朱東　湯曉燕

摘要：隨著電動汽車的推廣和普及，設計滿足電動汽車特征的數(shù)據(jù)服務平臺成為一種新需求。設計了一種基于MVC和MySQL的電動汽車服務平臺，該平臺支持多終端接入，包含車載終端、企業(yè)平臺并實現(xiàn)與政府平臺的數(shù)據(jù)對接。在企業(yè)平臺端，通過對采集數(shù)據(jù)的接收、解析和存儲，完成車輛監(jiān)控、位置服務、維保及統(tǒng)計分析等功能，數(shù)據(jù)通過可視化圖表方式呈現(xiàn)。權(quán)限管理、數(shù)據(jù)收發(fā)管理及模塊化設計使得平臺穩(wěn)定性、擴展性良好，較好滿足應用需求。

關(guān)鍵詞：電動汽車；服務平臺；車輛管理；數(shù)據(jù)收集

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）31-0069-03

Design and Implementation of Electric Vehicle Service Platform

ZHU Dong， TANG Xiao-yan

（Suzhou Vocational Institute of Industrial Technology， Suzhou 215004， China）

Abstract：With the promotion and popularization of electric vehicles， the design of data service platform to meet the characteristics of electric vehicles has become a new demand. This paper designed an MVC and MySQL-based electric vehicle service platform， which supports multi-terminal access， including vehicle terminals， enterprise platform and data docking with the government platform. With the data collection， analysis and storage， enterprise platform complete vehicle monitoring， location services， maintenance， statistical analysis and other functions， the data presented through the visual diagram. Rights management， data transceiver management and modular design makes the platform stability， good scalability， which meet the application requirements completely.

Key words：electric vehicles； service platform； vehicle management； data collection

新能源電動汽車已成為世界各國研發(fā)的新熱點，實施汽車能源系統(tǒng)變革，是多年來我國發(fā)展清潔無污染汽車成功實踐的必然要求。我國汽車工業(yè)起步較晚，目前汽車普及率相對較低，因此在汽車能源系統(tǒng)發(fā)展戰(zhàn)略選擇上，有更大的空間，政策得當，可以在世界上率先實現(xiàn)汽車產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型。

隨著國家對新能源電動車輛的逐步推廣，車輛的遠程監(jiān)控[1，2]、位置服務[3]， 維保管理[4]成為生產(chǎn)廠家、用戶及監(jiān)管部門的剛性需求，傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足新能源電動汽車對動力電池、驅(qū)動電機、整車控制等特定參數(shù)的記錄、匯總、分析和統(tǒng)計。新能源電動車輛中的電池系統(tǒng)，其安全性和循環(huán)壽命是新能源汽車行業(yè)應用的焦點，電池組如何穩(wěn)定運行，如何將故障率降為更低，批量升級整車控制系統(tǒng)，如何在故障發(fā)生前預警，也成為新能源電動車輛專用管理系統(tǒng)需要重點解決的問題。

電動汽車服務平臺是一個基于計算機、網(wǎng)絡通信、大數(shù)據(jù)等信息處理技術(shù)的遠程實時監(jiān)控平臺。該系統(tǒng)可監(jiān)控車輛位置、充放電狀態(tài)、實時電壓、實時電流、SOC狀態(tài)、驅(qū)動電機等整車數(shù)據(jù)。并對整車各項數(shù)據(jù)異常進行報警，上傳至服務器后可對數(shù)據(jù)進行進一步的趨勢分析及數(shù)據(jù)挖掘，為新能源電動汽車及電池安全全程保駕護航。

1 系統(tǒng)總體方案

產(chǎn)品分為車載終端、遠程服務與管理公共平臺（監(jiān)管部門負責）、企業(yè)平臺（企業(yè)負責）系統(tǒng)總體框架如圖1所示。

1） 車載終端：安裝在電動車輛上，采集及保存整車及系統(tǒng)部件的關(guān)鍵狀態(tài)參數(shù)并發(fā)送到平臺的裝置或系統(tǒng)。車載終端和采集的參數(shù)范圍按照相關(guān)國標要求，能夠從車輛總線上采集整車及各個部件的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送到企業(yè)平臺。

2） 企業(yè)平臺：整車企業(yè)自建或委托第三方技術(shù)單位，對服務范圍內(nèi)的電動汽車和用戶進行管理，并提供安全運營服務與管理的平臺，簡稱為企業(yè)平臺。企業(yè)平臺應與車載終端進行通信。企業(yè)平臺應具備車輛故障監(jiān)控和安全報警的功能。根據(jù)可能對車輛造成的安全隱患嚴重程度，對故障和報警進行分級管理，不同的級別應設置相應的處置措施。企業(yè)平臺應定期將故障和報警的處置措施、處置進度和結(jié)果上報至公共平臺。

3） 公共平臺：國家、地方政府或其指定機構(gòu)建立的、對管轄范圍內(nèi)電動汽車進行數(shù)據(jù)采集和統(tǒng)一管理的公共平臺，簡稱為公共平臺。公共平臺應具備整車企業(yè)使用的信息錄入及維護功能，用于企業(yè)錄入車輛靜態(tài)信息以及上報故障與報警的處置措施、處置進度和處置結(jié)果。公共平臺應對企業(yè)錄入信息進行審核。公共平臺從企業(yè)平臺獲取車輛行駛、充電等運行數(shù)據(jù)，進行監(jiān)管和相關(guān)數(shù)據(jù)分析。公共平臺與企業(yè)平臺的數(shù)據(jù)傳輸可加密處理。公共平臺應具備故障和預警的處置措施、處置進度和結(jié)果的統(tǒng)計和分析功能。此外，公共平臺之間應具備數(shù)據(jù)交換的功能。

2 功能模塊設計

2.1 數(shù)據(jù)收發(fā)管理

1） 可靠性

為了保證通信的持續(xù)性與可靠性， 有效識別信息傳輸過程中的線路中斷等問題，在信息傳輸過程中，車載終端應向遠程服務與管理企業(yè)平臺發(fā)送周期性心跳信息，遠程服務與管理企業(yè)平臺應對車載終端反饋成功應答。

2） 安全性

為保障數(shù)據(jù)傳輸過程的安全性、完整性，防止第三方在數(shù)據(jù)傳輸過程中剽竊數(shù)據(jù)，傳輸過程中的所有數(shù)據(jù)都需要經(jīng) RSA 或 AES128 算法進行加密，接收方在完整接收所有數(shù)據(jù)后，進行解密操作獲取密文。

3） 擴展性

系統(tǒng)建設采用先進的成熟技術(shù)，建立嚴密、體系化的系統(tǒng)管理、應用平臺，應具有良好的分層設計，整體系統(tǒng)擴充性能良好，能夠根據(jù)業(yè)務的發(fā)展或變更，在保持現(xiàn)有業(yè)務處理不受影響的前提下，具有持續(xù)擴充功能、適度變化的能力。

2.2 用戶管理

服務平臺包含政府監(jiān)管機構(gòu)，整車生產(chǎn)企業(yè)，車輛駕駛?cè)藛T，維保人管，車輛管理人員五類。企業(yè)平臺建立權(quán)限管理體系，對不同權(quán)限的用戶，開放相應權(quán)限的功能。用戶權(quán)限可由系統(tǒng)管理員管理和修改。一般用戶僅提供其所控車輛的查詢權(quán)限。車隊管理者可提供該車隊所有車輛的查詢權(quán)限。公共平臺用戶提供全部車輛的查詢權(quán)限。企業(yè)平臺管理者提供全部車輛的查詢設置權(quán)限。車載終端首次注冊并登陸遠程服務平臺時，平臺視當前賬號情況，為其分配權(quán)限角色。針對普通用戶按權(quán)限進行內(nèi)容分級展示，針對管理員用戶按權(quán)限進行操作授權(quán)。

2.3 車輛管理

車輛管理包含平臺的核心功能模塊，列舉如下：

1） 監(jiān)控與查詢

平臺首先實現(xiàn)對運行車輛的實時監(jiān)控，包括整車、驅(qū)動電機、發(fā)動機、極值信息、電池信息、位置信息、運行軌跡關(guān)鍵信息等，并通過圖表方式動態(tài)展示。此外，要求顯示數(shù)據(jù)更靈活，可以按照篩選條件對車輛運行的各種歷史數(shù)據(jù)進行單獨或組合查詢。

2） 位置服務

平臺收集的數(shù)據(jù)中還包括車輛的GPS信息，車輛位置管理實現(xiàn)了對車輛的實時定位、軌跡回放以及電子圍欄。監(jiān)控端不僅可以實時掌握運行車輛的位置，還可以基于車輛位置進行相應管控。

3） 售后維保

車輛故障管理，形成統(tǒng)一故障單，分析故障根源，形成故障“病歷”。為汽車及所使用的哪家的動力電池簡歷常見故障數(shù)據(jù)庫，通過大數(shù)據(jù)分析和突破常見故障，提升產(chǎn)品品質(zhì)和新的研發(fā)提供大數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)參考。

當汽車及動力電池出現(xiàn)故障時，車廠及動力電池廠商管理人員可以通過平臺下發(fā)派工指令給當?shù)氐氖酆笕藛T的手機 APP，及時排查故障情況，杜絕安全隱患。報警管理對車載終端上報的報警信息，按照報警級別，生成相應的故障單，為售后人員提供維保依據(jù)。車載終端上報車輛異常到遠程服務平臺的故障庫后，遠程服務平臺需要對當前可能導致此故障的原因進行分析和舉例， 可分步驟引導操作人員了解故障部件狀況及原因，并幫助和提示維保人員解決故障。

4） 統(tǒng)計分析

該服務平臺收集車輛運行數(shù)據(jù)，可以基于實際應用需求對車輛運行的歷史數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，能源轉(zhuǎn)換率，電流電壓狀態(tài)，駕駛行為分析、故障分析等。如故障匯總和分析方面，基于電動汽車所有故障數(shù)據(jù)分析匯總，包括 BMS 數(shù)據(jù)、驅(qū)動電機數(shù)據(jù)、充放電數(shù)據(jù)等故障報警，為電動汽車實時發(fā)現(xiàn)故障方便及時處理，為售后和運營安全保駕護航。

3 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 收發(fā)交互協(xié)議

監(jiān)控平臺所采集的數(shù)據(jù)量非常，最大同時運行在線車輛超過10萬臺，系統(tǒng)架構(gòu)的設計必須具有一定的前瞻性，擴展性，才能保障平臺系統(tǒng)的安全運行。

一個完整的數(shù)據(jù)包應由起始符、命令單元、識別碼、數(shù)據(jù)加密方式、數(shù)據(jù)單元長度、數(shù)據(jù)單元和校驗碼組成。命令標識應是發(fā)起方的唯一標識。具體數(shù)據(jù)交互格式如表1所示。

3.2 數(shù)據(jù)存儲與優(yōu)化

1） 平衡規(guī)范化與反規(guī)范化

范式是數(shù)據(jù)庫設計的基礎(chǔ)，但是完全按照規(guī)范化的范式進行數(shù)據(jù)庫設計也會帶來很多弊端。MySQL對表之間的關(guān)聯(lián)查詢成本是非常高的，性能也會隨著關(guān)聯(lián)表個數(shù)的增加而下降，為了提高性能，我們在數(shù)據(jù)庫設計時候要進行適當?shù)姆匆?guī)范化設計，用空間換時間，比如小表合成大表，這樣做對提升數(shù)據(jù)庫的查詢的性能是非常有益的。

2） MySQL優(yōu)化

在數(shù)據(jù)查詢過程中，實際上有很多內(nèi)容都是重復的，MySQL有查詢緩存機制，可以講查詢結(jié)果保存在緩存中，用戶短時間內(nèi)提交的相同查詢可以直接從緩沖中讀取，有效提高查詢速度。

MySQL數(shù)據(jù)庫集群可以將多臺硬件連接在一起，構(gòu)成一個數(shù)據(jù)庫提高系統(tǒng)安全性以及性能。通過數(shù)據(jù)庫集群，讀寫分離來減少一臺數(shù)據(jù)庫的負載，通過多臺數(shù)據(jù)庫提升總體的數(shù)據(jù)處理能力。要實現(xiàn)讀寫分離，首先兩個數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容要實現(xiàn)數(shù)據(jù)同步。異步復制是MySQL最原始的復制方式，主數(shù)據(jù)庫和從數(shù)據(jù)庫成功建立復制關(guān)系，可以根據(jù)系統(tǒng)實際需要，添加一個或多個Slave，這樣就可以緩解主數(shù)據(jù)庫的壓力，同時，若Master出現(xiàn)異常，Slave可以承擔Master的重任，提高系統(tǒng)的容錯性以及讀寫高性能。

4 系統(tǒng)實現(xiàn)

本系統(tǒng)發(fā)送端和接收端采用C++作為開發(fā)語言，分別實現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送和可靠接收。Web端采用Spring MVC框架，前端在數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)上采用E-charts實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化展示，提供多種數(shù)據(jù)呈現(xiàn)方式。

4.1 歷史數(shù)據(jù)查詢

輸入車牌號、起止時間、模塊、參數(shù)等，可以查看相應歷史數(shù)據(jù)，還可以生成相應圖表。

4.2 車輛定位

輸入車牌號，查詢車輛所在位置。

4.3 故障查詢

根據(jù)車牌號、起止時間等可以查詢該車輛在此時間段內(nèi)所有故障信息。

5 結(jié)束語

針對新能源電動汽車監(jiān)控和服務應用的實際需求，給出了一種基于MySQL和Spring MVC架構(gòu)的服務傳輸系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)。該服務平臺考慮汽車生產(chǎn)廠商、維保人員、車輛用戶和監(jiān)管部門等多種用戶需求，采用模塊化設計，監(jiān)控和服務功能完整，模塊化設計和加密技術(shù)保障平臺具有良好的可靠性和擴展性。

參考文獻：

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