车联网对电动汽车共享服务的支持

左 静

（同济大学，上海 201800）



车联网对电动汽车共享服务的支持

左 静

（同济大学，上海 201800）

目前，我国汽车排放引起的交通污染日益严重，并且伴随能源紧缺，交通拥堵等问题。电动汽车共享服务能有效的减少汽车尾气排放，减缓交通拥堵。车联网技术的发展能够促进电动汽车共享的推广。文章通过研究车联网技术，电动汽车共享服务模式，得出车联网技术在电动汽车共享服务中的支持。

车联网；电动汽车；电动汽车汽车共享

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.06.043

CLC NO.: U495 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)06-123-05

引言

目前，汽车尾气是环境恶化的主要原因之一，我国机动车氮氧化物排放量占排放总量的30%，一辆轿车一年排出有害废气比自身重量大3倍。我国城市道路资源紧张，城市交通拥堵导致能源浪费，据统计，大约有30%的汽油是消耗在堵车的时[1]。而且，空气污染问题的日益严峻，迫使我国城市不得不控制城市机动车的使用，人们在关注新能源汽车推广应用的同时也在探索新型的汽车使用模式。

汽车共享是一种将私人轿车公交化的新型汽车应用模式，往往结合车联网技术，相比传统汽车租赁更加灵活和高效，有助于提高车辆的使用效率从而减少城市私家车保有量。汽车共享通过多人共用一辆汽车来满足用户出行需求，从而缓解交通拥堵，节能减排，研究显示在汽车共享模式中，一辆共享汽车能够代替9到13辆汽车[2]。在北美，研究显示汽车共享能够减少温室气体的排放[3]。在旧金山的加利福尼亚湾区的研究显示，随着时间的推移，汽车共享减少能减少人们驾车出行的概率。29%的汽车共享会员放弃购买一辆或多辆汽车。汽车共享会员出行中有4.8%的驾车出行使用的是汽车共享的车辆，会员驾驶汽车车辆的行驶里程占总行行驶里程的5.4%[4]。传统的汽车共享的车辆为燃油车，由于电动汽车本身不排放造成大气污染的有害气体，废气排出比燃油汽车减少92%~98%[5]。采用电动汽车共享能够更大程度的在满足用户出行需求的基础上减少汽车尾气排放，缓解交通压力。同时，电动汽车具有几乎零排放的特点，国家鼓励电动汽车推广电动汽车，研究表明电动汽车共享能够增加用户购买电动汽车的倾向性。比如，在使用过电动汽车共享服务后，年轻人和女性更倾向于购买电动汽车。电动汽车共享有助于推广电动汽车。使人们更易接受电动汽车，打破对电动汽车的一些误解 如：续航问题[6]。

目前，电动汽车共享面临的最大问题是续航问题，传统的燃油汽车不存在续航问题，燃油补给可以在很短的时间完成，几乎不影响汽车共享的运营。但电动汽车续驶里程、充电时间和电量可持续性等都是电动汽车共享推广的软肋。车联网技术的出现，推动了电动汽车共享的发展，车联网是基于物联网的智能交通网络，利用车联网技术，能为电动汽车规划充电路径，根据电动汽车的续驶里程和电动汽车共享中站点位置，建立一个出行路线计划，并通过与智能电网的融合（V2G）进行智能充放电，满足长时间行驶的要求。通过车联网技术可以对电动汽车的运行参数进行监控管理，提高电动汽车安全性。

文章第一节介绍了从车联网的概念及特点，分析车联网体系及主要技术。第二节介绍电动汽车共享的特点及服务流程。第三节介绍了在电动汽车共享过程中车联网技术的应用。第四节介绍了车联网技术对电动汽车共享的主要支持。

1、车联网的概念及体系

1.1车联网的概念及特点

传统的车联网概念来自物联网，指通过射频等识别技术，提取车辆属性的信息和车辆静态、动态信息，监管所有运行车辆，根据不同的功能需求，提供综合服务。随着车联网技术的发展，车联网的定义也发生改变，目前，根据车联网产业技术创新战略联盟的定义，车联网是以车内网、车际网和车载移动互联网为基础，按照约定的通信协议和数据交互标准，在车与人，车与路，车与行人以及车与互联网之间进行无线通信和信息交换的大系统网络，是能够实现智能化交通管理、智能动态信息服务和车辆智能化控制的一体化网络[7]。

1.2车联网体系及主要技术

车联网是物联网的重要分支，按照物联网的层析分布架构，车联网也可以分成三个层次，分别是，应用层，传送层，感知层。

车联网的感知层是信息采集层，车联网感知层利用RFID，传感器，蓝牙，红外，车辆定位等技术实时感知当前道路环境，车辆与车辆，车辆与人等信息，为车联网的应用提供信息服务，是车联网的神经末梢。[8]

车联网的传送层又可以细分为接入层，网络层，支持层。接入层兼容不同的网络技术，为感知层提供统一的网关接口，网络层负责信息传送，保证信息的可靠性和完整性，支持层提供一种智能的信息处理方式。传送层为应用层提供强大的应用支撑。

车联网的应用层根据不同的用户需求，为用户提供相应的服务，如车辆信息查询，信息订阅，事件告知等服务功能。

车联网涉及多领域技术的集成，包括传感、通信、控制、网络传输、数据处理等，主要可分为6大类，如表1所示：

表1　车联网技术分类

2、电动汽车共享

2.1电动汽车共享概念及特点

电动汽车共享，是指许多人合用一辆电动车，即开车人对车辆只有使用权，而没有所有权，有点类似于在租车行里的短时间包车。共享服务手续简便，汽车共享会员可以通过手机APP或者网上预约车辆，电动汽车共享运营公司负责协调车辆，并负责车辆的保险和停放等问题[9]。

与传统汽车租赁服务相比，电动汽车共享有以下几个特点：

1) 服务受理并不受工作时段限制。

2) 预订、取车和还车步骤都是自助式的。

3) 车辆使用计费可以精确到分、小时或天而不是像传统租车大多数按天收费。

4) 用户必须是会员。

5) 共享车辆分布在整个服务区内且往往可与其他公共交通接。

6) 车辆在每次使用后并不需要由公司清扫或充电。

7）共享汽车为电动汽车，非传统燃油车。

对于消费者而言，自助预定、分时收费的特点无论是从手续简便性还是使用灵活性上，电动汽车共享对比传统汽车租赁都有明显优势。此外，汽车共享对比其他常见交通工具也有一席之地，特别是填补了现有公交系统和私家车之间的空白，促使消费者在特定情况下产生使用倾向。

2.2电动汽车共享角色交互

基于电动汽车共享运营，构建出电动汽车共享服务的角色架构，整个交通角色分为汽车共享服务运营商服务平台、智能手机终端、会员/智能卡、电动汽车、站点、站点监控系统与管理系统。角色架构如图1所示：

电动汽车是电动汽车共享服务的载体，会员通过智能终端预约车辆，智能终端提供的信息包括电动汽车中行车信息和电量等信息。汽车共享系统中需要对电动汽车进行监控，保护运行状态，电池状态，与后台通信，完成数据传输等功能。

图1　基于电动汽车共享服务角色架构

电动汽车与电动汽车共享运营商平台交互：用户在使用电动汽车前需要完成身份识别才能方可预定车辆出行。在汽车共享整个运行系统中，电动汽车向汽车共享系统反馈车辆位置信息，用车时间，还车时间，电量，行车状态等信息。平台收集信息，合理调配车辆，利用电动汽车反馈的数据信息，为用户提供增值服务；电动汽车与充电桩交互，用户还车时，需要对电动汽车充电，在充电之前，电动汽车完成身份识别才能进行充电，充电过程中，电动汽车定时更新车辆电量状态信息。用户在取车、还车时，需要与站点车位之间进行信息交互，站点收集停车位信息，向站点管理系统更新车位状态信息；电动汽车与站点监控系统和管理系统之间的交互，车辆行车状态监控，在行车过程中，电动汽车定时上报行车状态，如，车辆 GPS 坐标，速度，方向等信息，车辆电池状态监控，电动汽车电池状态与行车状态密切相关，按时上报电池状态如电池电压，放电电流等信息，站点监控系统和管理系统向；电动汽车与会员交互，会员下单后，利用智能卡识别车辆，方能用车。

电动汽车共享站点包括充电桩，停车位，待租的电动汽车，充电桩负责对电动汽车充电控制，站点与站点监控系统与管理系统接口。充电桩状态监控，监控充电桩状态信息，获取充电桩的使用状态。充电车辆状态监控，通过上报电动汽车、充电桩数据，获取电动汽车在充电过程中的状态信息。对站点可用停车位监控，监控站点空余车位的状态。站点监控系统与管理系统与汽车共享服务运营商服务平台交互；站点监控管理信息系统对充电桩，站，电动汽车的监控数据进行整理分析后上传到汽车共享服务运营商服务平台。汽车共享服务运营商服务平台，站点运营服务服务商收集站点监控系统与管理系统的信息，电动汽车状态信息，用户订单信息等，为用户提供出行，计费，信息管理，增值服务等。

2.3汽车共享服务流程

根据目前国内现有的电动汽车共享租赁模式，总结出共享的几个主要步骤服务流程中的几个步骤。

注册会员：目前大多数汽车共享公司都实行的是会员制，用户首先要注册成为会员才能有权使用车辆，注册需要登记身份信息，签订租赁合约，知晓注意事项等步骤，用户可以通过网站或者手机（APP）终端上传证件完成注册汽车共享运营商需要对会员资格进行审核。比如符合法律规定的最低年龄要求，驾照有效等要求。注册成为会员后汽车共享公司会为用户创立相应的账号，用户可以通过登录自己的账号查询个人注册信息，用车记录等。

预约车辆：用户可以访问汽车共享服务运营公司网站或者手机客户端查询车辆的具体位置，剩余电量，续航里程，选择最近的满足出行需求的车辆。汽车共享服务公司服务端一直保持高频率刷新，实时更新车辆状态信息，以方便用户能够方便的找到车辆。由于电动汽车续驶里程较短，且与电池剩余电量相关，临时补电耗费时间长，不像燃油车花几分钟加油就可以获得500公里以上的续驶里程。所以，对于电动汽车共享用户在预约的时候，通常运营公司会给出汽车续航里程，剩余电量，根据用户所选择的起始地和目的地为用户推荐最合适的车辆。

取车：用户到达指定的取车地点，目前大多数汽车共享公司都设立在室外公共停车场。用户到达预约取车站点后，完成身份识别，提取车辆。身份识别的方式有多种，例如会员在预约后通过自己的智能会员卡刷开制定车辆的门禁系统进入车辆，这种方式运营的共享车辆往往在前挡风玻璃或侧窗出装有应用RFID识别技术的智能卡读卡器，与预约系统信息相符的智能卡可以刷开该车车门。

用车：用车过程中，用户可以通过手机查询当前用车时长，会员使用共享车辆时，车载车联网设备会不断采集数据发送至汽车共享公司的管理系统，部分信息会实时反馈到用户车辆剩余续航里程，当车辆续航里程不足时，通过手机终端给用户发送提示信息，当用户驾车远离汽车共享公司划定的运营范围时将会受到警告信息，并遭到远程锁车。

还车：目前，为提高用户的满意度，使电动汽车能够更好地服务用户，规模较大的电动汽车共享服务公司，如，上海汽车城的EVCARD，为用户提供异点还车服务。会员到达目的地后，根据手机客户端寻找最近的站点还车，通过手机或智能卡关车门还车。

3、电动汽车共享中车联网的应用

电动汽车共享服务中，电动汽车是运营载体，电动汽车目前可靠性不如燃油汽车，将车联网技术运用于汽车共享中，提升电动汽车的可靠性，提高点电动汽车共享服务的信任度和依赖度。

从用户角度来看，互联网及车联网技术为现今汽车共享服务实现了以下功能，如表2所示：

表2　车联网及互联网技术在汽车共享中的应用集成［10］

从电动汽车汽车共享运营公司的角度出发，车联网及互联网技术可以被分为四类：

车载设备：包括各类传感器，智能读卡器、导航等

用户端：智能手机、无线通讯等

公司后台：汽车共享公司后台数据处理中心

充电设备端：充电状态监控，电池电量监测等

电动车作为共享车辆时，充电设施及充电信息记录及传输将作为确保正常运营的重要管理依据。

图2　电动汽车共享中的车联技术结构

这些技术被汽车共享公司集成起来，完成整个电动汽车共享车队的运营和管理，如表3所示[11]。

表3　电动汽车共享中车联网技术与功能分类

4、车联网技术对电动汽车共享主要支持

4.1对电动汽车共享调度的支持

电动汽车共享实际运营中，常常出现一些站点无车可用，但是一些站点无车位可以还车，合理的调度能有提高电动汽车的使用率，不仅能提高电动汽车共享服务运营商收益，还能最大化的满足用户的用车需求[12]。

得益于车联网技术，汽车共享服务在运营时可以实时反馈大量数据用以设计汽车共享服务公司设计调运模型，特别是各站点车数、各站点停车位数，各站点在用车辆及空闲车辆数，各站点空余停车位数在时间上的变化；后续订单的取车时间和还车时间等[13]。

1订单数据：会员在线预约时，接受每一个订单，汽车共享公司可获得如下数据：

1) 会员ID

2) 预约取车时间

3) 取车地点

4) 预约还车时间

5) 还车地点

6) 预计用车里程（电动汽车共享）

2. 运营数据：在运营过程中，实时监控车辆数据

1) 车辆即时位置

2) 车辆即时续驶里程（电动汽车）

3) 各站点车数、停车位数，在用车辆，预计归还时间。

以上是车联网实现汽车共享服务所能采集的最基本数据，由这些数据我们可以统计分析得出一些结论作为依据用以建立优化站点间调运策略，包括：

1)各站点间客流时段分布。

2) 电动汽车的实际续航里程，补电速率。

3) 每辆运营车辆的当前剩余电量及在下个订单到来时预计电量。

4.2电动汽车省电及路径规划

基于车联网技术，电动汽车共享会员在使用电动车时，电动汽车通过信息获取端，比如电机，电池，电量表，ABS系统获取信息，通过信息收集端获取速度信息，加速/减速信息，电机信息，电池信息，状态诊断信息，车辆状态信息等。通过车联网数据处理技术，为会员提供最佳的节能模式驾驶信息，让会员能够合理的驾驶汽车，减少会员在驾驶过程中的不合理驾驶习惯导致电动汽车的续航里程减少的现象[14]。

4.3规划行车路径

电动汽车共享中，会员在预约车辆出行时候，地图导航是电动汽车共享服务之一，主要包括站点位置查询，充电桩查询，实时路况，导航服务，路径规划，电子围栏。同时为满足电动汽车共享的用户出行需求，会员预订时需要向会员提供汽车的位置信息，在会员行车过程中，为会员提供导航服务，因为电动汽车续航里程问题[15]，不能像燃油车那样很快的完成燃料补给，在汽车共享过程中应该为用户提供站点充电桩位置信息，当会员所驾驶的车辆续航里程低于一定值得时候，给会员发送提示信息，并且推送最近充电桩位置。

5、结论

本文通过研究车联网体系以及主要技术，将车联网的主要技术进行分类。研究了电动汽车共享模式以及共享系统中各个角色的交互，并且详细研究电动汽车共享的服务流程。在此基础上提出车联网技术在电动汽车共享服务中的应用。电动汽车共享模式中，汽车调度室汽车共享的关键，本文通过对车联网技术的研究，得出车联网技术对汽车共享调度的支持，以及通过车联网技术合理的规划电动汽车行车路径及提供电动车省电模式。

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Telematics support to electric car sharing

Zuo Jing
（Tongji University, Shanghai 201800）

At present, automobile emissions caused by traffic pollution is becoming increasingly serious in China, and the emissions also cause energy shortages, traffic congestion and other problems. Electric car sharing service can effectively reduce vehicle emissions and traffic congestion. The development of telematics can facilitate the promotion of electric car sharing.Through the research of telematics and electric car sharing, this paper gets the conclusion about the telematics support to the electric car sharing.

Telematics; electric vehicle; electric car sharing

左静，硕士研究生，就读于同济大学，研究方向：新能源汽车产业化。

U495

A

1671-7988 （2016）06-123-05