本發(fā)明涉及車輛救援和電動汽車移動充電領域，具體涉及一種高速公路電動汽車一體化應急充電救援系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

對于高速公路應急充電救援，由于現(xiàn)場電氣情況復雜，部分設備體積大，各設備接口不統(tǒng)一，一些設備到達現(xiàn)場后，需要進行重新拆裝與組合，另外救援現(xiàn)場臨時接線，接線中往往存在防觸電措施的漏洞，存在諸多安全隱患，因此針對高速公路應急充電需求，建立一體化標準化的應急救援裝置是十分必要的，建立高速公路電動汽車一體化應急充電救援系統(tǒng)緊湊型、模塊化的設計布局方案和方法，具有十分重要的實踐意義和價值。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明公開了一種高速公路電動汽車一體化應急充電救援系統(tǒng)及方法，本申請的救援系統(tǒng)為一體化裝置，可以有效解決高速公路電動汽車充電應急救援問題，為高速公路電動汽車充電設施的建設和運行提供有效的保障，具有良好的社會效益。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具體方案如下：

一種高速公路電動汽車一體化應急充電救援系統(tǒng)，包括：

救援車輛，所述救援車輛上放置有控制中心及儲能中心，所述控制中心通過移動網(wǎng)絡與被救援車輛的車載終端通信；車載終端接收來自控制中心的信息，也可通過移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡發(fā)送救援信息至控制中心；

所述被救援車輛的車載終端實時上傳被救援車輛行駛過程中的運行數(shù)據(jù)至控制中心，控制中心根據(jù)被救援車輛行駛過程中的運行數(shù)據(jù)對被救援車輛進行分析判斷并做出相應的決策，利用儲能中心實現(xiàn)對被救援車輛的應急充電救援。

進一步的，所述控制中心包括：系統(tǒng)服務器、數(shù)據(jù)采集服務器、數(shù)據(jù)存儲服務器、數(shù)據(jù)分析服務器、GIS服務器及信息收發(fā)服務器；

所述系統(tǒng)服務器的數(shù)量為至少一臺，用于發(fā)布系統(tǒng)應用程序；

所述數(shù)據(jù)采集服務器數(shù)量為至少一臺，用于獲取救援中心、車載系統(tǒng)、救援車輛、被救援車輛以及高速公路上充電設施的運行數(shù)據(jù)的采集；

所述數(shù)據(jù)分析服務器數(shù)量為至少一臺，用于對車輛的歷史數(shù)據(jù)和當前數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)挖掘分析，并提供解決措施；及用于分析高速公路上充電設施的運行狀態(tài)、充電設施與被救援車輛位置的距離以及充電設施的排隊信息；

所述數(shù)據(jù)存儲器包括至少一臺關系數(shù)據(jù)庫服務器和至少一臺實時數(shù)據(jù)庫服務器，所述關系數(shù)據(jù)庫用于存儲用戶信息、用戶歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)、異常處理模型以及救援工作統(tǒng)計計算得出的數(shù)據(jù)，所述實時數(shù)據(jù)庫用于存儲充電設施的實時運行數(shù)據(jù)以及被救援車輛實時運行數(shù)據(jù)；

所述GIS服務器數(shù)量為至少一臺，用于發(fā)布地圖應用服務程序，用于高速公路救援車輛上駕乘人員的快速定位和被救援車輛行駛路線的確認；

所述信息接發(fā)服務器數(shù)量為至少一臺，用于高速公路救援車輛上的駕乘人員救援信息的接收以及故障車輛上的駕乘人員救援信息的發(fā)送和接收。

進一步的，所述異常處理模型為基于粗集理論和SVM理論，采用時間序列分析、變量分析和聚類分析方法并將上述關系擬合后構(gòu)建的，用于實現(xiàn)對電動汽車異常處理。

進一步的，所述車載系統(tǒng)，包括電動汽車收發(fā)終端，所述電動汽車收發(fā)終端，包括信息接收模塊和信息發(fā)送模塊，所述信息接收模塊用于接收運行中心發(fā)出的交互信息。所述信息發(fā)送模塊用于發(fā)出電動汽車的救援信息。

進一步的，所述車載系統(tǒng)還包括數(shù)據(jù)終端，所述數(shù)據(jù)終端用于采集車輛行駛過程中的實時運行數(shù)據(jù)和GPS坐標數(shù)據(jù)，包括主控制模塊、無線通信模塊、定位模塊、用戶交互模塊。所述主控制模塊分別與無線通信模塊、定位模塊及用戶交互模塊連接。

進一步的，所述定位模塊通過RS232接口與主控模塊連接，負責采集車輛的GPS坐標數(shù)據(jù)。所述用戶交互模塊通過車載界面或遠程方式獲取用戶需求，同時將車輛實時信息反饋給用戶。

進一步的，所述數(shù)據(jù)采集終端，用于采集高速公路上充電設施的實時運行數(shù)據(jù)以及日常維護數(shù)據(jù)，以便運行中心分析得出被救援車輛所處位置距離范圍內(nèi)可用且及時有效的充電設施。

進一步的，所述救援車輛上還包括車輛充電間及車輛維修間，所述車輛充電間包括車輛停車區(qū)和充電區(qū)，位于救援車輛的車廂內(nèi)，用于高速公路上被救援車輛的移動充電時使用；

所述車輛停車區(qū)為具有升降橫移式功能的停車位，其高度Z方向的運動由電梯的升降實現(xiàn)；水平X方向的運動由旋轉(zhuǎn)裝置90度運行實現(xiàn)；橫向Y方向的運動由橫移裝置的橫移實現(xiàn)；

所述充電區(qū)，位于救援車輛車廂內(nèi)，充電槍通過電源線與充電樁相連，充電樁給停車位上的車輛充電。

進一步的，所述車輛維修間，包括車輛停車區(qū)和維修區(qū)，位于救援車輛的車廂內(nèi)，用于高速公路上被救援車輛的維修時使用；

所述車輛停車區(qū)是具有升降橫移式功能的停車位，與充電間的停車位共用一個；

所述維修區(qū)，位于救援車輛車廂內(nèi)，存放各種用于救援的工具以及被救援車輛的異常部件的維修。

一種高速公路電動汽車一體化應急充電救援方法，包括：

主動式救援，主動式救援方式為被救援車輛安裝有車載終端，并能夠?qū)崟r上傳行駛過程中的運行數(shù)據(jù)，救援控制中心根據(jù)車輛GPS定位信息，獲取救援車輛附近運行的電動汽車，并實時監(jiān)控這部分車輛的報警事項和剩余SOC，若剩余SOC達到警戒點且到達不了就近的充電服務區(qū)，則救援車輛主動聯(lián)系被救援車輛并前往救助；

及等待式救援，等待式救援方式為被救援車輛主動發(fā)送救援信息，控制中心根據(jù)GPS信息獲取該車輛的位置后，前往事發(fā)地進行救援。

進一步的，救援車輛的數(shù)據(jù)采集服務器通過移動網(wǎng)絡與車載終端進行連接，采集被救援車輛的GPS信息、剩余電量、報警事項以及車輛可提供的其他測量數(shù)據(jù)，并將這部分數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)存儲服務器進行保存；

數(shù)據(jù)分析服務器分析當前數(shù)據(jù)，用于監(jiān)視乏電車輛的行駛路線，若車輛電量低于20％，則進行充電救援服務；

數(shù)據(jù)分析服務器根據(jù)被救援車輛發(fā)出的救援信息或者從監(jiān)控中心獲取的救援信息，進行數(shù)據(jù)挖掘分析，找出電動汽車、電池中可能出現(xiàn)的問題原因，并提供解決措施；

救援車輛根據(jù)被救援車輛的GPS信息，并在GIS服務器上顯示車輛的位置信息，前往事發(fā)地進行車輛救援，若被救援車輛事故原因為乏電狀態(tài)不能啟動，則電動汽車只需要充電即可。

本發(fā)明的有益效果：

1.能夠分析高速公路電動汽車充電設施易發(fā)故障及影響高速公路電動汽車充電的因素，制定高速公路電動汽車應急救援方案，更好地保障電動汽車在高速公路的安全運行，保障充電設施的安全穩(wěn)定工作。

2.有效解決高速公路電動汽車充電應急救援問題，為高速公路電動汽車充電設施的建設和運行提供有效的保障，具有良好的社會效益。

3.本發(fā)明提供的車輛充電間和維修間的功能，保障被救援車輛在高速公路上行車安全以及救援過程中的安全。

附圖說明

圖1為一種高速公路電動汽車一體化應急充電救援系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為一種高速公路電動汽車一體化應急充電救援平臺控制中心結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為一種高速公路電動汽車一體化應急充電救援平臺車載終端結(jié)構(gòu)示意圖；

其中，1.駕駛室，2.控制室，3.儲能中心，4.車輛充電間，5.車輛維修間，6.被救援車輛，7.車載終端，8.GPRS移動網(wǎng)絡，9.控制中心，10.應用服務器，11.數(shù)據(jù)采集服務器，12.數(shù)據(jù)存儲服務器，13.數(shù)據(jù)分析服務器，14.GIS服務器，15.信息收發(fā)服務器，16.收發(fā)終端，17.數(shù)據(jù)終端，18.信息接收模塊，19.信息發(fā)送模塊，20.主控制模塊，21.總線模塊，22.無線通信模塊，23.定位模塊，24.用戶交互模塊，25.救援車輛。

具體實施方式：

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細說明：

如圖1所示，一種高速公路電動汽車一體化應急充電救援系統(tǒng)，包括救援車輛25、控制中心9、儲能中心3、車輛充電間4、車輛維修間5、車載終端7；其中，車載終端7通過GPRS移動網(wǎng)絡8與控制中心9進行通信，車載終端7接收來自控制中心9的信息，也可通過移動數(shù)據(jù)網(wǎng)8絡發(fā)送救援信息至控制中心9。

儲能中心3，采用專利“一種充換儲放光伏一體化電站結(jié)構(gòu)”(專利號：ZL201420831529.3)的儲能結(jié)構(gòu)，用于被救援車輛的充電所需的電能。

車輛充電間4，包括車輛停車區(qū)和充電區(qū)。位于救援車輛的車廂內(nèi)，用于高速公路上被救援車輛的移動充電時使用。

車輛停車區(qū)是具有升降橫移式功能的停車位，由于存取車是三維運動，即水平X方向、橫向Y方向和高度Z方向的運動。其高度Z方向的運動由電梯的升降實現(xiàn)；水平X方向的運動由旋轉(zhuǎn)裝置90度運行實現(xiàn)；橫向Y方向的運動由橫移裝置的橫移實現(xiàn)。即一個存取周期應由水平X方向、橫向Y方向和高度Z方向的運動組成。由于各個方向上的幾何尺寸及運動速度各不相同，且在一定的情況下某些運動部件之間存在互鎖關系：當升降裝置與進出裝置分離時，它們可分別同時動作。

充電區(qū)，位于救援車輛車廂內(nèi)，充電槍通過電源線與充電樁相連，充電樁給停車位上的車輛充電，車輛停穩(wěn)后有工作人員手工將充電槍插到充電車輛的插頭上進行充電。用戶取車時，工作人員首先將充電槍拔出，避免車輛移動時對充電設備造成損壞。

充電區(qū)，還用于被救援車輛的電池更換。

車輛維修間5，包括車輛停車區(qū)和維修區(qū)。位于救援車輛的車廂內(nèi)，用于高速公路上被救援車輛的維修時使用。車輛停車區(qū)是具有升降橫移式功能的停車位，與充電間的停車位共用一個。維修區(qū)，位于救援車輛車廂內(nèi)，存放各種用于救援的工具以及被救援車輛的異常部件的維修。

如圖2所示，控制中心，包括應用服務器10、數(shù)據(jù)采集服務器11、數(shù)據(jù)存儲服務器12、數(shù)據(jù)分析服務器13、GIS服務器14以及信息收發(fā)服務器15。應用服務器10包括至少一臺用于發(fā)布系統(tǒng)應用程序的服務器。

數(shù)據(jù)采集服務器11通過GPRS移動網(wǎng)絡與車載終端7進行通信，負責采集車輛的GPS信息、剩余電量、報警事項以及車輛可提供的其他測量數(shù)據(jù)。車載終端與數(shù)據(jù)采集服務器之間允許通過GPRS無線方式作為傳輸層協(xié)議進行通訊連接。

車載終端7采用專利“一種基于云計算的電動汽車車載終端及其使用方法”(專利號：ZL201210222064.7)的車載終端結(jié)構(gòu)，包括收發(fā)終端和數(shù)據(jù)終端，所述收發(fā)終端，包括信息接收模塊和信息發(fā)送模塊。所述信息接收模塊用于接收控制中心發(fā)出的交互信息。所述信息發(fā)送模塊用于電動汽車用戶發(fā)出救援信息。數(shù)據(jù)終端，用于被救援車輛的數(shù)據(jù)采集。

數(shù)據(jù)存儲服務器12包括至少一臺關系數(shù)據(jù)庫服務器和至少一臺實時數(shù)據(jù)庫服務器，關系數(shù)據(jù)庫用于存儲用戶信息、用戶歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)、高速路救援模型以及救援工作統(tǒng)計計算得出的數(shù)據(jù)，實時數(shù)據(jù)庫用于存儲電動汽車實時運行數(shù)據(jù)以及救援車輛實時運行數(shù)據(jù)。

異常處理模型，基于粗集理論和SVM理論，采用時間序列分析、變量分析和聚類分析方法，研究了對上述關系的擬合。首先，利用聚類數(shù)據(jù)分析方法，對電動汽車的安全監(jiān)測信息進行預處理，抽取關鍵成分作為映射關系的輸入，從而確定映射關系的初始拓撲結(jié)構(gòu)。其次，采用時間序列分析方法和變量分析方法，結(jié)合電動汽車運行的動態(tài)樣本數(shù)據(jù)，建立電動汽車的關鍵運行變量(溫升、單位耗電量、電流等)時序預測模型，對電動汽車運行的關鍵數(shù)據(jù)進行監(jiān)測和預報。在此基礎上，應用最小二乘支持向量計算法，以訓練誤差作為優(yōu)化問題的約束條件，以置信范圍值最小化作為優(yōu)化目標，從電動汽車的安全運行原始監(jiān)測數(shù)據(jù)中學習歸納出電動汽車系統(tǒng)運行規(guī)律，從而實現(xiàn)對電動汽車異常處理模型的構(gòu)建。

數(shù)據(jù)采集服務器11通過移動網(wǎng)絡8與車載終端7進行連接，采集被救援車輛6的GPS信息、剩余電量、報警事項以及車輛可提供的其他測量數(shù)據(jù)，并將這部分數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)存儲服務器12進行保存。

數(shù)據(jù)分析服務器13分析當前數(shù)據(jù)，用于監(jiān)視乏電車輛的行駛路線，若車輛電量低于20％，則進行充電救援服務。

數(shù)據(jù)分析服務器13根據(jù)被救援車輛6發(fā)出的救援信息或者從控制中心獲取的救援信息，進行數(shù)據(jù)挖掘分析，找出電動汽車、電池中可能出現(xiàn)的問題原因，并提供解決措施。控制中心可以檢測被救援車輛的實時數(shù)據(jù)，以及與被救援車輛的信息交互。

數(shù)據(jù)分析服務器13包括至少一臺用于數(shù)據(jù)分析的服務器，用于分析對車輛的歷史數(shù)據(jù)和當前數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)挖掘分析，找出電動汽車、電池中可能出現(xiàn)的問題原因，并提供解決措施。還用于分析高速公路上充電設施的運行狀態(tài)、與被救援車輛位置的距離遠近以及充電設施的排隊情況；

數(shù)據(jù)分析服務器13：根據(jù)各電動汽車實時上送的車輛、電池運行數(shù)據(jù)，結(jié)合當前車輛的地理信息數(shù)據(jù)、其它車輛類比數(shù)據(jù)，對整車及電池的綜合狀態(tài)進行數(shù)據(jù)挖掘和分析，并根據(jù)系統(tǒng)預警指標對車輛進行數(shù)據(jù)分析和早期預警，動態(tài)調(diào)整車輛安全策略。通過及時的預測分析和安全策略來保障車輛、電池的安全可靠運行，并實時將分析結(jié)果推送至用戶端。

信息收發(fā)服務器15負責實時發(fā)布或接受信息的服務器，用于高速公路救援車輛25上的駕乘人員救援信息的接收以及故障車輛上的駕乘人員救援信息的發(fā)送和接收。

GIS服務器用于高速公路救援車輛上駕乘人員的快速定位和車輛行駛路線的確認。

儲能中心，采用專利“一種充換儲放光伏一體化電站結(jié)構(gòu)”(專利號：ZL201420831529.3)的儲能結(jié)構(gòu)，用于被救援車輛的充電所需的電能。

救援車輛25以車輛載體的移動式救援平臺，包括駕駛室1、主控室2、儲能中心3、充電間4以及維修間5。

車載終端7，包括收發(fā)終端16和數(shù)據(jù)終端17，收發(fā)終端16，包括信息接收模塊18和信息發(fā)送模塊19。信息接收模塊18用于接收控制中心發(fā)出的交互信息。所述信息發(fā)送模塊19用于電動汽車用戶發(fā)出救援信息。

如圖3所示，數(shù)據(jù)終端17，包括主控制模塊20、總線模塊21、無線通信模塊22、定位模塊23、用戶交互模塊24。主控制模塊20采用ARM9作為嵌入式處理器，它通過RS232接口分別與車輛的RFID模塊、GPS模塊連接。

總線模塊21通過SPI總線與所述主控制模塊雙向連接，無線通信模塊22、定位模塊23和用戶交互模塊24通過串口與所述主控制模塊雙向連接。

定位模塊23通過RS232接口與主控模塊連接，負責采集車輛的GPS坐標數(shù)據(jù)。用戶交互模塊24通過車載界面或遠程方式獲取用戶需求，同時將車輛實時信息反饋給用戶。

一種高速公路電動汽車一體化應急充電救援方法，包括以下步驟：

1.本發(fā)明所闡述的高速公路一體化應急救援分為兩種，一種為主動式救援，主動式救援方式為被救援車輛安裝了車載終端，并能夠?qū)崟r上傳行駛過程中的運行數(shù)據(jù)，救援控制中心根據(jù)車輛GPS定位信息，獲取救援車輛附近運行的電動汽車，并實時監(jiān)控這部分車輛的報警事項和剩余SOC，若剩余SOC達到警戒點且到達不了就近的充電服務區(qū)，則救援車輛主動聯(lián)系被救援車輛并前往救助。

2.另一種為等待式救援，等待式救援方式為被救援車輛主動發(fā)送救援信息，控制中心根據(jù)GPS信息獲取該車輛的位置后，前往事發(fā)地進行救援。

3.數(shù)據(jù)采集服務通過移動網(wǎng)絡與車載終端進行連接，采集被救援車輛的GPS信息、剩余電量、報警事項以及車輛可提供的其他測量數(shù)據(jù)，并將這部分數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)存儲服務器進行保存。

4.數(shù)據(jù)分析服務器分析當前數(shù)據(jù)，用于監(jiān)視乏電車輛的行駛路線，若車輛電量低于20％，則進行充電救援服務。

5.數(shù)據(jù)分析服務器根據(jù)被救援車輛發(fā)出的救援信息或者從監(jiān)控中心獲取的救援信息，進行數(shù)據(jù)挖掘分析，找出電動汽車、電池中可能出現(xiàn)的問題原因，并提供解決措施。

6.救援車輛25根據(jù)被救援車輛6的GPS信息，并在GIS服務器14上顯示車輛的位置信息，前往事發(fā)地進行車輛救援。若被救援車輛事6故原因為乏電狀態(tài)不能啟動，則電動汽車只需要充電即可。

7.由于事發(fā)地為高速公路上，不能就地進行充電。本發(fā)明的一體化救援平臺提供車輛充電間，將被救援車輛6移動到救援車輛25的充電間4內(nèi)，啟動充電設備即可。此時救援車輛25根據(jù)被救援車輛6原始的行駛路線行駛到就近的服務區(qū)。

8.若被救援車輛6事故原因為損壞不能啟動，則電動汽車需要進行維修。由于事發(fā)地為高速公路上，不能就地進行維修。本發(fā)明的一體化救援平臺提供車輛維修間5，將被救援車輛6移動到救援車輛的維修間5內(nèi)，由維修人員進行修理即可。此時救援車輛25根據(jù)被救援車輛6原始的行駛路線行駛到就近的服務區(qū)。

9.被救援車輛6所出的車輛事故被解除之后，該車輛從充電間4或維修間5移出即可。

上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，所屬領域技術(shù)人員應該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎上，本領域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內(nèi)。