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  • 管理信息系统5主要开发方法

    万次阅读 2005-12-30 00:07:00
    管理信息系统5主要开发方法:1.结构化生命周期法:把系统的建立看作是一生命物种的成长过程。 由6个开发阶段组成:系统定义 -> 需求分析 -> 系统设计 -> 编写代码 -> 安装调试 -> 系统维护 系统定义阶段为开发...

    管理信息系统5种主要开发方法:

    1.结构化生命周期法:把系统的建立看作是一种生命物种的成长过程。
      由6个开发阶段组成:系统定义 -> 需求分析 -> 系统设计 -> 编写代码 -> 安装调试 -> 系统维护
      系统定义阶段为开发提供建议和说明
      需求分析对当前的业务流程进行全面的调研和分析,发现存在的问题,全面认识原有系统的工作状况。
      系统设计阶段,进行新系统的逻辑设计和物理设计,如,系统业务流程图、系统的功能模块、数据流程图

      结构化生命周期中,强调文档的重要性

    2.原型法:快速地创建出管理信息系统的测试版(可用来演示和评估),借助这种测试版本挖掘用户的需求,然

    后在此版本的基本上进修改、增强。
      由4个开发阶段组成: 确认基本需求 -> 开发原型系统 -> 使用原型系统 <-> 修改增强原型

    3.应用软件包法:通过购买商品化软件包并在此基本上进行系统的开发方法。
      由4个阶段组成:系统分析 -> 系统设计 -> 系统修正 ->系统维护

    4.终端用户法:用户自己采用开发工具开发自己需要的各种系统。
      由3个阶段组成一个循环开发过程: 系统分析 -> 系统开发 -> 系统维护 ->回到系统分析

    5.外包信息系统法:将所需要的系统,委托企业外部的人员或组织进行开发。
      它只是一种信息系统开发策略,这些开发依然要选择如何使用前面4种开发方法
      由3个阶段组成:用户需求 -> 外包信息系统 -> 最终系统

     
      总结:
             结构化生命周期法是最基本的管理信息系统开发方法,也是其他信息系统开发方法依赖的基础。原型法的特点是鼓励用户参与到信息系统的开发过程中,尽可能快地开发出工作系统。但原型法主要是适用于一些小型系统的开发过程中。
            应用软件包法离不开商品化应用软件包的支持,因此这种方法不是一个完全独立的方法。
            终端用户法就是用户自己开发自己需要的系统,这种方法的质量很难得到保障。
            外包信息系统法是一种策略,其最大的好处是可以固定系统开发的成本,但,这种方法得到的系统严重依赖于外包供应商的服务质量。 

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  • 1.领域分析 1.1引言 随着信息时代的来临,基于PDF格式的学术论文与期刊文献的... 本次课题所设计的引文集成辅助阅读系统利用的是一线性阅读与非线性阅读结合的方式,针对的用户是缺乏完整的知识体系的本科生和

    1.领域分析

    1.1引言

    随着信息时代的来临,基于PDF格式的学术论文与期刊文献的数量猛然增长,给科研人员提供了丰富的参考资料的同时,也迫使科研人员将更多的时间和精力投入到对科技文献的检索与阅读中。如何对文献进行有效筛选与管理,成为当前研究的关键性问题[1]

    本次课题所设计的引文集成辅助阅读系统利用的是一种线性阅读与非线性阅读结合的方式,针对的用户是缺乏完整的知识体系的本科生和研究生,通过线性阅读引导用户阅读的逻辑思维,而超文本阅读作为一种主要的非线性阅读方式,可以激发读者的联想思维,提高用户获取大量信息的可行性。

    我们的系统目标是满足用户在阅读施引论文的同时希望能够阅读被引论文的需求,从而帮助提升用户的检索与阅读效率,减轻用户的认知负载问题,借助被引论文的阅读让用户理解施引文献变得更加轻松、简便。

    1.2系统新颖性

    1.2.1国内外研究现状

    国内在辅助阅读系统上的研究相对较少,目前主要通过对文献进行信息抽取、自动标引、文本可视化技术等构建辅助阅读系统,达到帮助读者在海量文本信息中快速且准确地获取个人所需的信息、更好地理解所阅读的内容的目的。

    国外关于文献辅助阅读系统的研究相对更加成熟,集中在在线协作、文本可视化技术、用户与系统的交互等方向,着重于对用户行为和动机的研究,以完善辅助阅读系统的用户体验,从而帮助用户投入到阅读文本中,快速理解文本。

    因此,本文以参考文献辅助阅读系统、文献注释辅助阅读系统、文本可视化辅助阅读统为例探讨科研人员在进行这类辅助阅读系统开发的研究方法和思路。

    1参考文献辅助阅读系统

    文献的相关信息包括文献的题录信息、参考文献信息等。艾华等人[2]建立了一个基于 PDF 的文献管理软件,能帮助科研工作者者有效利用信息资源,检索、管理和阅读个人文献,从而形成完全个性化的知识环境。该系统通过对参考文献格式标准的确定以及文献题录信息的抽取,创建、管理、存储和输出个人用户的文献题录资料,极大的方便了用户的检索管理以及阅读研究。

    Maria D. D. CollinsChristine L. Ferguson[3]探讨了使得链接服务成为可能的一种系统——CrossRefCrossRef 不是一个商业信息数据库,也不是全文内容服务商,它是促成相关出版商联合协作,使用DOI 技术为相关人员与机构提供引用链接服务的系统。CrossRef 确保任何拥有DOI 标识的网络信息资源与其资源本身之间的有效链接,并确保该链接的持久性。CrossRef 的系统链接还具有内容可见性、链接协议集中化等特点。CrossRef可允许研究人员通过点击某个出版商平台中的一个参考文献引用条目来直接链接到另一出版商平台中的被引用内容。通过提高目标链接能力及链接的便捷性,提高目标内容的使用量,用户仅需点击鼠标,便可通过开放链接、按次付费等来获得全文从而进行阅读,使文献的检索和获取更简单、直接和高效,使得阅读过程更加连贯。目前,CrossRef的引用链接网络覆盖了来自数百家学术类与专业出版商的数百万份论文及其他文献目录。这一动态的学术信息平台使研究人员迅速获得相关研究课题的各种文献,促进研究人员对科研课题的全面了解,并为科研工作的顺利展开与高质量完成提供了切实的保障。

    钟惠中[4]设计并构建了一个基于序列关联规则的科技文献自动辅助阅读系统。该系统通过抽取科技文献中的参考文献和作者姓名,可以自动检索作者名称和文献名称信息,并且它能在鼠标所指处,及时显示引用文献名称信息和作者名称。科技文献自动辅助阅读系统的文献名称识别方案基于语义框架结合规则,根据科技文献中的各种语义概念构建各个概念之间的联系从而构建整个框架。由于科技文献为半结构化的数据,系统结合规则和PDF文件中的非文本信息来提高抽取的准确率。在作者名称识别方面,根据科技文献特点与技术框架的限制,选择基于隐马尔可夫模型和轻量人名语料库的作者名识别方案。最终实现减少阅读过程中的额外动作,帮助科研人员提高科技文献阅读效率的目的。

    2)文献注释辅助阅读系统

    Mendenhall & Anne[5]介绍了一个通过使用多种教学策略从而支持学生提高至关重要的批判性思维、写作能力及补充相关知识的一种在线学习系统——社会注释模式学习系统(SAM-LS),并探讨了该系统在促进本科生批判性思考能力以及阅读理解上的作用。社会注释模式学习系统将Web2.0工具如社交网络(例如FacebookMySpaceNing)的细微差别与更基本的可以在Microsoft WordAdobe工具中进行评论的注释工具以及大量其他互联网可用应用程序相结合。其核心是HyLighter[6],一个将阅读和写作结合起来,促进共享、整合多个评论家注解的在线注释系统。HyLighter生成一个由颜色编码的综合显示,用于各种目的。HyLighter其中一个独特功能是彩色编码系统,可以创建一个或者多个读者文档阅读中知识轨迹的"累积的地图",用户可以选择一个人的"旅行",也可以和一个小组或一个专家的进行比较。小组成员可以使用社会注释模式学习系统突出重要的文本和电子文档,与他人在一个网络添加评论和分享注释。在完成对文本的高亮和笔记之后,用户可以选择一个关于评论和标签的表格视图,用户可以在很大程度上因此受益。其研究报告表明,SAM-LS能帮助读者坚持任务、更加投入到文本情境中,并且能促进理解能力和批判性思维。

    国内相关研究人员迟海[7]设计了一个简易的中文专利辅助阅读系统,研究基于CRF工具包的自动抽取术语问题,通过对抽取出的术语文档进行处理,获得一个标注好的术语文档,并对其实现过程中涉及到基于中文分词处理的一系列算法以及数据结构等问题进行剖析。在该系统中,考虑到术语的模糊性和词库的庞大,对术语进行模糊匹配,系统先将术语处理成单个汉字再与词库做匹配处理,同时对其在对术语中的每一个字符都在词库中做一次检索,并对词库中的词条建立哈希索引,进行倒排查找。在判断字符在词库中的某条语料里是否连续出现时,考虑汉字与英文的区别,由于汉语词汇的后重性,则要从最后的字符向前来判断,找到相同的字符后,再判断其前一个位置的字符是否也相同,相同则记录器进行累加操作,即字符在词库中出现了几次,记录器便是几。并且考虑术语在语料中出现的连续性,其程度越高,显示的优先级就越高。同时把术语在词库中的哪条信息中出现过的位置分别记录下来进行存储,以方便下次查找。系统基于CRF工具包自动抽取术语,通过对术语的处理,使用对词库进行哈希索引、倒排查找和词语优先显示等方法,利用最大熵模型,解决了将专利中苦涩难懂的专业词汇转化成人们易懂的词语的问题,使读者轻而易举地了解专利的作用及其商业价值。

    3)文献可视化辅助阅读系统

    文献进行文本可视化的目的是以丰富的图形或图像揭示以文本为载体的信息内容。文本的可视化技术可以高度概括并且形象化表示文本信息中的核心内容,方便人们快速的理解和吸收文本中的核心思想。

    在该研究领域,从检索到的文献数量以及内容质量来看,国外研究水平是要稍领先于国内研究的。根据不同的应用目的,文献可视化可以总结为基于词汇的文本可视化、基于篇章内容的文本可视化、基于时间序列的文本可视化和基于主题领域的文本可视化[8]

    Jozef Stefan研究院知识技术部门开发的Contexter系统[9]即是一种典型的基于命名实体的可视化辅助阅读系统。该系统首先利用信息抽取方法发现特定的命名实体,这些命名实体就是需要呈现的特定词汇。在此基础上,系统建立了命名实体之间的共现关系。其可视化的内容主要包含以下两个方面:①以网络图的形式表现实体之间的共现关系;②反映实体之间的背景信息,包括:命名实体相关的关键词、相关的其他命名实体、以及根据选定命名实体和其相关命名实体共同计算出的出现频次较高的特定关键词。Contexter系统会首先将处理完成的语料,以命名实体、词袋、原始文本等3种形式存储在数据库之中。词袋中包含原始文本的大多数词语,只是去掉了其中的停用词,并且做了共指消解的处理。利用词袋的目的,主要是为了全面地覆盖原始文本中的背景信息。利用一些特定的算法(典型的有TF-IDF算法),判断出文章中的关键词,从而建立命名实体与关键词的联系,帮助读者理解命名实体之间语义关系。

    此外,国外在该领域的研究成果还有基于词汇分布的可视化系统——Tilebares[10]、词汇分布的可视化系统——NLPW in[11]、发现阅读线索的篇章内容可视化系统——TextArc[12]、主题变迁可视化系统——ThemeRiver[13]、内容变迁可视化系统——History Flow[14]等。

    国内研究中,陆泉、陈静和jin zhang[15]开发了PDF图书可视化交互挖掘系统——电子图书多粒度内容解析系统。其目的是深化图书检索粒度,以及提升图书检索用户体验与降低认知负担。基于该系统,通过对电子图书进行多粒度逻辑结构的解析与特征词权重计算,进一步对图书全文、其逻辑组织以及检索结果进行可视化。利用其对电子图书的处理结果,提取其建立的图书页面、逻辑单元、具体文本之间的对应关系,实现逻辑层次树、可视化空间与图书原文之间的同步操作。用户在逻辑树上任一节点或可视化空间任一对象上的操作,将得到原文、逻辑树与可视化三个窗口的同步响应。

    综合国内外研究可以发现,国外研究水平要高于国内研究,此外在文献辅助阅读方面,研究人员主要集中于研究文献可视化以达到辅助阅读的目的。而基于引文文献,利用文献引文相关信息(包括文献摘要、被引情况以及影响因子等相关信息)作为辅助阅读的系统研究较少,具有很大的研究空间。

    1.2.2国内应用现状

    本节内容,作者从不同角度选用了几款主流的阅读系统进行比较分析,分别是CajViewerAdobe ReaderReadCube。以上三种阅读软件均支持WindowsMacIOSAndrooid等主流操作系统。此外,国内研究人员在移动平台上进行PDF文献阅读时,可能还会用到iBooks、福昕阅读器、Good Reader、多看阅读、手机知网、PDF ReaderPDF expert等软件,由于与上述三种阅读器相类似,或只支持某一种系统使用未成为主流,故在这里不做详细介绍。

    1.2.2.1国内主流文献阅读系统介绍

    1CajViewer

    CAJViewer又称为CAJ浏览器,是由中国知网自主开发,用于阅读和编辑CNKI系列数据库文献的专用浏览器。CNKI一直以市场需求为导向,每一版本的CAJViewer都是经过长期需求调查,充分吸取市场上各种同类主流产品的优点研究设计而成。它兼容CNKI格式和PDF格式文档,可不需下载直接在线阅读原文,也可以阅读下载后的CNKI系列文献全文,界面清晰,功能强大,使用简易,逐渐成为人们查阅学术文献不可或缺的阅读工具。

    2Adobe Reader

    Adobe Reader是由美国Adobe Systems所开发的电子文字处理软件集,可用于阅读、编辑、管理和共享PDF格式文件,文档的撰写者可以向任何人分发自己制作(通过Adobe Acobat制作)的PDF文档而不用担心被恶意篡改。它适用于跨平台和跨设备可靠地查看 PDF 文档并与之交互,保护功能非常强大,是一款值得信赖的、业界领先的阅读器。

    3ReadCube

    ReadCube 是一个用于阅读、管理、注释、获取学术文献的专业文献阅读管理系统。 ReadCube团队把它定位为用于替代现有科研文献管理软件,但实际上它的文件传输和引用功能,以及个性化的推荐功能都是非常有价值的。并且,它可以通过谷歌学术搜索(Google Scholar)、PubMed 和微软学术搜索(Microsoft Academic)来查找和下载文章。它同时具有强大的文献阅读和组织功能,这足以让它在文献管理软件市场中占据一定的份额。

    1.2.2.2主流文献阅读系统调研

    CajViewerAdobe ReaderReadCube分别作为国内知名文献阅读系统、世界领先文档阅读系统、国外优秀文献阅读管理系统的代表,为文献辅助阅读系统的发展发挥着一定的影响力。接下来从用户数量和功能对比两个方面,对CajViewerAdobe ReaderReadCube进行调研,探讨主流文献系统的应用现状。

    1)用户数量对比


    备注:搜索指数是以网民在百度的搜索量为数据基础,以关键词为统计对象,科学分析并计算出各个关键词在百度网页搜索中搜索频次的加权和。根据搜索来源的不同,搜索指数分别PC搜索指数和移动搜索指数。整体搜索指数为PC搜索指数和移动搜索指数的和。

    由上表可得,就近30天的整体搜索指数及移动指数而言,Adobe Reader的指数最高,其次是CajViewerReadCube最低。Adobe Reader的整体指数达到17868,移动指数为1353,它的搜索热度最高,这与它注重用户习惯有关;CajViewer其次,整体指数为3195,移动指数为354,比较受欢迎,这离不开它作为中国知网专用浏览器的身份;ReadCube最低,整体指数为111,移动指数仅12,这表明在中国ReadCube的覆盖面并不广,国内的认可度较低,这与它对中文文献兼容性较差、宣传不足有关。

    总的来说,Adobe ReaderCajViewer在国内的受欢迎度很高,可以为本系统界面、结构等方面的设计提供参考。而截止20153月,ReadCube阅读平台的全球用户数量超过800万人,在世界上有着巨大的影响力。与国内的使用情况对比表明,此类提供超链接的个性化推荐文献阅读系统在国内市场存在严重的短缺。

    从整体搜索指数和移动指数的对比可以得出,在移动设备上的搜索所占搜索比例非常小,这是由于三款文献阅读系统对移动设备的支持性较差,也与用户阅读文献习惯使用较大屏幕有关,这也是文献阅读系统多为PC端的原因,我们开发的系统也是基于Windows PC端。

    并且,通过百度指数提供的人群分布情况,可以得出:20-39岁的人群为CajViewerAdobe Reader的主力军,其次为40-49岁。地域分布表明在北京、江苏、广东、浙江、上海、湖北等省份使用CajViewerAdobe ReaderReadCube的用户最多。可见,文献阅读活动在发达地区最为活跃,表明发达地区的科学研究工作更为普遍深入。这预示着本系统的面向用户主力群体在20-39岁,在较发达地区更倾向被使用。

    1.2.2.3文献阅读系统功能对比

    根据我们小组对CajViewerAdobe ReaderReadCube这三款软件的实际使用情况可得下表:

    名称

    CajViewer

    Adobe Reader

    ReadCube

    适用系统

    WindowsMacIOSAndroid

    WindowsMacIOSAndroid

    WindowsMacIOSAndroid

    支持格式

    CAJNHKDHCASCAAPDF

    PDF

    PDF

     

     

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    (支持在选择的范围内查找,可设置查找条件)

    在线搜索

    (支持在CNKI和工具书集锦在线中搜索)

    ×

    (可按作者期刊题名等在Google SchoolarPubMed上进行搜索)

    划词链接

    ×

    ×

    说明:特色;支持× 不支持(参考"人人都是产品经理"网站给出的竞品分析标准)

    通过对以上三大主流文献阅读系统的对比,可以发现,CajViewer是一款功能强大、旨在为用户提供方便快捷、注重检索的文献阅读器。它的基本功能诸如文本编辑、标记、注释都十分完备,在目录、书签等细节上也毫不逊色。依托中国知网的平台提供即时的在线检索,帮助用户理解文献内容,从而起到辅助阅读的作用。Adobe Reader是一款界面十分友好的小而美的阅读器。它的功能较少,但每一个功能都细化到了极致,能充分满足用户对文献的基本操作要求,极其看重用户的视觉体验,导航也十分清晰,以创造完美的用户体验为目的,可以有效辅助用户进行文献内容的阅读和组织。Readcube则是定位于搜索、引用、组织和推荐文献的一款个性化文献阅读系统。通过对引文的处理,以链接的方式提供给用户引文文献和作者的信息,通过Google Schoolar等平台提供文献的查找与下载,并且可以提供个性化推荐,真正意义上从引文和个性化的角度出发对用户进行辅助阅读。但它的编辑功能较弱,系统的稳定性有待改善。

    1.2.3文献阅读系统分析总结

    从文献辅助阅读的科学研究领域来看,大部分研究者倾向于通过对文献的一些基本信息如题录、摘要,或者对文献内容进行解释以及将文献内容可视化的角度来帮助用户进行辅助的阅读。

    而主流文献阅读软件在基本功能方面均日益完善和趋同,而能够在市场上流行起来的主流文献阅读软件都存在一些其他软件难以替代的特色功能,这也是其能存在一批固定用户的基础。

    总体而言,目前文献管理软件仍存在以下的不足:现有文献阅读系统更加注重对于文献内容的阅读格式,包括缩放、文本编辑等基本功能,而对于文献中的引文信息则显得重视不足。事实上,引文信息能够帮助用户进行文献筛选、理解等多种目标,利用文献引文相关信息(包括文献摘要、被引情况以及影响因子等信息)作为辅助阅读因素的系统具有新颖性。

    1.3系统价值性

    1.3.1用户相关评论

    本小节内容将会摘取一些社会问答社区如知乎、或一些科研人员常用网站如科学网、小木虫等网站的用户回答或者评论,以直接或间接的方式来证明存在用户需要引文信息来帮助其进行阅读或者科研任务完成。

    在知乎社区中,存在一个"如何总结和整理学术文献"的话题[16],该问题获得了8000余人的关注,在点赞数较高的答案存在一些这样的内容:

    用户"menz"提到内容中出现:"xxxxx[11]"。我希望马上看看这个参考文献[11]是什么。pdf版太烦了——要拖下去找这个参考文献[11],然后再滚上来,忘了刚刚看到哪了。这点(大部分文献的)网页版就很好,鼠标虚指一下[11]这个链接,参考文献的citation信息就显示出来,再点一下,直接就可以打开这个参考文献的页面;

    用户"雷泽"提到论文中引用文献时,一般的方法也就是在文中给出类似[1]的引用号,文章末尾列入参考文献等内容,真正的交叉引用效果都不太令人满意,那么也就很难将引用内容与参考文献灵活联系起来。但此时如果有一种方法,在不需翻页的情况下,在论文引用处可以链接到引用文档的信息,比如作者,题目,页码,出版社,甚至链接到pdf文档供一键打开,那就是无穷的方便。

    同时,在知乎上也存在着另外一个话题"参考文献有网页链接,是不是用户体验更好?"[17]用户"徐编辑"提到有链接确实减少了阅读者的负担,而有匿名用户则回答道现在也没有专门的阅读器可以在文献里提供链接直接查询文章,但国外有文献管理工具比如readcube可以实现作者信息的链接,希望以后能有专门的文献内部参考文献链接技术和服务出现吧。

    同样,在科研人员聚集的一些网络社区中如科学网用户"英论阁Enago"[18]提到在最近的一次发表论文的过程中,期刊编辑希望其发稿能对自己的参考文献附上超链接,理由是此工作能帮助读者进行更有效的阅读。

    从上面的评论可以总结出下列观点:科研相关人员的确需要一款在阅读器中提供在被引处直接能给出相关信息以辅助他们进行阅读,而目前还未真正出现一款能够满足这些功能的阅读系统。

    1.3.2目标用户人群分析

    对于我们所构建的系统面对的用户需要满足以下几个特点:1、用户在日常生活中有进行阅读文献或者论文写作的需求;2、在阅读某领域文献的过程中,对施引文献感兴趣,即其希望能够理解文献内容包括引文所蕴含的信息或者了解更完备的该领域相关知识以加深对其认识。

    据此,我们将目标用户人群分为两类,一类是对本专业领域知识还缺乏完整体系的本科生和研究生;另一类为带有特定任务或特定动机的科研相关人员。

    1.3.2.1缺乏完整知识体系的本科生和研究生

    对于本科生和研究生来说,文献阅读是其学习生活中的重要组成部分,并且在学习生活中也大都是在阅读本专业领域方面的文献。在其学习期间,需要通过广泛而深入的阅读、大量的知识积累和研究训练,构建合理的知识结构,以增强学术能力和适应性。由于该类型用户并没有广泛而深入的一定量的阅读,因此在进行科学研究时其没有宽厚的理论基础和一定量的学术积累。

    虽然该类型用户未形成完整知识体系,但此类型用户具有一定的先验背景知识。先验背景知识(prior background knowledge)是指阅读者拥有的与阅读文本内容有关的所有背景知识的总体,它包括领域知识与主题知识。领域知识(domain knowledge)表征知识的广度与范围,是指与某一特定学科有关的并能将此学科知识体与彼学科知识体区分开来的基本原理与概念;主题知识(topic knowledge)表征知识的深度,由领域知识内的某些子概念与子观点构成[19]

    1)从先验背景知识和兴趣之间的关系分析

    Alexander发现在技术性物理学文本阅读中,领域知识与兴趣具有显著性相关,而在另一篇同类非技术性文本的阅读中,领域、话题知识与兴趣有显著性的相关[20]SchrawWade都发现信息的完整性(由文本所提供的阅读中的必要背景信息)与情境兴趣间有着积极的关系。[21, 22]

    此外,Tobias(1992a)指出:认为领域知识与兴趣无关的论断是不合理的。因为如果人们对某一领域非常感兴趣,则可能会主动探寻以获得此领域的更多知识,并且也愿意在此领域中花费更多的时间来学习,因此兴趣所引起的学习结果变异中必然有部分应归功于领域知识的作用。[23]

    综上所述,许多学者关于先前背景知识与兴趣的研究中,均发现先前背景知识与兴趣具有显著性相关,即先前背景知识能明显促进用户进行阅读的兴趣。

    2)从先验背景知识和阅读理解的关系分析

    阅读理解是学生获取知识和信息的一个有效途径。图式理论认为,理解的产生离不开图式,因图式早已存在,且以知识结构的形式存储于大脑中,所以,当文章中的信息与已存在的知识结构(图式)发生映射的时候,理解也就产生;已有知识是理解产生的基础,通过已有知识,阅读内容可以被预知,且这样的过程由读者驱动;背景知识为理解得以产生提供了其所需的导引语境,而语境则帮助读者筛选阅读中输入的信息并最终帮助读者理解其所读内容。[24, 25, 26]

    此外,在阅读理解的过程中,兴趣也明显对阅读理解有着明显的正向促进作用[27]。我国学者章凯、张必隐在以大学生为被试的研究中,以兴趣的自组织目标-信息理论为基础,融合个体兴趣与情境兴趣的四个维度,提出兴趣发生的四维模型,其研究也再次表明:兴趣高的读者对所读内容表现出更强的推理能力、更高的元认知水平,并且兴趣对文章理解的促进作用相对独立于背景知识的影响[28]Schiefele[29]进行了一系列研究来考察话题兴趣在文本阅读中的重要作用,系列实验表明高兴趣激发了阅读中更高水平的积极活动和情感方面的体验,并且高兴趣水平的个体进行的是一种更精细的信息加工并能主动运用学习的技能。

    综上所述,存在一定的先验背景知识是用户在阅读过程进行理解的必要条件,同时有(1)已知,先验背景知识能够正向促进读者的阅读兴趣,而兴趣则能激发读者的热情,促进用户运用学习等技能去理解文章。

    从以上两个角度可以总结道,对于缺乏完整知识体系的本科生和研究生而言,由于在日常生活中经常阅读本专业领域相关文献或者进行本专业领域的文献写作,并且该类型用户拥有一定的先验背景知识,他们会在阅读过程中产生对专业领域更深层的领域知识产生兴趣,他们也希望能够理解正在阅读的文献;因此其符合系统面向用户所具备的两个特征,是该系统的目标用户人群。

    对该类型用户进行分析可得,目前仍存在下列问题[30]

    1)阅读量不够。是否拥有足够的阅读量与研究进展及阅读能力的提示关联极大。尤其在研究生教育阶段,我国研究生在文献阅读上时间及阅读数量是偏低的,很多研究生仅仅局限于课本、教材,对本专业的学术渊源和前沿不去做了解和涉猎;另一方面,不愿过多了解相关学科知识,也导致了其学术视野狭窄和学术科研能力的不足。

    2)从文献中获取有效信息的能力不足。

    第一、缺乏系统的文献检索能力。我国在本科及研究生教育过程中,缺乏对文献检索和查阅方面知识的系统培养。即便在检索资源丰富的条件下也很少有研究生对文献检索方法和知识作深入的了解。

    第二、缺乏整理文献资料及准确理解的能力。能否从众多的文献中遴选出有效的信息,对研究过程来说至关重要。准确无误地理解文献,一方面是治学态度严谨的表现,另一方面也是科研人员阅读能力的重要标志。而实际学习中在浩渺文献中不知哪些该略读或者精读,对文献理解也缺乏准确性,学生在文献使用过程中断章取义的现象并不少见。

    3)缺乏阅读自主性。我国当前,大学生的阅读多处在一种被动的状态,很少有研究生能将文献阅读内化为研究生生活的重要工程部分,从而主动广泛而深入地阅读文献的。大多学生处于被动状态,不够主动而深入、广泛地阅读,自主地涉猎相关知识的,阅读上缺乏规划性和目的性。

    因此,通过文献摘要辅助引导,可以让此类用户通过摘要带动深入学习、探究的兴趣,对值得精读的领域知识有更加清晰的思维框架,提高阅读效率,优化阅读策略。

    1.3.2.2特定任务或特定动机的科研学习相关人员

    该类型用户同样需要满足上述两个条件,因此包括了跨学科研究的科研人员,为显示自己非常勤奋的学生,为说服读者、显示作品权威与可信的科研人员等;这几种用户都需要用到引文,并且需要对引文所蕴含的内容具有阅读和使用意愿。

    对于第一类跨学科研究的科研人员,虽然其并不具备跨学科的背景知识,不能保证其对该领域能产生兴趣,但其在科研过程中由于进行跨学科研究,该类人员必须要要理解文献内容以及文章中一些被引文献,该类型用户拥有特定任务。

    对于第二类为了显示自己非常勤奋的学生,Harwood Petric [31]对两名商学院研究生的课程论文写作过程进行了参与式观察,研究发现:不管任课教师开出的阅读清单上的文献对自己论文的内容有没有参考价值,学生都会引用这些清单上的文献。因为,他们认为这种引用可以向任课教师显示他们已经认真学习过所布置的阅读材料;此外,为了显示自己是阅读广泛的勤奋学生,每个学生都倾向于引用大量的参考文献,尽管他们并没有真正细读过这些文献。此类用户对被引文献虽不是完全想要真正理解,但其希望能够引用更多引文,对引文内容有一定的需求,该类型用户拥有特定动机。

    对于第三类为说服读者、显示作品权威与可信的科研人员,Case[32]在传播学和文献计量学两个领域展开实证研究,发现传播学学者倾向于引用综述和熟人的文章,引用动机为:应用该文献有利于增强作者自己研究成果的权威性;布达佩斯大学的Vinkler[33]将作者的多种引用动机归为两大类:专业动机(Professional Motivations)和关系动机(Connectional Motivations)。专业动机主要是指由于理论或实践上的内容联系导致作者的引用行为,关系动机是指作者为了和学术共同体建立起社会联系而进行的引用。

    此类用户对引文内容有较高的需求,并通常引用较为权威的作者的文献,以求与其建立社会联系、成为科研共同体,该类型用户拥有特定动机。

    因此,通过文献引文辅助引导,可以让这三类用户通过摘要提高阅读效率,帮助其快速筛选被引文献价值,对有价值的文献进行详细阅读,优化阅读策略,以此满足其特定动机或促进其完成特定任务。

    1.3.2.3从引文功能分析目标用户

    结合日常阅读情景,我们可以知道,对于用户来说,阅读文献肯定不会也没有必要对所有参考文献进行依次阅读,因此可以预测用户只会想要了解该文献中某些参考文献所蕴含的信息。这意味着由于某些参考文献本身所带来的价值和功能吸引了用户想要对被引文献进行了解。

    Oppenheim[34]以物理学和物理化学领域23篇高被引文献为样本,这些文献在1974-75总共被978篇文献引用。通过内容分析研究发现,提供研究背景(436篇)和相关研究信息(206篇)的非实质性引用,占施引文献总数的65.64%,将自己的研究结果与被引文献对比(141篇)、借鉴被引文献的理论(174篇)或研究方法(121篇)的实质性引用仅占施引文献总数的44.58%

    Pefitz[35]在社会科学领域内开展了一次跨学科的研究,通过对The American Journal of SociologyThe American Journal of EpidemiologyThe American Journal of Educational ResearchDemographyLibrary Research五份期刊中实证论文的引文内容分析,研究发现承担情境铺垫和提供背景信息功能的引文占总数的43.48%,而且将近半数的引文出现在引言部分,施引文献和被引文献之间并没有实质性的知识借鉴产生。

    刘宇、李武等人[36]通过对相关实证研究的梳理,我们不难发现引文内容分析存在两大共性:一、大部分的引文主要是为了向读者提供研究背景信息,或罗列现有的相关研究成果;二、基于内容的实质性引用关系(通过概念借鉴和方法借鉴的建立引用关系)。

    从以上实例我们分析得到:

    1.若是对本专业领域知识还缺乏完整体系的本科生和研究生,在阅读过程中可能对关于提供背景信息或相关研究信息和借鉴被引文献的理论与研究方法的被引文献感兴趣;

    2.对于跨学科研究的科研人员等则对于被引文献的研究方法、研究思路更感兴趣;

    3.对于为了显示自己非常勤奋的学生,可能对研究结果或者结论的施引文献感兴趣;

    4.对于为说服读者、显示作品权威与可信的科研人员,可能会对施引文献的作者信息或者所发表期刊知名度等更为看重。

    具体情况如下表所示:

    用户与主要五种引文功能的兴趣匹配情况

    用户

    研究背景

    相关研究信息

    研究结果对比

    理论借鉴

    研究方法借鉴

    缺乏完整体系的本科生和研究生

     

    跨学科研究人员

         

    显示自己勤奋的学生

     

    为显示作品权威的科研人员

     

     

    1.3.3阅读方式结合的价值

    1.3.3.1超文本阅读简介

    超文本是文本的电子表现形式,它将文本材料划分成多个线性单元(称为"节点"),然后按语义关系和特定的结构形式将所有节点链接成网络,人们轻击超链接就可以从一个网页任意跳转到另一个网页,即通过链接的方式将各种文本组织起来[37,38]。卜丽娜指出,超文本是用超链接将各种不同时间、空间的文字、图像、声音等信息组织成网状文本[39]

    超文本阅读使读者可以通过链接获得多样化的说明,特别是利用网络的漫游特性、下载功能、资源检索等服务扩展信息来源,进而开阔读者眼界[40]。目前,超文本 Hypertext 已经成为多媒体教育、现代远程教育、电子商务、计算机支持协作工作(Computer Supported Cooperative Work)以及其它信息通讯技术的重要信息结构基础[38]

    1.3.3.2与传统线性文本的对比

    传统的文本课文是按顺序组织信息的,阅读时人们的思维往往只能随课文内容顺序展开,因此被称为线性阅读(Linear Reading)。这种信息组织方式不仅会限制读者的思维流向而且难以对大型信息系统进行有效地组织[38]。相比之下,超文本采用一种网状结构组织信息,由信息节点和联线组成。节点间通过联线彼此相互联系,读者可以顺着联线在超文本信息网络中自由移动[41]这种设计符合人类的联想思维特征,具有灵活组织信息和超强存贮信息的特点,不仅极大地方便了用户的阅读,提高了学习效率,而且容易引起学习兴趣。

    超文本阅读的特点表现为:灵活性、非线性和随机通达性[42]。超文本的灵活性是显而易见的,超链接把知识有机地联系在一起,学习者可以顺着这些链接寻找自己需要的知识。超文本的链接也使它不局限于前后翻页式的线性操作,它可以在不同的页面之间来回跳转。由于有了知识点之间的超链接,同一信息可以由不同的路径得到,这种接近信息的方式不是先前决定的,它近似于随机,学习者可以根据自己对知识点的掌握情况选择通达的道路。

    Jonassen [43]认为,超文本可以适应读者的先前知识( prior knowledge) ,是一种非常好的学习形式。学习就是通过习得新的概念和构建概念间的新关系从而逐渐改变知识结构的过程,因此读者预先所知的信息为构建新知识提供了框架。如果文本结构与读者的先前知识结构相似,那么就增进了学习。在这个意义上,读者在进行超文本阅读时可以根据自己的需求改变文本结构,因此这种阅读方式符合读者的内在语义网络。

    吴骏[44]对超文本有图、超文本无图、线性文本有图、线性文本无图的阅读效果,进行了实证比较研究,发现超文本阅读明显优于传统线性文本阅读,并指出,超文本阅读应当科学的应用在教学及企业实践中。超文本网络还具有强大的数据存贮能力,超文本已成为互联网的重要信息结构基础,广泛地应用于现代远程教育、电子商务和其它数据通讯场合。

    1.3.3.3超文本阅读方式的局限性

    由于超文本阅读固有的灵活性,一方面,学习者通过这一灵活的文本组织形式构建适合自身的知识结构,从而对阅读内容有更加深刻的理解;另一方面,超文本这种近似随机的阅读方式以及让人眼花缭乱的链接,很可能导致学习者的迷失,从而对阅读效果产生不利影响[41];用户会在浏览超文本时很有可能偏离原有主题,在层级复杂的链接中产生迷航(迷路)[40]。迷路是指用户在游览信息网络时,不知道自己身处何处,如何达到目的地,或者在游览时因多次跳转而偏离学习(或搜索)主题[38]

    根据认知负荷理论,和传统文本相比,学习者在超文本阅读中面临更多的认知任务,从而增加了认知负担。由于一个节点会与多个节点链接,使用户难以知道要选择哪条路径;节点之间的关系存在疏密的差别,也会增加认知负担[41]。同时,用户为了保证特定搜索与目标相关信息,又要抑制自己感兴趣而无关的信息,大大增加了心理负荷[40]。当用户的游览目标不很清晰时,所承受的认知压力更为严重,阅读效果因而受到影响[38]

    在超文本阅读中,学习者需要明确学习目标、制定学习计划、掌控学习界面、监控阅读进程,必然会增加学习者的认知负荷,导致如迷航、认知过载等各种问题的出现[40]

    1.3.3.4线性与非线性方式结合的价值

    虽然超文本设计符合联想思维的特征,但信息的最终获取还需通过阅读线性文档,即各结点的内容来实现。有研究发现爱好线性阅读还是非线性阅读存在明显的个体差异,即一些人更多地依靠线性阅读来获取知识,而另一些人却更多地依靠非线性阅读来积累知识[38]。本研究旨在有效地结合线性文档与非线性文档,提高不同用户的个性阅读效率。

    在阅读的过程中,插入特别提示[45]要求读者进行深度加工,能够有效地激发读者的元认知监测,从而辅助阅读。研究如何给用户清楚的提示和强调(需求分析),避免兴趣过于泛化和注意不稳定,对于提高阅读效率是十分有益的。

    在保证线性阅读文献的大前提下,借鉴超文本阅读模式,对参考文献提供基础信息的阅读辅助,既可以帮助用户理解引用内容,与已有知识进行整合,形成对文献更好的整体把握;又避免了迷航与认知负载问题的产生。另外,超文本学习环境可以很好地实现随机通达教学,提高结构不良领域认知灵活性[41],即提高跨领域阅读效率。

     

    1.4系统可行性

    1.4.1时间可行性

    本次系统开发将严格按照陆泉老师制定的信息系统设计与开发教学日历执行,第5周提交领域分析报告,第6周进行小组需求分析报告,第8周进行小组系统设计报告,第11周进行小组系统开发报告,第13周进行小组系统测试报告,第15周进行小组系统评价报告,第18周进行小组总体报告。具体情况由课任导师陆泉老师监督指导,此次系统开发具有时间可行性。

    1.4.2用户可行性

    本系统面向用户为大学里的本科生与研究生,武汉大学每年招收本科生8000余人,硕士近6000人,而且对于武汉大学这种国内一流的综合性大学来说,其校内在读本科生与研究生在日常学习生活中均存在阅读文献的需求,因此对于我们的系统目标用户是容易找到的,具有用户可行性。

    1.4.3技术可行性

    本次系统开发涉及到的技术包括网页技术、PDF文件解析技术、超链接技术、数据库技术以及B/S模式设计等。

    1.4.3.1 网页技术

    1B/S服务模式

    B/S结构(Browser/Server,浏览器/服务器模式)[46,47],是WEB兴起后的一种网络结构模式,WEB浏览器是客户端最主要的应用软件。这种模式统一了客户端,将系统功能实现的核心部分集中到服务器上,简化了系统的开发、维护和使用。客户机上只要安装一个浏览器,如ChromeInternet Explorer,服务器安装SQL ServerOracleMYSQL等数据库。浏览器通过Web Server 同数据库进行数据交互。

    2HTML/XHTML

    HTML指超文本标记语言[48],是一种标记语言,使用标记标签来描述网页。这种标记语言处在不断的变动之中,支持几乎所有格式的文件在网页上的呈现(包括图片、视频等)。XHTML[49]最早叫做"HTML in XML",是一种基于XML的超文本标记语言,也就是说,将以前用SGML定义的HTML改为用XML重新定义。

    3JS

    JavaScript[50]是一种在客户端浏览器中以解释方式运行的,可嵌入在网页中的执行改变网页效果的语言。其设计目标是更少地占用系统和网络资源,却可以在页面做更多的事情。有了这种语言,可使得网页设计更加灵活,页面效果丰富多彩。

    4JSP

    JSP全名为Java Server Pages,中文名叫java服务器页面[51],其根本是一个简化的Servlet设计,它是由Sun Microsystems公司倡导、许多公司参与一起建立的一种动态网页技术标准。JSP技术有点类似ASP技术,它是在传统的网页HTML(标准通用标记语言的子集)文件(*.htm,*.html)中插入Java程序段(Scriptlet)JSP标记(tag),从而形成JSP文件,后缀名为(*.jsp)JSP开发的Web应用是跨平台的,既能在Linux下运行,也能在其他操作系统上运行。

    5Ajax

    AJAX 指异步JavaScriptXMLAsynchronousJavascript+XML[52]。这个术语源自描述从基于 Web 的应用到基于数据的应用的转换。AJAX不是一种新的编程语言,而是一种用于创建更好更快以及交互性更强的 Web 应用程序的技术。AJAX 在浏览器与 Web 服务器之间使用异步数据传输(HTTP 请求),这样就可使网页从服务器请求少量的信息,而不是整个页面。

    1.4.3.2数据库技术

    1MYSQL

    MySQL 是一个关系型数据库,由瑞典 MySQL AB 公司开发,目前属于 Oracle 旗下公司。MySQL 最流行的关系型数据库管理系统,在 WEB 应用方面 MySQL 是最好的RDBMS (Relational Database Management System,关系数据库管理系统) 应用软件之一。MySQL 是一种关联数据库管理系统,关联数据库将数据保存在不同的表中,而不是将所有数据放在一个大仓库内,这样就增加了速度并提高了灵活性[53]MySQL 所使用的 SQL 语言是用于访问数据库的最常用标准化语言。MySQL 软件采用了双授权政策(本词条"授权政策"),它分为社区版和商业版,由于其体积小、速度快、总体拥有成本低,尤其是开放源码这一特点,一般中小型网站的开发都选择 MySQL 作为网站数据库。由于其社区版的性能卓越,搭配 PHP Linux Apache 可组成良好的开发环境,经过多年的web技术发展,在业内被广泛使用的一种web服务器解决方案之一,称之为LAMP

    2Navicat

    Navicat是一套快速、可靠并价格相宜的数据库管理工具[54],专为简化数据库的管理及降低系统管理成本而设。它的设计符合数据库管理员、开发人员及中小企业的需要。Navicat 是以直觉化的图形用户界面而建的,让你可以以安全并且简单的方式创建、组织、访问并共用信息。Navicat for MySQL是一套专为 MySQL 设计的高性能数据库管理及开发工具。它可以用于任何版本 3.21 或以上的 MySQL数据库服务器,并支持大部份 MySQL 最新版本的功能,包括触发器、存储过程、函数、事件、视图、管理用户等。

    1.4.3.3 PDF文件解析技术

    1Adobe Acrobat SDK

    Adobe Acrobat SDK[55]是一套工具,帮助开发的软件与 Acrobat 技术的交互,提供在 Windows 和苹果 Mac OS 环境发展的支持。该 SDK 包含的头文件,类型库,简单的工具,示例代码和文档。它既能很好的显示 PDF 又能很好的解析 PDF。它的具体实现语言有 JavaScript C++。其中 JavaScript 是一种跨平台的脚本语言。通过JavaScript 扩展时,Acrobat 公开 Acrobat 和它的插件文档作者的大部分功能。Acrobat中定义了几个对象,让自定义的程序能够跟一个 PDF 文件或者字段进行交互。C++ API 比起 JavaScript 有访问 COS 和其他低层次的对象的权限,可以操纵 PDF 内容流等,但是不能使用 SOAP 和其它 Web 服务,也能操作 PDF 文档中的多媒体。

    2ICEpdf

    ICEpdf[56]是一种开源,轻量级的pdf 引擎,用于展示/查看PDF文档,转换和抽取PDF文档的内容,还可以集成到Java桌面应用程序或Web服务器中使用。ICEpdf的优势:与java客户端无缝整合,通过配置完全控制功能和用户接口;易于开发和使用,无需任何其他PDF工具支持;可作为独立的PDF查看工具,也可以嵌入到其它PDF查看器组件中;轻松的将PDF转换成图片文件(PNG,JPEG或者GIF),这些工作都可以很容易在Java服务器端完成;支持所有PDF内置字体;支持PDF文档的增量加载,方便快速读取数据量较大的文件;支持Adobe标砖密码保护;支持读取PDF注释标记信息。

    1.4.4数据可行性

    武汉大学图书馆购买了较为丰富的数据库,中文数据库主要包括中国知网、维普、万方、读秀等国内知名数据库,而英文数据库也包括WOSEI等国际认可度很高的数据库。

    本次系统实验数据,将选取中国知网或者WOS中某一篇或几篇文献,将该文献中所包含的所有被引文献通过武汉大学图书馆下载保存在系统建造的数据库中,并不存在太大问题。此外,由于数据库极其丰富,找到一篇具有需要各种引文功能的文献并不是太大的限制。

    1.4.5团队可行性

    本小组成员均为信息管理与信息系统专业2013级的学生,在前三年的本科学习阶段,学习过 Java编程与设计、数据库、数据结构、管理信息系统等课程基础,并于大三上学期小组成员开发过中文关键词抽取、文章聚类、C\S服务通信等信息系统,拥有一定的信息系统设计与开发的经历与经验,具有团队可行性。

    实验阶段名称

    参与人员(其中第一个为阶段负责人)

    领域分析

    王鑫、张慧、高志辉、徐振怡

    需求分析

    邹文平、邱科达

    系统设计

    高志辉、王鑫、邱科达

    系统开发

    邱科达、王鑫、邹文平

    系统测试

    徐振怡、张慧

    系统评估

    张慧、邹文平、王鑫、邱科达、高志辉、徐振怡

     

     

     

    领域分析部分参考文献:

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    [2]艾华,孟繁疆,李勇,孙军. 基于PDF的文献管理软件的开发[J]. 煤炭技术,2010,07:234-235.

    [3]Maria D.D Collins ,&Christine L Ferguson,Context-Sensitive Linking.Serials Review,2002,28(4):267-282

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    [15]陆泉,陈静, jin zhang "电子图书多粒度内容解析系统v1.0"使用说明书

    [16] http://www.zhihu.com/question/26901116知乎话题"如何总结和整理学术文献"

    [17] http://www.zhihu.com/question/40029977知乎话题"参考文献有网页链接,是不是用户体验更好?"

    [18] http://blog.sciencenet.cn/blog-681387-688590.html科学网相关博文

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    [22]Suzanne E. Wade, research on importance and interest: implications for curriculum development and future research, educational psychology review, vol13 (3), 2001

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    展开全文
  • 动力电池管理系统(BMS)策略开发方法

    万次阅读 多人点赞 2019-03-19 18:58:18
    那么对于新能源汽车BMS如此重要,今天漫谈君就和大家聊一聊动力电池管理系统(BMS)策略开发方法。 动力电池需要从”电量管理“、”充放电“、”能量回收“等等各个方面来管理。那么对于新能源汽车BMS如此重要,...

    动力电池需要从”电量管理“、”充放电“、”能量回收“等等各个方面来管理。那么对于新能源汽车BMS如此重要,今天漫谈君就和大家聊一聊动力电池管理系统(BMS)策略与开发方法。

    动力电池需要从”电量管理“、”充放电“、”能量回收“等等各个方面来管理。那么对于新能源汽车BMS如此重要,今天漫谈君就和大家聊一聊动力电池管理系统(BMS)策略与开发方法。

    一直以来,电动汽车没有发展起来的原因就是电池,电池的瓶颈太大,现有技术无法保证续航里程,其实最早发展的是电动车,比燃油车更早,但因为续航的原因,在100多年前,电动车胎死腹中,直到近些年,能量密度的提升特别是BMS的出现,也就是BMS的出现,使得纯电动汽车有了跨越式的发展。

    一、BMS是什么

    BMS英文名称BatteryManagement System,中文名称动力电池管理系统,对电池进行监控和管理的系统,通过对电压、电流、温度以及SOC等参数采集、计算,进而控制电池的充放电过程,实现对电池的保护,提升电池综合性能的管理系统,是连接车载动力电池和电动汽车的重要纽带。




    二、BMS主要功能



    1、参数检测
    实时采集电池充放电状态。采集的数据有电池总电压、电池总电流、每包电池测点温度以及单体模块电池电压等。

    2、剩余电量(SOC)估计
    电池剩余能量相当于传统车的油量。为了让司机及时了解SOC,系统应即时采集充放电电流、电压等参数,通过相应的算法进行SOC的估计。

    3、充放电控制
    根据电池的荷电状态控制对电池的充放电。若某个参数超标,如单体电池电压过高或过低,为保证电池组的正常使用及性能的发挥,系统将切断继电器,停止电池的能量供给。

    4、热管理
    实时采集每包电池测点温度,通过对散热风扇的控制防止电池温度过高。

    5、均衡控制
    由于每块电池个体的差异以及使用状态的不同等原因,因此电池在使用过程中不一致性会越来越严重。系统应能判断并自动进行均衡处理。

    6、故障诊断
    通过对电池参数的采集,系统具有预测电池性能、故障诊断和提前报警等功能。

    7、信息监控
    电池的主要信息在车载显示终端进行实时显示。

    8、参数标定
    由于不同的车型使用的电池类型、数量、电池包大小和数量不同,因此系统应具有对车型、车辆编号、电池类型和电池模式等信息标定的功能。BMS通过RS232接口与上位机标定软件进行通信来实现。

    9、CAN总线接口
    根据整车CAN通信协议,与整车其他系统进行信息共享。



    三、BMS结构
    在纯电动汽车中将动力电池分组串并联形成整车高压电源为整车提供动力源。
    BMS主要结构如下图所示:



    从整车角度考虑,设计BMS采用分布式网络控制系统结构,系统结构和在车上的布置情况如下图所示。系统中在每个电池包中布置电池测控模块,各个电池测控模块通过485总线与BMS中央控制器连接在一起形成整个系统。BMS中央控制器同时通过RS232总线将监控信息发送到信息显示器,通过CAN总线接口与整车控制系统进行通信。




    四、BMS电气架构
    对于分布式BMS,由1个主控制器、1个高压控制器、2个从控制器及相关采样控制线束组成,通过CAN总线实现各控制器间信息交互,如下图所示。



    1、主控制器
    处理从控制器和高压控制器上报的信息,同时根据上报信息判断和控制动力电池运行状态,实现BMS相关控制策略,并作出相应故障诊断及处理。

    2、高压控制器
    实时采集并上报动力电池总电压、电流信息,通过其硬件电路实现按时积分,为主板计算荷电状态(State of Charge,SOC)、健康状态(State of Health,SOH)提供准确数据,同时可实现预充电检测和绝缘检测功能。

    3、从控制器
    实时采集并上报动力电池单体电压、温度信息,反馈每一串电芯的SOH和SOC,同时具备被动均衡功能,有效保证了动力使用过程中电芯的一致性。

    4、采样控制线束
    为动力电池各种信息采集和控制器间信息交互提供硬件支持,同时在每一根电压采样线上增加冗余保险功能,有效避免因线束或管理系统导致的电池外短路。



    五、BMS控制方法
    一个完整、合理的BMS控制方法,才能保证动力电池安全可靠地实现其最优的性能并保证最长的使用寿命,BMS主要控制方法有如下几种:



    1、工作模式控制
    BMS具有以下5种工作模式



    A、下电模式
    下电模式是整个系统的低压与高压部分处于不工作状态的模式。在下电模式下,BMS控制的所有高压接触器均处于断开状态;低压控制电源处于不供电的状态。下电模式属于省电模式。
    B、待机模式
    BMS在此模式下不处理任何数据,能耗极低,能快速启动。准备模式下,系统所有的接触器均处于未吸合状态。在该模式下,系统可接受外界的点火锁、整车控制器、电机控制器、充电插头开关等部件发出的硬线信号或受CAN报文控制的低压信号来驱动各高压接触器,从而使BMS进入所需工作模式。
    C、放电模式
    BMS在待机模式下检测放电WAKEUP信号后,接收车辆控制器(Vehicle Control Unit,VCU)发来的动力电池运行状态指令和接触器的动作指令,并执行相关指令,完成BMS上电及预充电流程,进入放电模式。
    当BMS检测到点火锁的高压上电信号Key_ST信号后,系统将首先闭合B-接触器。由于电机是一感性负载,为防止过大的电流冲击,B-接触器闭合后,即闭合预充接触器进入预充电状态;当预充电容两端电压达到母线电压的95%时,立即闭合B+接触器并断开预充接触器进入放电模式。目前轿车常用的低压电源由12V铅酸蓄电池提供,不仅可为低压控制系统供电,还为转向电机、雨刮电机、安全气囊及后视镜驱动电机等提供电源。为保证低压蓄电池能持续为整车控制系统供电,低压蓄电池需有充电电源,而直流转换接触器的开启即可满足这一需求。因此,当电池系统处于放电状态时,打开B+接触器后即闭合直流转换接触器,以保证低压电源持续供电。
    D、充电模式
    BMS在待机模式下检测充电WAKEUP信号后,接收VCU发来的动力电池运行状态指令和接触器的动作指令,并执行相关指令,完成BMS充电流程,进入充电模式,同时与车载充电机通讯。当BMS检测充电唤醒信号Charge Wake Up时,系统即进入充电模式。在该模式下B-接触器与车载充电接触器闭合,同时为保证低压控制电源持续供电,直流转换接触器处于工作状态。充电模式下,系统不响应点火锁发出的任何指令,充电插头发出的充电唤醒信号可作为判定为充电模式的依据。磷酸铁锂电池在低温下不具有很好的充电特性,低温下对锂电池充电有一定的危险性。基于安全的考虑,还应在系统进入充电模式之前对系统进行一次温度判别。当电池温度低于0时,系统进入充电预热模式,此时可通过接通直流转换接触器对低压蓄电池供电,同时可用预热装置对电池模组预热;当电池包内的温度达到并超过0时,系统可进入充电模式,即闭合B-接触器。
    E、故障模式
    BMS在任何模式下检测到故障,均进入故障模式,同时上报VCU故障状态和相关故障代码。故障模式是控制系统中常出现的一种状态。由于车用电池的使用关系到用户的人身安全,因而系统对于各种相应模式总是采取安全第一的原则。BMS对于故障的响应还需根据故障等级而定,当其故障级别较低时,系统可采取报错或发出轻微报警信号的方式告知驾驶人员;而当故障级别较高,甚至伴随有危险时,系统采取直接断开高压接触器的控制策略。电压蓄电池是整车控制系统的供电来源,无论是处于充电模式、放电模式还是故障模式,直流转换接触器的闭合都可使得低压蓄电池处于充电模式,从而提供接连不断的低压电力供应。



    2、预充电控制方法
    BMS在上电状态下检测到VCU发来预充使能信号后,闭合预充电相关接触器,并反馈接触器状态,同时检测动力母线电压,与动力电池电压比较,当动力母线电压达到合理条件时吸合主正接触器,切断预充回路,完成预充电流程。
    3、充放电控制方法
    通过分析电芯充放电功率特性,并结合动力电池在不同环境、不同工况下的充放电能力,提出合理的充放电条件及阀值。分别从放电电流、电压、温度控制,充电电流、电压、温度控制,以及总电压上限、总电压下限、单体电压上限、单体电压下限、电流上限、电流下限、温度上限、温度下限和绝缘等方面控制电池充放电,同时每个控制阀值均具有二级冗余保护,提高动力电池充放电安全性。
    根据环境温度、动力电池SOH、SOC及可充电功率等不同维度控制动力电池快速充电条件及阀值。



    4、热管理控制方法
    根据BMS从控制器上报的环境温度和动力电池温度信息,充分评估动力电池可充放电能力,控制开启、关闭相关加热冷却装置。常用热管理系统为风冷,模式分为充电热管理和放电热管理,冷却功能具有两个挡位:电池热管理、空调一体化热管理,其中电池热管理单一启动动力电池内部冷却装置,空调一体化热管理同时开启整车空调和动力电池内部冷却装置。

    5、SOC估算及修正方法
    通过高精度电流传感器对电流进行采样并积分,基本计算方法如下:



    式中:
    SOC0为初始时刻的SOC;
    CN为电池额定容量;
    I为电池充放电电流,
    η为电池充放电效率。

    由于车辆行驶工况较为复杂,电流采用精度有限,加之温度变化对电池容量变化的影响,SOC计算很难计算准确,所以产生了以下几种修正策略。
    开路电压(Open Circuit Voltage,OCV)修正:根据不同温度下电池单体电压与SOC关系模型估算当前SOC。下图是常温(25℃)下的OCV修正模型。



    A、SOC动态修正
    结合车辆不同工况,在不同温度下建立动力电池充放电状态下单体电压与SOC的关系模型,估算当前SOC。下图是不同温度下的SOC动态修正模型。



    B、充电修正
    基于SOC动态修正,在相对稳定的充电工况下,通过建立动力电池单体电压与SOC的关系模型估算当前SOC。下图是常温(25℃)下的充电修正模型。



    6、故障诊断方法
    随着车辆长期行驶,动力电池短路、开路、电性能下降、过充过放电及通风系统不畅等现象均可能出现,所以合理的故障诊断机制尤为重要。通过BMS监控及电气系统硬件匹配,合理识别有效故障,并给出安全预警或保护策略,对于每个故障均具有三级冗余判断:轻微故障、严重故障、致命故障。

    7、安全监控方法
    安全监控通过相关软件代码实现对外部硬件电路和功能零部件的功能失效判断,其目的在于为动力电池增加一层软件冗余保护,从而使车辆更加安全可靠地行驶。具体内容如下图所示,通过对电压、电流、温度、时间、通讯等信息的监控,结合不同信息间的关系,由BMS处理并识别出潜在的失效模式。




    六、BMS硬件设计
    根据BMS的组成,系统硬件的设计主要包括数据采集、通信、安全控制、热管理等模块,接下来看看硬件设计。



    1、数据采集电路设计
    电压、电流测量准确度将直接影响到SOC估计的精度。下图为电压采样电路图。



    母线正负极电压由L1、L2组成的初级滤波电路滤波后,经过R1、R2、R3、RP采样电路进行采样,之后通过基于LM258的放大电阻转化成0~5V电压,送往单片机的A/D端口。由于母线电压很高,系统中加入了由D1、D2组成的保护电路,以保证单片机安全工作。

    对电池单体电压进行采样时,必须对地进行隔离。本设计中,使用AQW214EH光控MOS管开关实现对电池单体进行循环采样,在任意时刻,都只采集一个单体电压。不但提高了系统的可靠性,而且降低了成本。电流的采样通过霍尔电流传感器实现。输出的信号经分压、比较、放大后进入MCU进行处理。

    2、通信模块设计
    与一般的通信总线相比,CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性,因而在汽车电子中得到了广泛的应用。系统的微处理器PIC18F4585带有CAN控制器,同时以PAC82C250芯片为CAN总线收发器,BMS通过CAN与整车控制器(VCU)等其他控制模块进行通信。为保证通信质量,在CAN收发器与微控制器之间加入了6N137芯片进行光耦隔离,同时CAN专用电源对信号地和模拟地进行了隔离。此外,为了方便对系统进行参数调试,预留了UART端口与计算机进行通信。

    3、安全控制模块设计
    电动汽车动力电池总电压一般在300V以上,因此必须设计安全控制模块,安全控制模块如下图所示。



    在电池接入车辆前,系统使预加电传感器闭合,将一个大电阻R通过预加电继电器接入电池母线,并检测其他参数,确保车辆运行正常后再断开预加电继电器,闭合母线继电器,将电池直接接入车辆。

    漏电流霍尔传感器用来检测系统漏电故障。将正负母线同时穿过霍尔传感器,若系统发生漏电故障,则通过正负母线的电流代数和不为0,霍尔传感器输出电流信号。本系统中,设定当电流信号大于25mA时,漏电检测电路向CPU发送中断请求。CPU响应中断,切断母线继电器,并将故障信息发送给整车控制器(VCU)。

    4、热管理模块设计
    电池包的位置及外部条件都可能导致不均匀的温度分布。温度分布不均会引起电池单体之间的电压不均衡,从而影响电池及整车的性能。电池温度平衡的主要方法是通风处理和使用散热板,采用有限元方法对并行通风和串行通风进行分析,结果表明并行通风的效果要明显高于串行通风,热管理模块如下图所示。



    在电池包的不同位置共安置了6个数字温度传感器DS18B20。每隔1s,系统就通过总线对DS18B20进行采样,当检测到任一点的温度或者温度变化率高于设定值时,启动变速风机。仅当所有点的温度及其变化率都低于设定值时,停止变速风机。

    5、硬件抗干扰设计
    汽车其他设备和充电时的强电磁干扰,会使BMS出现大量数据误采集情况。因此采取以下防干扰措施:
    A、在电池包和汽车之间以及BMS电源接口电路中接入高频滤波旁路电容,消除共模干扰;
    B、子板和模板之间加入高速数字隔离器ISO721,防止子板的过电压对母板的冲击。

    七、BMS软件设计
    1、BMS软件流程
    本设计采用模块化的设计方法,以实现对动力电池的有效管理。从功能上将系统软件设计分为初始化、数据采集、温度控制、SOC估计、CAN通信和中断服务几部分。软件流程如下图所示。



    系统中断响应服务程序包括过流、漏电等外部中断服务,当预加电测试失败或者电池电压过高时,系统也会进入中断响应,以保障车辆及乘员的安全。考虑到电动汽车车内电磁环境较恶劣,本设计完全避免了使用多分支语句,以减少电磁干扰对系统的影响。通过RS232与上位机相连,以方便对系统参数进行标定,并观测电压、电流、温度及SOC估计值等。

    2、软件抗干扰设计
    BMS电磁环境恶劣,极易受到各种电磁信号,如IGBT和功率二极管频繁导通截止的干扰,直接影响数据采集的精度,降低系统的可靠性和稳定性。对于该类干扰信号在硬件抗干扰外加以软件滤波,不但能提高滤波效果,还能降低系统成本。考虑到IGBT和功率二极管导通截止等干扰的频率都在100Hz以上,本系统采用双线性Z变换实现了一个二阶巴特沃斯低通滤波器,以消除高频干扰。

    八、系统测试试验
    系统设计完成后,采用10节额定电压为3.2V、标称容量为50A·h的锂电池封装包进行周期性放电试验。由于电压、电流、温度的真值难以确定,为了验证本设计BMS的有效性和准确性,在周期性放电试验的同时进行了基于d SPACE的硬件在环仿真测试试验。本试验中,将BMS测量的结果通过UART输送到PC机与真值进行比较。下表给出了7组随机采样的电压、电流、温度的测试值、真值以及测量误差。



    由上表可知,该BMS电压测量精度小于0.5%,电流测量精度小于0.5%,温度误差小于0.5%。测试表明,该BMS测量精度较高,功能完善,运行稳定,能够有效地提高锂电池性能。

    九、仿真及测试分析
    1、BMS控制方法软件仿真测试
    在软件中写入相关测试代码,验证BMS能否按提出的控制方法实现控制和保护功能,并验证BMS对数据的处理和故障的诊断是否正常。下表是BMS控制方案的相关测试。



    根据上述软件仿真及测试结果,BMS控制方法均可实现,为后期匹配动力电池试验验证提供可靠支撑。

    2、热管理性能仿真分析
    以热管理系统为基础,热管理控制策略为依托,下图所示,利用相关软件进行热管理仿真分析,研究电池组温度分布趋势,并针对某款动力电池不同倍率放电容量和温升情况进行分析,见下表。





    通过模拟动力电池温度场分布,得出动力电池稳态温度分布,并根据热管理相关控制方法,使动力电池在高倍率放电工况下仍能够保证其放电容量,为动力电池在极限工况下的可靠运行提供数据支持。

    3、动力电池循环寿命测试分析
    对动力电池配备BMS控制方法的前后进行对比,根据QC/T743—2006《电动汽车用锂离子蓄电池》中相关测试方法开展动力电池组循环寿命试验,通过动力电池单体一致性衡量此BMS控制方法的可行性。下图是验证控制方法时的曲线图。由图中数据分析,增加BMS控制方法后,在充电末期,单体电压一致性取得了明显的改善,同时电压平台也有所提升,即充放电容量有了一定的提升。





    4、动力电池动态SOC测试分析
    通过在控制方法中增加和减少动态SOC修正策略,得到在相同放电模式情况下的SOC估算精度,如下图所示。



    由上图可知,在正常驾驶工况下的电流波动会导致SOC估算偏差较大;在没有动态SOC修正的控制方案中,放电截止时对应的SOC为10%左右,而包含有动态SOC修正的控制方案中,在放电截止时SOC为0,这说明动态SOC修正策略对放电末期SOC估算起着至关重要的作用。在放电末期,准确的SOC估算可以避免驾驶员在车辆驾驶过程中被误导而抛锚的情况。

    十、结语
    BMS控制方法作为动力电池中心控制思想,直接影响动力电池的使用寿命及电动汽车的安全运行与整车性能。对续航具有重大的影响,决定着新能源汽车的未来,做好电池管理系统,将极大的促进新能源汽车的发展。



    电动汽车高压电气系统安全设计
    纯电动汽车电气设计
    一、纯电动汽车电气系统安全分析

    纯电动轿车电气系统主要包括低压电气系统、高压电气系统及 CAN 通讯信息网络系统。

    1、低压电气系统采用 12 V 供电系统,除了为灯光照明系统、娱乐系统及雨刷器等常规低压用电器供电外,还为整车控制器、电池管理系统、电机控制器、DC/DC 转换器及电动空调等高压附件设备控制回路供电;

    2、高压电气系统主要包括动力电池组、电驱动系统、DC/DC 电压转换器、电动空调、电暖风、车载充电系统、非车载充电系统及高压电安全管理系统等;

    3、CAN 总线网络系统用来实现整车控制器和电机控制器、以及电池管理系统、高压电安全管理系统、电动空调、车载充电机和非车载充电设备等控制单元之间的相互通信。

    纯电动汽车高压电气系统安全设计



    图a 高压配电盒

    纯电动汽车电压和电流等级都比较高,动力电压一般都在 300~400 V(直流),电流瞬间能够达到几百安。人体能承受的安全电压值的大小取决于人体允许通过的电流和人体的电阻。有关研究表明,人体电阻一般在 1 000~3 000 Ω。人体皮肤电阻与皮肤状态有关,在干燥、洁净及无破损的情况下,可高达几十千欧,而潮湿的皮肤,特别是受到操作的情况下,其电阻可能降到 1 000 Ω 以下。由于我国安全电压多采用 36 V,大体相当于人体允许电流 30 mA、人体电阻 1 200 Ω的情况。所以要求人体可接触的电动汽车任意 2 处带电部位的电压都要小于 36 V。根据国际电工标准的要求,人体没有任何感觉的电流安全阈值是 2 mA,这就要求人体直接接触电气系统任何一处的时候,流经人体的电流应该小于2 mA 才认为整车绝缘合格。

    因此,在纯电动汽车的开发过程中,应特别考虑电气系统绝缘问题,严格按照电动汽车相关国标标准要求设计,确保绝缘电阻能够满足人身安全需求,保证绝缘电阻值大于 100 Ω/V。

    二、电动汽车高压电气系统安全设计概述

    相对于传统汽车而言,纯电动汽车采用了大容量、高电压的动力电池及高压电机和电驱动控制系统,并采用了大量的高压附件设备,如:电动空调、PTC 电加热器及 DC/DC 转换器等。由此而隐藏的高压安全隐患问题和造成的高压电伤害问题完全有别于传统燃油汽车。

    根据纯电动汽车的特殊结构及电路的复杂性,并考虑纯电动汽车高压电安全问题,必须对高压电系统进行安全、合理的规划设计和必要的监控,这是电动汽车安全运行的必要保证。

    1、高压系统构成

    图1示出纯电动汽车高压系统框图。作为纯电动汽车高压系统安全管理的单元,合理的功能布局和安全可靠的控制策略是实现该系统功能的重要保证。



    图1 纯电动汽车高压系统框图

    2、高压电气安全系统的总目标

    高压电气系统控制与安全管理和故障诊断的总目标是确保纯电动汽车在静止、运行及充电等全过程的高压用电安全。

    三、高压电气系统安全设计

    根据纯电动汽车安全标准要求,并从车载储能装置、功能安全、故障保护、人员触电防护及高压电安全管理控制策略等方面综合考虑,应对电动汽车高压电系统进行以下四方面设计。

    1、 高压电电磁兼容性设计

    由于纯电动汽车上存在高压交流系统,具有较强的电磁干扰性,因此高压线束设计时电源线与信号线尽量采用隔离或分开配线;电源线两端考虑采用隔离接地,以免接地回路形成共同阻抗耦合将噪声耦合至信号线;输入与输出信号线应避免排在一起造成干扰;输入与输出信号线尽量避免在同一个接头上,如不能避免时应将输入与输出信号线错开放置。

    2、 高压部件和高压线束的防护与标识设计

    高压部件的防护主要包括防水、机械防护及高压警告标识等。尤其是布置在机舱内的部件,如电机及其控制系统、电动空调系统、DC/DC 电压转换器、车载充电机等及它们中间的连接接口,都需要达到一定的防水和防护等级。并且高压部件应具有高压危险警告标识,以警示用户与维修人员在保养与维修时注意这些高压部件。

    由于纯电动汽车线束包括低压线束与高压线束,为提示和警示用户和维修人员,高压线束应采用橙色线缆并用橙色波纹管对其进行防护。同时高压连接器也应标识为橙色,起到警示作用,并且所选高压连接器应达到 IP67 防护等级。

    3、预充电回路保护设计

    因为高压设备控制器输入端存在大量的容性负载,直接接通高压主回路可能会产生高压电冲击,故为避免接通时的高压电冲击,高压系统需采取预充电回路的方式对高压设备进行预充电。图 2 示出纯电动汽车高压系统预充电回路原理图。



    图2 纯电动汽车高压系统预充电回路原理图

    4、高压设备过载/短路保护设计

    当汽车高压附件设备发生过载或线路短路时,相关高压回路应能自动切断供电,以确保高压附件设备不被损坏,保证汽车和驾乘人员的安全。因此在高压系统设计中应设置过载或短路的保护部件,如在相关回路中设置保险和接触器,当发生过载或短路而引起保险或接触器短路时,高压管理系统会通过对接触器触点和相关控制接触器闭合的有效指令进行综合判定,若检测出相关电路故障,高压管理系统会发出声光报警以提示驾驶员。

    5、故障检测与故障处理方法

    1)绝缘电阻故障处理

    电动汽车电气化程度相对传统汽车要高,其中像电池包、电驱动系统、高压用电辅助设备、充电机及高压线束等在汽车发生碰撞、翻转及汽车运行的恶劣环境(汽车振动、外部环境湿度及温度)影响下,都有可能导致高压电路与汽车底盘间的绝缘性能降低,由此可能造成汽车火灾的发生,直接影响汽车驾乘人员的生命安全。因此,在电动汽车高压系统设计时,首先应确保绝缘电阻值大于 100 Ω/V;其次当汽车发生绝缘电阻值低于规定值时,高压管理系统应及时切断所有的高压回路并发出声光报警,并持续一定时间待原先故障消失后,汽车才能允许进行下一次上电。高压电路进行绝缘检测具体实施标准参照国标《电动汽车安全要求第 1 部分:车载储能装置》。

    2)电压检测与故障处理

    纯电动汽车的动力来源是动力电池,动力电池的电压与其放电能力和放电效率有很大的关系。当动力电池电压处于低电压时仍大电流放电,将会损坏高压用电设备并会严重影响电池使用寿命。当检测到电压过高或过低时,应及时切断相关回路。因此为了保障纯电动汽车在动力蓄电池低压时用电器及动力蓄电池和驾乘人员的安全,需要设计电压检测电路对高压电路系统工作电压进行实时准确的检测和安全合理的故障处理

    3)电流检测与故障处理

    汽车由于受到运行道路环境及驾驶员操控的影响,汽车运行状态会随时发生变化,动力电池的放电电流会随驾驶员的操控而发生明显变化。当电流超过预设定的允许范围,就会引起温度过分升高,此时不仅影响电池的寿命,而且极端情况下还会引起异常的反应,造成汽车功率器件的损坏,危及汽车高压系统安全。因此,这就要求高压管理系统需对动力电池实时进行电流监控,当检测到电流异常时,高压管理系统将会及时切断所有高压回路并发出声光报警,提示驾乘人员和其他汽车。为了提高测量的准确度和精确度,文章选取霍尔式电流传感器对动力电池充放电电流进行检测,如图 3 示出霍尔式电流传感器原理图。



    图3 霍尔式电流传感器原理图

    4)高压接触器触点状态检测与故障处理

    为实现纯电动汽车的控制功能和高压电路的可自行切断保护功能,在电动汽车的高压系统中必须配置可控制的并且有自我保护切断高压回路功能的高压接触器。根据整车设计的需求,任何电动汽车在动力主回路中都会配置高压接触器,如果高压接触器触点发生闭合或断开失效时,没有相应的正确处理方式应对,将有可能引起不正常的控制而造成汽车不能正常启动或不能启动。严重的情况下,将会给汽车和人身安全造成危险。鉴于上述问题的严重性,应对高压接触器触点状态进行安全有效的实时监控,并对故障进行处理。当高压接触器触点发生闭合或断开失效故障时,高压管理系统会发出声光报警,以提示操作人员并根据故障的级别控制汽车是否可进行其他操作。

    5)高压互锁回路检测及故障处理

    高压回路互锁功能设计是针对高压电路连接的可靠程度提出的。危险电压闭锁回路也称为高压互锁回路(HVIL),它是一个典型的互锁系统,通过使用电气的信号,来检查整个模块、导线及连接器的电气完整性 。当高压安全管理系统检测到某处连接断开或某处连接没有达到预期的可靠性时,安全管理系统将直接或通过整车控制器切断相关动力电源的输出并发出声光报警,直到该故障完全排除。如图 4 示出高压互锁回路检测原理图。



    图4 高压互锁电路检测原理图

    6)充电互锁检测及故障处理

    出于安全考虑,充电时,整个驱动系统都需要处于断电状态,即驱动系统高压接触器需处于断开状态,当高压安全管理系统接收到有效的充电信息指令后,高压管理系统首先检测驱动系统相关接触器是否处于断开状态。若处于断开状态则闭合充电回路相关接触器。否则,充电接触器将不会闭合,高压管理系统将发出声光报警以提示相关人员,直至故障排除。

    6、高压系统余电放电保护设计

    由于高压系统的电机控制器和电动空调等高压部件存在大量的电容。当高压主回路断开时,因高压部件电容的存在,高压系统中还存有很高的电压和电能。为避免对人员和汽车造成危害,在切断高压系统后应将电容的高压电通过并联在高压系统中的电阻释放掉。



    图b 车载充电机

    四、静止停放时安全管理概述

    汽车静止停放时,每隔一定时间(20 s 或 30 s)高压安全管理系统需对高压电网系统进行 1 次绝缘测量,即判别高压电网系统有无绝缘故障,整个高压回路系统包括动力电池内部、动力线、电驱动系统(电机控制器和电机三相线)及连接高压设备附件的导线。当检测到有绝缘故障且故障一直存在时,仪表便会显示绝缘故障指示,以提示驾驶员。

    五、碰撞安全概述

    通常,电动汽车采用了高达 400 V 左右的大容量动力电池作为驱动汽车的动力源,因而电力未切断的动力电池会对汽车和人员造成不容忽视的威胁和伤害 。若汽车在行驶过程中发生碰撞、翻滚或在充电状态中被其他汽车撞击等意外事故,将会使动力电池组、高压用电设备及高压线束等与车身之间发生摩擦或接触,造成潜在的绝缘失效和短路等危险。为避免由于上述状况而引起的汽车安全问题,可通过一些相关的传感器(如碰撞传感器、角度传感器)来检测汽车的状态,当高压管理系统接收到相关传感器发出的信息后,立即关闭高压电,并利用高压系统余电放电电路将汽车高压部件电容端的电压在 1 s 内放掉,避免火灾或漏电事故引起的人员触电事故的发生。

    六、结论

    通过参与大量的电动汽车开发项目设计,文章对多个研发项目中纯电动汽车高压电系统出现的故障及存在的安全隐患进行分析,并提出一整套针对高压电系统安全防护、故障处理及碰撞安全的设计方案,对纯电动汽车高压系统安全设计具有一定的参考意义。

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  • 几种常见的软件开发模型

    万次阅读 2017-01-02 19:21:21
    软件开发模型(Software Development Model)是指软件开发全部过程、活动和任务的结构框架。...对于不同的软件系统,可以采用不同的开发方法、使用不同的程序设计语言以及各种不同技能的人员参与工作、运用不同的管理方

    软件开发模型(Software Development Model)是指软件开发全部过程、活动和任务的结构框架。软件开发包括需求、设计、编码和测试等阶段,有时也包括维护阶段。软件开发模型能清晰、直观地表达软件开发全过程,明确规定了要完成的主要活动和任务,用来作为软件项目工作的基础。对于不同的软件系统,可以采用不同的开发方法、使用不同的程序设计语言以及各种不同技能的人员参与工作、运用不同的管理方法和手段等,以及允许采用不同的软件工具和不同的软件工程环境。

    软件工程的主要环节包括人员管理、项目管理、需求分析、系统设计、程序设计、测试、维护等,如图所示。软件开发模型是对软件过程的建模,即用一定的流程将各个环节连接起来,并可用规范的方式操作全过程,好比工厂的生产线。


    几种常见的软件开发模型


     

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    最早出现的软件开发模型最早出现的软件开发模型是1970WRoyce提出的瀑布模型。 该模型给出了固定的顺序,将生存期活动从上一个阶段向下一个阶段逐级过渡,如同流水下泻,最终得到所开发的软件产品,投入使用。但计算拓广到统计分析、商业事务等领域时,大多数程序采用高级语言(FORTRANCOBOL)编写。瀑布模式模型也存在着缺乏灵活性、无法通过并发活动澄清本来不够确切的 需求等缺点。常见的软件开发模型还有演化模型、螺旋模型、喷泉模型、智能模型等。编辑本段典型的开发模型典型的开发模型有:

    1.边做边改模型(Build-and-Fix Model);

    2.瀑布模型(Waterfall Model);

    3.快速原型模型(Rapid Prototype Model);

    4.增量模型(演化模型)Incremental Model);

    5.螺旋模型(Spiral Model);

    6.喷泉模型(fountain model)

    7.智能模型(四代技术(4GL)

    8.混合模型(hybrid model);

    9.RUP模型;

       10.IPD模型 

     

    1. 边做边改模型(Build-and-Fix Model)

    遗憾的是,许多产品都是使用"边做边改"模型来开发的。在这种模型中,既没有规格说明,也没有经过设计,软件随着客户的需要一次又一次地不断被修改。

     

    在这个模型中,开发人员拿到项目立即根据需求编写程序,调试通过后生成软件的第一个版本。在提供给用户使用后,如果程序出现错误,或者用户提出新的要求,开发人员重新修改代码,直到用户满意为止。

    几种常见的软件开发模型

    这是一种类似作坊的开发方式,对编写几百行的小程序来说还不错,但这种方法对任何规模的开发来说都是不能令人满意的,其主要问题在于:   

    1 缺少规划和设计环节,软件的结构随着不断的修改越来越糟,导致无法继续修改;

    2)忽略需求环节,给软件开发带来很大的风险;

    3)没有考虑测试和程序的可维护性,也没有任何文档,软件的维护十分困难。

    2. 瀑布模型Waterfall Model

    1970Winston Royce提出了著名的"瀑布模型",直到80年代早期,它一直是唯一被广泛采用的软件开发模型。

     

      

    几种常见的软件开发模型



    瀑布模型中,如图所示,将软件生命周期划分为制定计划、需求分析、软件设计、程序编写、软件测试和运行维护等六个基本活动,并且规定了它们自上而下、相互衔接的固定次序,如同瀑布流水,逐级下落。

    在瀑布模型中,软件开发的各项活动严格按照线性方式进行,当前活动接受上一项活动的工作结果,实施完成所需的工作内容。当前活动的工作结果需要进行验证,如果验证通过,则该结果作为下一项活动的输入,继续进行下一项活动,否则返回修改。

    瀑布模型强调文档的作用,并要求每个阶段都要仔细验证。但是,这种模型的线性过程太理想化,已不再适合现代的软件开发模式,几乎被业界抛弃,其主要问题在于:

    1 各个阶段的划分完全固定,阶段之间产生大量的文档,极大地增加了工作量;

    2 由于开发模型是线性的,用户只有等到整个过程的末期才能见到开发成果,从而增加了开发的风险;

    3 早期的错误可能要等到开发后期的测试阶段才能发现,进而带来严重的后果。

     

    我们应该认识到,"线性"是人们最容易掌握并能熟练应用的思想方法。当人们碰到一个复杂的" 线性"问题时,总是千方百计地将其分解或转化为一系列简单的线性问题,然后逐个解决。一个软件系统的整体可能是复杂的,而单个子程序总是简单的,可以用线 性的方式来实现,否则干活就太累了。线性是一种简洁,简洁就是美。当我们领会了线性的精神,就不要再呆板地套用线性模型的外表,而应该用活它。例如增量模 型实质就是分段的线性模型,螺旋模型则是接连的弯曲了的线性模型,在其它模型中也能够找到线性模型的影子。

     

    3. 快速原型模型Rapid Prototype Model

    快速原型模型的第一步是建造一个快速原型,实现客户或未来的用户与系统的交互,用户或客户对原型进行评价,进一步细化待开发软件的需求。通过逐步调整原型使其满足客户的要求,开发人员可以确定客户的真正需求是什么;第二步则在第一步的基础上开发客户满意的软件产品。

     

     

    显然,快速原型方法可以克服瀑布模型的缺点,减少由于软件需求不明确带来的开发风险,具有显著的效果。快速原型的关键在于尽可能快速地建造出软件原型,一旦确定了客户的真正需求,所建造的原型将被丢弃。因此,原型系统的内部结构并不重要,重要的是必须迅速建立原型,随之迅速修改原型,以反映客户的需求。

     

    4. 增量模型Incremental Model

    又称演化模型。与建造大厦相同,软件也是一步一步建造起来的。在增量模型中,软件被作为一系列的增量构件来设计、实现、集成和测试,每一个构件是由多种相互作用的模块所形成的提供特定功能的代码片段构成。

    几种常见的软件开发模型

     

     

    增量模型在各个阶段并不交付一个可运行的完整产品,而是交付满足客户需求的一个子集的可运行产品。整个产品被分解成若干个构件,开发人员逐个构件地交付产品,这样做的好处是软件开发可以较好地适应变化,客户可以不断地看到所开发的软件,从而降低开发风险。但是,增量模型也存在以下缺陷:   

    1 由于各个构件是逐渐并入已有的软件体系结构中的,所以加入构件必须不破坏已构造好的系统部分,这需要软件具备开放式的体系结构。  

    2 在开发过程中,需求的变化是不可避免的。增量模型的灵活性可以使其适应这种变化的能力大大优于瀑布模型和快速原型模型,但也很容易退化为边做边改模型,从而是软件过程的控制失去整体性。   

    在使用增量模型时,第一个增量往往是实现基本需求的核心产品。核心产品交付用户使用后,经过评价形成下一个增量的开发计划,它包括对核心产品的修改和一些新功能的发布。这个过程在每个增量发布后不断重复,直到产生最终的完善产品。   

    例如,使用增量模型开发字处理软件。可以考虑,第一个增量发布基本的文件管理、编辑和文档生成功能,第二个增量发布更加完善的编辑和文档生成功能,第三个增量实现拼写和文法检查功能,第四个增量完成高级的页面布局功能。

     

    5.螺旋模型Spiral Model

    1988年,Barry Boehm正式发表了软件系统开发的"螺旋模型",它将瀑布模型和快速原型模型结合起来,强调了其他模型所忽视的风险分析,特别适合于大型复杂的系统。

    几种常见的软件开发模型

     

    如图所示,螺旋模型沿着螺线进行若干次迭代,图中的四个象限代表了以下活动:   

    1 制定计划:确定软件目标,选定实施方案,弄清项目开发的限制条件;   

    2 风险分析:分析评估所选方案,考虑如何识别和消除风险;   

    3 实施工程:实施软件开发和验证;   

    4 客户评估:评价开发工作,提出修正建议,制定下一步计划。   

    螺旋模型由风险驱动,强调可选方案和约束条件从而支持软件的重用,有助于将软件质量作为特殊目标融入产品开发之中。但是,螺旋模型也有一定的限制条件,具体如下:   

    1 螺旋模型强调风险分析,但要求许多客户接受和相信这种分析,并做出相关反应是不容易的,因此,这种模型往往适应于内部的大规模软件开发。   

    2 如果执行风险分析将大大影响项目的利润,那么进行风险分析毫无意义,因此,螺旋模型只适合于大规模软件项目。   

    3 软件开发人员应该擅长寻找可能的风险,准确地分析风险,否则将会带来更大的风险。

    一个阶段首先是确定该阶段的目标,完成这些目标的选择方案及其约束条件,然后从风险角度分析方案的开发策略,努力排除各种潜在的风险,有时需要通过建造原型来完成。如果某些风险不能排除,该方案立即终止,否则启动下一个开发步骤。最后,评价该阶段的结果,并设计下一个阶段。

     

    6.喷泉模型fountain model(也称面向对象的生存期模型, OO模型)

      几种常见的软件开发模型

    喷泉模型与传统的结构化生存期比较,具有更多的增量和迭代性质,生存期的各个阶段可以相互重叠和多次反复,而且在项目的整个生存期中还可以嵌入子生存期。就像水喷上去又可以落下来,可以落在中间,也可以落在最底部。

     

    7.智能模型(四代技术(4GL)

     

    智能模型拥有一组工具(如数据查询、报表生成、数据处理、屏幕定义、代码生成、高层图形功能及电子表格等),每个工具都能使开发人员在高层次上定义软件的某些特性,并把开发人员定义的这些软件自动地生成为源代码。   

    这种方法需要四代语言(4GL)的支持。4GL不同于三代语言,其主要特征是用户界面极端友好,即使没有受过训练的非专业程序员,也能用它编写程序;它是一种声明式、交互式和非过程性编程语言。4GL还具有高效的程序代码、智能缺省假设、完备的 数据库和应用程序生成器。目前市场上流行的4GL(如Foxpro等)都不同程度地具有上述特征。但4GL目前主要限于事务信息系统的中、小型应用程序的 开发。

    几种常见的软件开发模型

     

    8.混合模型hybrid model

    过程开发模型又叫混合模型(hybrid model),或元模型(meta-model,把几种不同模型组合成一种混合模型,它允许一个项目能沿着最有效的路径发展,这就是过程开发模型(或混合模型)。实际上,一些软件开发单位都是使用几种不同的开发方法组成他们自己的混合模型。各种模型的比较每个软件开发组织应该选择适合于该组织的软件开发模型,并且应该随着当前正在开发的特定产品特性而变化,以减小所选模型的缺点,充分利用其优点,下表列出了几种常见模型的优缺点。各种模型的优点和缺点:        

    模型

    优点

    缺点

    瀑布模型

    文档驱动

    系统可能不满足客户的需求

    快速原型模型

    关注满足客户需求

    可能导致系统设计差、效率低,难于维护

    增量模型

    开发早期反馈及时,易于维护

    需要开放式体系结构,可能会设计差、效率低

    螺旋模型

    风险驱动

    风险分析人员需要有经验且经过充分训练

           

    9.RUP模型

         RUPRational Unified Process)模型是Rational公司提出的一套开发过程模型,它是一个面向对象软件工程的通用业务流程。它描述了一系列相关的软件工程流程,它们具有相同的结构,即相同的流程构架。RUP 为在开发组织中分配任务和职责提供了一种规范方法,其目标是确保在可预计的时间安排和预算内开发出满足最终用户需求的高品质的软件。RUP具有两个轴,一个轴是时间轴,这是动态的。另一个轴是工作流轴,这是静态的。在时间轴上,RUP划分了四个阶段:初始阶段、细化阶段、构造阶段和发布阶段。每个阶段都使用了迭代的概念。在工作流轴上,RUP设计了六个核心工作流程和三个核心支撑工作流程,核心工作流轴包括:业务建模工作流、需求工作流、分析设计工作流、实现工作流、测试工作流和发布工作流。核心支撑工作流包括:环境工作流、项目管理工作流和配置与变更管理工作流。RUP 汇集现代软件开发中多方面的最佳经验,并为适应各种项目及组织的需要提供了灵活的形式。作为一个商业模型,它具有非常详细的过程指导和模板。但是同样由于该模型比较复杂,因此在模型的掌握上需要花费比较大的成本。尤其对项目管理者提出了比较高的要求。

    它具有如下特点:

    1)增量迭代,每次迭代都遵循瀑布模型能够在前期控制好和解决风险;

    2)模型的复杂化,需要项目管理者具有较强的管理能力。

     

    10.IPD模型

    IPDIntegrated Product Development)流程是由IBM提出来的一套集成产品开发流程,非常适合于复杂的大型开发项目,尤其涉及到软硬件结合的项目。

    IPD从整个产品角度出发,流程综合考虑了从系统工程、研发(硬件、软件、结构工业设计、测试、资料开发等)、制造、财务到市场、采购、技术支援等所有流程。是一个端到端的流程。

    IPD流程中总共划分了六个阶段(概念阶段、计划阶段、开发阶段、验证阶段、发布阶段和生命周期阶段),四个个决策评审点(概念阶段决策评审点、计划阶段决策评审点、可获得性决策评审点和生命周期终止决策评审点)以及六个技术评审点。

    IPD流程是一个阶段性模型,具有瀑布模型的影子。该模型通过使用全面而又复杂的流程来把一个庞大而又复杂的系统进行分解并降低风险。一定程度上,该模型是通过流程成本来提高整个产品的质量并获得市场的占有。由于该流程没有定义如何进行流程回退的机制,因此对于需求经常变动的项目该流程就显得不大适合了。并且对于一些小的项目,也不是非常适合使用该流程。

     

    参考:

    http://blog.csdn.net/zzzmmmkkk/article/details/4230709

    http://hi.baidu.com/xf_asp/item/2482e4df8e2df956d63aaef4

    http://hi.baidu.com/zifan/item/bd3c121625d6315f2b3e225e

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