“车电分离”情景下智能中控系统的设计与应用

近两年来，随着外卖和快递行业规模的迅速扩大，各种安全事件频发，国家从顶层设计层面加大了对电动自行车安全和充电的管控力度，从而促进了轻型车换电的快速发展，电动车的“车电分离”成为趋势。

一、国家政策催生了“车电分离”

（一）《电动自行车安全技术规范》

2019年4月颁布的《电动自行车安全技术规范》，其对电动自行车的各项参数进行了详细规范：整体重量不超过55kg，最高车速不超过25km/h，电池标称电压不超过48V，电机额定功率不超过400W。具体如下图所示：

可以说，新国标的实施，从政策高度上推动了电动两轮车行业的快速变革。

（二）《关于进一步加强电动自行车消防安全管理工作的通知》

2019年9月，应急管理部、工业和信息化部、公安部、住房和城乡建设部、市场监管总局等五部委联合下发了《关于进一步加强电动自行车消防安全管理工作的通知》，坚决整治电动自行车进楼入户、飞线充电。

五部委对充电场所进行了严格限制，但外卖和快递小哥的即时配送业务不能停止，换电业务应运而生。

用户在“换电模式”下几分钟就可以完成换电，便利程度媲美加油站。不仅弥补了电动两轮车续航不足，还在一定程度上避免了电池过充所导致的安全事故。

专业人士预测，2021年即时配送新经济电动车需求规模将达到800万辆。而外卖小哥的从业期限一般也就是3-5个月，自购车辆显然不划算，于是，“车电分离”的租赁模式已是市场的刚需。

二、“车电分离”与智能中控系统

“车电分离”即外卖和快递小哥既不自购电动自行车，又不持有电池，而是采取车和电池均为租赁的模式进行运营。这一模式下，对于电池而言，在换电模式下，电池每天都会回到换电柜进行充电，电池自身装配有BMS管理系统和通信定位模块，比较易于管理。但对于车辆而言，在租赁期限内，会一直在骑手手中持有，那么对于租赁车辆的资产保全管理和运营管理就显得迫在眉睫。这时，智能中控系统就应运而生。

智能中控系统是指通过收集电动自行车电池的BMS系统、电机控制系统等信息，并进行处理、分析及反馈的车辆智能控制终端（以下简称中控）。中控支持蜂窝网络、蓝牙、RF遥控等多种通讯方式，具备车辆定位、车辆防盗、车辆控制、车辆信息交互及平台信息交互等功能。如下图所示：

可以看出，中控其实是个智能模块，主要有三大功能：定位、通信和控制。

定位：目前的中控一般都配有GPS和北斗双模定位，当然还配备有基站辅助定位系统。

通信：中控装载有4G CAT1模块，可实时实现信息数据的通信和传递。

控制：中控主要通过读取两方面的信息进行控制：一是通过BMS（电池管理系统）读取电池的状态信息，比如电池电压、温度、剩余电量、充放电管理等。二是通过电机控制器读取车辆启动、行驶等方面的信息，比如车速控制、车辆启动、灯光控制、电池仓、电机控制、仪表控制等。

智能中控系统通过支持异常自动锁电机和外接各种电子锁，如：电动锁、后轮锁、喇叭、车机锁等，实现防盗手段的多样化，促使车辆安全防盗水平大大提高。同时，还通过实现无钥匙启动、自动设防、语音播报、限速控制及远程锁车速等功能，推动整车电气系统的智能化。此外，车辆运营商还可以通过智能中控系统对车辆的行驶距离、车辆自身状况、骑手骑行习惯等进行精细化管理，提升车辆的运营管理水平。

总结来说就是，智能中控系统通过定位、通信和控制，提高了车辆的防盗水平，最大程度实现了资产保全；通过自动启动、远程锁车等功能，提升了车辆系统的智能化；通过对骑手骑行习惯和车辆运行状况等的管理和数据积累，提升了车辆运营管理水平。

三大功能，三大作用，非常清晰。

三、智能中控系统实物和架构

我们先来看一下中控的外形和架构图，如下：

这是深圳思科尔特生产的适用于电动自行车的4G智能中控，规格尺寸为：95mm*50m*18mm，工作电压9V~100V，内置400mA聚合物锂电池，支持北斗定位/GPS 定位/基站定位/WIFI 定位，配置4G CAT1通信模块。

一般意义上的智能中控架构图如下：

智能中控的核心部件是MCU,类似于汽车的ECU，我们通常称之为微控单元(Microcontroller Unit；MCU)，主要功能是实现相应的控制功能：如ACC轮动锁车、喇叭扬声器、电机锁等。同时，还配有通信定位模块和供电模块，实现车辆的实时定位、传输和供电。然后，中控通过与整车部件的协同来完成相关功能的实现。

下面让我们一一道来：

（一）控制

1、ACC（电门点火开关检测）

ACC检测即车辆点火开关的检测。ACC开，即车辆处于启动状态；ACC关，即车辆处于熄火状态。MCU检测到ACC状态的改变后，通过蜂窝网络将ACC信息上报云平台。

2、启动、熄火的控制

支持平台或手机通过蜂窝网络或蓝牙下发启动或者熄火命令给中控，智能中控收到对应命令后控制车辆的启动或者熄火；当然，也可以通过遥控器的方式，来控制车辆的启动或者熄火。

3、设防、撤防

支持平台或手机通过蜂窝网络或蓝牙下发设防或者撤防命令给中控，智能中控收到对应命令控制车辆的设防或者撤防；当然，也可以通过遥控器的方式，来控制车辆的设防或者撤防。

设防即设定防盗状态。通常一键设防包括围栏报警、震动报警、断油断电报警等。当设防后，这些相关的报警功能就会生效。当相对应的场景发生时，就会启动相对应报警功能。

撤防就是撤销车辆防线，一旦进行ACC撤防，那么，车辆失去了既定的电子防护圈，也就不存在对应的报警功能了。

4、异动报警

当车辆在设防状态下，支持检测车辆的震动和倾倒异常动作，检测到异常动作后产生报警，并锁死车轮15秒，同时通过蜂窝网络把报警信息上报到云平台。主要如下：

断电报警：检测到外部电源被切断，会上报断电报警

轮动报警：设防状态，检测到车辆轮动会上报轮动报警

震动报警：ACC OFF 状态，检测到车辆震动会上报震动报警

5、锁控功能

锁控功能可分为三种：

一是用于电池仓锁，以防止电池的丢失；

二是可用于头盔锁，以确保头盔的穿戴和归还；

三是可用于外卖箱锁，以防止外卖产品的溢出和丢失。

6、语音输出

支持根据车辆状态变化进行语音提示，根据报警的类型进行语音报警。

（二）通信

1、蜂窝通信

即使用运营商的4G CAT1网络，完成普遍场景的通信和传输。

2、蓝牙

在蜂窝网络信号强度不满足通信需求时，智能中控设备可以通过蓝牙与手机终端进行数据交换，实现车辆基本控制功能（车辆上电/断电/设防/撤防/开锁）。蓝牙版本应在BLE 4.0及以上，空旷环境下工作距离应在10-20米。

蓝牙通信作为一种小范围无线连接技术，能在设备间实现方便快捷、灵活安全、低成本、低功耗的数据通信和语音通信，因此它是实现无线网通信的主流技术之一。它解决了地下车库、山区等通信信号强度较弱时的通信需求，是蜂窝通信的有效补充。

但蓝牙也存在以下几个问题：

蓝牙的功耗：蓝牙传输数据的频率不高，在传输数据的过程中耗能较少，但是，为了及时响应连接请求，在等待过程中的轮询访问却是十分耗能的。

蓝牙的连接：蓝牙的连接过程相对烦琐，其连接过程中涉及多次的信息传递与验证过程，反复的数据加解密过程和身份验证影响了用户体验。

 蓝牙的安全性：蓝牙的首次配对需要用户通过PIN码一般为4～6位。PIN码在生成之后，设备后续链接会自动进行认证。但黑客有可能破解PIN码来进行攻击。

正是由于上述问题的存在，蓝牙通信技术自1998年发布1.0版本以来，到去年已经历5个版本，其传输速度和传输距离均已大大提升。但其耗电问题还有待进一步优化，其相比红外、RF的功耗还是明显偏大。

蓝牙目前的版本主要有两个：BLE和BT，他们都是在4.0基础上发展起来的。BT是经典蓝牙，可不是我们想的那样……。BLE（Bluetooth LowEnergy）是在经典蓝牙基础之上继而发展的，其最大的特点是成本和功耗的降低。所以，我们中控使用的是BLE。

3、485总线/CAN

智能中控支持通过485总线和整车电机控制器和BMS通讯。

国外大都是CAN通信，国内主要是485通信。当然，目前一些高端车辆也采用CAN通信进行连接。这是因为485通信是国内为了降低连接成本独有的一种通信方式。

485通信：采用半双工工作方式，支持多点数据通信。它采用终端匹配的总线型结构。即采用一条总线将各个节点串接起来，不支持环形或星型网络。示意图如下：

CAN总线：是控制器局域网络（Controller Area Network， CAN）的简称，是由研发和生产汽车电子产品著称的德国BOSCH公司开发的，并最终成为国际标准（ISO11898），是国际上应用最广泛的现场总线之一。当时主要是为了解决汽车中电子设备数量的不断增加而产生的在汽车这个有限空间的布线问题，从而减少线束，实现信息共享和控制的实时性。示意图如下：

我们看一下RS-485与CAN-bus的特性对比：

由于电动自行车传输的数据量不大，且线缆数量也不是太多，因此，从性价比角度考虑，目前使用485总线的方式连接。当然，为提升用户体验和通信的顺畅性，也可以直接采用CAN。

4、遥控钥匙

智能中控支持遥控器对车辆的控制，包括启动、熄火、设防、撤防、开电池仓锁在车辆归还后解绑遥控器，解绑后遥控器无法再对车辆进行控制。

遥控保留的原因一方面是延续用户的使用习惯，另一方面也是为了降低功耗。目前主流的遥控器有两种：红外和射频。

红外遥控器因为使用红外光线发送信号，具有指向性强、不可穿透障碍物、抗干扰能力强、兼容性强等特点。射频遥控器因为使用无线电波传导信号，可全方位立体式覆盖，在控制范围内，无需对准被控设备即可进行遥控操作，可穿透墙体等障碍物，兼容性差，功能扩展性强。

除了上述两种，也有使用蓝牙遥控器的，但是成本和耗电相对前两种较高。目前主流使用的是射频遥控器，其功能、性价比和功耗综合来看比较好。

（三）定位

1、实时定位

智能中控同时支持GPS/北斗定位和基站定位，并优先采用GPS/北斗定位，当GPS/北斗定位无效时，使用基站辅助定位。

2、行车轨迹

智能中控支持通过蜂窝网络定时上报定位数据到云平台，云平台可依据此数据统计车辆里程和行车轨迹等信息。骑手和车辆运营商可对运行轨迹进行分析，以提升车辆的运营效率。

3、电子围栏

车辆设防后，智能中控支持开启以车辆位置为原点、围栏距离为半径的电子围栏功能，当智能中控检测到车辆超出了围栏距离，通过蜂窝网络把报警信息上报至云平台。

目前，定位的主要问题还是准确性问题。目前，通信模块主要采用4G CAT1，已经非常成熟。但定位模块的硬件和软件，尤其是软件算法还有待进一步提升。

在这一点上，武汉梦芯科技已走在前列。

（四）供电

1、断电报警

智能中控应装有可充电的备用电池，在主电源断电后保证智能中控智能中控工作不小于24小时。在车辆电池拔出，中控供电电源自动切换至备用电池；车辆电池接入，中控供电电源自动切换至车辆电池。

2、电池检测

智能中控要通过485总线和BMS通讯获取车辆电池信息，备用电池的电量信息通过中控自身采用获取，并定时通过蜂窝网络把电量信息上传到云平台。

车辆电池信息包括：电池电压、电池电量、电池温度、循环次数、SOC等。

（五）显示屏

在装载智能中控后，其可读取车辆电池的BMS信息，通过线束传输至车辆前端的显示屏。这时，骑手就可以通过显示屏而非手机看到电池的剩余电量，来实时灵活安排自身的配送路线和换电时间，提升骑手的骑手体验和运行效率。

今年是轻型车换电走向行业整合和生态整合的一年。据悉，铁塔换电、e换电等主流运营商都在推行车辆的智能中控系统方案，相信中控在租赁车辆保全、提升骑手体验和运营效率方面都将起到关键作用。

让我们拭目以待！

原文始发于微信公众号（遇见新能源）：“车电分离”情景下智能中控系统的设计与应用