CN113928163A - 一种用于电动汽车的应急救援车充电管理系统及调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于电动汽车的应急救援车充电管理系统及调度方法。本发明的用于电动汽车的应急救援车充电管理系统包括后台和救援车，后台和救援车之间通过无线通信的方式交换数据，后台包括了上位机、管理模块、数据模块和导航模块，救援车包括了下位机、定位模块、摄像模块、控制处理模块、充电模块和发电机。本发明相比现有技术，优点在于除了自动化程度高，能有效减少对人力物力的需求，能用来实现多种类型的业务需求，同时可以灵活调度救援车。

Description

一种用于电动汽车的应急救援车充电管理系统及调度方法

技术领域

本发明属于电动汽车控制技术领域，具体涉及一种用于电动汽车的应急救援车充电管理系统及调度方法。

背景技术

电动汽车是当前汽车制造的热点研究方向，其中电池和自动驾驶技术是电动汽车的重点技术领域。对于电动汽车来说，电池作为其动力来源，电池的性能决定了电动汽车的续航能力和行驶动力表现。现有的电动汽车电池在复杂驾驶场景的影响下，往往容易出现行驶到半途电池电量降低到极限值的现象。在目前充电桩并未全面在道路上铺设开的情况下，驾驶员也经常很难在电池电量耗尽前找到充电桩，此时应急救援车成为了首要的急救选项。

现有的电动汽车应急救援车多数以市电转换设备作为充电电源，可以摆脱需要固定充电桩才能对电动汽车进行充电的缺陷，也就是以移动的救援车实际上代替了固定的充电桩。但是，使用市电转换设备同样需要存在市电的接入点，但是电动汽车需要救援的地点往往缺乏市电接入基础。另外，以市电转换设备作为电源，存在电压和电流不稳定、需要设置多套充电电路以满足与不同类型电动汽车的接口电压电流适配需求的问题。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺陷与不足，本发明提供一种用于电动汽车的应急救援车充电管理系统及调度方法。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于电动汽车的应急救援车充电管理系统，包括相互进行无线通信的救援车和后台；

后台包括上位机、管理模块、数据模块和导航模块；管理模块分别与上位机、数据模块和导航模块电性连接；上位机与救援车之间进行无线通信；

救援车包括下位机、定位模块、控制处理模块、充电模块和发电机；控制处理模块分别与下位机、定位模块、充电模块和发电机电性连接；下位机与上位机之间进行无线通信；

发电机与充电模块电性连接；

充电模块包括传感器组件、保护电路和调压整流电路；

保护电路与控制处理模块电性连接；调压整流电路分别与发电机和保护电路电性连接；

传感器组件分别与保护电路和调压整流电路电性连接；传感器组件用于采集调压整流电路对外充电过程的电压、电流和温湿度参数。

优选地，调压整流电路与发电机和保护电路之间还设有继电器组合；继电器组合包括至少两个继电器，继电器组合分别与发电机、保护电路和调压整流电路电性连接。

优选地，救援车还设有摄像模块，摄像模块与控制处理模块电性连接。

进一步地，摄像模块包括固定摄像头和移动摄像头，固定摄像头和移动摄像头分别与控制处理模块电性连接；固定摄像头用于拍摄救援车所处的道路状况。

优选地，导航模块内置地图数据，用于执行救援车导航路线的规划。

优选地，传感器组件包括电压传感器、电流传感器和温湿度传感器，电压传感器、电流传感器和温湿度传感器均分别与保护电路、调压整流电路电性连接。

优选地，传感器组件与保护电路之间还设有模数转换器。

优选地，定位模块为卫星定位器。

优选地，上位机和下位机均为无线网关。

一种前述管理系统的调度方法，包括步骤如下：

上位机接收到多台电动汽车的定位数据、电动汽车参数数据和交易数据并传送到管理模块；

管理模块将电动汽车的定位数据、电动汽车参数数据和交易数据存入数据模块，然后进行统计整理，并提取定位信息发送到导航模块；

管理模块通过上位机收集当前多台救援车的救援车定位数据、救援车状态数据、视频数据，从救援车状态数据中筛除当前正处于充电工作中、有车辆故障和油量存量与交易数据不匹配的救援车，得到空闲的救援车调度序列；管理模块将空闲的救援车定位数据和救援车状态数据传到导航模块中，导航模块将空闲救援车在其内置地图数据上的进行标注；

导航模块在根据标注的信息，采用遗传算法在导航模块的内置地图数据上进行运算，得到当前多辆救援车的最优救援车导航路线的路径规划；得到救援车导航路线后，由管理模块通知每台救援车向其对应电动汽车行驶；

出发的救援车根据救援车导航路线开始向电动汽车的位置行驶；在行驶过程中以设定的时间间隔向管理模块回传救援车定位数据、视频数据、救援车状态数据，管理模块判断是否需要重新调度救援车；若管理模块收到的视频数据没有出现指示救援车被堵塞道路、救援车状态数据没有出现指示救援车出现故障，则出发的救援车继续向电动汽车行驶，否则管理模块即刻通知导航模块重新做路径规划，然后根据新的救援车导航路线通知新的救援车向电动汽车行驶；

救援车到达对应的电动汽车位置后，管理模块将救援车移出救援车调度序列。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

除了救援车的驾驶过程和插入充电的动作之外，其余部分均可自动完成，能有效减少对人力物力的需求；通过充电模块，能兼容各种类型的电动车的充电电压、电流需求，避免了接入市电引起的电流电压不稳问题。对于后台来说，管理模块能用来实现多种类型的业务需求，导航模块结合不断更新的救援车定位数据，也给到了管理模块同时规划多部救援车对不同的救援对象进行救援的数据能力基础，并通过导航模块和管理模块的结合实现了灵活调度救援车的功能。

附图说明

图1为本发明的管理系统的系统框架图；

图2为图1中救援车的系统组成框架图；

图3为图1中管理系统相应救援车调度方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例

如图1和2所示。本实施例的一种用于电动汽车的应急救援车充电管理系统，包括后台和救援车。

后台设有上位机、导航模块、管理模块和数据模块；管理模块分别与导航模块、上位机和数据模块相互电性连接以进行数据传输。

救援车设有下位机、摄像模块、定位模块、控制处理模块、充电模块和发电机；控制处理模块分别与下位机、摄像模块、定位模块电性连接以进行数据传输；充电模块与发电机电性连接，充电模块用于控制发电机对有充电救援需求的电动汽车的充电过程；控制处理模块与充电模块电性连接以对充电过程进行控制。

上位机为后台的通信节点，下位机为救援车的通信节点，上位机和下位机均为无线网关设备，后台与救援车之间通过上位机与下位机之间的无线通信联络路线进行数据传输。

上位机分别与救援车、发出电动汽车充电救援需求的通信设备进行无线通信，实现三者之间的数据互通。管理模块用于接收和处理上位机传来的电动汽车定位数据、电动汽车参数数据、救援车定位数据、救援车状态数据、视频数据、交易数据，并向导航模块和数据模块进行数据转发，同时将救援车导航路线和交易数据向上位机传送。数据模块用于对电动汽车定位数据、电动汽车参数数据、救援车定位数据、救援车状态数据、视频数据、交易数据进行存储，并随时接受管理模块的数据调用。导航模块内只有地图数据，导航模块用于根据电动汽车定位数据、视频数据和救援车定位数据进行地图规划，从而得到救援车导航路线，并将救援车导航路线发给管理模块。通常的电动汽车出现缺电地点是随机的，当接收到多个电动车同时提出充电救援请求后，管理模块将根据当前可用救援车的数量、各救援车的定位数据、各个电动汽车参数数据、电动汽车定位数据、救援车状态数据(例如要求救援车到达的时间窗、行驶油耗成本、行驶时间成本、救援车的行驶速度、救援车的发车成本、给电动汽车充电所需的时间、救援车自身的续航能力)等，针对动态变化的数据将其转化为静态的车辆路径问题进行求解，采用遗传算法进行运算，得到不断更新的救援车导航路线。

下位机接收上位机传来的救援车导航路线，救援车依照救援车导航路线的调度行驶，向发出充电救援需求的电动汽车靠近。定位模块用于向后台实时反馈救援车定位数据，摄像模块用于向后台实时反馈能体现道路拥堵情况的视频数据，以便后台的管理模块驱动导航模块根据救援车定位数据和视频数据实时更新最优的导航路线。摄像模块的视频数据、定位模块的救援车定位数据均分别传送到控制处理模块，再经由控制处理模块传给下位机以发送到后台。定位模块为卫星定位器，具体可采用GPS定位器，GPS定位器与控制处理模块电性连接。摄像模块由对准救援车前、后、左、右四个方向的四个固定摄像头和一个活动摄像头组成，五个摄像头均分别与控制处理模块电性连接，固定摄像头用于拍摄道路状况的视频，活动摄像头用于拍摄识别发出充电救援需求的电动汽车。控制处理模块为救援车的数据处理和存储中心，控制处理模块具体由STM32单片机设计而成，由STM32单片机实现对充电模块的控制。充电模块由传感器组件、保护电路、调压整流电路组成，传感器组件、保护电路、调压整流电路均分别与控制处理模块电性连接，发电机接入调压整流电路作为电源进行供电。调压整流电路用于对电动汽车进行充电。保护电路同时设置于调压整流电路和控制处理模块之间、传感器组件和控制处理模块之间，用于把调压整流电路的强电隔离出控制处理模块，保护电路具体采用UC3875芯片进行电路设计，使用UC3875芯片配合STM32单片机可以使调压整流电路的电压和电流受控。调压整流电路受控制处理模块的信号控制，控制发电机形成不同电压电流数值范围的对电动汽车进行充电，调压整流电路具体采用移相全桥DC/DC变换电路，还通过在电路上设置由多个继电器组成、受控制处理模块控制的继电器组合实现。传感器组件包括电压传感器、电流传感器和温湿度传感器，用于采集充电过程的电压、电流、温度和湿度，以便控制处理模块判断充电过程是否受控，同时还用于采集电动汽车电池组的当前状态数据，以便控制处理模块判断电动汽车需要的充电参数、充电时长和充电的安全性；电压、电流、温度和湿度为车辆状态的其中一部分数据；传感器与保护电路之间还设有模数转换器，模数转换器用于将传感器组件采集到的模拟信号转换为数字信号以输入STM32单片机中。电压传感器、电流传感器和温湿度传感器均分别电性连接控制处理模块。控制处理模块除了STM32单片机外还设有射频传感器，射频传感器与STM32单片机电性连接。在电动汽车需要结算救援费用时，STM32单片机对充电过程的耗电量、充电时长等进行计算得出救援费用数据，然后把救援费用数据等传送到后台，电动汽车的使用者既可以通过射频传感器来刷射频卡进行结算，也可以通过活动摄像头刷码结算，还可以通过后台进行结算，电动汽车的使用者也可以通过后台预先确定需要的充电方式，由后台给到STM32单片机以相应的充电方式控制充电过程。

本用于电动汽车的应急救援车充电管理系统相比现有的救援充电系统的工作过程为：上位机接收到有充电救援需求的电动汽车的救援请求，管理模块调用数据模块里的数据，确定当前最优的救援车并将业务需求发送给该救援车的控制处理模块；管理模块确定救援车后，导航模块根据管理模块的传来的数据为该救援车规划救援车导航路线，并根据摄像模块合格定位模块的发来的视频数据和救援车定位数据以一定间隔进行刷新救援车导航路线；救援车根据不断更新的救援车导航路线到达电动汽车的位置后，控制处理模块控制充电模块开始充电过程，并在结束充电后返回结算的相关数据到管理模块进行确认，管理模块再将数据存入数据模块。

本用于电动汽车的应急救援车充电管理系统相比现有的救援充电系统，除了救援车的驾驶过程和插入充电的动作之外，其余部分均可自动完成，能有效减少对人力物力的需求；通过充电模块，能兼容各种类型的电动车的充电电压、电流需求，避免了接入市电引起的电流电压不稳问题。对于后台来说，管理模块能用来实现多种类型的业务需求，导航模块结合不断更新的救援车定位数据也给到了管理模块同时规划多部救援车对不同的救援对象进行救援的数据基础，具有灵活调度的功能。

如图3所示，本实施例的调度方法包括步骤如下：

S1、上位机接收到多台电动汽车的定位数据、电动汽车参数数据和交易数据后，把这部分数据传送到管理模块；

S2、管理模块将电动汽车的定位数据、电动汽车参数数据和交易数据存入数据模块，然后进行统计整理，并提取定位信息发送到导航模块；

S3、管理模块通过上位机收集当前多台救援车的救援车定位数据、救援车状态数据、视频数据，从救援车状态数据中筛除当前正处于充电工作中、有车辆故障和油量存量与交易数据不匹配的救援车，得到空闲的救援车调度序列；管理模块将空闲的救援车定位数据和救援车状态数据传到导航模块中，导航模块将空闲救援车在其内置地图数据上的进行标注；

S4、导航模块在根据标注的信息，采用遗传算法在导航模块的内置地图数据上进行运算，得到当前多辆救援车的最优救援车导航路线的路径规划；得到救援车导航路线后，由管理模块通知每台救援车向其对应的电动汽车行驶；

S5、出发的救援车根据救援车导航路线开始向电动汽车的位置行驶；在行驶过程中以设定的时间间隔向管理模块回传救援车定位数据、视频数据、救援车状态数据，管理模块根据这部分数据判断是否需要重新调度救援车；

S51、若管理模块收到的视频数据没有出现指示救援车被堵塞道路、救援车状态数据没有出现指示救援车出现故障，则出发的救援车继续向电动汽车行驶，

S52、若管理模块收到的视频数据出现指示救援车被堵塞道路、救援车状态数据出现指示救援车出现故障，则管理模块即刻通知导航模块回到步骤S3重新做路径规划，然后根据新的救援车导航路线通知新的救援车向电动汽车行驶；

S6、救援车到达与其对应的电动汽车位置后，管理模块将这台救援车移出救援车调度序列。

本实施例的方法相比现有技术，不再单一的在救援车出发后就不再将其纳入调度管理，而是能根据道路情况和救援车的状态变化实时做出调整，能在救援车遭遇道路阻塞等意外情况时快速的以全部救援车为整体更改出当前的最优调度方案，实现不断优化调整救援车调度的功能，避免了现有技术只是在救援车出现故障后采用简单的重新发车策略造成的严重耗时问题。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于电动汽车的应急救援车充电管理系统，其特征在于，包括相互进行无线通信的救援车和后台；

所述后台包括上位机、管理模块、数据模块和导航模块；所述管理模块分别与所述上位机、数据模块和导航模块电性连接；上位机与救援车之间进行无线通信；

所述救援车包括下位机、定位模块、控制处理模块、充电模块和发电机；所述控制处理模块分别与所述下位机、定位模块、充电模块和发电机电性连接；下位机与上位机之间进行无线通信；

发电机与充电模块电性连接；

充电模块包括传感器组件、保护电路和调压整流电路；

所述保护电路与控制处理模块电性连接；所述调压整流电路分别与发电机和保护电路电性连接；

传感器组件分别与保护电路和调压整流电路电性连接；传感器组件用于采集调压整流电路对外充电过程的电压、电流和温湿度参数。

2.根据权利要求1所述用于电动汽车的应急救援车充电管理系统，其特征在于，调压整流电路与发电机和保护电路之间还设有继电器组合；所述继电器组合包括至少两个继电器，继电器组合分别与发电机、保护电路和调压整流电路电性连接。

3.根据权利要求1所述用于电动汽车的应急救援车充电管理系统，其特征在于，救援车还设有摄像模块，所述摄像模块与控制处理模块电性连接。

4.根据权利要求3所述用于电动汽车的应急救援车充电管理系统，其特征在于，摄像模块包括固定摄像头和移动摄像头，固定摄像头和移动摄像头分别与控制处理模块电性连接；所述固定摄像头用于拍摄救援车所处的道路状况。

5.根据权利要求1所述用于电动汽车的应急救援车充电管理系统，其特征在于，导航模块内置地图数据，用于执行救援车导航路线的规划。

6.根据权利要求1所述用于电动汽车的应急救援车充电管理系统，其特征在于，传感器组件包括电压传感器、电流传感器和温湿度传感器，所述电压传感器、电流传感器和温湿度传感器均分别与保护电路、调压整流电路电性连接。

7.根据权利要求1所述用于电动汽车的应急救援车充电管理系统，其特征在于，传感器组件与保护电路之间还设有模数转换器。

8.根据权利要求1所述用于电动汽车的应急救援车充电管理系统，其特征在于，定位模块为卫星定位器。

9.根据权利要求1所述用于电动汽车的应急救援车充电管理系统，其特征在于，上位机和下位机均为无线网关。

10.根据权利要求1-9任一项所述用于电动汽车的应急救援车充电管理系统的调度方法，其特征在于，包括步骤如下：

上位机接收到多台电动汽车的定位数据、电动汽车参数数据和交易数据并传送到管理模块；

管理模块将电动汽车的定位数据、电动汽车参数数据和交易数据存入数据模块，然后进行统计整理，并提取定位信息发送到导航模块；

管理模块通过上位机收集当前多台救援车的救援车定位数据、救援车状态数据、视频数据，从救援车状态数据中筛除当前正处于充电工作中、有车辆故障和油量存量与交易数据不匹配的救援车，得到空闲的救援车调度序列；管理模块将空闲的救援车定位数据和救援车状态数据传到导航模块中，导航模块将空闲救援车在其内置地图数据上的进行标注；

导航模块在根据标注的信息，采用遗传算法在导航模块的内置地图数据上进行运算，得到当前多辆救援车的最优救援车导航路线的路径规划；得到救援车导航路线后，由管理模块通知每台救援车向其对应电动汽车行驶；

出发的救援车根据救援车导航路线开始向电动汽车的位置行驶；在行驶过程中以设定的时间间隔向管理模块回传救援车定位数据、视频数据、救援车状态数据，管理模块判断是否需要重新调度救援车；若管理模块收到的视频数据没有出现指示救援车被堵塞道路、救援车状态数据没有出现指示救援车出现故障，则出发的救援车继续向电动汽车行驶，否则管理模块即刻通知导航模块重新做路径规划，然后根据新的救援车导航路线通知新的救援车向电动汽车行驶；

救援车到达对应的电动汽车位置后，管理模块将救援车移出救援车调度序列。

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