基于物联网及车联网的汽车养护预警监测

蒋翔宇

（四川新双立汽车销售服务集团，四川成都 610000）

0.引言

随着社会科技的进步，人们的生活水平逐步提升，越来越多的家庭都开始拥有一辆甚至多辆家用轿车，汽车也趋向于普及。在这个过程中，汽车作为关键的、危险系数较高的出行工具，其“健康”状况显得异常重要。传统的定期维护和紧急维护方式都有一定的不足之处，因此，必须拓展新的方式来提升汽车养护效果。

1.传统汽车养护预警方式中存在的不足

当前，大部分的汽车车主及汽车服务公司采用的保养管理方式，基本上都是在汽车使用一定时间或周期后到维修点、4S店进行定期维护。或者在车辆出现故障后，紧急送到维护点维修。但是，这种维修保养方式具有很大的弊端，主要表现在以下几个方面：

（1）汽车定期养护的成本很高。传统汽车定期维护保养是按照行驶时间和里程为周期来进行保养的，虽然是一种预防性保养，但是其保养标准仅仅是里程或者行驶时间，与实际需要维修保养的电瓶、轮胎等车辆零部件及机油等添加件的实际状况无关。也就是说，车辆某些部件状况良好，但是为了避免在下个行驶阶段出现问题，相关保养人员也会将其更换，而这种行为则是一种浪费的行为，会无形中提升车辆的养护成本[1]。同时，汽车定期养护的方式并不会将汽车的使用环境及行驶工况等客观条件考虑在内，比如，车辆行驶环境恶劣的周期要短一些。而汽车定期养护的方式往往都是统一标准，且为了避免问题出现，取的行驶里程及时间数都较低，必然引起部分车辆养护成本过高。

（2）对于一些不需要周期性更换的可以正常运行的部件也有可能存在一定的问题，只是这些问题暂时并未影响其正常使用。而定期保养中，如果未检查出这些损坏问题的话，不及时维修、更换，则可能在后期运行中引发故障发生，而车辆一旦出现故障，就需要花费更多的钱来维修[2]，甚至可能影响正常行驶、出现安全事故。

（3）故障发生以后再去维修，不仅维修成本会提升，还可能因为维修时间问题耽误车辆正常使用，甚至可能造成事故，导致人身安全及财产损失。

2.“物联网”和“车联网”介绍

2.1 物联网

伴随着科技的进步，互联网、传统电信网等也趋于普及。在互联网发展过程中，也逐步出现了网络买卖及网络信息发布等内容，因此也逐步发展成为“物联网”。在现代社会中，物联网正处于蓬勃发展的阶段，且将成为人们现代生活中必不可少的一部分。具体而言，物联网就是利用信息传感设备，依据一定的规范来把物体和网络连接起来。物联网也就是一个利用网络将不同物品信息进行记录并传播的载体，实际是依靠信息传播媒介来实现不同物品的信息交换和通信的过程[3]。

2.2 车联网

车联网是在物联网的基础上发展出来的，因为车辆也是物品的一种，也就是车辆联网。车联网指的是将车通过网络来实现与信息网络平台、车、人、路的连接，通过网络和平台来获取各种有效信息及服务的行为。同时，车联网则也间接实现了不同车辆之间的连接和信息互通状态，起到一定的预警作用，降低了事故发生的概率及提升事故处理的效果，进而提升车辆行驶的安全性。同时，还可以提升交通运行畅通性及社会交通服务的智能化水平等[4]。

3.传统汽车定期维护的替代方法及应用优势

3.1 传统汽车定期维护的替代方法

随着科技的发展，人们逐步发现并尝试使用基于传感器和物联网的汽车养护预警监测系统，利用这一系统来实现对汽车内部各种部件运行状况的具体收集和分析，然后将这些结果汇总到后台来进行统一的管理。而车联网的应用能够通过安装在汽车中的各种传感器，收集与车辆部件的健康状态相关的数据，然后经由互联网把这些数据发到相关的应用程序中，实现对当前车辆运行状况的分析[5]。如果各部件都运行正常，无需进行保养维护，如果发现某个部分存在问题，则立即有针对性地去进行该部件的维护保养。同时，车辆保养维护的4S店铺或者是维修店也可以通过程序获悉车辆健康状况监测结果，缩短维护保养时间，提升汽车维修保养效率，节省汽车维护保养成本。

3.2 传统汽车定期维护的应用优势

首先，提前预警，有针对性地更换部件，减少故障查找及问题解决时间；其次，带来经济效益，可以对汽车部件实行精准监测，实时警告可能出现故障的部件，有针对性地更换部件，减少不必要的部件更换，节省部件更换成本；最后，通过平台获悉汽车在不同时间段和不同位置的运行情况，预警来减少行车途中突发状况的出现，降低事故后的后期维护成本及事故成本，提升工作效率，避免突发故障造成的时间耽搁。同时，还在一定程度上做到对形成环境状况及驾驶人不良驾驶习惯的警示，提醒驾驶人改掉不良驾驶习惯，尽可能地避开在不良环境驾驶，减少车辆使用过程中的部件损坏，节省更换成本。可以通过车联网的模式来实现车主员对车辆零部件运行状况、周围路况、周围交通状况及自身行为的了解，提前采取措施来预防后期车辆损坏避免交通事故、堵塞等问题出现，减少车辆维修和保养成本投入，给驾驶人提供更加安全、舒适的驾驶体验。

4.预测性车辆养护技术的应用

预测性车辆养护技术的应用，主要依靠3部分完成：一部分是汽车内部部件的传感器连接，也就是汽车内部相关部件的运行指标检测部分，负责对车辆各部分的损坏及运行状况参数的感应和检测，此部分主要就是指系统的客户端，常见的就是消息队列遥测传输（MQTT）；第二部分是MQTT服务器，也就是实现汽车联网的设备，也称代理；第三部分是具体的对应系统平台，用以数目的收集、分析和处理。对于预测性车辆养护而言，后面两者是既定的，前面的队列遥测传输（MQTT）是最关键的，也是核心。下面就对这一技术进行详细介绍：

4.1 MQTT协议介绍

消息队列遥测传输（MQTT）是一种标准化的在“发布-订阅”模型基础上衍生发展而来的发布/订阅轻量级消息传递协议，这种协议具有轻量、简单、开放及容易实现等特点，因此，这种协议的应用范围很广，且单个此类协议能够满足几千个客户端使用。该协议用的是客户端-服务器体系结构，体系结构中可以实现以传感器设备为代表的客户端与MQTT服务器也就是代理的连接，同时可以实现服务器主题内对应的监测数据消息的传输和发布。代理还能够把消息转发给订阅主题的客户端，使相关应用客户获得接收和查看这些消息的权利。MQTT并不能应用于所有环境条件中，但是适合在网络带宽较低的受限环境条件下使用，同时还能够实现在设备处理能力低及设备内存小的上的应用[6]。

MQTT的“发布-订阅”模型看似跟多数的企业消息系统类似，但却是很多物联网中小型传感器、设备及其他低端设备开发的首选。出现这一情况的主要原因，就是MQTT具有“企业消息传递”系统基本已成熟，且占用空间较少的特点。此外，MQTT协议还有其他一些优势，如应用中网络连接可以使用“TCP/IP”协议，同时可以进行SSL/TLS安全加密，还能够实现最多一次、至少一次以及恰好一次三类消息传递方式应用，且其应用效果不会受到网络、发布端或者客户端运行情况的影响，同时还能够实现一对多的消息传输模式应用。除此之外，内部使用的API具有简单容易操作的特点，提升MQTT乃至其衍生产品的使用效果。MQTT协议内部的消息很短，其中最小的消息数据甚至只有2个字节大小，所以在小型和性能受限的设备中得到了广泛应用；同时，MQTT协议应用未限制数据格式，提升了数据应用的灵活性，存在问题的客户端和传感器也可以被发现。再有就是包括IBM WebSphere MQ v 7.1及其以上版本、EclipseIo T Mosquitto等商业和开源产品中都能使用。

4.2 Eclipse Mosquittou与Eclipse Paho

首先，EclipseMosquitto的的本质就是一个开源的MQTT代理中转服务器，它的应用是基于轻量级MQTT协议的，可以被广泛应用在处理能力较差的设备、传感器以及其他物联网设备中。MQTT客户端能够与给定Mosquitto代理相互联系，进行主题消息的发布和订阅等操作，它最重要的用途就是给系统内部各方提供通信渠道，各方分别包括发布者、发送者、订阅者和接收者等。所有应用EclipseMQTT客户端API的发布人员都能够把消息发布到MQTT中转代理，相关的MQTT客户端需要明确在中转代理中发布消息的主题，并在MQTT代理进行这些主题的配置工作。一切需要获得这些信息的用户都必须进行对应的主题订阅，否则无法获得信息。代理中转的最主要的工作，就是把一切相关主题的消息通过传输和发送等功能将所需信息传递给需要的用户。同时，因为发布者的客户端、订阅者的客户端、接收者客户端等不同的信息需求，客户端对信息需求有所不同，有的需要分析应用，有的仅仅需要知道。所以，各类不同客户端中，收到的代理中转信息及主题是不同的，中转传输是相互分离的。其次，Eclipse Paho则属于一个EclipseIoT项目，也是一个可以满足很多种语言的MQTT客户端库。发布者与订阅者都能够利用Eclipse Paho MQTT Client库提供的API，并与MQTT代理进行信息互通。

5.在车联网技术中应用MQTT技术的重要性

上文提到应用MQTT技术具有很多的好处和优势，这些优势也会在很大程度上提升车联网应用效果。首先，MQTT技术可以在性能不高甚至较低的设备中应用，提升在车联网技术的应用面；其次，MQTT技术支持多种语言的使用，也就是可以大大提升整个车联网应用的兼容性，拓展其应用市场，同时对于使用不同语言的不同国家的汽车制造商而言，具有兼容性；再次，可以实现跟选择以后的行业领先消息传递系统形成集成系统；最后，MQTT技术消息格式选择性大，还能够自定义，同时制造商还可以在内部自行定制和创建满足MQTT协议和MQTT协议规范的解决措施。

6.汽车养护预警系统步骤

本文以使用EclipseMosquitto和EclipsePaho的汽车养护预警系统作为研究案例举例，大概可以分为7个重要步骤，实际生活中可能有更多步骤和组件：车联网向物联网网关发送数据→汽车选便利的方式发送数据→物联网网关将汽车发送的数据传输给EclipseMosquitto中转代理→ 控制器节点处理所有获得的车辆数据，并传输到云端→EclipseMosquitto获得数据并将数据推送给订阅者，订阅者接受数据→订阅者对数据进行验证和转换，利用数据集成组件将处理完成的消息数据传送至下游应用程序→汽车养护预警系统处理中心将收到数据进行分析，获得结果，必要时发送警报进行预警。

7.汽车养护预警系统中存在的问题

汽车养护预警系统应用过程中虽然有很多优势，但是也同样存在很多问题需要解决。常见的问题包括以下4个方面：

（1）某些私密数据共享和传输过程中可能被泄露，不够安全；（2）没有规范的行业标准可以遵从；（3）应用中可能用到IT分析系统而引发成本升高；（4）网络连接覆盖面不够广、不够稳定，并不能实现实时数据随时随地地实时传输。

8.结语

传统汽车定期养护方式存在车辆维护成本高、设备更换效率低及安全环保性能不足等缺点，不能满足新时代汽车养护预警需求，而利用物联网及车辆网系统的应用具有明显优势。因此，需要深入研究、推广应用，不断解决好改进汽车养护预警监测系统的科学性和合理性，提升汽车养护预警系统效果。