CN115695498A - 一种换电车辆和换电站的通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供了一种换电车辆和换电站的通信方法。所述方法包括当换电车辆到达第一预定位置时，建立站控系统与换电车辆的协议转换模块之间的通信；站控系统判断所述换电车辆是否具备换电条件且到达第二预定位置，向协议转换模块发送解锁指令；协议转换模块将解锁指令协议转换后发送至中控系统，控制执行机构执行解锁操作，生成解锁成功信号发送至站控系统；站控系统启动换电机器人执行换电作业；当换电作业完成后，发送上锁指令至协议转换模块进行协议转换，将转换后的指令发送中控系统，执行上锁操作，生成上锁成功信号，断开协议转换模块与站控系统之间的通信。以此方式，可以使换电站自动化程度更高，稳定性更好，换电成功率更高。

Description

一种换电车辆和换电站的通信方法

技术领域

本发明一般涉及车辆换电领域，并且更具体地，涉及一种换电车辆和换电站的通信方法。

背景技术

随着新能源汽车行业蓬勃发展，电动卡车方兴未艾，但电动卡车电机功率大，能耗大，电池容量大，充电时间长，目前普遍采用换电模式，提高卡车利用率。

目前换电车辆和换电站之间有几种交互模式，第一种：车辆和换电站分别处于两个独立的通讯系统；第二种：车辆安装4G路由器，通过无线4G网络与换电站的车辆管理平台交互。

第一种交互模式，没有通讯信息交互，所有需要配合的动作均为人工喊话确认，此方式全靠人工确认，效率低，交互困难，出错率高。第二种交互模式，中间环节多，完全依赖于外网，在一些偏远地区，网络信号比较差的地方，延时比较严重，甚至没有信号，造成换电工作无法执行。

发明内容

根据本发明的实施例，提供了一种换电车辆和换电站的通信方法。本方法解决换电车辆换电过程中存在的通讯以及信息交互问题，使换电站自动化程度更高，稳定性更好，换电成功率更高。

该方法包括：

当换电车辆到达第一预定位置时，换电站的站控系统获取所述换电车辆的车辆ID，核对所述车辆ID是否正确，若正确，则所述换电站建立站控系统与所述换电车辆的CAN-WIFI协议转换模块之间的通信；

所述站控系统获取所述换电车辆的换电状态，判断所述换电车辆是否具备换电条件且到达第二预定位置，若是，则向所述换电车辆的CAN-WIFI协议转换模块发送解锁指令；否则，向所述换电车辆发送错误信号；

所述CAN-WIFI协议转换模块到接收所述解锁指令后进行协议转换，将转换后的指令发送至中控系统，所述中控系统根据所述解锁指令控制执行机构执行解锁操作，并在解锁成功后生成解锁成功信号，通过所述CAN-WIFI协议转换模块发送至所述站控系统；

所述站控系统响应于所述解锁成功信号，启动换电机器人执行换电作业；当换电作业完成后，发送上锁指令至所述CAN-WIFI协议转换模块；

所述CAN-WIFI协议转换模块收到所述上锁指令后进行协议转换，将转换后的指令发送所述中控系统，所述中控系统控制执行机构执行上锁操作，并在上锁成功后生成上锁成功信号，发送至所述CAN-WIFI协议转换模块，断开所述CAN-WIFI协议转换模块与所述站控系统之间的通信。

进一步地，所述第一预定位置为所述换电站的站控系统信号覆盖的范围。

进一步地，所述换电站的站控系统获取所述换电车辆的车辆ID，包括：

所述换电站通过RFID扫码设备对所述换电车辆的RFID卡进行扫描，读取所述换电车辆的车牌信息和车架号信息。

进一步地，所述换电条件，包括：

所述换电车辆的挡位处于空挡状态，且

所述换电车辆的手刹处于锁紧状态，且

所述换电车辆处于非高压状态。

进一步地，所述第二预定位置为预设的换电区域，所述换电区域为换电机器人能够对所述换电车辆执行换电作业的区域。

进一步地，在所述CAN-WIFI协议转换模块和所述站控系统之间建立通信后，通信双方按照预设的间隔发送心跳包，判断是否在预设时间内接收到对方的心跳反馈信号，若是，则通信正常，否则视为通信中断。

进一步地，当视为通信中断时，若所述换电车辆正在执行换电作业，则立即停止换电作业。

应当理解，发明内容部分中所描述的内容并非旨在限定本发明的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。

附图说明

结合附图并参考以下详细说明，本发明各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素，其中：

图1示出了根据本发明的实施例的换电车辆和换电站的通信方法的流程图；

图2示出了根据本发明的实施例的CAN-WIFI协议转换模块的结构示意图；

其中，1为CAN总线接口、2为电源接口、3为RJ45接口、4为外置WIFI天线接口、5为电源跨接线、6为LAN信号线。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的全部其他实施例，都属于本发明保护的范围。

另外，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

图1示出了本发明实施例的换电车辆和换电站的通信方法的流程图。

该方法包括：

S101、当换电车辆到达第一预定位置时，换电站的站控系统获取所述换电车辆的车辆ID，核对所述车辆ID是否正确，若正确，则所述换电站建立站控系统与所述换电车辆的CAN-WIFI协议转换模块之间的通信。

在本实施例中，所述换电车辆为换电卡车，换电卡车具有电机功率大、能耗大、电池容量大、充电时间长的特点。

在本实施例中，所述第一预定位置为换电站的站控系统信号覆盖的范围。换电站设置站控系统，所述站控系统用于与换电车辆之间进行通信。例如，所述换电站及其周围方圆2米范围为站控系统信号能够覆盖到的范围，则把该范围作为第一预定位置。若有换电车辆驶入该范围内时，所述换电站的站控系统能够获取到该换电车辆的车辆ID。

在本实施例中，所述换电站的站控系统获取所述换电车辆的车辆ID，包括：所述换电站通过RFID扫码设备对所述换电车辆的RFID卡进行扫描，读取所述换电车辆的车牌信息和车架号信息。

在本实施例中，所述换电站建立站控系统与所述换电车辆的CAN-WIFI协议转换模块之间的通信，包括：换电车辆的CAN-WIFI协议转换模块与站控系统之间进行发送握手信号，经过三次握手后，建立通信信道，使信号能够通过通信信道进行传输。

作为本发明的一种实施例，在所述CAN-WIFI协议转换模块和所述站控系统之间建立通信后，通信双方按照预设的间隔发送心跳包，判断是否在预设时间内接收到对方的心跳反馈信号，若是，则通信正常，否则视为当前通信中断。当视为通信中断时，若所述换电车辆正在执行换电作业，则立即停止换电作业。

在本实施例中，预设的间隔可以设置为1秒、2秒等，预设时间可以设置为0.5秒、1秒等；在一些实施例中，可以具体设置未在预设时间内接收到对方的心跳反馈信号的次数，例如3次，即当连续3次未在预设时间内接收到对方的心跳反馈信号，则视为通信中断。

S102、所述站控系统获取所述换电车辆的换电状态，判断所述换电车辆是否具备换电条件且到达第二预定位置，若是，则向所述换电车辆的CAN-WIFI协议转换模块发送解锁指令；否则，向所述换电车辆发送错误信号。

在本实施例中，换电状态包括允许换电、不允许换电等。其中，若所述换电车辆具备换电条件且达到第二预定位置，则换电车辆的换电状态为允许换电；若所述换电车辆不具备换电条件和/或未达到第二预定位置，则换电车辆的换电状态为不允许换电。

在本实施例中，所述换电条件为同时满足下述条件：

所述换电车辆的挡位处于空挡状态；

所述换电车辆的手刹处于锁紧状态；

所述换电车辆处于非高压状态。电动卡车分动力供电和控制供电两部分，非高压状态是指车辆断开动力供电的状态。

所述换电车辆的中控系统根据所述换电车辆的上述条件的满足情况生成对应的换电状态。

在本实施例中，第二预定位置为预设的换电区域，所述换电区域为换电机器人能够对所述换电车辆执行换电作业的区域。例如，换电机器人具有设定的换电范围，超出换电范围，则无法执行换电作业，故换电车辆需要在换电范围内，换电机器人才能执行换电作业。

S103、所述CAN-WIFI协议转换模块到接收所述解锁指令后进行协议转换，将转换后的指令发送至中控系统，所述中控系统根据所述解锁指令控制执行机构执行解锁操作，并在解锁成功后生成解锁成功信号，通过所述CAN-WIFI协议转换模块发送至所述站控系统。

在本实施例中，CAN-WIFI协议转换模块的结构如图2所示，包括CAN-LAN转接板和LAN-WIFI转接板两部分。CAN-LAN转接板设置CAN总线接口，用于连接换电车辆的CAN总线。LAN-WIFI转接板上设置电源接口，用于接换电车辆24V电源；LAN-WIFI转接板上设置RJ45接口，用于调试接口；LAN-WIFI转接板上设置外置WIFI天线接口。CAN-LAN转接板和LAN-WIFI转接板通过电源跨接线连接，由LAN-WIFI转接板通过电源跨接线向CAN-LAN转接板供电。CAN-LAN转接板和LAN-WIFI转接板还通过LAN信号线连接，由CAN-LAN转接板向LAN-WIFI转接板发送LAN信号。

在本实施例中，所述CAN-LAN转接板的系统处理器选择的是意法半导体公司的STM32F103系列，CAN收发器选择的是Philips公司的TJA1050，最高速率1M波特，与CAN总线速率相适应。隔离器选择的是ADI公司的ADuM1201，能够适应强干扰环境。网卡是DAVICOM公司的DM9000AEP，比常用的RTL8019AS更方便实用。TCP/IP协议栈选择的是由瑞典计算机科学学院的Adam Dunkels开发的uIP协议栈。LAN-WIFI转接板的CPU选用AMCC公司的高性能Power 464FP内核网络处理器APM82181以太网交换机芯片选用Vitesse的VSC7395芯片，采用Atheros公司的AR9390芯片作为本产品的WiFi MAC，基带与射频模块。

在本实施例中，对于CAN-LAN部分，CAN总线没有主从之分，但规定转换接口为主机。主机把从CAN总线获取的数据转存到uIP协议栈的缓存中，由uIP的定时器定时发送至PC机。这个过程从CAN通信软件的角度上来说属于传输层之间的通信，而从TCP/IP协议栈的角度上来说，转存的数据到达了TCP/IP协议的应用层，然后逐层调用，传输至链路层。

在本实施例中，uIP实现了简单的TCP/IP协议栈。简单说来，当它在与PC机进行通信时，数据被送入协议栈中，然后逐个通过每一层直到被当作一串比特流送入网络。其中每一层对收到的数据都要增加一些首部信息(有时还要增加尾部信息)。同时uIP可以看作是一个代码库为系统提供确定的函数。uIP主要提供了三个函数到系统底层：uip_init()，uip_input()，和uip_periodic()。其与应用程序的主要接口是UIP_APPCALL()。应用程序必须提供一个回应函数给uIP。当网络或定时事件发生时，调用回应函数。将应用层入口程序作为接口提供给uIP协议栈，并将这个函数宏定义为UIP_APPCALL()。这样，uIP在接收到底层传来的数据包后，在需要送到上层应用程序处理的地方，调用UIP_APPCALL()。在不用修改协议栈的情况下可以适用于不同的应用程序。最上边是用户编写的应用程序，宏定义为UIP_APPCALL()。uIP协议栈在运行的时候，往上会自动调用用户编写的应用程序，往下会调用网络设备驱动程序。网络设备驱动具体是指DM9000AEP的驱动程序。

uIP的应用层Protosocket库对uIP协议栈提供类似传统BSD套接字的接口。

系统主要是MCU与CAN节点的通信，MCU完成数据的转存和MCU与LAN网络的通信。其中设计的重点在MCU与CAN节点和LAN网络的通信。

程序的编写采用ST公司的库函数实现，测试时使从机发送数据，主机接收到后将数据返回至从机，从机将发送和接收到的数据显示出来。

从机每次发送的数据自增1，在接收时通过CAN过滤器过滤，通过ID号来识别。为了主程序的简洁和程序的健壮，数据的发送和接收都放在中断中进行。在CAN接收中断之后，首先将数据存至FIFO中，然后判断帧ID、帧格式和数据长度是否是所要进行通信的节点。如果不是，则对此帧数据不做处理；如果是，则将数据存放至全局变量中，并设置标志位以便被其他文件调用。

在一些实施例中，在实现了MCU与两端的通信之后，要做的就是将从CAN总线获得的数据转存到uIP协议栈的缓存中。具体做法是在CAN接收中断中将数据复制到全局变量send_dataup中，并置位标志位Slave_Master。在uIP应用程序中检测到该标志位置位后，用PSOCK_SEND()函数将数据发送至PC机，并清零此标志位。由此完成对数据的转存。

在本实施例中，对于LAN-WIFI部分，CPU选用AMCC公司的高性能Power 464FP内核网络处理器APM82181，该芯片的工作主频最高为1GHz。通过APM82181自身的RGMII接口可以挂接千兆以太网交换机芯片，实现两个千兆以太网口。APM82181只有一个PCI-e接口，可同时挂接2.4GHz，5GHz频段。以太网交换机芯片选用专业千兆以太网芯片公司Vitesse的VSC7395芯片，其基本特征如下：具有5+1个千兆以太网接口；符合IEEE802.3(10Base-T，100Base-T，1000Base-T)标准；具有RGMII/GMII接口；支持各种速率下的Jumbo Frame；支持VLAN；可在-40～100℃温度范围内正常工作。

在本实施例中，采用Atheros公司的AR9390芯片作为本产品的WiFi MAC，基带与射频模块。AR9390是WiFi行业为数不多的工业级高性能MAC/BB/Radio芯片，它具有Mini PCI-e接口，可以与PCI-e Switch进行通信。AR9390的基本特征如下：支持IEEE 802.11a/b/g/n；具有3×3MIMO射频链路架构，大大提高了吞吐量；物理层最高速率可达到450Mbps；具有PCI-e接口；支持20MHz与40MHz信道带宽；动态发射功率控制回路，可以大大提高射频稳定性；可在-40～115℃温度范围内正常工作。Atheros AR9390内部集成了MAC，基带处理器，模数/数模转换器，3x3 MIMO射频收发器，PCI-e接口，并具有较低的功耗。

在本实施例中，通过AR9390模块的全频率信号的特点，而且支持5/10M带宽的特点，将信号调制在5G频段192(4960MHZ)和196频段(4980MHZ)之间的4970MHZ，使信号偏离正常信道，并在发射和接收端设置信号隐藏操作，使常规设备无法接收到本装置的信号，有专业技术人员通过专业设备读取到该信号，因数据使用特殊机制的动态加密算法加密，使密码有效时间非常短，来不及破解密码，密码已经失效。从而有效地保护数据传输的安全。另外，通过精确的发射功率限制，使该设备只在非常小的范围里有效。进一步保证了数据的安全和有效的避免多台车辆的数据干扰。

在本实施例中，所述协议转换过程，包括：

当协议转换模块接收到解锁指令时，车辆CAN总线的通讯数据，转存到uIP协议栈，由CAN-LAN部分的CPU将协议栈中数据进行加密处理，加密数据传输至协议应用层，再调用到链路层，由DM9000AEP将链路层数据由LAN口发出，LAN-WIFI模块的APM82121芯片的RGMII接口接到数据，通过该芯片的PCI-e接口连接VSC7935以太网芯片，以太网信号通过AR9390射频芯片发出WIFI信号。

S104、所述站控系统响应于所述解锁成功信号，启动换电机器人执行换电作业；当换电作业完成后，发送上锁指令至所述CAN-WIFI协议转换模块。

当换电作业完成时，换电机器人向所述站控系统反馈换电完成信号，站控系统根据所述换电完成信号生成上锁指令，发送至所述换电车辆的CAN-WIFI协议转换模块。

S105、所述CAN-WIFI协议转换模块收到所述上锁指令后进行协议转换，将转换后的指令发送所述中控系统，所述中控系统控制执行机构执行上锁操作，并在上锁成功后生成上锁成功信号，发送至所述CAN-WIFI协议转换模块，断开所述CAN-WIFI协议转换模块与所述站控系统之间的通信。

在本实施例中，所述协议转换过程包括：

当协议转换模块接收到上锁指令时，车辆CAN总线的通讯数据，转存到uIP协议栈，由CAN-LAN部分的CPU将协议栈中数据进行加密处理，加密数据传输至协议应用层，再调用到链路层，由DM9000AEP将链路层数据由LAN口发出，LAN-WIFI模块的APM82121芯片的RGMII接口接到数据，通过该芯片的PCI-e接口连接VSC7935以太网芯片，以太网信号通过AR9390射频芯片发出WIFI信号。

在本实施例中，所述执行机构例如换电车辆上的电池锁止机构，上锁和解锁，是指的对换电车辆上的电池锁止机构的操作，该执行机构在换电车辆上，以气动或者液压的形式，对电动卡车的动力电池进行锁止固定，防止动力电池在车辆行驶过程中产生位移或者倾覆，车辆进入换电站并和换电站地面系统建立通讯联系，经换电站确认车辆合法后，有地面站控系统发出解锁指令，该指令通过CAN-WIFI协议转换模块，传输到车辆控制系统，车辆控制系统收到该条指令，操作启动或者液压泵阀，执行锁止机构解锁操作。所有锁止机构的开锁到位信号正确后，车辆即认为该车辆电池锁止装置已经解锁，并反馈解锁成功信息，反馈的信息通过CAN-WIFI协议转换模块，发送给地面站控系统。

换电完成后，站控系统发出上锁指令，该指令通过CAN-WIFI协议转换模块，传输到车辆控制系统，车辆控制系统收到该条指令，操作启动或者液压泵阀，执行锁止机构解锁操作。所有锁止机构的上锁到位信号正确后，车辆即认为该车辆电池锁止装置已经上锁，并反馈上锁成功信息，反馈的信息通过CAN-WIFI协议转换模块，发送给地面站控系统。地面站控系统收到该反馈后，完成换电流程，并以声光播报的形式，通知车辆驶离。

根据本发明的实施例，解决换电车辆换电过程中存在的通讯以及信息交互问题，使换电站自动化程度更高，稳定性更好，换电成功率更高。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于可选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (7)

1.一种换电车辆和换电站的通信方法，其特征在于，包括：

当换电车辆到达第一预定位置时，换电站的站控系统获取所述换电车辆的车辆ID，核对所述车辆ID是否正确，若正确，则所述换电站建立站控系统与所述换电车辆的CAN-WIFI协议转换模块之间的通信；

所述站控系统获取所述换电车辆的换电状态，判断所述换电车辆是否具备换电条件且到达第二预定位置，若是，则向所述换电车辆的CAN-WIFI协议转换模块发送解锁指令；否则，向所述换电车辆发送错误信号；

所述CAN-WIFI协议转换模块到接收所述解锁指令后进行协议转换，将转换后的指令发送至中控系统，所述中控系统根据所述解锁指令控制执行机构执行解锁操作，并在解锁成功后生成解锁成功信号，通过所述CAN-WIFI协议转换模块发送至所述站控系统；

所述站控系统响应于所述解锁成功信号，启动换电机器人执行换电作业；当换电作业完成后，发送上锁指令至所述CAN-WIFI协议转换模块；

所述CAN-WIFI协议转换模块收到所述上锁指令后进行协议转换，将转换后的指令发送所述中控系统，所述中控系统控制执行机构执行上锁操作，并在上锁成功后生成上锁成功信号，发送至所述CAN-WIFI协议转换模块，断开所述CAN-WIFI协议转换模块与所述站控系统之间的通信。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一预定位置为所述换电站的站控系统信号覆盖的范围。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述换电站的站控系统获取所述换电车辆的车辆ID，包括：

所述换电站通过RFID扫码设备对所述换电车辆的RFID卡进行扫描，读取所述换电车辆的车牌信息和车架号信息。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述换电条件，包括：

所述换电车辆的挡位处于空挡状态，且

所述换电车辆的手刹处于锁紧状态，且

所述换电车辆处于非高压状态。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二预定位置为预设的换电区域，所述换电区域为换电机器人能够对所述换电车辆执行换电作业的区域。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述CAN-WIFI协议转换模块和所述站控系统之间建立通信后，通信双方按照预设的间隔发送心跳包，判断是否在预设时间内接收到对方的心跳反馈信号，若是，则通信正常，否则视为通信中断。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，当视为通信中断时，若所述换电车辆正在执行换电作业，则立即停止换电作业。

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