基于物聯(lián)網(wǎng)及車聯(lián)網(wǎng)的汽車養(yǎng)護(hù)預(yù)警監(jiān)測(cè)

蔣翔宇

（四川新雙立汽車銷售服務(wù)集團(tuán)，四川成都 610000）

0.引言

隨著社會(huì)科技的進(jìn)步，人們的生活水平逐步提升，越來越多的家庭都開始擁有一輛甚至多輛家用轎車，汽車也趨向于普及。在這個(gè)過程中，汽車作為關(guān)鍵的、危險(xiǎn)系數(shù)較高的出行工具，其“健康”狀況顯得異常重要。傳統(tǒng)的定期維護(hù)和緊急維護(hù)方式都有一定的不足之處，因此，必須拓展新的方式來提升汽車養(yǎng)護(hù)效果。

1.傳統(tǒng)汽車養(yǎng)護(hù)預(yù)警方式中存在的不足

當(dāng)前，大部分的汽車車主及汽車服務(wù)公司采用的保養(yǎng)管理方式，基本上都是在汽車使用一定時(shí)間或周期后到維修點(diǎn)、4S店進(jìn)行定期維護(hù)?；蛘咴谲囕v出現(xiàn)故障后，緊急送到維護(hù)點(diǎn)維修。但是，這種維修保養(yǎng)方式具有很大的弊端，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）汽車定期養(yǎng)護(hù)的成本很高。傳統(tǒng)汽車定期維護(hù)保養(yǎng)是按照行駛時(shí)間和里程為周期來進(jìn)行保養(yǎng)的，雖然是一種預(yù)防性保養(yǎng)，但是其保養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)僅僅是里程或者行駛時(shí)間，與實(shí)際需要維修保養(yǎng)的電瓶、輪胎等車輛零部件及機(jī)油等添加件的實(shí)際狀況無關(guān)。也就是說，車輛某些部件狀況良好，但是為了避免在下個(gè)行駛階段出現(xiàn)問題，相關(guān)保養(yǎng)人員也會(huì)將其更換，而這種行為則是一種浪費(fèi)的行為，會(huì)無形中提升車輛的養(yǎng)護(hù)成本[1]。同時(shí)，汽車定期養(yǎng)護(hù)的方式并不會(huì)將汽車的使用環(huán)境及行駛工況等客觀條件考慮在內(nèi)，比如，車輛行駛環(huán)境惡劣的周期要短一些。而汽車定期養(yǎng)護(hù)的方式往往都是統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，且為了避免問題出現(xiàn)，取的行駛里程及時(shí)間數(shù)都較低，必然引起部分車輛養(yǎng)護(hù)成本過高。

（2）對(duì)于一些不需要周期性更換的可以正常運(yùn)行的部件也有可能存在一定的問題，只是這些問題暫時(shí)并未影響其正常使用。而定期保養(yǎng)中，如果未檢查出這些損壞問題的話，不及時(shí)維修、更換，則可能在后期運(yùn)行中引發(fā)故障發(fā)生，而車輛一旦出現(xiàn)故障，就需要花費(fèi)更多的錢來維修[2]，甚至可能影響正常行駛、出現(xiàn)安全事故。

（3）故障發(fā)生以后再去維修，不僅維修成本會(huì)提升，還可能因?yàn)榫S修時(shí)間問題耽誤車輛正常使用，甚至可能造成事故，導(dǎo)致人身安全及財(cái)產(chǎn)損失。

2.“物聯(lián)網(wǎng)”和“車聯(lián)網(wǎng)”介紹

2.1 物聯(lián)網(wǎng)

伴隨著科技的進(jìn)步，互聯(lián)網(wǎng)、傳統(tǒng)電信網(wǎng)等也趨于普及。在互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展過程中，也逐步出現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)買賣及網(wǎng)絡(luò)信息發(fā)布等內(nèi)容，因此也逐步發(fā)展成為“物聯(lián)網(wǎng)”。在現(xiàn)代社會(huì)中，物聯(lián)網(wǎng)正處于蓬勃發(fā)展的階段，且將成為人們現(xiàn)代生活中必不可少的一部分。具體而言，物聯(lián)網(wǎng)就是利用信息傳感設(shè)備，依據(jù)一定的規(guī)范來把物體和網(wǎng)絡(luò)連接起來。物聯(lián)網(wǎng)也就是一個(gè)利用網(wǎng)絡(luò)將不同物品信息進(jìn)行記錄并傳播的載體，實(shí)際是依靠信息傳播媒介來實(shí)現(xiàn)不同物品的信息交換和通信的過程[3]。

2.2 車聯(lián)網(wǎng)

車聯(lián)網(wǎng)是在物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上發(fā)展出來的，因?yàn)檐囕v也是物品的一種，也就是車輛聯(lián)網(wǎng)。車聯(lián)網(wǎng)指的是將車通過網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)與信息網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)、車、人、路的連接，通過網(wǎng)絡(luò)和平臺(tái)來獲取各種有效信息及服務(wù)的行為。同時(shí)，車聯(lián)網(wǎng)則也間接實(shí)現(xiàn)了不同車輛之間的連接和信息互通狀態(tài)，起到一定的預(yù)警作用，降低了事故發(fā)生的概率及提升事故處理的效果，進(jìn)而提升車輛行駛的安全性。同時(shí)，還可以提升交通運(yùn)行暢通性及社會(huì)交通服務(wù)的智能化水平等[4]。

3.傳統(tǒng)汽車定期維護(hù)的替代方法及應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

3.1 傳統(tǒng)汽車定期維護(hù)的替代方法

隨著科技的發(fā)展，人們逐步發(fā)現(xiàn)并嘗試使用基于傳感器和物聯(lián)網(wǎng)的汽車養(yǎng)護(hù)預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，利用這一系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車內(nèi)部各種部件運(yùn)行狀況的具體收集和分析，然后將這些結(jié)果匯總到后臺(tái)來進(jìn)行統(tǒng)一的管理。而車聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用能夠通過安裝在汽車中的各種傳感器，收集與車輛部件的健康狀態(tài)相關(guān)的數(shù)據(jù)，然后經(jīng)由互聯(lián)網(wǎng)把這些數(shù)據(jù)發(fā)到相關(guān)的應(yīng)用程序中，實(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)前車輛運(yùn)行狀況的分析[5]。如果各部件都運(yùn)行正常，無需進(jìn)行保養(yǎng)維護(hù)，如果發(fā)現(xiàn)某個(gè)部分存在問題，則立即有針對(duì)性地去進(jìn)行該部件的維護(hù)保養(yǎng)。同時(shí)，車輛保養(yǎng)維護(hù)的4S店鋪或者是維修店也可以通過程序獲悉車輛健康狀況監(jiān)測(cè)結(jié)果，縮短維護(hù)保養(yǎng)時(shí)間，提升汽車維修保養(yǎng)效率，節(jié)省汽車維護(hù)保養(yǎng)成本。

3.2 傳統(tǒng)汽車定期維護(hù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

首先，提前預(yù)警，有針對(duì)性地更換部件，減少故障查找及問題解決時(shí)間；其次，帶來經(jīng)濟(jì)效益，可以對(duì)汽車部件實(shí)行精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)警告可能出現(xiàn)故障的部件，有針對(duì)性地更換部件，減少不必要的部件更換，節(jié)省部件更換成本；最后，通過平臺(tái)獲悉汽車在不同時(shí)間段和不同位置的運(yùn)行情況，預(yù)警來減少行車途中突發(fā)狀況的出現(xiàn)，降低事故后的后期維護(hù)成本及事故成本，提升工作效率，避免突發(fā)故障造成的時(shí)間耽擱。同時(shí)，還在一定程度上做到對(duì)形成環(huán)境狀況及駕駛?cè)瞬涣捡{駛習(xí)慣的警示，提醒駕駛?cè)烁牡舨涣捡{駛習(xí)慣，盡可能地避開在不良環(huán)境駕駛，減少車輛使用過程中的部件損壞，節(jié)省更換成本?？梢酝ㄟ^車聯(lián)網(wǎng)的模式來實(shí)現(xiàn)車主員對(duì)車輛零部件運(yùn)行狀況、周圍路況、周圍交通狀況及自身行為的了解，提前采取措施來預(yù)防后期車輛損壞避免交通事故、堵塞等問題出現(xiàn)，減少車輛維修和保養(yǎng)成本投入，給駕駛?cè)颂峁└影踩?、舒適的駕駛體驗(yàn)。

4.預(yù)測(cè)性車輛養(yǎng)護(hù)技術(shù)的應(yīng)用

預(yù)測(cè)性車輛養(yǎng)護(hù)技術(shù)的應(yīng)用，主要依靠3部分完成：一部分是汽車內(nèi)部部件的傳感器連接，也就是汽車內(nèi)部相關(guān)部件的運(yùn)行指標(biāo)檢測(cè)部分，負(fù)責(zé)對(duì)車輛各部分的損壞及運(yùn)行狀況參數(shù)的感應(yīng)和檢測(cè)，此部分主要就是指系統(tǒng)的客戶端，常見的就是消息隊(duì)列遙測(cè)傳輸（MQTT）；第二部分是MQTT服務(wù)器，也就是實(shí)現(xiàn)汽車聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備，也稱代理；第三部分是具體的對(duì)應(yīng)系統(tǒng)平臺(tái)，用以數(shù)目的收集、分析和處理。對(duì)于預(yù)測(cè)性車輛養(yǎng)護(hù)而言，后面兩者是既定的，前面的隊(duì)列遙測(cè)傳輸（MQTT）是最關(guān)鍵的，也是核心。下面就對(duì)這一技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)介紹：

4.1 MQTT協(xié)議介紹

消息隊(duì)列遙測(cè)傳輸（MQTT）是一種標(biāo)準(zhǔn)化的在“發(fā)布-訂閱”模型基礎(chǔ)上衍生發(fā)展而來的發(fā)布/訂閱輕量級(jí)消息傳遞協(xié)議，這種協(xié)議具有輕量、簡(jiǎn)單、開放及容易實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)，因此，這種協(xié)議的應(yīng)用范圍很廣，且單個(gè)此類協(xié)議能夠滿足幾千個(gè)客戶端使用。該協(xié)議用的是客戶端-服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)，體系結(jié)構(gòu)中可以實(shí)現(xiàn)以傳感器設(shè)備為代表的客戶端與MQTT服務(wù)器也就是代理的連接，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)服務(wù)器主題內(nèi)對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)消息的傳輸和發(fā)布。代理還能夠把消息轉(zhuǎn)發(fā)給訂閱主題的客戶端，使相關(guān)應(yīng)用客戶獲得接收和查看這些消息的權(quán)利。MQTT并不能應(yīng)用于所有環(huán)境條件中，但是適合在網(wǎng)絡(luò)帶寬較低的受限環(huán)境條件下使用，同時(shí)還能夠?qū)崿F(xiàn)在設(shè)備處理能力低及設(shè)備內(nèi)存小的上的應(yīng)用[6]。

MQTT的“發(fā)布-訂閱”模型看似跟多數(shù)的企業(yè)消息系統(tǒng)類似，但卻是很多物聯(lián)網(wǎng)中小型傳感器、設(shè)備及其他低端設(shè)備開發(fā)的首選。出現(xiàn)這一情況的主要原因，就是MQTT具有“企業(yè)消息傳遞”系統(tǒng)基本已成熟，且占用空間較少的特點(diǎn)。此外，MQTT協(xié)議還有其他一些優(yōu)勢(shì)，如應(yīng)用中網(wǎng)絡(luò)連接可以使用“TCP/IP”協(xié)議，同時(shí)可以進(jìn)行SSL/TLS安全加密，還能夠?qū)崿F(xiàn)最多一次、至少一次以及恰好一次三類消息傳遞方式應(yīng)用，且其應(yīng)用效果不會(huì)受到網(wǎng)絡(luò)、發(fā)布端或者客戶端運(yùn)行情況的影響，同時(shí)還能夠?qū)崿F(xiàn)一對(duì)多的消息傳輸模式應(yīng)用。除此之外，內(nèi)部使用的API具有簡(jiǎn)單容易操作的特點(diǎn)，提升MQTT乃至其衍生產(chǎn)品的使用效果。MQTT協(xié)議內(nèi)部的消息很短，其中最小的消息數(shù)據(jù)甚至只有2個(gè)字節(jié)大小，所以在小型和性能受限的設(shè)備中得到了廣泛應(yīng)用；同時(shí)，MQTT協(xié)議應(yīng)用未限制數(shù)據(jù)格式，提升了數(shù)據(jù)應(yīng)用的靈活性，存在問題的客戶端和傳感器也可以被發(fā)現(xiàn)。再有就是包括IBM WebSphere MQ v 7.1及其以上版本、EclipseIo T Mosquitto等商業(yè)和開源產(chǎn)品中都能使用。

4.2 Eclipse Mosquittou與Eclipse Paho

首先，EclipseMosquitto的的本質(zhì)就是一個(gè)開源的MQTT代理中轉(zhuǎn)服務(wù)器，它的應(yīng)用是基于輕量級(jí)MQTT協(xié)議的，可以被廣泛應(yīng)用在處理能力較差的設(shè)備、傳感器以及其他物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中。MQTT客戶端能夠與給定Mosquitto代理相互聯(lián)系，進(jìn)行主題消息的發(fā)布和訂閱等操作，它最重要的用途就是給系統(tǒng)內(nèi)部各方提供通信渠道，各方分別包括發(fā)布者、發(fā)送者、訂閱者和接收者等。所有應(yīng)用EclipseMQTT客戶端API的發(fā)布人員都能夠把消息發(fā)布到MQTT中轉(zhuǎn)代理，相關(guān)的MQTT客戶端需要明確在中轉(zhuǎn)代理中發(fā)布消息的主題，并在MQTT代理進(jìn)行這些主題的配置工作。一切需要獲得這些信息的用戶都必須進(jìn)行對(duì)應(yīng)的主題訂閱，否則無法獲得信息。代理中轉(zhuǎn)的最主要的工作，就是把一切相關(guān)主題的消息通過傳輸和發(fā)送等功能將所需信息傳遞給需要的用戶。同時(shí)，因?yàn)榘l(fā)布者的客戶端、訂閱者的客戶端、接收者客戶端等不同的信息需求，客戶端對(duì)信息需求有所不同，有的需要分析應(yīng)用，有的僅僅需要知道。所以，各類不同客戶端中，收到的代理中轉(zhuǎn)信息及主題是不同的，中轉(zhuǎn)傳輸是相互分離的。其次，Eclipse Paho則屬于一個(gè)EclipseIoT項(xiàng)目，也是一個(gè)可以滿足很多種語言的MQTT客戶端庫(kù)。發(fā)布者與訂閱者都能夠利用Eclipse Paho MQTT Client庫(kù)提供的API，并與MQTT代理進(jìn)行信息互通。

5.在車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中應(yīng)用MQTT技術(shù)的重要性

上文提到應(yīng)用MQTT技術(shù)具有很多的好處和優(yōu)勢(shì)，這些優(yōu)勢(shì)也會(huì)在很大程度上提升車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用效果。首先，MQTT技術(shù)可以在性能不高甚至較低的設(shè)備中應(yīng)用，提升在車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用面；其次，MQTT技術(shù)支持多種語言的使用，也就是可以大大提升整個(gè)車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的兼容性，拓展其應(yīng)用市場(chǎng)，同時(shí)對(duì)于使用不同語言的不同國(guó)家的汽車制造商而言，具有兼容性；再次，可以實(shí)現(xiàn)跟選擇以后的行業(yè)領(lǐng)先消息傳遞系統(tǒng)形成集成系統(tǒng)；最后，MQTT技術(shù)消息格式選擇性大，還能夠自定義，同時(shí)制造商還可以在內(nèi)部自行定制和創(chuàng)建滿足MQTT協(xié)議和MQTT協(xié)議規(guī)范的解決措施。

6.汽車養(yǎng)護(hù)預(yù)警系統(tǒng)步驟

本文以使用EclipseMosquitto和EclipsePaho的汽車養(yǎng)護(hù)預(yù)警系統(tǒng)作為研究案例舉例，大概可以分為7個(gè)重要步驟，實(shí)際生活中可能有更多步驟和組件：車聯(lián)網(wǎng)向物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)發(fā)送數(shù)據(jù)→汽車選便利的方式發(fā)送數(shù)據(jù)→物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)將汽車發(fā)送的數(shù)據(jù)傳輸給EclipseMosquitto中轉(zhuǎn)代理→ 控制器節(jié)點(diǎn)處理所有獲得的車輛數(shù)據(jù)，并傳輸?shù)皆贫恕鶨clipseMosquitto獲得數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)推送給訂閱者，訂閱者接受數(shù)據(jù)→訂閱者對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證和轉(zhuǎn)換，利用數(shù)據(jù)集成組件將處理完成的消息數(shù)據(jù)傳送至下游應(yīng)用程序→汽車養(yǎng)護(hù)預(yù)警系統(tǒng)處理中心將收到數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，獲得結(jié)果，必要時(shí)發(fā)送警報(bào)進(jìn)行預(yù)警。

7.汽車養(yǎng)護(hù)預(yù)警系統(tǒng)中存在的問題

汽車養(yǎng)護(hù)預(yù)警系統(tǒng)應(yīng)用過程中雖然有很多優(yōu)勢(shì)，但是也同樣存在很多問題需要解決。常見的問題包括以下4個(gè)方面：

（1）某些私密數(shù)據(jù)共享和傳輸過程中可能被泄露，不夠安全；（2）沒有規(guī)范的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)可以遵從；（3）應(yīng)用中可能用到IT分析系統(tǒng)而引發(fā)成本升高；（4）網(wǎng)絡(luò)連接覆蓋面不夠廣、不夠穩(wěn)定，并不能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)隨時(shí)隨地地實(shí)時(shí)傳輸。

8.結(jié)語

傳統(tǒng)汽車定期養(yǎng)護(hù)方式存在車輛維護(hù)成本高、設(shè)備更換效率低及安全環(huán)保性能不足等缺點(diǎn)，不能滿足新時(shí)代汽車養(yǎng)護(hù)預(yù)警需求，而利用物聯(lián)網(wǎng)及車輛網(wǎng)系統(tǒng)的應(yīng)用具有明顯優(yōu)勢(shì)。因此，需要深入研究、推廣應(yīng)用，不斷解決好改進(jìn)汽車養(yǎng)護(hù)預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的科學(xué)性和合理性，提升汽車養(yǎng)護(hù)預(yù)警系統(tǒng)效果。