专利名称：车网路多系统融合的智能交互系统及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种智能交通控制系统及其控制方法，特别是关于一种车网路多系统融合的智能交互系统及其控制方法。
背景技术：
随着能源危机和环境污染的日益加剧，新能源车辆尤其是电动车，得到了各国政府的青睐，在最近几年中得到了快速的发展。但是，电动车的急剧增加，也会对电网系统与交通系统产生负面的影响。比如对电网系统而言，电动车集中在某一个区域内充电，可能会造成电网局部负荷过大；对于交通系统而言，电动车需要长时间充电的特性会造成充电站附近区域内的电动车数目增多，交通负荷增大，通行效率降低。同时，电动车辆行驶里程不足，交通情况多变，若无有效的信息通信手段，驾驶员无法合理安排出行，会导致电动车辆无法到达目的地的问题。另外，随着未来充电站规模的提高，如何利用通信技术减轻驾驶员负担，使电动车辆自动进入充电位进行充电也值得探讨。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够将电动车与先进的交通设施和电网系统通过日益发展的无线通信手段集合成一个车网路多系统融合的智能交互系统及其控制方法。为实现上述目的，本发明采取以下技术方案:一种车网路多系统融合的智能交互系统，其特征在于:它包括 一交通监控中心、一电网监控中心、若干电动车、若干路边基站和若干充电站；所述电动车内设置有车载监控系统、车载无线通信系统和车载显示模块；所述充电站内设置有通信基站、充电位和充电桩；所述交通监控中心通过缆线分别双向连接所述电网监控中心和各所述路边基站；所述电网监控中心通过缆线分别双向连接各所述通信基站；所述通信基站通过缆线连接所述充电桩；所述电动车的车载监控系统通过车载无线通信系统，经各所述路边基站与所述交通监控中心无线通信，经各所述通信基站与所述充电站无线通信。上述的车网路多系统融合的智能交互系统的控制方法，包括以下步骤:1)设置一智能交互系统，包括一交通监控中心、一电网监控中心、若干电动车、若干路边基站和若干充电站；所述电动车内设置有车载监控系统、车载无线通信系统和车载显示模块；所述充电站内设置有通信基站、充电位和充电桩；2)各通信基站将充电站当前的电力负荷信息发送给电网监控中心；3)电网监控中心根据各充电站的电力负荷信息，得到整个电网的电网负荷，并发送给交通监控中心；4)各路边基站实时探测路况信息，并发送给交通监控中心；
5)各电动车的车载监控系统实时获取当前电动车的车况信息，并通过车载无线通信系统经路边基站发送给交通监控中心；6)交通监控中心将车况信息和路况信息进行分析处理，综合成交通信息，经路边基站和车载无线通信系统发送给车载监控系统。所述步骤4)中，当各路边基站将路况信息送给交通监控中心时，同时将路况信息经路边基站发送给车载监控系统；由车载监控系统将交通信息、路况信息和电动车的车况信息进行融合，计算未来行驶过程中所需驱动力矩及平均速度，进而得到电动车剩余里程的估算结果，未来行驶过程中的功率消耗与行驶距离的关系和最终电动车在未来的通行过程中在各条道路上的电能能耗，并通过车载显示模块告知驾驶员。所述步骤6)中，交通监控中心将交通信息发给车载监控系统时，同时根据电网负荷信息、车况信息和交通信息，预测各充电站可能进行充电的电动车数量，并发送给电网监控中心；电网监控中心根据各充电站可能进行充电的电动车数量，生成对各充电站的电力监控命令，并发送给各通信基站；同时，电网监控中心对电网系统负荷进行安全调控，为各充电站调整配给功率。所述步骤6)中，交通监控中心将交通信息发给车载监控系统时，同时根据车况信息、路况信息、交通信息和电网负荷信息，统一为每一辆电动车规划最优的充电站位置，以及相应的到达该位置的最优路径；并经路边基站发送给车载监控系统和车载显示模块，告知驾驶员鼓励其前往此充电站充电。完成所述步骤6)后执行以下步骤:7)根据车况信息、路况信息、交通信息和电网负荷信息，统一为每一电动车规划最优的充电站位置和相应的到达该位置的最优路径，并经路边基站发送给各电动车的车载监控系统；8)车载监控系统根据对车况信息、交通信息和最优行驶路径的分析结果，为电动车进行导航，并将结果发送到车载显示模块，驾驶员利用导航信息进行驾驶；9)车载监控系统根据车况信息和交通信息，计算出当前电动车的自车速度上限、行车加速度上限和制动减速度上限，并将结果发送给车载显示模块，以控制电动车3能耗最低为控制目标，对跟车的安全距离计算进行优化，并将优化得到的目标力矩值用于控制电动车；10 )车载监控系统根据车况信息和交通信息，确定电动车通过交叉路口的速度，既能够连续通过交叉路口，又能够合理利用制动能量回收；同时，在电动车通过交叉路口时，计算出电动车与前车的安全距离，进而协调电动车制动能量回收以及制动距离。当电动车进入充电站充电时，通过车载无线通信系统与通信基站的无线通信联系，为电动车提供导航，步骤如下:①通信基站探测充电站内的电力负荷信息，空闲充电桩数量、位置及最大充电 功率，并发送给车载监控系统；②车载监控系统实时获取当前电动车的车况信息，此信息包括周围车辆的相对位置及其运动关系；其中运动关系是指在未来一段时间段内的自车与周围车辆的速度和加速度，以避免潜在的碰撞可能车载监控系统根据车况信息和电力负荷信息，确定从当前位置到达空闲充电位通行路径，利用电动车的前轮主动转向系统以及电动车的转矩分配装置，自行前往充电位。本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点:1、本发明通过设立交通监控中心、电网监控中心、路边基站和充电站内通信基站等较为完善的交通设施和当前广泛使用的网络信息化手段，实现了电动车组成的集群与电网系统、交通系统的多系统有机融合，使得为多个系统进行优化成为可能，从而得以实现电网与交通的安全高效运行，电动车的充电需求得以满足。2、本发明能够根据路况信息、车况信息，估算电动车可以行驶的剩余里程，帮助驾驶员更合理地安排出行计划，解决了电动车驾驶员对电动车里程不足的担忧，提高了驾驶员对使用电动车的信心。3、本发明当电动车大规模进入运营后，能够对电动车的充电需求进行预测，进而作为电网系统的能量管理的依据，同时通过合理地为电动车推荐最优充电站位置和推荐最优行驶路径，避免道路拥堵，防止电网局部负荷过高，保证电网系统与交通系统的高效安全运行，并缓解了驾驶员出行便利要求与电动车充电时间长的矛盾。4、本发明利用充电站内通信基站实现在充电站内的自动行驶，因此可以保证电动车进入充电站内可以快速到达空闲充电位，避免电动车在充电站内的停留，提高驾驶便利性。5、本发明利用电动车作为分布式可移动的储能单元，发挥电动车组成的集群与电网系统进行双向能量交互的功能，使电网负荷平稳；同时，利用电动车与交通系统的实时信息交互，获知周围车辆的行驶状况，以安全与节能驾驶为目标，实现电动车辆在道路中的驾驶辅助功能。本发明实现了电动车与智能电网系统和智能交通系统之间的协调优化，提高了电动车的行车安全，节约电动车行驶过程中的电能消耗，可以广泛用于智能交通系统的管理控制中。
图1是本发明智能交互系统组成示意2是本发明各系统连接示意图
具体实施例方式如图1、图2所示，本发明车网路多系统融合的智能交互系统包括一交通监控中心
1、一电网监控中心2、若干电动车3、若干路边基站4和若干充电站5。其中电动车3内设置有车载监控系统31、车载无线通信系统32和车载显示模块33 ;充电站5内设置有通信基站51、充电位52和充电桩53。交通监控中心I通过缆线连接电网监控中心2和各路边基站4 ;电网监控中心2通过缆线连接各通信基站51 ;通信基站51通过缆线连接充电桩52 ；车载监控系统31通过车载无线通信系统32经路边基站4和通信基站51实现与交通监控中心I和充电站5的无线通信。本发明的交通监控中心I收集来自各个路边基站4的信息，并接收来自电网监控中心2的信息，以保证电网负荷安 全为目标，考虑到实时交通及电网状况，并结合一段时间内的预测结果，统一为每一电动车3规划最优的充电站5位置，并制定相应的行车路径，以缓解交通拥堵并保证电网安全。本发明的电网监控中心2收集各个充电站6的电力负荷等信息，对电网负荷进行计算与预测，将电力监控的命令传输给各个充电站6。并将电网的负荷信息以及充电站5的负荷信息发送给交通监控中心1，由交通监控中心进行统一优化。本发明的车载监控系统31实时监控电动车3自身的剩余电量、当前位置、驾驶员的充电需求、驾驶员的驾驶习惯等车况信息，并通过车载无线通信系统32将这些信息经路边基站4发送给交通监控中心I。同时，通过车载无线通信系统32接收外界信息，比如推荐的充电站位置、行驶路径、路侧交通信息等。车载监控系统31还可以将电动车3自身的车况信息与外界信息相结合，实现自动驾驶功能。车载显示模块53能够显示电动车辆的剩余历程、剩余电量、推荐充电站位置，推荐行车路径、智能驾驶过程中的加速度限制等信息。本发明的路边基站4收集基站附近的车辆速度、位置、目的地、剩余电量、驾驶员充电需求、车辆当前位置等路况信息，并将其传输给交通监控中心I ;同时，将交通监控中心传回的数据，包括为每辆车推荐充电站位置、路径规划信息以及路侧交通信息等发送给每一辆电动车3。
本发明的充电站5内设置有通信基站51，通信基站51可以将充电站5当前的电力负荷信息发送给电网监控中心2，同时接收电网监控中心2发来的调控电力负荷的信息并发给充电站5。当电动车3进入充电站5时，可以与电动车3进行无线通信，为电动车3在站内进行自动导航，帮助电动车3快速进入充电位52，避免充电站5内拥堵。同时通过与充电桩53之间的缆线连接，记录并监控正在充电的电动车3的充电信息，并将这些信息传回电网监控中心2。通信基站51还接收来自电网监控中心2的信息，结合每辆电动车3的充电策略，实现电能的双向流动(此为已有技术，不再赘述)，利用电能回馈电网。本发明的意义在于将电动车集群、电网系统、交通系统进行有机的集合，利用信息化的手段，实现了各系统之间的双向通信，使对多个系统进行优化成为可能，能够实现电网与交通的安全高效运行，使电动车的充电需求得以满足。下面列举采用本发明智能交互系统的控制方法在各种情况下的多个实施例。实施例1:进行电动车剩余里程的估算1、路边基站4实时探测路况信息，并发送给交通监控中心I和电动车3 ；2、电动车3的车载监控系统31实时获取当前电动车3自身的车况信息，并通过车载无线通信系统31 (在下面的描述中为简洁起见，将其省略)经路边基站4发送给交通监控中心I ;此时的车况信息主要包括电池的荷电状态、当前位置、目的地位置、车载电器耗能、制动能量回收效率、车辆参数；车辆参数主要包括胎压、乘员数目，空气动力学性能等；3、交通监控中心I将车况信息和路况信息进行分析处理，综合成交通信息，并经路边基站4发送给车载监控系统31 ；4、车载监控系统31将交通信息、路况信息和电动车3自身的车况信息进行融合，计算未来行驶过程中所需驱动力矩及平均速度大小，进而得到未来行驶过程中的功率消耗与行驶距离的关系，获知电动车3在未来的通行过程中在各条道路上的电能能耗；并通过车载显示模块33告知驾驶员，从而解决了电动车3驾驶员对电动车3里程不足的担忧。实施例2:预测大规模电动车的充电需求及电网系统负荷安全调控1、各通信基站51将充电站5当前的电力负荷信息发送给电网监控中心2 ；2、电网监控中心2根据各充电站5的电力负荷信息，得到整个电网的电网负荷，并发送给交通监控中心I ;3、各电动车3的车载监控系统31实时获取当前电动车3的车况信息，并经路边基站4发送给交通监控中心I ;此时的车况信息主要包括选择何种充电模式、预定的目的地位置、预先选定的充电站6位置和驾驶员历史充电信息。4、路边基站4实时探测路况信息，并发送给交通监控中心I ;5、交通监控中心I将车况信息和路况信息进行分析处理，综合成交通信息，并根据电网负荷信息、车况信息和交通信息，预测各充电站5可能进行充电的电动车3数量，并发送给电网监控中心2;6、电网监控中心2根据各充电站5可能进行充电的电动车3的数目，生成对各充电站5的电力监控命令，并发送给各通信基站51 ;同时，电网监控中心2调配电力负荷，为各充电站5调整配给功率，保证电网安全。实施例3:为电动车推荐最优充电站位置和相应的最优行驶路径1、各通信基 站51探测充电站5当前电力负荷信息，并发送给电网监控中心2 ；
2、电网监控中心2根据各充电站5的电力负荷信息，得到整个电网的电网负荷，并发送给交通监控中心I ;3、各电动车3的车载监控系统31实时获取当前电动车3的车况信息，并经路边基站4发送给交通监控中心I ;此时的车况信息主要包括电池电量、车辆当前位置、驾驶员充电需求和目的地；4、路边基站4探测路况信息，并发送给交通监控中心I ;5、交通监控中心I将众多车况信息和路况信息进行分析处理，综合成交通信息，并根据车况信息、路况信息、交通信息和电网负荷信息，统一为每一辆电动车3规划最优的充电站5位置，以及相应到达该位置的最优路径；然后经路边基站4发送给各电动车3，各电动车3通过车载显示模块33告知驾驶员，以鼓励驾驶员前往此充电站5充电。实施例4:实现电动车的智能自动驾驶1、各通信基站51探测充电站5当前的电力负荷信息，并发送给电网控制中心2 ；2、电网控制中心2根据各充电站5的电力负荷信息，得到整个电网的电网负荷信息，并发送给交通监控中心I ;
3、各电动车3的车载监控系统31实时获取当前电动车3的车况信息，并经路边基站4发送给交通监控中心I ;此时的车况信息主要是充电需求信息；4、路边基站4探测路况信息，并发送给交通监控中心；5、交通监控中心I对车况信息与路况信息进行分析处理，并综合成交通信息；6、交通监控中心I根据车况信息、电网负荷信息和路况信息,统一为每一辆电动车3规划最优的充电站5位置和相应的到达该位置的最优路径，并经路边基站5发送给各电动车3的车载监控系统31 ；7、车载监控系统31根据对车况信息、交通信息和最优行驶路径的分析结果，为电动车3设计导航，并将结果发送到车载显示模块33，驾驶员利用导航信息进行驾驶；8、车载监控系统31根据车况信息和交通信息，计算出当前电动车3的自车速度上限、行车加速度上限和制动减速度上限，并将结果发送给车载显示模块33，以控制电动车3能耗最低为控制目标，对跟车的安全距离计算进行优化，并将优化得到的目标力矩值用于控制电动车3。优化过程要结合驾驶员的历史驾驶操作行为、剩余电池的能量以及出行目的地的距离，在保证达到目的地的基础上，尽量符合驾驶员的操作感受。9、在电动车3通过交叉路口时，车载监控系统31根据车况信息和交通信息，确定电动车3通过交叉路口的速度，保证既能够连续通过交叉路口，又能够合理利用制动能量回收；同时，在电动车3通过交叉路口时，计算出电动车3与前车的安全距离，进而协调电动车制动能量回收以及制动距离，实现通过交通灯安全、节能，制动能量回收(此为已有技术，不再赘述)的能量最大化效果。实施例5:电动车在充电站内的自动导航I)通信基站51探测充电站5内的电力负荷信息，空闲充电桩53数量、位置及最大充电功率，并发送给车载监控系统31 ；2)车载监控系统31实时获取当前电动车3的车况信息，此信息包括周围车辆的相对位置及其运动关系；其中运动关系是指在未来一段时间段内的自车与周围车辆的速度和加速度，以避免潜在的碰撞可能。
3)车载监控系统31根据车况信息和电力负荷信息，确定从当前位置到达空闲充电位52的通行路径，利用电动车3的前轮主动转向系统以及电动车3的转矩分配装置，实现电动车3自主跟随该通行路径，实现电动车3在充电站5内自行前往充电位52的功能。上述实施例中，交通监控中心I将车况信息和路况信息进行分析处理，是指根据车况信息和路况信息，计算出各路段的车辆通行密度、通行平均速度，并将不同路段的车辆通行密度、通行平均速度数据进行整理，综合成当前路网实时的交通信息。具体的计算方法为已有技术，在此不再赘述。上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明 的保护范围之外。
权利要求
1.一种车网路多系统融合的智能交互系统，其特征在于:它包括一交通监控中心、一电网监控中心、若干电动车、若干路边基站和若干充电站；所述电动车内设置有车载监控系统、车载无线通信系统和车载显示模块；所述充电站内设置有通信基站、充电位和充电桩；所述交通监控中心通过缆线分别双向连接所述电网监控中心和各所述路边基站；所述电网监控中心通过缆线分别双向连接各所述通信基站；所述通信基站通过缆线连接所述充电桩；所述电动车的车载监控系统通过车载无线通信系统，经各所述路边基站与所述交通监控中心无线通信，经各所述通信基站与所述充电站无线通信。
2.如权利要求1所述的车网路多系统融合的智能交互系统的控制方法，包括以下步骤: 1)设置一智能交互系统，包括一交通监控中心、一电网监控中心、若干电动车、若干路边基站和若干充电站；所述电动车内设置有车载监控系统、车载无线通信系统和车载显示模块；所述充电站内设置有通信基站、充电位和充电桩； 2)各通信基站将充电站当前的电力负荷信息发送给电网监控中心； 3)电网监控中心根据各充电站的电力负荷信息，得到整个电网的电网负荷，并发送给交通监控中心； 4)各路边基站实时探测路况信息，并发送给交通监控中心； 5)各电动车的车载监控系统实时获取当前电动车的车况信息，并通过车载无线通信系统经路边基站发送给交通监控中心； 6)交通监控中心将车况信息和路况信息进行分析处理，综合成交通信息，经路边基站和车载无线通信系统发送给车载监控系统。
3.如权利要求2所述的车网路多系统融合的智能交互系统的控制方法，其特征在于:所述步骤4)中，当各路边基站将路况信息送给交通监控中心时，同时将路况信息经路边基站发送给车载监控系统；由车载监控系统将交通信息、路况信息和电动车的车况信息进行融合，计算未来行驶过程中所需驱动力矩及平均速度，进而得到电动车剩余里程的估算结果，未来行驶过程中的功率消耗与行驶距离的关系和最终电动车在未来的通行过程中在各条道路上的电能能耗，并通过车载显示模块告知驾驶员。
4.如权利要求2所述的车网路多系统融合的智能交互系统的控制方法，其特征在于:所述步骤6)中，交通监控中心将交通信息发给车载监控系统时，同时根据电网负荷信息、车况信息和交通信息，预测各充电站可能进行充电的电动车数量，并发送给电网监控中心；电网监控中心根据各充电站可能进行充电的电动车数量，生成对各充电站的电力监控命令，并发送给各通信基站；同时，电网监控中心对电网系统负荷进行安全调控，为各充电站调整配给功率。
5.如权利要求2所述的车网路多系统融合的智能交互系统的控制方法，其特征在于:所述步骤6)中，交通监控中心将交通信息发给车载监控系统时，同时根据车况信息、路况信息、交通信息和电网负荷信息，统一为每一辆电动车规划最优的充电站位置，以及相应的到达该位置的最优路径；并经路边基站发送给车载监控系统和车载显示模块，告知驾驶员鼓励其前往此充电站充电。
6.如权利要求2所述的车网路多系统融合的智能交互系统的控制方法，其特征在于:完成所述步骤6)后执行以下步骤:7 )根据车况信息、路况信息、交通信息和电网负荷信息，统一为每一电动车规划最优的充电站位置和相应的到达该位置的最优路径，并经路边基站发送给各电动车的车载监控系统； 8)车载监控系统根据对车况信息、交通信息和最优行驶路径的分析结果，为电动车进行导航，并将结果发送到车载显示模块，驾驶员利用导航信息进行驾驶； 9)车载监控系统根据车况信息和交通信息，计算出当前电动车的自车速度上限、行车加速度上限和制动减速度上限，并将结果发送给车载显示模块，以控制电动车3能耗最低为控制目标，对跟车的安全距离计算进行优化，并将优化得到的目标力矩值用于控制电动车； 10)车载监控系统根据车况信息和交通信息，确定电动车通过交叉路口的速度，既能够连续通过交叉路口，又能够合理利用制动能量回收；同时，在电动车通过交叉路口时，计算出电动车与前车的安全距离，进而协调电动车制动能量回收以及制动距离。
7.如权利要求2所述的车网路多系统融合的智能交互系统的控制方法，其特征在于:当电动车进入充电站充电时，通过车载无线通信系统与通信基站的无线通信联系，为电动车提供导航，步骤如下: ①通信基站探测充电站内的电力负荷信息，空闲充电桩数量、位置及最大充电功率，并发送给车载监控系统； ②车载监控系统实时获取当前电动车的车况信息，此信息包括周围车辆的相对位置及其运动关系；其中运动关系是指在未来一段时间段内的自车与周围车辆的速度和加速度，以避免潜在的碰撞可能； ③车载监控系统根据车况信息和电力负荷信息，确定从当前位置到达空闲充电位通行路径，利用电动车的前轮主动转向系统以及电动车的转矩分配装置，自行前往充电位。
全文摘要
本发明涉及一种车网路多系统融合的智能交互系统及其控制方法，其中系统包括一种车网路多系统融合的智能交互系统，其特征在于它包括一交通监控中心、一电网监控中心、若干电动车、若干路边基站和若干充电站；电动车内设置有车载监控系统、车载无线通信系统和车载显示模块；充电站内设置有通信基站、充电位和充电桩；交通监控中心通过缆线分别双向连接电网监控中心和各路边基站；电网监控中心通过缆线分别双向连接各通信基站；通信基站通过缆线连接充电桩；电动车的车载监控系统通过车载无线通信系统，经各路边基站与交通监控中心无线通信，经各通信基站与充电站无线通信。本发明可以广泛用于智能交通管理控制过程中。
文档编号G08G1/0962GK103236177SQ20131009887
公开日2013年8月7日 申请日期2013年3月26日 优先权日2013年3月26日
发明者李克强, 张书玮, 罗禹贡, 朱陶, 连小珉, 王建强, 杨殿阁, 郑四发 申请人:清华大学