电动汽车服务平台设计与实现

朱东　汤晓燕

摘要：随着电动汽车的推广和普及，设计满足电动汽车特征的数据服务平台成为一种新需求。设计了一种基于MVC和MySQL的电动汽车服务平台，该平台支持多终端接入，包含车载终端、企业平台并实现与政府平台的数据对接。在企业平台端，通过对采集数据的接收、解析和存储，完成车辆监控、位置服务、维保及统计分析等功能，数据通过可视化图表方式呈现。权限管理、数据收发管理及模块化设计使得平台稳定性、扩展性良好，较好满足应用需求。

关键词：电动汽车；服务平台；车辆管理；数据收集

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：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

新能源電动汽车已成为世界各国研发的新热点，实施汽车能源系统变革，是多年来我国发展清洁无污染汽车成功实践的必然要求。我国汽车工业起步较晚，目前汽车普及率相对较低，因此在汽车能源系统发展战略选择上，有更大的空间，政策得当，可以在世界上率先实现汽车产业的战略转型。

随着国家对新能源电动车辆的逐步推广，车辆的远程监控[1，2]、位置服务[3]， 维保管理[4]成为生产厂家、用户及监管部门的刚性需求，传统的监控系统已经无法满足新能源电动汽车对动力电池、驱动电机、整车控制等特定参数的记录、汇总、分析和统计。新能源电动车辆中的电池系统，其安全性和循环寿命是新能源汽车行业应用的焦点，电池组如何稳定运行，如何将故障率降为更低，批量升级整车控制系统，如何在故障发生前预警，也成为新能源电动车辆专用管理系统需要重点解决的问题。

电动汽车服务平台是一个基于计算机、网络通信、大数据等信息处理技术的远程实时监控平台。该系统可监控车辆位置、充放电状态、实时电压、实时电流、SOC状态、驱动电机等整车数据。并对整车各项数据异常进行报警，上传至服务器后可对数据进行进一步的趋势分析及数据挖掘，为新能源电动汽车及电池安全全程保驾护航。

1 系统总体方案

产品分为车载终端、远程服务与管理公共平台（监管部门负责）、企业平台（企业负责）系统总体框架如图1所示。

1） 车载终端：安装在电动车辆上，采集及保存整车及系统部件的关键状态参数并发送到平台的装置或系统。车载终端和采集的参数范围按照相关国标要求，能够从车辆总线上采集整车及各个部件的数据，并将数据发送到企业平台。

2） 企业平台：整车企业自建或委托第三方技术单位，对服务范围内的电动汽车和用户进行管理，并提供安全运营服务与管理的平台，简称为企业平台。企业平台应与车载终端进行通信。企业平台应具备车辆故障监控和安全报警的功能。根据可能对车辆造成的安全隐患严重程度，对故障和报警进行分级管理，不同的级别应设置相应的处置措施。企业平台应定期将故障和报警的处置措施、处置进度和结果上报至公共平台。

3） 公共平台：国家、地方政府或其指定机构建立的、对管辖范围内电动汽车进行数据采集和统一管理的公共平台，简称为公共平台。公共平台应具备整车企业使用的信息录入及维护功能，用于企业录入车辆静态信息以及上报故障与报警的处置措施、处置进度和处置结果。公共平台应对企业录入信息进行审核。公共平台从企业平台获取车辆行驶、充电等运行数据，进行监管和相关数据分析。公共平台与企业平台的数据传输可加密处理。公共平台应具备故障和预警的处置措施、处置进度和结果的统计和分析功能。此外，公共平台之间应具备数据交换的功能。

2 功能模块设计

2.1 数据收发管理

1） 可靠性

为了保证通信的持续性与可靠性， 有效识别信息传输过程中的线路中断等问题，在信息传输过程中，车载终端应向远程服务与管理企业平台发送周期性心跳信息，远程服务与管理企业平台应对车载终端反馈成功应答。

2） 安全性

为保障数据传输过程的安全性、完整性，防止第三方在数据传输过程中剽窃数据，传输过程中的所有数据都需要经 RSA 或 AES128 算法进行加密，接收方在完整接收所有数据后，进行解密操作获取密文。

3） 扩展性

系统建设采用先进的成熟技术，建立严密、体系化的系统管理、应用平台，应具有良好的分层设计，整体系统扩充性能良好，能够根据业务的发展或变更，在保持现有业务处理不受影响的前提下，具有持续扩充功能、适度变化的能力。

2.2 用户管理

服务平台包含政府监管机构，整车生产企业，车辆驾驶人员，维保人管，车辆管理人员五类。企业平台建立权限管理体系，对不同权限的用户，开放相应权限的功能。用户权限可由系统管理员管理和修改。一般用户仅提供其所控车辆的查询权限。车队管理者可提供该车队所有车辆的查询权限。公共平台用户提供全部车辆的查询权限。企业平台管理者提供全部车辆的查询设置权限。车载终端首次注册并登陆远程服务平台时，平台视当前账号情况，为其分配权限角色。针对普通用户按权限进行内容分级展示，针对管理员用户按权限进行操作授权。

2.3 车辆管理

车辆管理包含平台的核心功能模块，列举如下：

1） 监控与查询

平台首先实现对运行车辆的实时监控，包括整车、驱动电机、发动机、极值信息、电池信息、位置信息、运行轨迹关键信息等，并通过图表方式动态展示。此外，要求显示数据更灵活，可以按照筛选條件对车辆运行的各种历史数据进行单独或组合查询。

2） 位置服务

平台收集的数据中还包括车辆的GPS信息，车辆位置管理实现了对车辆的实时定位、轨迹回放以及电子围栏。监控端不仅可以实时掌握运行车辆的位置，还可以基于车辆位置进行相应管控。

3） 售后维保

车辆故障管理，形成统一故障单，分析故障根源，形成故障“病历”。为汽车及所使用的哪家的动力电池简历常见故障数据库，通过大数据分析和突破常见故障，提升产品品质和新的研发提供大数据模型和数据参考。

当汽车及动力电池出现故障时，车厂及动力电池厂商管理人员可以通过平台下发派工指令给当地的售后人员的手机 APP，及时排查故障情况，杜绝安全隐患。报警管理对车载终端上报的报警信息，按照报警级别，生成相应的故障单，为售后人员提供维保依据。车载终端上报车辆异常到远程服务平台的故障库后，远程服务平台需要对当前可能导致此故障的原因进行分析和举例， 可分步骤引导操作人员了解故障部件状况及原因，并帮助和提示维保人员解决故障。

4） 统计分析

该服务平台收集车辆运行数据，可以基于实际应用需求对车辆运行的历史数据进行统计分析，能源转换率，电流电压状态，驾驶行为分析、故障分析等。如故障汇总和分析方面，基于电动汽车所有故障数据分析汇总，包括 BMS 数据、驱动电机数据、充放电数据等故障报警，为电动汽车实时发现故障方便及时处理，为售后和运营安全保驾护航。

3 系统关键技术

3.1 收发交互协议

监控平台所采集的数据量非常，最大同时运行在线车辆超过10万台，系统架构的设计必须具有一定的前瞻性，扩展性，才能保障平台系统的安全运行。

一个完整的数据包应由起始符、命令单元、识别码、数据加密方式、数据单元长度、数据单元和校验码组成。命令标识应是发起方的唯一标识。具体数据交互格式如表1所示。

3.2 数据存储与优化

1） 平衡规范化与反规范化

范式是数据库设计的基础，但是完全按照规范化的范式进行数据库设计也会带来很多弊端。MySQL对表之间的关联查询成本是非常高的，性能也会随着关联表个数的增加而下降，为了提高性能，我们在数据库设计时候要进行适当的反规范化设计，用空间换时间，比如小表合成大表，这样做对提升数据库的查询的性能是非常有益的。

2） MySQL优化

在数据查询过程中，实际上有很多内容都是重复的，MySQL有查询缓存机制，可以讲查询结果保存在缓存中，用户短时间内提交的相同查询可以直接从缓冲中读取，有效提高查询速度。

MySQL数据库集群可以将多台硬件连接在一起，构成一个数据库提高系统安全性以及性能。通过数据库集群，读写分离来减少一台数据库的负载，通过多台数据库提升总体的数据处理能力。要实现读写分离，首先两个数据库的内容要实现数据同步。异步复制是MySQL最原始的复制方式，主数据库和从数据库成功建立复制关系，可以根据系统实际需要，添加一个或多个Slave，这样就可以缓解主数据库的压力，同时，若Master出现异常，Slave可以承担Master的重任，提高系统的容错性以及读写高性能。

4 系统实现

本系统发送端和接收端采用C++作为开发语言，分别实现数据的发送和可靠接收。Web端采用Spring MVC框架，前端在数据分析基础上采用E-charts实现数据的可视化展示，提供多种数据呈现方式。

4.1 历史数据查询

输入车牌号、起止时间、模块、参数等，可以查看相应历史数据，还可以生成相应图表。

4.2 车辆定位

输入车牌号，查询车辆所在位置。

4.3 故障查询

根据车牌号、起止时间等可以查询该车辆在此时间段内所有故障信息。

5 结束语

针对新能源电动汽车监控和服务应用的实际需求，给出了一种基于MySQL和Spring MVC架构的服务传输系统的设计和实现。该服务平台考虑汽车生产厂商、维保人员、车辆用户和监管部门等多种用户需求，采用模块化设计，监控和服务功能完整，模块化设计和加密技术保障平台具有良好的可靠性和扩展性。

参考文献：

[1] 赵佳，赵浩，王力，刘清波.新能源汽车远程监控系统平台的设计与搭建[J]. 汽车电器，2013（12）.

[2] 李晓辉，张向文，侯少阳.电动汽车动力电池状态远程监测系统设计[J].计算机工程与应用，2016.

[3] 任慧君，许涛，李响.利用车载GPS轨迹数据实现公交车驾驶安全性分析[J].武汉大学学报：信息科学版， 2014， 39（6）：739-742.

[4] 王春芳，姜朋昌，侯素礼，等.基于远程监控的纯电动汽车故障分析技术[J].汽车工程师，2016 （3）.

[5] 刘建宏.MySQL数据库集群与优化[J]. 数字通信世界， 2017（7）.