常凱

摘 要：隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的興起和成熟，其在各行各業(yè)的應(yīng)用帶來了革命性的變革，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可通過智能傳感器、網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)現(xiàn)對汽車狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和維護(hù)管理，大大提高汽車的安全性能和維護(hù)效率。本文圍繞物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在汽車安全與維護(hù)管理中的應(yīng)用，探討了汽車安全與維護(hù)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)，旨在提高汽車安全性能和維護(hù)效率，并為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在其他領(lǐng)域的應(yīng)用提供一些參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 汽車安全 維護(hù)管理系統(tǒng) 實(shí)時(shí)監(jiān)控

傳統(tǒng)的汽車安全與維護(hù)管理方法主要依賴人工檢查和定期維護(hù)，不僅耗時(shí)耗力，而且很難做到實(shí)時(shí)監(jiān)控和預(yù)防性維護(hù)，難以滿足現(xiàn)代社會(huì)對汽車安全和高效運(yùn)行的要求。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)為解決上述問題提供了新的思路。通過將傳感器、智能設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合，對車輛數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并預(yù)防故障的發(fā)生，從而大大提高汽車的安全性和可靠性?；谖锫?lián)網(wǎng)的汽車安全與維護(hù)管理系統(tǒng)還能夠根據(jù)車輛實(shí)際運(yùn)行狀況智能安排維護(hù)計(jì)劃，避免不必要的維護(hù)活動(dòng)，從而降低運(yùn)營成本，提高維護(hù)效率。本文從物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在汽車安全與維護(hù)管理中的應(yīng)用入手，探討了基于物聯(lián)網(wǎng)的汽車安全與維護(hù)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)，旨在提升整個(gè)汽車行業(yè)的技術(shù)水平和服務(wù)質(zhì)量，并為汽車用戶提供更加安全、便捷的駕駛體驗(yàn)。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述

1.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的定義

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以概括為：一種通過信息傳感設(shè)備，依照約定的協(xié)議，將任何物品與網(wǎng)絡(luò)相連，使物品能夠通過信息傳播媒介進(jìn)行信息交換和通信，從而實(shí)現(xiàn)對物品的智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)管等功能的技術(shù)體系。物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用范圍覆蓋了智能家居、智慧城市、工業(yè)自動(dòng)化等多個(gè)領(lǐng)域[1]，其中，在智能家居領(lǐng)域，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)家用電器的遠(yuǎn)程控制和監(jiān)控，提高生活便利性和舒適度；在智慧城市建設(shè)中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可對城市基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行智能管理，有效提高了城市管理效率，改善了居民生活質(zhì)量；在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控和優(yōu)化管理，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在汽車行業(yè)的應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于汽車行業(yè)首先體現(xiàn)在智能網(wǎng)聯(lián)汽車上，依托于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過高度集成的傳感器、先進(jìn)的通信設(shè)施與強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，實(shí)現(xiàn)車輛與車輛、車輛與交通基礎(chǔ)設(shè)施、車輛與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺(tái)之間的高效互聯(lián)互通。此類汽車不僅能夠自動(dòng)感知周邊環(huán)境，還能實(shí)時(shí)接收并處理大量的交通信息，預(yù)判將會(huì)發(fā)生的各種情況，自主做出駕駛決策，極大提升了行車的安全性與舒適性。智能網(wǎng)聯(lián)汽車通過車載傳感器收集速度、加速度、方向盤角度、環(huán)境溫濕度等數(shù)據(jù)，而后經(jīng)過車載計(jì)算單元對這些數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理與分析，能夠?yàn)轳{駛員提供最優(yōu)的行車路線。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在汽車行業(yè)的另一大應(yīng)用是車輛數(shù)據(jù)的深度分析，即通過對車輛生成的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘與分析，如基于用戶的行駛習(xí)慣、使用場景等數(shù)據(jù)進(jìn)行個(gè)性化的車輛調(diào)整與服務(wù)優(yōu)化。

1.3 汽車安全與維護(hù)管理的現(xiàn)狀

在汽車安全技術(shù)上，隨著新型材料、電子信息技術(shù)及智能控制技術(shù)的快速發(fā)展，汽車安全技術(shù)取得了顯著進(jìn)步。在被動(dòng)安全技術(shù)方面，先進(jìn)的碰撞吸能結(jié)構(gòu)、多氣囊保護(hù)系統(tǒng)、堅(jiān)固的乘員艙設(shè)計(jì)等為乘員提供了更加可靠的生命安全保護(hù)；而在主動(dòng)安全技術(shù)領(lǐng)域，車道保持輔助、自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)、盲點(diǎn)監(jiān)測等智能化技術(shù)的應(yīng)用則有效預(yù)防了事故的發(fā)生，保障了行車安全。然而，盡管汽車安全技術(shù)不斷進(jìn)步，仍存在諸多不足。一方面，高端安全技術(shù)的普及率有限，使得大部分中低端車型的安全性能仍有待提升[2]；另一方面，對于復(fù)雜交通環(huán)境的適應(yīng)性與智能化水平仍有較大提升空間。因此，如何有效整合各類安全技術(shù)，提升系統(tǒng)的綜合性能，是當(dāng)前汽車安全技術(shù)發(fā)展面臨的主要挑戰(zhàn)。在維護(hù)管理模式上，隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)的應(yīng)用，傳統(tǒng)的定期維護(hù)模式逐漸向基于車輛實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)的預(yù)測性維護(hù)轉(zhuǎn)變，能夠精確預(yù)測車輛潛在故障與維護(hù)需求，顯著提升了維護(hù)效率與車輛運(yùn)行的可靠性。但這種創(chuàng)新模式的實(shí)施也面臨著不少挑戰(zhàn)，表現(xiàn)為：對于車輛運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集、處理與分析要求較高，需要依托強(qiáng)大的信息技術(shù)支持。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)的汽車安全與維護(hù)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

基于物聯(lián)網(wǎng)的汽車安全與維護(hù)管理系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)需要遵循層次化、模塊化的原則，以支持系統(tǒng)的可擴(kuò)展性、靈活性和高效性，該架構(gòu)大致可以劃分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層、處理層和應(yīng)用層四個(gè)基本層次。其中，感知層主要由各類傳感器和執(zhí)行器組成，負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)收集汽車的運(yùn)行數(shù)據(jù)和環(huán)境信息，運(yùn)用精確的數(shù)據(jù)感知能力為系統(tǒng)提供了海量的原始數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)層的核心任務(wù)是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，即運(yùn)用無線通信技術(shù)將感知層收集到的數(shù)據(jù)安全、高效地傳輸?shù)皆贫嘶驍?shù)據(jù)中心。處理層是系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、管理和分析。運(yùn)用部署在云平臺(tái)上的高性能服務(wù)器、大數(shù)據(jù)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)算法，處理層能夠?qū)κ占降臄?shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，識(shí)別出車輛潛在的故障和安全隱患，預(yù)測維護(hù)需求，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行智能決策支持。應(yīng)用層是系統(tǒng)與用戶交互的接口，提供直觀、易用的用戶界面和服務(wù)。根據(jù)處理層的分析結(jié)果，應(yīng)用層可以向用戶提供實(shí)時(shí)的車輛狀態(tài)信息、安全預(yù)警、維護(hù)建議等服務(wù)。如圖1所示：

2.2 關(guān)鍵技術(shù)

數(shù)據(jù)收集與處理技術(shù)：在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支持下，汽車安全與維護(hù)管理系統(tǒng)能夠通過裝置于車輛各關(guān)鍵部位的傳感器實(shí)時(shí)收集車輛運(yùn)行數(shù)據(jù)如車速、油耗、發(fā)動(dòng)機(jī)溫度、輪胎壓力等以及車輛所處環(huán)境的天氣狀況、道路條件等信息。收集到的數(shù)據(jù)通過車載網(wǎng)絡(luò)傳輸至云端數(shù)據(jù)中心，采用大數(shù)據(jù)技術(shù)和機(jī)器學(xué)習(xí)算法對海量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。這一過程中，不僅能精準(zhǔn)識(shí)別出車輛的即時(shí)維護(hù)需求，還能預(yù)測潛在的故障風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)了從反應(yīng)式維護(hù)向預(yù)測性維護(hù)的轉(zhuǎn)變[3]。

安全監(jiān)控技術(shù)：這一技術(shù)依托于車載傳感器網(wǎng)絡(luò)和外部信息交互能力，實(shí)時(shí)監(jiān)控車輛的運(yùn)行狀態(tài)和周邊環(huán)境，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并警報(bào)潛在的安全隱患。借助于先進(jìn)的圖像識(shí)別技術(shù)、雷達(dá)感應(yīng)技術(shù)和車輛通信技術(shù)，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對周圍車輛、行人、障礙物的準(zhǔn)確識(shí)別和距離測算，對碰撞風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)警。同時(shí)，結(jié)合實(shí)時(shí)天氣和道路條件信息，系統(tǒng)還能夠?yàn)轳{駛員提供行車建議和安全警示，極大地提升了行車安全。

維護(hù)管理技術(shù)：在物聯(lián)網(wǎng)的框架下，維護(hù)管理技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)基于車輛實(shí)際運(yùn)行狀況的動(dòng)態(tài)維護(hù)計(jì)劃制定。基于對車輛運(yùn)行數(shù)據(jù)的深度分析，系統(tǒng)能夠提前發(fā)現(xiàn)故障跡象，及時(shí)通知駕駛員或維護(hù)人員采取相應(yīng)措施，從而避免故障或事故發(fā)生。并且，系統(tǒng)還能基于車輛使用歷史和性能數(shù)據(jù)為每輛車定制個(gè)性化的維護(hù)計(jì)劃，優(yōu)化維護(hù)時(shí)機(jī)和頻率，這樣既保障了車輛的最佳性能狀態(tài)，又有效延長了車輛壽命。

2.3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)需要選擇適合車輛環(huán)境的高性能傳感器，這些傳感器需要能夠準(zhǔn)確捕捉車輛運(yùn)行時(shí)的速度、加速度、溫度等和氣象信息、路況信息。在選擇傳感器時(shí)，應(yīng)考慮其精度、響應(yīng)速度、穩(wěn)定性及其在極端環(huán)境下的可靠性，并且選用的數(shù)據(jù)傳輸模塊必須支持高速、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)通訊，可兼容多種通信協(xié)議，以保證數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸和系統(tǒng)的互操作性。在硬件布局上，應(yīng)將溫度傳感器布置在發(fā)動(dòng)機(jī)附近以監(jiān)測其溫度，將速度傳感器安裝在輪轂附近以捕獲車輪速度，確保所有硬件組件的安裝不影響車輛的正常使用和駕駛員的操作安全。其次，進(jìn)行軟件開發(fā)與集成。在軟件開發(fā)過程中，應(yīng)采用先進(jìn)的編程語言和開發(fā)平臺(tái)，利用云計(jì)算和大數(shù)據(jù)技術(shù)構(gòu)建強(qiáng)大的后臺(tái)數(shù)據(jù)處理中心，運(yùn)用機(jī)器學(xué)習(xí)算法優(yōu)化數(shù)據(jù)分析模型，以實(shí)現(xiàn)對車輛狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和故障預(yù)測。在系統(tǒng)集成方面，應(yīng)確保軟件與硬件的高度協(xié)同，借助有效的通信機(jī)制實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無縫流通。

3 系統(tǒng)評估與分析

3.1 測試方法

為了模擬真實(shí)的應(yīng)用場景，應(yīng)搭建一個(gè)測試環(huán)境，充分考慮汽車運(yùn)行的復(fù)雜性和多變性。一方面要將傳感器和數(shù)據(jù)處理單元按照實(shí)車布局安裝配置，以確保數(shù)據(jù)的真實(shí)性和準(zhǔn)確性，利用軟件模擬和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)重現(xiàn)車輛在不同環(huán)境條件下的運(yùn)行狀態(tài)；另一方面，還需構(gòu)建一個(gè)穩(wěn)定可靠的通信網(wǎng)絡(luò)，以確保車輛與中央處理系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸無延遲、無丟失，并設(shè)置相應(yīng)的安全措施，保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院拖到y(tǒng)的抗攻擊能力。在此基礎(chǔ)上，選擇合適的系統(tǒng)測試指標(biāo)，指標(biāo)應(yīng)系統(tǒng)的全方位性能，包括數(shù)據(jù)的收集和處理準(zhǔn)確性、系統(tǒng)對各種情況的響應(yīng)速度和處理效率、系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性[4]。準(zhǔn)確性測試確保系統(tǒng)能真實(shí)反映車輛及其環(huán)境狀態(tài)，響應(yīng)時(shí)間的測試評估系統(tǒng)反饋的迅速性；穩(wěn)定性測試則模擬長時(shí)間運(yùn)行和高負(fù)荷工作情況下系統(tǒng)的表現(xiàn)。

3.2 測試結(jié)果分析

從安全性能測試結(jié)果來看，系統(tǒng)的安全性能測試包括了緊急制動(dòng)響應(yīng)、車輛異常行駛警告、以及對潛在危險(xiǎn)環(huán)境的預(yù)警等。測試顯示，系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確捕捉到車輛運(yùn)行中的各類數(shù)據(jù)，通過高效的數(shù)據(jù)處理和智能算法，實(shí)時(shí)地對潛在安全隱患進(jìn)行分析和評估。在實(shí)車測試中，系統(tǒng)成功預(yù)警了多種潛在危險(xiǎn)情況，包括緊急制動(dòng)前的碰撞預(yù)警、車輛偏離行駛軌跡的即時(shí)警報(bào)以及對復(fù)雜交通環(huán)境下的安全導(dǎo)航提示。系統(tǒng)可以及時(shí)發(fā)出預(yù)警，使得駕駛員能夠有效避免或減輕了多數(shù)潛在的安全事故，從而顯著提升了車輛行駛的安全性。從維護(hù)管理效率測試結(jié)果來看，通過對車輛實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的分析，系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確識(shí)別出車輛的維護(hù)需求和潛在故障，自動(dòng)推送維護(hù)建議和預(yù)警信息給駕駛員和維護(hù)人員；并且，系統(tǒng)還能夠基于車輛使用情況和歷史維護(hù)記錄，智能規(guī)劃維護(hù)計(jì)劃，優(yōu)化維護(hù)流程。在測試期間，多輛車輛通過使用該系統(tǒng)，其維護(hù)周期被有效延長，同時(shí)維護(hù)成本得到了顯著降低。

4 討論

4.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)與潛在的改進(jìn)空間

系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)勢主要有兩點(diǎn)，一是該系統(tǒng)運(yùn)用集成高精度傳感器、強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力以及先進(jìn)的通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對汽車狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和細(xì)致分析。這種全面的數(shù)據(jù)感知和智能處理能力使得系統(tǒng)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)車輛潛在的安全隱患和維護(hù)需求，大大提高了行車安全性和車輛維護(hù)的及時(shí)性。二是該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)還體現(xiàn)了高度的智能化和個(gè)性化。系統(tǒng)具備了對大數(shù)據(jù)的分析和學(xué)習(xí)能力，能夠根據(jù)車輛的實(shí)際使用情況和駕駛員的行駛習(xí)慣，提供定制化的維護(hù)建議和駕駛輔助，極大地提升了用戶體驗(yàn)和車輛使用效率。然而，該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)安全和隱私保護(hù)問題還未得到徹底的解決。隨著車輛數(shù)據(jù)量的激增和數(shù)據(jù)種類的多樣化，如何有效保護(hù)這些敏感數(shù)據(jù)不被非法訪問和濫用，成為了系統(tǒng)需要著力解決的問題。同時(shí)，系統(tǒng)的兼容性和擴(kuò)展性還需要進(jìn)一步優(yōu)化[5]。隨著汽車技術(shù)的快速發(fā)展，新型傳感器、控制單元和通信技術(shù)的更新，系統(tǒng)設(shè)計(jì)需考慮到未來技術(shù)的接入和兼容問題，確保系統(tǒng)能夠平滑升級(jí)和擴(kuò)展。

4.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在汽車安全與維護(hù)管理中應(yīng)用的前景展望

在智能化車輛管理方面，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的深度應(yīng)用將推動(dòng)車輛與環(huán)境的互聯(lián)互通達(dá)到前所未有的水平。借助高速的數(shù)據(jù)傳輸和強(qiáng)大的云計(jì)算能力，車輛能夠在更大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)自我診斷和環(huán)境適應(yīng)，有效預(yù)測和規(guī)避潛在風(fēng)險(xiǎn)，為駕駛者提供更加安全、智能的輔助決策支持。隨著5G等先進(jìn)通信技術(shù)的普及，這一過程的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性將得到極大提升，使得智能車輛更加了解駕駛環(huán)境，進(jìn)而大幅提高行車安全性。在維護(hù)預(yù)測的準(zhǔn)確性提升方面，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將通過對車輛實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)的持續(xù)收集和深度分析，系統(tǒng)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)車輛潛在的故障和維護(hù)需求，從而在問題發(fā)生之前就提出精準(zhǔn)的維護(hù)建議或自動(dòng)調(diào)整車輛設(shè)置以避免故障。未來，隨著算法的不斷優(yōu)化和數(shù)據(jù)處理能力的提升，維護(hù)預(yù)測的準(zhǔn)確性和及時(shí)性將進(jìn)一步增強(qiáng)，使得汽車維護(hù)更加高效和智能。

5 結(jié)論

綜上，基于物聯(lián)網(wǎng)的汽車安全與維護(hù)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)以其高度的集成性和智能化，為現(xiàn)代汽車行業(yè)提供了一個(gè)有效的安全與維護(hù)管理解決方案。本文主要探討了基于物聯(lián)網(wǎng)的汽車安全與維護(hù)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)，構(gòu)建了一個(gè)全面的系統(tǒng)框架，包括精密的數(shù)據(jù)收集與處理、實(shí)時(shí)的安全監(jiān)控技術(shù)以及高效的維護(hù)管理策略，旨在提升車輛安全性、優(yōu)化維護(hù)管理效率，促進(jìn)汽車行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]周曉強(qiáng)，黑中壘，張錢赫，等.汽車安全系統(tǒng)技術(shù)與應(yīng)用展望[J].汽車測試報(bào)告，2023（19）：89-91.

[2]焦荷.淺談圖像傳感器技術(shù)在汽車主動(dòng)安全系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].產(chǎn)品可靠性報(bào)告，2023（06）：92-93.

[3]劉漢華.電動(dòng)汽車動(dòng)力電池安全管理系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2023（01）：33-35.

[4]陸凱.汽車被動(dòng)安全系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展研究及應(yīng)對[J].上海汽車，2022（09）：35-43+48.

[5]張文科，王坤.汽車防碰撞安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化[J].電子測試，2021（18）：27-28.