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车载信息系统平台发展

作者:朱敦尧 连迅 谢斌 武汉光庭汽车电子有限公司时间:2009-02-23来源:电子产品世界收藏

车载信息平台领域的技术发展

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/91584.htm

  车载信息平台包括多方面技术,下面仅将其中涉及到的几项关键技术简单介绍如下:

基于嵌入式技术的系统

  是一个由通信和信息科学组成的合成词,通常称为车载远程信息处理。它综合了汽车制造和IT技术,包括计算机、移动通信、数字广播等;同时,又依托于ITS的“3S”,从而迅速发展成为融合技术与服务的新业务。通过无线信道连接车载终端机与服务中心,以构成提供信息服务的通信链路。通过安装于车内的终端系统,分析汽车内与车外发生的各种状况,收集驾驶和行车所必需的各种信息,同时执行一系列的必要控制,为驾驶员和乘客提供方便、安全和娱乐。

  Telamatics的技术特征充分表现了现代科技的大融合。它应用5种主要技术:卫星定位技术(GPS);无线接入技术;蜂窝通信技术(2G/3G);专用短程通信的窄带网络技术(DSRC);数字广播和多媒体广播技术(DMB),融合成为4类主要功能:

  (1)基于卫星定位技术(GPS+GIS)的地面导航。根据道路状态引导车辆以最佳路线抵达目的地。

  (2)基于ITS数字广播(GPS+GIS+LBS+CDMB)的智能交通。典型应用为对路面实时状况的领航。它不同于以地理信息为基础的导航,而是在导航的基础上,以路面上发生的实时位置信息(Location Based Services,LBS),引导车辆不仅选择最佳地理路由,而且选择所需时间最短的优化路由。通过ITS信息中心发布的路面状况实时多媒体信息,以广播形式传送语音、分析和测算处理的结果,以数据形式将遥感测量的地理数据合成为引导实时驾驶的领航图,及时提醒驾驶员避开交通堵塞或突发事件的路段,给出最佳修改行车路线,以最短时间到达目的地。

  (3)基于无线移动通信技术(2 G/3G+DSRC+WLAN)的远程信息服务。一方面以WLAN形式构建车内的微微网,以通用的信息平台实现网络化通信和信息服务,这与手机通信和无线上网的功能基本一致;另一方面以RFID沟通标签与读取器,再以DSRC互联服务中心,以信息平台方式,既将ECU收集的发动机温度、尾气、轮胎、汽油及行车状况等的汽车信息送到服务中心的维修站,以实现远程车辆故障诊断和求助;将过路的计费信息和服务的费用信息送到服务中心的结算站,服务中心可据此分析和判断车辆有无故障、有无可能出现的失控、失盗等紧急情况,既能及时告知驾驶员,又能指令汽车减速、停止运行或无法启动。同时,准确记账并自动收费。

  (4)基于数字广播技术(CDMB-T/CMMB+ITS)的车载文化娱乐。它不仅要在车上显示电视节目、路面状况、MTV、电子游戏等,还要显示和管理个人节目信息资源(数据广播),并随时经广播宽带下载地理、地貌、地图等信息,还能显示如E-Mail接收的互联网信息。

  Telematics装置通常是一种嵌入式系统,它在软、硬件系统架构设计上与普通嵌入式系统并没有差异。在PC产业里,运算平台的选择,也就是处理器及其相关参考设计的选择,是相当有限的,不外乎Intel或是AMD的那几种,然而嵌入式系统的硬件却需要面对各式各样不同的需求。正确的选型及架构设计必须能符合客户及产品需求,这是一件相当重要的事情。目前比较流行的一种基于嵌入式技术的Telematics系统设计,其硬件系统采用了高效、灵活的ARM+FPGA构架,其中ARM(Advanced RISC Machine)是一种高性能的32位精简指令运算集微处理器,主要完成外部数据采集、整理、分析、存储等功能,FPGA(Field?Programmable?Gate?Array)即现场可编程门阵列,主要用于用户界面的显示。这种硬件架构一个比较典型的应用实例就是赛灵思与微软汽车业务部推出的智能车载信息平台,它又被称为Microsoft Telematics Platform(微软车载信息处理平台),巧妙地通过语音命令结合互联网连接进行通信和控制,是一种用于集成各种移动设备和通过互联网与无线网络传送信息的集线器。

  微软公司的汽车业务部与赛灵思共同创建了能够以低成本点提供这些优点的硬件平台,从而促进了面向全世界驾驶者的更简单、更可靠且消费得起的解决方案的开发。

  对任何硬件平台而言,灵活性和伸缩性对架构能否成功获得市场接受都至关重要,无论是基本系统还是高性能的高端。鉴于此,微软开发了一个真正可以定制和伸缩的汽车标准车载信息处理平台。

  该平台整合了一个基于ARM 9的微控制器,支持32MB闪存/32MB DRAM以上的内存,并包含集成GPS蓝牙和一个GSM电话模块。外部车辆连接包括一个CAN网络接口以及有保护的模拟和数字I/O,用于实现LED驱动和按钮输入等功能。该平台的基本架构如图1所示。

  微软利用了FPGA技术的灵活性和高集成度能力。该平台使用了一个Spartan3 XC3S400 FPGA,用于实现多个独立的目的,如GSM电话接口、车辆接口(CAN控制器和K-线路)以及复杂的音频信号调节和路由功能(如图2所示)。

  FPGA提供的高集成度也具有在一个器件内包含多种总线、接口和时钟的优点,从而使利用EMI的设计容易管理。此外,减少组件数量和电路板空间将降低生产成本,实现更高的制造质量,在任何汽车设计中这些都是重要的因素。


图1  微软远程信息处理硬件平台架构

  在了解了车辆开发的实质和目前已有的众多不同的车辆接口,微软有意设计了一个灵活的解决方案,可允许对后端车辆接口进行快速修改而不影响下层架构和系统性能。例如,未来将有可能调节FPGA解决方案,使之能满足带有诸如MOST、IDB-1394 或其它数字车辆网络等汽车总线的最终应用的需求。


图2  赛灵思spartan3 FPGA设计

车载信息平台显示系统

  车载信息平台一般以液晶屏(LCD)作为显示终端,所需的大量、复杂的信息能够以图形方式,灵活、准确地显示在LCD屏幕上。LCD的横截面很像是很多层三明治叠在一起。每面最外一层是透明的玻璃基体,玻璃基体中间就是薄膜电晶体。颜色过滤器和液晶层可以给显示出红、蓝和绿三种最基本的颜色。通常,LCD后面都有照明灯以显示画面。

  一般只要电流不变动,液晶都在非结晶状态。这时液晶允许任何光线通过。液晶层受到电压变化的影响后,液晶只允许一定数量的光线通过。光线的反射角度按照液晶控制。当液晶的供应电压变动时,液晶就会产生变形,因而光线的折射角度就会不同,从而产生色彩的变化。与CRT显示器相比,其优势在于LCD显示器消耗电能较少;不会产生CRT那样的电磁辐射;不会产生CRT那样的闪烁现象;尺寸非常小、重量较轻、可视面积大。这些特点使得LCD液晶屏特别适合用在车载信息平台上。

  车载信息平台往往所需要显示的信息量极大,但LCD显示尺寸及车内安装空间有限,所以往往采用一屏多显或多屏显示技术将汽车仪表信息、车身状况信息、导航信息、多媒体信息、倒车后视等信息显示在LCD液晶屏上。如图3是一个多屏显示技术的实例:

  近年来,随着客户对于“平视显示器”(HUD)的需求量的逐渐上升,各大车厂也在寻求适合HUD的质量控制系统。该系统要不仅能保证高度的安全性,而且能和生产线的速度相适应。HUD抬头数字显示仪(Heads Up Display)又叫平视显示系统,是一种由电子组件、显示组件、控制器、高压电源等组成的综合电子显示设备。它可以把重要的信息,通过光学部件投射到方向盘正前方风窗玻璃上的光/电显示装置上,使驾驶员不必低头,就能看清重要的信息。 这种显示系统的作用是提高汽车的安全性。如今平视显示系统快速发展,已经应用在高端轿车上,如图4所示,即是BMW X5系X6系车型上所安装的HUD系统。


图3  多屏显示技术实例


图4  BMW X5系X6系车型的HUD系统



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