CN116409201A - 一种用于重卡换电的自动定位方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于重卡换电的自动定位方法及系统，用于在重卡需要在换电站进行换电时对其进行自动定位，其中，所述重卡配置有UWB标签，所述换电站的每个换电区域配置有UWB基站，所述方法包括：S1、换电区域的UWB基站连接进入其区域内的待换电车辆上UWB标签，并采用UWB系统计算待换电车辆的位置；S2、根据待换电车辆的位置、待换电车辆型号计算待换电车辆的电池位置；S3、判断待换电车辆的电池位置与换电站对电池的位置要求之间的误差，并在误差大于预设阈值时启动车辆自动驾驶功能对车辆进行移动直至待换电车辆的电池位置满足换电站对电池的位置要求。

Description

一种用于重卡换电的自动定位方法及系统

技术领域

本发明涉及新能源汽车领域，具体来说，涉及新能源汽车的换电控制领域，更具体地说，涉及一种用于重卡换电的自动定位方法及系统。

背景技术

随着新能源技术的发展，越来越多的新能源汽车逐渐替代传统油耗车被应用于各行各业，例如大量的新能源重卡被投入运输使用。对于新能源重卡的应用，不得不提到一个换电的问题，重卡在行驶过程中，为了保证续行，在电池快要耗尽时需要在换电站进行换电操作以更换新的电池保证后续行驶，在换电站进行换电操作时，需要把重卡行驶到换电区域以方便换电站架载机的操作实现对重卡上的电池的更换。

架载机对重卡的停放位置要求较高，需要重卡的停放位置与其要求位置之间的误差在10厘米以内才能更好实现换电控制。现有技术下，一般采用重卡上配置的RFID标签来进行定位识别，并通过司机的人工操作来将车停到准确的换电位置上后再进行自主换电，但是这样的方式无法实现车辆的准确定位，而且人工操作浪费大量的换电时间，不利于提高自主换电的工作效率。

发明内容

为了解决上述技术缺陷之一，本申请提供了一种用于重卡换电的自动定位方法及系统。

根据本发明的第一方面，提供一种用于重卡换电的自动定位方法，用于在重卡需要在换电站进行换电时对其进行自动定位，其中，所述重卡配置有UWB标签，所述换电站的每个换电区域配置有UWB基站，所述方法包括：S1、换电区域的UWB基站连接进入其区域内的待换电车辆上UWB标签，并采用UWB系统计算待换电车辆的位置；S2、根据待换电车辆的位置、待换电车辆型号计算待换电车辆的电池位置；S3、判断待换电车辆的电池位置与换电站对电池的位置要求之间的误差，并在误差大于预设阈值时启动车辆自动驾驶功能对车辆进行移动直至待换电车辆的电池位置满足换电站对电池的位置要求。

优选的，所述重卡至少在头部和尾部配置有UWB标签。

在本发明的一些实施例中，所述预设阈值为10厘米。

所述换电站对电池的位置要求是指换电站操控换电的设备对电池进行换电操作的准确位置。

根据本发明的第二方面，提供一种用于重卡换电的自动定位系统，所述系统包括：多个UWB标签，其被配置在各个待换电车辆的头部和尾部，用于指示车辆位置；UWB基站，其被配置在换电站的换电区域，用于与车辆上的UWB标签连接以获取待换电车辆位置；定位控制系统，用于根据UWB基站获取的待换电车辆位置计算车辆上的电池位置，并判断待换电车辆的电池位置与换电站对电池的位置要求之间的误差，并在误差大于预设阈值时启动车辆自动驾驶功能对车辆进行移动直至待换电车辆的电池位置满足换电站对电池的位置要求。

根据本发明的第三方面，提供一种重卡换电方法，所述方法包括：T1、采用如本发明第一方面的方法将需要换电的重卡定位在换电站换电区域指定的位置；T2、对定位好的重卡进行换电操作。

优选的，还包括：

在对定位好的重卡进行换电操作期间，实时监测重卡车辆是否被用户拨动至ON档；

当监测到重卡车辆被用户拨动至ON档时，所述重卡车辆的整车控制器被唤醒，唤醒后的整车控制器向电池管理系统发送自检指令；

所述电池管理系统根据所述自检指令，获取当前系统状态模式；

当所述当前系统状态模式为换电中系统状态模式时，所述电池管理系统向所述整车控制器发送自检异常报文，使所述整车控制器根据所述自检异常报文终止当前车辆的上电流程。

优选的，当所述当前系统状态模式为换电中系统状态模式时，所述电池管理系统向所述整车控制器发送自检异常报文，使所述整车控制器根据所述自检异常报文终止当前车辆的上电流程包括：

当所述当前系统状态模式为换电中系统状态模式时，所述电池管理系统生成包含故障原因为电池换电中的自检异常报文，并将所述包含故障原因为电池换电中的自检异常报文发送给所述整车控制器；

所述整车控制器根据所述包含故障原因为电池换电中的自检异常报文终止当前车辆的上电流程。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为根据本发明实施例的重卡换电定位操作示意图；

图2为根据本发明实施例的已完成定位的重卡换电示意图；

图3位根据本发明实施例的已完成换电的重卡示意图；

图4是本发明实施例提供的一种换电搜索方法的流程图；

图5是本发明实施例提供的一种换电搜索方法的流程图；

图6是本发明实施例提供的圆形转成多边形两种方式的示意图；

图7是本发明实施例提供的换电搜索系统的示意图；

图8是本发明提供的一种换电鉴权方法的流程图；

图9是本发明提供的一种换电鉴权方法的详细流程图；

图10是本发明提供的一种换电过程中的安全保护方法的流程图；

图11是本发明提供的安全换电过程流程图；

图12是本发明提供的换电过程中的安全保护方法的具体流程图。

具体实施方式

为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如背景技术介绍的，现阶段重卡换电业务对重卡的停放位置要求比较苛刻，需要停放位置误差在10cm以内来适配外部的车牌识别，且由于现有技术采用的RFID识别技术和换电站架载机的对电池位置的高精度要求，使得很多老司机都需要很多次才能把车停到准确的位置上，浪费了大量的换电时间。

针对该问题，发明提供一种能够给重卡换电进行准确定位的方案，简单来说，本发明使用UWB精准定位(厘米级定位)的方案来对重卡进行自动定位实现换电。如图1-3所示，换电车辆进入到换电区域后，车辆的头部和尾部的UWB标签会和站上的四个UWB基站进行连接，基站会精准计算车辆的位置，通过站控系统来指挥车辆的自动驾驶行驶到制定位置后，进行自主换电。换完电后通过整套UWB定位系统进行指引车辆离开换电站。

本实施例在重卡换电定位之前，还包括换电站搜索重卡(电动车辆)的处理步骤，如图4-7所示，具体如下：

图4是本发明提供的一种换电搜索方法的流程图，如图4所示，包括：

步骤S1001：云平台接收换电站发送的包含换电站ID和搜索距离范围信息的换电搜索请求，并根据所述搜索请求中的换电站ID，从换电站数据库中获取所述换电站信息；

步骤S1002：所述云平台根据所述换电站信息和所述搜索距离范围信息，从电动车辆数据库中获取多个电动车辆信息；

步骤S1003：所述云平台根据每个电动车辆信息，生成对应的换电服务信息，并将所述换电服务信息发送给每个电动车辆终端。

所述换电服务信息包含换电站信息，在所述每个电动车辆终端接收到包含换电站信息的所述换电服务信息后，根据所述电动车辆信息和所述换电站信息向所述换电站发送应答服务请求或拒绝服务请求。

本发明实施例还包括：当所述换电站接收到电动车辆终端发送的拒绝服务请求后，所述换电站获取所述电动车辆终端对应的电动车辆信息，并通过无线通信将所述电动车辆终端对应的电动车辆信息发送给其周围其他换电站，使所述其他换电站向所述电动车辆终端发送包含换电站信息的换电服务信息，使所述电动车辆终端接收到包含换电站信息的所述换电服务信息后，根据所述电动车辆信息和所述换电站信息向所述换电站发送应答服务请求或拒绝服务请求；或者，当所述换电站接收到电动车辆终端发送的拒绝服务请求后，所述换电站获取所述电动车辆终端对应的电动车辆信息，并通过无线通信获取其周围其他换电站的换电站信息，并将所述其他换电站的换电站信息发送给所述电动车辆终端，使所述电动车辆终端根据所述电动车辆信息和所述换电站信息向所述换电站发送应答服务请求或拒绝服务请求。

本发明实施例还包括：所述每个换电站周期性向距离范围内的电动车辆终端广播其换电站信息，使接收到所述换电站信息的电动车辆终端根据所述电动车辆信息和所述换电站信息向所述换电站发送应答服务请求或拒绝服务请求。

此外，需要指出的是，所述云平台是指某个地理位置范围内所相对应的云平台，当电动车辆移动到其他地理位置范围内时，将自动从当前云平台切换到其他云平台上进行数据管理，从而解决云平台数据量大的技术问题。

具体地说，所述换电站数据库包括换电站ID和换电站信息，其中，所述换电站信息包含换电站地理位置、电池总数量、当前每个电池电量、当前可用电池数量、当前电动车辆换电时间、为每个电动车辆换电的换电总时间、当前待换电的电动车辆数量；所述电动车辆数据库包含电动车辆终端信息和电动车辆信息，其中，所述电动车辆信息包括编号信息、车牌照信息、当前地理位置信息、当前电量信息。

本发明实施例还包括：所述电动车辆终端实时获取电动车辆信息，并将所述电动车辆信息周期性发送至所述云平台，使所述云平台周期性更新所述电动车辆终端对应的电动车辆信息；所述换电站实时获取换电站信息，并将所述换电站ID和所述换电站信息周期性发送至所述云平台，使所述云平台实时更新所述换电站ID对应的换电站信息。

具体地说，所述云平台根据所述换电站信息和所述搜索距离范围信息，从电动车辆数据库中获取多个电动车辆信息包括：所述云平台根据所述换电站信息中的换电站地理位置和所述搜索距离范围信息，确定电动车辆搜索地理位置区域范围；所述云平台根据所述电动车辆搜索地理位置区域范围，从电动车辆数据库中查询符合所述电动车辆搜索区域内的多个电动车辆，并从电动车辆数据库中获取符合所述电动车辆搜索区域内的每个电动车辆的电动车辆信息。

进一步地，所述云平台根据所述电动车辆搜索地理位置区域范围，从电动车辆数据库中查询符合所述电动车辆搜索区域内的多个电动车辆包括：所述云平台将所述换电站信息中的换电站地理位置转换成由M个字母组成的hash值数据，并根据所述搜索距离范围信息，从所述hash值数据的M个字母中提取前N个字母，得到由N个字母组成的hash值数据；所述云平台根据用户配置的搜索精度，确定搜索区域的多边形形状，并将所述电动车辆搜索地理位置区域范围转换成所述多边形形状的搜索地理位置区域范围；所述云平台根据所述由N个字母组成的hash值数据和所述多边形形状的搜索地理位置区域范围，从所述电动车辆数据库中查询符合在所述多边形形状的搜索地理位置区域范围的多个电动车辆；其中，所述M、N均为正整数，且M大于或等于N。

具体地说，所述云平台根据每个电动车辆信息，生成对应的换电服务信息，并将所述换电服务信息发送给每个电动车辆终端包括：根据每个电动车辆信息中的当前电量信息，确定所述电动车辆的电量级别；所述云平台根据所述电动车辆的电量级别生成对应的换电服务信息，并将所述换电服务信息发送给所述电动车辆终端。其中，所述云平台根据所述电动车辆的电量级别生成对应的换电服务信息包括：当所述电动车辆的电量级别为高电量级别时，所述云平台根据所述电动车辆的当前电量信息，估算所述电动车辆当前可行驶距离范围，并根据所述电动车辆当前可行驶距离范围和所述电动车辆当前地理位置信息，搜索对应的换电站信息，并将所述换电站信息发送给所述电动车辆；当所述电动车辆的电量级别为低电量级别时，所述云平台根据所述电动车辆当前地理位置信息和所述电动车辆当前可行驶距离，搜索距离所述电动车辆最近地理位置的换电站信息，并将所述换电站信息发送给所述电动车辆。

本实施例本实施例在重卡换电定位之前，还包括重卡(电动车辆)搜索换电站的处理步骤，具体如下：

图5是本发明实施例二提供的一种换电搜索方法的流程图，如图5所示，包括：

步骤S2001：云平台接收并根据电动车辆终端发送的包含搜索距离范围信息的换电搜索请求，从电动车辆数据库中获取与所述电动车辆终端对应的电动车辆信息；

步骤S2002：所述云平台根据所述电动车辆终端对应的电动车辆信息和所述搜索距离范围信息，从换电站数据库中获取多个换电站信息，并将所述多个换电站信息发送给所述电动车辆终端；

步骤S2003：所述电动车辆终端根据用户从所述多个换电站信息中选取的换电站信息，生成对应的换电服务信息，并将所述换电服务信息发送给所选取的换电站。

具体地说，所述换电站数据库包括换电站ID和换电站信息，其中，所述换电站信息包含换电站地理位置、电池总数量、当前每个电池电量、当前可用电池数量、当前电动车辆换电时间、为每个电动车辆换电的换电总时间、当前待换电的电动车辆数量；所述电动车辆数据库包含电动车辆终端信息和电动车辆信息，其中，所述电动车辆信息包括编号信息、车牌照信息、当前地理位置信息、当前电量信息。

本发明实施例还包括：所述电动车辆终端实时获取电动车辆信息，并将所述电动车辆信息周期性发送至所述云平台，使所述云平台周期性更新所述电动车辆终端对应的电动车辆信息；所述换电站实时获取换电站信息，并将所述换电站ID和所述换电站信息周期性发送至所述云平台，使所述云平台实时更新所述换电站ID对应的换电站信息。

具体地说，所述云平台根据所述电动车辆终端对应的电动车辆信息和所述搜索距离范围信息，从换电站数据库中获取多个换电站信息包括：所述云平台根据所述电动车辆信息中的当前地理位置信息和所述搜索距离范围信息，确定换电站搜索地理位置区域范围；所述云平台根据所述换电站搜索地理位置区域范围，从换电站数据库中查询符合所述换电站搜索区域内的多个换电站，并从换电站数据库中获取符合所述换电站搜索区域内的每个换电站的换电站信息。

更进一步地，所述云平台根据所述换电站搜索地理位置区域范围，从换电站数据库中查询符合所述换电站搜索区域内的多个换电站包括：所述云平台将所述电动车辆的当前地理位置信息转换成由M个字母组成的hash值数据，并根据所述搜索距离范围信息，从所述hash值数据的M个字母中提取前N个字母，得到由N个字母组成的hash值数据；所述云平台根据用户配置的搜索精度，确定搜索区域的多边形形状，并将所述换电站搜索地理位置区域范围转换成所述多边形形状的搜索地理位置区域范围；所述云平台根据所述由N个字母组成的hash值数据和所述多边形形状的搜索地理位置区域范围，从所述换电站数据库中查询符合在所述多边形形状的搜索地理位置区域范围的多个换电站；其中，所述M、N均为正整数，且M大于或等于N。

在每个电动车辆(重卡)上安装的工具箱(Tbox)会实时将车辆地理位置与车辆剩余电量推送到指定平台(云平台)上,平台处理并保存地理位置与电量信息；换电站与充电桩的编号与经纬度信息也会处理并保存到服务中。

司机搜索换电站，直接给出距离范围可快速搜索出换电站信息；换电站距离范围可快速查到附近车辆的信息。

司机查看车辆电量较低时(<30％)搜索换电站(用车辆当前地理位置)或换电站每隔10分钟定时搜索车辆(用换电站地理位置)。将地理位置(经度:longitude；纬度:latitude)二维数据转成一维数据(hash值)保存,用于快速搜索，搜索时将圆形转成多边形便于搜索。

换电站搜索到附近车辆信息后，根据车辆电量、实际距离，结合当前换电站的可用电量信息，可定出发送给司机的具体内容。

一、将换电站地理位置或电动车辆地理位置转成hash值

地理位置的经度(longitude)，纬度(latitude)，根据二分法方式，转化成两个二进制数，然后将两个二进制数合成一个；最后每三位二进制数合成一个字母形成一个hash值。例如东方明珠，经度：121.49491，纬度：31.24169；转成二进制分别为(11010110011001010111，10101100011011101100)；经纬度交叉(经度放在奇数位，纬度放在偶数位)合成一体为1110011001111000001111000111011001111010；合成hash值(由左向右，每三位为一体合成一个英文字母)hbeheahedfehfa。

司机搜索换电站是根据范围距离以及司机当前位置转成的hash值从数据库(自己创建的包含车辆信息、换电站、司机信息、车辆与司机对应关系)初步匹配到满足条件换电站信息。例如：司机从东方明珠搜索距离5KM内的换电站信息，司机当前经纬度对应的hash值是hbeheahedfehfa，根据表1：关键精度数据表可知，只要前8位字母匹配即可(司机前8位是hbeheahe)；根据这八位的hash从数据库中查询匹配hbeheahe*(*：不限制长度的任意值)的数据。

表1：关键精度的数据表

字母个数	对应覆盖的长度(km)
		4	105-320
5	41-104
		6	6-40
8	0.3-5
		11	0-0.2

二，将搜索范围从圆形转成多边形

根据hash快速搜索到的换电站信息，有部分是不准确的(超出范围)。一般是使用圆形(圆内的是准确的)，但圆形在数据库中无法进行走索引这样速度会很慢，就考虑转成多边形，便于在数据库中查询。

根据多边形对应x轴与y轴最小最大值，对比地理位置点是否满足x∈[X1，X2]并且y∈[Y1,Y2]即可。

多边形边数计算方式，下面分析。

圆形转成多边形两种方式：

变量说明如表2所示

表2：变量说明

下面都以四分之一圆(扇形)进行说明

2.1内切多边形，如图6所示

n个切点->(n+1)个边->(n+1)个三角形

>α＝90°/(n+1)＝π/(2*(n+1))

三角形总面积S△＝0.5*r2(n+1)*sin(π/((n+1)*2))

扇形面积S○＝0.25*π*r2

则覆盖占比(精度)为

accuracy＝S△/S○＝2*(n+1)*sin(π/((n+1)*2))/π

精度具体值，如表3所示：

表3.精度关系表

四分之一圆切点个数	精度％
		1	90
2	95
		4	98
6	99
		10	99.7

2.2外切多边形，如图6所示

n个切点->(n+1)个边->(n+1)个三角形

>α＝90°/(n+1)＝π/(2*(n+1))

三角形总面积S△＝0.5*(n+1)*tan((n+1)*2))

扇形面积S○＝0.25*π*r2

则覆盖度(精度)比为

accuracy＝2-S△/S○＝2–2(n+1)*tan(π/((n+1)*2))/π

精度具体值，如表4所示：

表4.精度关系表

根据上面汇总精度accuracy

是否只多不少	精度
		是	2–2(n+1)*tan(π/((n+1)*2))/π
否	2*(n+1)*sin(π/((n+1)*2))/π

边数计算方式：

要求精度(取最小经度的最大值):

need_accuracy＝max[(1–r/single_accuracy_length),lowest_accuracy]

切点个数(下面的精度就是上面内或外切多边形对应的精度值):

理论精度>＝需要的精度->扇形内切点个数n->扇形内三角形边数(n+1)

三、换电站发给司机短信内容

对于换电站搜索出的附近车辆信息，发送给司机短信内容如何选择，具体判断如下

3.1、对于高电量、一般电量的车辆：

车辆行驶到需要换电长度范围：[车当前可行驶距离-20KM,车当前可行驶距离+20KM]

根据车辆当前地理位置以及长度范围搜索出对应的换电站信息，组装好信息发送给司机换电站介绍换电站位置以及换电平均时间信息。

3.2、对于低电量的车辆：

根据车辆地理位置搜出范围为车当前可行驶距离所有可直接换电(剩余的满电电池数量>0)换电站信息，发给司机建议性短信(换电站具体位置；当前正在换电车辆数；可以直接换电；换电消耗时间；到达此换电站大概需要时间)。

3.3、对于需要换电的车辆：

车辆到达时需要等待的换电时间：

司机需要等待时间＝新来车辆需要等待时间*2–车辆到达此换电站需要的行驶时间；

根据车辆当前地理位置搜出距离为车当前可行驶距离的两个换电站信息(除当前换电站)。

发送给司机当前换电站可能需要等待的时间，以及另外距离较近的一两个换电站信息。

如图7所示，换电站：为电动汽车的动力电池提供动力电池快速更换的能源站。车辆：电动汽车(换电重卡、矿卡等)。司机：电动汽车驾驶员。数字化云平台：维护站、车、人信息一体化的平台。具体实时步骤包括：

1)、站信息上报：换电站地理位置信息，当前可用电池数量，当前正在换电车辆。

地理位置信息：新建的换电站将地理位置信息在云平台添加一下。

可用电池数量：换电站添加或使用一块电池，站运营人员就在云平台页面记录一下；定期(一周)核对并改正一下实际数量。

当前在换电车数：来一辆要换电的车辆，站运营人员在云平台记录一下；刚来的车辆未开始换电的为等待状态，开始换电的车状态被运营人员改成换电中，云平台定时(5分钟)将超过换电到5分钟的车辆状态改为换电完成。

2)、车辆信息上报：车辆当前地理位置信息，车辆可用电量信息。

车辆上安装的Tbox定时(每隔30s)将当前车辆地理位置及车辆当前电量发送给云平台。

3)、保存或更新：云平台保存或更新车辆与换电站信息。

车辆信息：云平台收到第2步Tbox信息，先判断此车辆是否已经存在，不存在的，加入到云平台数据库(车当前地理位置、电量、车辆司机信息)；存在的则更新车辆当前信息(车当前地理位置、电量、车辆司机信息)。

换电站：站运营人员在云平台页面操作时，会更新换电站在云平台数据库保存的信息(可用电池数、等待车辆数、在换电车辆数)。

4)、站定期搜索：换电站周期性搜索附近车辆。

换电站对接的云平台会每隔10分钟。

5)、搜索出车辆：从云平台上搜索出符合指定范围的车辆信息。

按照距离范围(500m，1000m，1500m)搜索附近的车辆信息(车辆编号、当前地理位置)。

6)、数据组装：对数据进行清洗过滤筛选出符合要求的车辆数据。

云平台将车辆进行细节行过滤(比如搜索500m的车辆，但是车辆实际距离为520m，就是超距离要求的需要过滤掉)；根据车辆编号从数据库中查出车辆的当前电量信息、司机信息，然后组装成要求的数据格式。

7)、车辆电量：基于步骤6)筛选出的车辆数据按照规定电量区间进行划分。

云平台得到搜索的结果后，根据实际电量进行区间划分(高电量、一般电量、低电量、需换电)。

8)、定信息类型以及消息发送：根据7划分出的电量区间得到需要发送的消息类型。

得到电量区间后，云平台组装好短信内容(根据3.1/3.2/3.3)中的判断发送给具体司机。

本实施例的重卡换电定位方法，还包括换电站对重卡(换电车辆)进行换电鉴权的处理步骤，如图8-图9所示，具体如下：

图8是本发明提供的一种换电鉴权方法的流程图，如图8所示，包括：

步骤S4001：换电站获取换电车辆的换电车辆信息和亏电电池信息，并向换电平台发送包含换电站信息、换电车辆信息及亏电电池信息的鉴权请求；

步骤S4002：所述换电平台根据所述鉴权请求中的换电站信息，获取鉴权策略，并利用所述鉴权策略对所述换电车辆信息和所述亏电电池信息进行鉴权，得到鉴权结果；

步骤S4003：所述换电平台将所述鉴权结果发送给所述换电站，使所述换电站根据所述鉴权结果确定是否允许所述换电车辆进行换电。

本发明实施例还包括：所述换电车辆与所述换电站之间建立第一通信链路，所述换电站与所述换电平台之间建立第二通信链路。

更进一步地，所述换电车辆与所述换电站之间的通信接口采用基于TCP/IPSocket的通信方式实现，按照长连接工作模式。所述换电车辆与所述换电站可部署在同一个或者不同的企业网络环境中，可以通过局域网或者互联网实现互相连接。

采用Server/Client的通信方式：

1)TBox作为客户端Client方；2)站控作为服务器Server方；

通信规约

1)通信数据报文采用二进制格式；

2)客户端Client方自动向服务器Server方提出连接请求，连接成功后，采用推送方式，向服务器Server方发送协议数据包；

3)一律采用单包传输方式，不采用多包传输方式；

4)客户端Client方的发送模式和频率可以设置；

5)对接收的数据包需进行合法性校验，包括通信长度、校验和计算，命令代码等多个属性的合法性校验；

6)客户端需要自动维护通信连接状态的有效性，在初始化和断链以后，自动进行连接尝试，直到连接恢复。

心跳包机制：

客户端在成功连接到服务器后，需要设置单独任务机制检测通信连接的稳定可靠性，定期向服务器发送心跳包，服务器正常情况下给出应答，如果10次没有应答，服务器的连接失效，客户端必须复位连接重新向服务器申请连接请求。心跳间隔时间为2秒和超时次数为10次，超时时间为20秒。

心跳包实现功能如下：1)客户端定时向服务器发送心跳包，服务器按照要求返回心跳响应给车载换电控制器。2)客户端发送心跳包后，开始计数，计数达到10次，认为心跳超时，关闭当前连接，恢复连接工作状态，自动重新发起TCP连接。

所述换电站与所述换电平台之间建立第二通信链路包括：所述换电站与所述换电平台之间通过无线通信建立第二通信链路。

所述换电站通过所述第二通信链路请求上行报文向换电平台发送启动请求，换电平台通过所述第二通信链路响应下行报文回复是否允许本次换电。

具体地说，所述换电站获取换电车辆的换电车辆信息和亏电电池信息包括：所述换电站通过所述第一通信链路接收所述换电车辆发送的包含换电车辆信息和亏电电池信息的换电请求；或者所述换电站读取所述换电车辆的换电车辆信息和亏电电池信息；其中，所述换电车辆信息包括车辆识别码、车牌号、射频识别RFID码、车队信息、车型；所述亏电电池信息包括电池产品序列号SN和电池荷电状态SOC。

其中，所述换电平台根据所述鉴权请求中的换电站信息，获取鉴权策略，并利用所述鉴权策略对所述换电车辆信息和所述亏电电池信息进行鉴权，得到鉴权结果包括：所述换电平台根据所述鉴权请求中的换电站信息，从预置的鉴权策略表中获取与所述换电站信息相对应的鉴权策略；所述换电平台根据所述鉴权策略对所述换电车辆信息和所述亏电电池信息进行鉴权，得到鉴权结果；其中，所述换电站信息包括换电站ID、换电站位置。

进一步地，所述鉴权策略表包括换电站信息、鉴权策略场景以及鉴权策略；其中，所述换电平台根据所述鉴权请求中的换电站信息，从预置的鉴权策略表中获取与所述换电站信息相对应的鉴权策略包括：所述换电平台根据所述鉴权请求中的换电站信息，从预置的鉴权策略表中获取与所述换电站信息相对应的鉴权策略场景，并根据所述鉴权策略场景，确定与所述鉴权策略场景对应的鉴权策略；所述鉴权策略包括强鉴权策略和弱鉴权策略；所述强鉴权策略是指所述换电车辆信息和所述亏电电池信息均鉴权成功；所述弱鉴权策略是指所述换电车辆信息或所述亏电电池信息鉴权成功。

鉴权策略表

更进一步地，所述换电平台利用所述鉴权策略对所述换电车辆信息和所述亏电电池信息进行鉴权，得到鉴权结果包括：当鉴权策略为强鉴权策略时，所述换电平台分别对所述换电车辆信息和所述亏电电池信息进行鉴权，若所述换电车辆信息和所述亏电电池信息均鉴权通过时，则鉴权结果为鉴权成功，否则，鉴权结果为鉴权失败；当鉴权策略为弱鉴权策略时，所述换电平台分别对所述换电车辆信息和所述亏电电池信息进行鉴权，若所述换电车辆信息和/或所述亏电电池信息鉴权通过时，则鉴权结果为鉴权成功，否则，鉴权结果为鉴权失败。

其中，所述换电站根据所述鉴权结果确定是否允许所述换电车辆进行换电包括：当鉴权结果是鉴权成功时，所述换电站允许所述换电车辆进行换电；当鉴权结果是鉴权失败时，所述换电站不允许所述换电车辆进行换电。

图9是本发明提供的一种换电鉴权方法的详细流程图，如图9所示，包括：

步骤一、当换电车辆的换电控制器连接至换电站WIFI时，换电控制器主动上送心跳报文(0x01),心跳为周期发送，站控(换电站)回复相应的心跳数据(0x02)；

步骤二、当换电平台下发换电控制指令至换电站站控时，换电站站控向平台推送换电站信息、即将换电车辆的信息及取下的亏电电池信息；

步骤三、换电平台将获取到的电池信息、换电站信息、换电车辆信息，推送至鉴权服务器；

步骤四、用准备换电的换电站信息在鉴权服务器中查找对应的鉴权策略；

鉴权策略分为封闭站策略、专用站策略、开放公共站策略等，根据不同场景，调取不同的鉴权策略，对场景范围内的车、电池、换电站进行鉴权策略；

强鉴权指的是对车、电池、换电站均需进行精准的鉴权校验；

弱鉴权指的是对车辆或电池不进行精准鉴权校验，而仅对其他元素完成精准鉴权，部分通过即视为通过；根据实际业务运营场景需要，来自行配置。例如，弱鉴权在对车辆不进行精准鉴权校验，而仅对换电站和电池完成精准鉴权；弱鉴权在对电池不进行精准鉴权校验，而仅对换电站和车辆完成精准鉴权。

步骤五、获取鉴权策略，并与获取的换电车辆、亏电电池信息进行比对；

若鉴权策略与换电车辆和亏电电池信息中任一或两者比对失败，则返回鉴权结果为失败，并生成禁止换电指令下发给换电站。

步骤六、完成鉴权，并确定车辆和电池的使用权限；

若接入设备的换电车辆和亏电电池信息中任一或两者使用权限未通过，则返回鉴权结果为失败，并生成禁止换电指令下发给换电站。

步骤七、接入设备的换电车辆和电池的识别码在白名单中，鉴权通过，换电平台推送消息给换电站站控，允许车辆启动换电。

若接入设备的换电车辆和亏电电池信息识别码中任一或两者使用权限未通过，则返回鉴权结果为失败，并生成禁止换电指令下发给换电站。

其中，换电平台下发换电预校验请求给站控，检查当前车辆在站上是否具备换电条件，具体是通过request上行报文与response下行报文来实现预校验是否通过。

本实施例在重卡换电定位之后的换电期间，还包括重卡(车辆)换电过程中的安全保护的处理步骤，如图10-图12所示，具体如下：

图10是本发明提供的一种换电过程中的安全保护方法的流程图，如图10所示，包括：

步骤S3001：当车辆被用户拨动至ON档，整车控制器被唤醒时，所述整车控制器向电池管理系统发送自检指令；

步骤S3002：所述电池管理系统根据所述自检指令，获取当前系统状态模式；

步骤S3003：当所述当前系统状态模式为换电中系统状态模式时，所述电池管理系统向所述整车控制器发送自检异常报文，使所述整车控制器根据所述自检异常报文终止当前车辆的上电流程。

进一步地，当所述当前系统状态模式为换电中系统状态模式时，所述电池管理系统向所述整车控制器发送自检异常报文，使所述整车控制器根据所述自检异常报文终止当前车辆的上电流程包括：当所述当前系统状态模式为换电中系统状态模式时，所述电池管理系统生成包含故障原因为电池换电中的自检异常报文，并将所述包含故障原因为电池换电中的自检异常报文发送给所述整车控制器；所述整车控制器根据所述包含故障原因为电池换电中的自检异常报文终止当前车辆的上电流程。

在所述整车控制器终止当前车辆的上电流程之后，还包括：所述整车控制器通过CAN网络周期性向数字化仪表发送包含电池换电中的故障消息，使所述数字化仪表显示所述电池换电中的故障消息。

本发明实施例还包括：当所述当前系统状态模式为正常系统状态模式时，所述电池管理系统检测当前电池状态是否正常，当检测当前电池状态正常时，向所述整车控制器发送自检正常报文，使所述整车控制器根据所述自检正常报文向所述电池管理系统返回电池上高压指令；所述电池管理系统根据所述电池上高压指令，闭合电池主接触器和热管理系统高压接触器，从而完成当前车辆的上电流程；当检测当前电池状态异常时，向所述整车控制器发送自检异常报文，使所述整车控制器根据所述自检异常报文终止当前车辆的上电流程。

其中，所述电池管理系统检测当前电池状态是否正常包括：检测当前电池状态是否可用、绝缘是否正常、高压互锁是否正常、继电器是否正常、电池热管理系统是否正常、电压/电流/温度是否正常等，若检测当前电池状态可用、绝缘、高压互锁、继电器、电池热管理系统以及电压/电流/温度均正常时，则检测当前电池状态正常；若检测当前电池状态不可用，或绝缘、高压互锁、继电器、电池热管理系统以及电压/电流/温度中至少一个异常时，则检测当前电池状态异常。

在所述整车控制器向所述电池管理系统返回电池上高压指令之后，还包括：所述整车控制器通过CAN网络周期性向数字化仪表发送包含电池换电完成的正常消息，使所述数字化仪表显示所述电池换电完成的正常消息。

本发明实施例还包括：当换电控制器接收到换电站的换电开始指令时，将当前正常系统状态模式切换至换电中系统状态模式，并将所述换电中系统状态模式通过CAN网络周期性上报至电池管理系统；所述电池管理系统保存所述换电中系统状态模式，并根据所述换电中系统状态模式，将当前电池状态设置为不可用，从而避免异常导致电池主接触器和热管理系统高压接触器的闭合。

本发明实施例还包括：当换电控制器接收到换电站的换电结束指令时，将当前换电中系统状态模式切换至正常系统状态模式，并将所述正常系统状态模式通过CAN网络周期性上报至电池管理系统；所述电池管理系统保存所述正常系统状态模式，并根据所述正常系统状态模式，将当前电池状态设置为可用。

图11是本发明提供的安全换电过程流程图，如图11所示，改变换电控制器BSC(Battery Swap Controller)仅作为指令收发装置的定位。将换电控制器BSC(BatterySwap Controller)分为换电系统状态和非换电系统状态。处于换电中时，换电控制器BSC(Battery Swap Controller)主动向电池管理系统BMS上报“换电中”状态，电池管理系统BMS对整车控制器VCU(Vehicle Control Unit)呈现不可用状态，如果此时司机打火，整车不能上高压无法行驶。具体流程包括：

步骤A1：换电站控制系统SCS完成自检后向换电控制器BSC发送换电开始指令。

步骤A2：换电控制器BSC收到换电开始指令后，首先完成换电系统换电系统状态自检，然后在状态管理模块中将当前换电系统状态设置为“换电中”，同时持续向BMS发送换电系统状态更新报文。最后，向换电站控制系统SCS回复响应报文，响应报文中包括：开始指令执行结果、锁止状态。

步骤A3：电池管理系统BMS收到换电系统状态更新报文后，将自身电池状态设置为“不可用”。

步骤A4：换电站控制系统SCS向换电控制器BSC发送解锁指令。换电控制器BSC收到解锁指令后，首先驱动锁止机构完成电池解锁，最后向换电站控制系统SCS回复响应报文，响应报文中包括：解锁指令执行结果、换电系统状态、卸下电池的序列号、车辆VIN码(Vehicle Identification Number)、卸下电池荷电状态SOC(State Of Charge)、卸下电池健康状态SOH(State Of Health)。

步骤A5：换电站控制系统SCS驱动换电机器人卸下当前车载电池并换上新电池。

步骤A6：换电站控制系统SCS向换电控制器BSC发送上锁指令。换电控制器BSC收到上锁指令后，首先驱动锁止机构完成电池上锁，最后向换电站控制系统SCS回复响应报文，响应报文中包括：上锁指令执行结果、换电系统状态、换上电池的序列号、车辆VIN码、换上电池荷电状态SOC、换上电池的健康状态SOH。

步骤A7：换电站控制系统SCS首先完成换电站环境安全检查，确认换电站具备车辆安全开出条件，最后向换电控制器BSC发送换电结束指令。

步骤A8：换电控制器BSC收到换电结束指令后，首先将当前换电系统状态设置为“正常”，同时持续向BMS发送换电系统状态更新报文，最后向换电站控制系统SCS回复响应报文，响应报文中包括：结束指令执行结果、换电系统状态、自检状态、换上电池的序列号、车辆VIN码、电池荷电状态SOC、电池的健康状态SOH。

步骤A9：电池管理系统BMS收到换电系统状态更新报文后，将自身电池状态设置为“正常”。

图12是本发明提供的换电过程中的安全保护方法的具体流程图，如图12所示，包括：

步骤B1：司机将档位拨动至ON档，ON档通过硬线高电平信号唤醒整车控制器VCU。

步骤B2：整车控制器VCU被唤醒后，向电池管理系统BMS发送自检指令。

步骤B3：电池管理系统BMS进行自身状态检查，同时检查自身电池状态。如果电池状态为“可用”，则执行B3.2流程，否则执行B3.1流程

B3.1流程描述如下：

步骤B3.1.1：电池管理系统BMS向整车控制器VCU上报BMS二级故障，故障原因为“换电中”。

步骤B3.1.2：整车控制器VCU识别到BMS二级故障后终止上电流程，同时向数字化仪表ICU上报BMS二级故障，故障原因为“换电中”。

步骤B3.1.3：数字化仪表ICU显示BMS二级故障信息为“换电中”并展示响应故障码。

步骤B3.1.4：司机获取故障信息是信息后，等待换电结束。

B3.2流程描述如下：

步骤B3.2.1：电池管理系统BMS向整车控制器VCU上报自检正常。

步骤B3.2.2：整车控制器VCU向电池管理系统BMS发送电池上高压指令。

步骤B3.2.3：电池管理系统BMS闭合电池主接触器以及热管理系统高压接触器。

步骤B3.2.4：整车控制器VCU向数字化仪表ICU报告上电完成。

步骤B3.2.5：司机观察到仪表盘一切正常后，挂前进档驶离换电站。

图5是本发明提供的换电过程中的安全保护系统的具体示意图，如图5所示，包括：

5.1、换电站站控系统SCS：

511)具有环境感知管理模块。能够根据部署在站内的各种环境传感器识别的安全风险因素，输出换电站是否具备驶出换电站的条件。

512)具有自检模块。能够识别换电机器人故障，输出站端换电系统是否工作正常。

5.2、换电控制器BSC：

521)具有状态管理模块。存储车载换电系统状态，取值包括“换电中”，“正常”。

522)具有自检模块。能够识别锁止机构和换电连接器故障，输出车端换电系统是否工作正常。

523)控制模块实时检测状态管理模块并根据检测结果持续通过动力CAN(Controller Area Network)网络向电池管理系统BMS发送换电系统状态更新报文。

5.3、电池管理系统BMS：

531)具有状态管理模块。存储电池状态，取值包括“可用”以及“不可用”。当换电控制器BSC上报的换电系统状态为“换电中”时，BMS将电池状态设置为“不可用”；当换电控制器BSC上报的换电系统状态为“正常”时，BMS将电池状态设置为“可用”；当报文超时时，BMS将电池状态设置为“未知”。

532)当BMS从动力CAN网络接收到VCU发送的自检指令后，BMS除了进行绝缘检测、高压互锁检测、工作电压及温度检测等之外，还需要检查电池状态。当电池状态为“不可用”或“未知”时通过动力CAN网络向VCU发送BMS二级故障报文，否则发送自检正常报文。其中，电池状态为“不可用”时BMS二级故障原因为“换电中”，电池状态为“未知”时BMS二级故障原因为“通讯超时”。

5.4、整车控制器VCU：当收到BMS“换电中”二级故障时需要终止当前的上高压流程，并向数字化仪表ICU转发相应的信息。

5.5、数字化仪表ICU：当收到VCU转发的BMS二级故障时需要将相应的故障代码转换为“换电中”显示在仪表盘上

其中，换电系统状态更新报文是一种CAN网络报文，由换电控制器BSC发出，发送周期为100毫秒。其发送内容包含：换电系统状态、锁止状态、连接器状态。具体取值如下：

换电系统状态	0：正常；1：换电中；2：故障
		锁止状态	0：解锁；1：上锁
换电连接器	0：未连接；1：连接

综上所述，本发明具有以下优点：可以避免正在换电中的车辆被异常打火发动导致换电站或电池损坏，避免人身安全事故；能够感知换电站是否具备驶出条件，有效预防因环境不安全而导致的司机人身安全事故。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种用于重卡换电的自动定位方法，用于在重卡需要在换电站进行换电时对其进行自动定位，其中，所述重卡配置有UWB标签，所述换电站的每个换电区域配置有UWB基站，其特征在于，所述方法包括：

S1、换电区域的UWB基站连接进入其区域内的待换电车辆上UWB标签，并采用UWB系统计算待换电车辆的位置；

S2、根据待换电车辆的位置、待换电车辆型号计算待换电车辆的电池位置；

S3、判断待换电车辆的电池位置与换电站对电池的位置要求之间的误差，并在误差大于预设阈值时启动车辆自动驾驶功能对车辆进行移动直至待换电车辆的电池位置满足换电站对电池的位置要求。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述重卡至少在头部和尾部配置有UWB标签。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设阈值为10厘米。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述换电站对电池的位置要求是指换电站操控换电的设备对电池进行换电操作的准确位置。

5.一种用于重卡换电的自动定位系统，其特征在于，所述系统包括：

多个UWB标签，其被配置在各个待换电车辆的头部和尾部，用于指示车辆位置；

UWB基站，其被配置在换电站的换电区域，用于与车辆上的UWB标签连接以获取待换电车辆位置；

定位控制系统，用于根据UWB基站获取的待换电车辆位置计算车辆上的电池位置，并判断待换电车辆的电池位置与换电站对电池的位置要求之间的误差，并在误差大于预设阈值时启动车辆自动驾驶功能对车辆进行移动直至待换电车辆的电池位置满足换电站对电池的位置要求。

6.一种重卡换电方法，其特征在于，所述方法包括：

T1、采用如权利要求1-4任一所述的方法将需要换电的重卡定位在换电站换电区域指定的位置；

T2、对定位好的重卡进行换电操作。

7.根据权利要求6所示的方法，其特征在于，还包括：

在对定位好的重卡进行换电操作期间，实时监测重卡车辆是否被用户拨动至ON档；

当监测到重卡车辆被用户拨动至ON档时，所述重卡车辆的整车控制器被唤醒，唤醒后的整车控制器向电池管理系统发送自检指令；

所述电池管理系统根据所述自检指令，获取当前系统状态模式；

当所述当前系统状态模式为换电中系统状态模式时，所述电池管理系统向所述整车控制器发送自检异常报文，使所述整车控制器根据所述自检异常报文终止当前车辆的上电流程。

8.根据权利要求7所示的方法，其特征在于，当所述当前系统状态模式为换电中系统状态模式时，所述电池管理系统向所述整车控制器发送自检异常报文，使所述整车控制器根据所述自检异常报文终止当前车辆的上电流程包括：

当所述当前系统状态模式为换电中系统状态模式时，所述电池管理系统生成包含故障原因为电池换电中的自检异常报文，并将所述包含故障原因为电池换电中的自检异常报文发送给所述整车控制器；

所述整车控制器根据所述包含故障原因为电池换电中的自检异常报文终止当前车辆的上电流程。

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，所述计算机程序可被处理器执行以实现权利要求1-4、6-8任一所述方法的步骤。

10.一种电子设备，其特征在于，包括：

一个或多个处理器；

存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述电子设备实现如权利要求1-4、6-8中任一项所述方法的步骤。

Images