交通环境的随机时变特性，使计算得到的出行方案能够更好地适应动态交通环境，为构建现代化城市绿色交通系统、电动车辆出行和绿色出行相结合的综合交通系统具有重要的意义和作用。

一种电动车辆智能出行综合调配系统流程图如图1所示。系统原理图如图2所示，具体实现方法如下：

步骤1，通过车载自组网技术，通过车载信息处理系统、路侧数据采集设备、GPRS卫星定位系统、地图信息融合技术和车载信息显示、接收和传输系统实现动态交通数据的实时显示、更新及目的地周边分布式充电设施分布情况、短途绿色交通方式分布情况，这是本技术方案需要首先处理的对象和基础。

步骤2，在获得动态交通信息的前提下，采用多目标约束优化算法求解车辆最佳行车路线及到达目的后的SOC，完成去程路径规划及SOC分析；以办事时间为基准(电动车辆充电时间)，以分布式充电设施参数为依据，估算充电后的SOC；同时，借助历史交通数据、交通管理专家知识和经验，在最大限度考虑不确定性因素的基础上规划返程路线和返程后的SOC，以概率统计的方式给出出行可行性判定结果。

步骤3，以目的地为圆心，以特定距离为半径采集、分析分布式充电设施信息，根据车辆充电方式和充电需求分析为依托，进行分布式充电设施调配，最大限度保证有电可充、有位可充，为电动车辆出行提供保障。

步骤4，充电设施与办事目的地之间的短途交通问题可通过分布式绿色交通出行方式解决。根据绿色出行分配系统实施监测、更新交通工具利用情况，保证短途出行需求。

步骤5，通过输入目的地、预计办事时间等参数，车载信息显示、接收和通信系统能够直观给出目前交通状态、出行规划路线、目的地周边分布式充电设施及短途绿色交通方式分布、可利用情况，并直观给出此次出行的可性能。

本发明通过以上方法能够充分利用动态交通信息、充分调配分布式充电设施并结合短途绿色出行方式实现中长途采用电动车辆出行，并采用车载终端以直观的方式给出此次出行的可行性，降低电动车辆里程焦虑的问题。

参见图3基于车载自组网的动态交通信息采集及融合系统所示，该动态交通信息采集系统是结合智能交通采集的动态交通数据将是未来交通规划决策支持的重要领域。此系统包括车载信息采集设备、车载自组网系统、路侧数据采集设备、GPRS卫星定位和数据采集装置、地图信息融合等关键装置和系统。通过车载信息采集装置实时采集车辆的车速、行驶状态信息，通过车载自组网系统传输至路侧数据采集设备，路侧数据采集设备通过接收数据判断其辐射范围内的道路交通动态信息；将每个路侧采集设备作为动态交通系统信息的采集节点，通过融合获得整个区域内的动态交通信息；以GPRS卫星技术进行动态交通信息的数据传输，将数据传输至每个车辆后，通过地图信息融合技术判断当前的动态交通信息，同时运用GPRS定位技术判断自身所在位置。通过车载终端的目的地位置输入，判断自身位置和目的地位置的区域距离，用于后期的路径规划和求解。

参见图4基于动态交通信息的多目标路径规划原理图所示，电动车辆出行不仅要考虑能耗特性、交通环境特性以及驾驶员的附加能耗需求，通过规划寻找符合约束条件的出行方案，推荐规划的路径、充电站选择和出行过程中的能耗设备使用等情况，同时还应考虑返程能耗需求，方能圆满的完成出行任务。

在获得目前交通动态信息的前提下，以车辆出行距离、时间最小为目标，分析多种可能的路径；以此为基础，以各路径路况、车辆能量消耗和制动能量回收、电附件能耗等作为路径的能耗计算基础，获得不同路径完成出行时的电动车辆能耗特性；加入动态交通数据及历史交通数据，以驾驶员需求、动态交通环境限制、目的地SOC为约束，在考虑交通环境时变特性的基础上，对实时交通数据进行滚动优化，通过多目标约束优化算法为驾驶员推荐包括路径行驶速度、能耗需求的多目标路径规划方案。基于动态交通信息的GPS导航系统，通过对动态交通信息的采集、分析，结合电子地图和定位系统，产生运行时间短、道路畅通、能耗最小的导航线路，并推算到达目的地后的SOC状态，完成去程路径规划的分析。

以达到目的地后的SOC、分布式充电系统调配分析结果为基础，以当前的输入充电时间(一般为办事时间)、充电站的充电功率为变量，以配电系统容量、充电站容量、个人充电设施充电条件为约束，采用多目标约束方法对充电结束后的最小SOC进行估计。

借助实时动态交通信息并结合历史交通数据、交通管理专家知识和经验，在最大限度的引入基于当前交通状态的不确定因素的基础上，运用上述基于动态交通信息的多目标路径规划方法推算返程路径方案，分析行程结束时的SOC状态，以概率统计的方式给出获得令人满意的出行可行性分析结果，为电动车辆出行提供保障。通过此方式，可在一定程度上缓解交通拥堵问题的基础上实现电动车辆出行路线的最佳估计，有效提高通行质量。

参见图5分布式充电设施动态调配系统所示，由于分布式充电桩分布位置较为分散，一般安装在社区停车场、商场地下停车场及住宅区个人停车场位置，目前单个交流充电桩仅作为一个独立的个体适用，之间并没有形成资源共享的模式。相较于快速充电模式，交流充电桩对电池损伤较小，同时也能够在一定程度上降低充电桩的建设成本，已经成为未来充电桩的主流形式。

计算基于动态交通数据的多目标路径规划返程结束时的SOC状态的基础是分布式充电设施动态调配分析结果。首先根据目的地区域对一定距离范围内的(所能接受的绿色出行距离)公共充电数量、充电站容量、充电条件、个人充电设备的时空分布进行采集和处理，分析目标区域充电设施利用情况和闲置情况。以此数据为基础，进行一段时间后的充电设备利用情况推演计算。与此同时，根据现有充电车辆的充电方式、起始荷电状态、充电需求、起始充电时间计算单个车辆充电需求时间，获得一定时间后的充电设备释放情况；结合历史数据分析可能进入充电设备的车辆；将当前充电设备利用情况、一定时间后的充电设备释放情况和充电设备可能利用情况，综合分析判断车辆达到目的地后的充电设备、充电方式、充电条件的可利用情况。

参见图6短途绿色出行分配系统所示，自行车调度和分配系统可最大限度的提高电动车辆出行的吸引力，完成出行可行性分析之后，还应配以短途绿色出行分配系统，规划短途出行方式，提高电动车辆出行选择意愿。在充电站、大型住宅区周边布置便民自行车租赁站点，实现充电站、个人充电设施与绿色出行方式的无缝对接。在出行时即可输入目标充电站，并以此为需求为绿色出行分配系统发出请求，接入公共自行车系统管理和需求管理，融入目前现有的自行车调配系统，保证有车可借、有位可还，最大限度保证充电设施周围有充足的出行选择。

参见图7车载终端系统所示，该系统由信息显示与通信系统组成，主要针对车载信息的接收和显示。通过CAN收发器CTM1050单元读取车辆运动参数，经过主处理器处理之后，经GPRS数据收/发单元实时接收和发送给路侧单元，供动态交通信息的采集和基点数据；同时读取电池状态、SOC等重要数据，传递给车载存储和显示器单元，供动态路径规划等基础数据使用。控制器DS12C887通过协处理器控制，处理各数据单元收发状态，通过主处理器处理后通过车载显示器单元进行显示。最后，通过主处理器中的基于动态交通数据的路径规划方法确定行驶路线、显示目的地分布式充电设施利用情况、短途交通工具可利用信息等，均在车载显示器单元进行显示。

虽然参照示例性实施方式对本发明进行了描述，但是应当理解，本发明并不局限于文中详细描述和示出的具体实施方式，在不偏离权利要求书所限定的范围的情况下，本领域技术人员可以对所述示例性实施方式做出各种改进或变型。