詳解車載信息系統(tǒng)平臺工作原理及未來發(fā)展

　　隨著現(xiàn)代汽車工業(yè)和電子技術(shù)的發(fā)展，車輛導(dǎo)航、通信、移動辦公、多媒體娛樂、安防輔助駕駛和遠(yuǎn)程故障診斷等功能電子系統(tǒng)可以通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)聯(lián)網(wǎng)形成車載信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。未來的汽車儀表系統(tǒng)向著集成化、智能化、全圖形化車載信息系統(tǒng)平臺的方向發(fā)展。

　　車載信息系統(tǒng)平臺綜述

　　未來的車載信息系統(tǒng)平臺將全面超越傳統(tǒng)汽車儀表的現(xiàn)有功能，系統(tǒng)主要功能包括：全圖形化數(shù)字儀表、GPS導(dǎo)航、車載多媒體影音娛樂、整車狀態(tài)顯示、遠(yuǎn)程故障診斷、無線通信、網(wǎng)絡(luò)辦公、信息處理、智能交通輔助駕駛等等。未來的車載信息平臺是人、車、環(huán)境的充分交互，集電子、通信、網(wǎng)絡(luò)、嵌入式等技術(shù)為一體的高端車載綜合信息顯示平臺。車載信息系統(tǒng)平臺的主要功能至少應(yīng)該包括以下方面：

　　儀表顯示

　　主要包含傳統(tǒng)儀表的所有功能。以液晶屏（LCD）作為顯示終端，所需的大量、復(fù)雜的信息能夠以圖形方式，靈活、準(zhǔn)確地顯示在LCD屏幕上?；镜囊笫歉吡炼蕊@示圖形，高實(shí)時性響應(yīng)，能夠接收來自CAN總線和傳感器的信號。

　　車輛監(jiān)控及遠(yuǎn)程故障診斷

　　通過收集的信息進(jìn)行車輛信息的診斷和分析，更加智能的監(jiān)控車輛的性能和狀況，并給予用戶提示，同時通過車載信息平臺的GPRS模塊將診斷分析數(shù)據(jù)與診斷服務(wù)中心實(shí)時雙向傳遞。通過外連GPS模塊和通訊模塊，并通過監(jiān)控中心，進(jìn)行車輛防盜監(jiān)控和遠(yuǎn)程控制。

　　無線上網(wǎng)

　　通過覆蓋全國的GSM/CDMA/GPRS信號，隨時隨地?zé)o線上網(wǎng)，最高速率可達(dá)153.6Kbps，可實(shí)現(xiàn)E-Mail、FTP、網(wǎng)上聊天、瀏覽信息、網(wǎng)絡(luò)游戲、圖片下載、移動辦公、電子商務(wù)等網(wǎng)絡(luò)功能。速度快、性能穩(wěn)定、安全可靠。

　　導(dǎo)航信息

　　實(shí)現(xiàn)完善的導(dǎo)航功能。通過GPS全球定位系統(tǒng)，無論用戶在世界的任何角落，都能即時定位和連續(xù)定位，除了提供自主導(dǎo)航、信息查詢、最佳行車路徑計(jì)算、軌跡記錄和回放等功能之外，還提供交通堵塞預(yù)測、停車場停車向?qū)?、可與網(wǎng)絡(luò)連接的地圖數(shù)據(jù)實(shí)時更新等高級功能。導(dǎo)航信息系統(tǒng)的顯示限于局部區(qū)域，應(yīng)不影響儀表系統(tǒng)的同時顯示。

　　車載電話

　　采用CDMA無線通信或VOIP網(wǎng)絡(luò)電話，車載免提與無線耳機(jī)無縫切換，保證車主在通話過程中的駕駛安全。

　　車載娛樂

　　車載娛樂系統(tǒng)已經(jīng)由以前的收音機(jī)和一個卡帶機(jī)或CD機(jī)進(jìn)化成可以通過用戶和其它車輛通訊，擁有多種娛樂和信息的系統(tǒng)。比許多其它的音頻/視頻應(yīng)用，如家電的A/V系統(tǒng)應(yīng)用要求更豐富。滿足人們對汽車娛樂性、舒適性的要求，可進(jìn)行衛(wèi)星數(shù)字廣播接收、車載數(shù)字電視接收、CD/DVD播放等，并具有MP3/MP4/IPOD/USB等多媒體播放功能。音視頻文件可以通過無線下載，徹底免去使用碟片的種種麻煩。前置中控臺或頭枕式真彩顯示屏和高保真車載音響，更是為用戶提供了專業(yè)級視聽享受。

　　輔助安全駕駛

　　主要包括：駕駛員疲勞監(jiān)視，前、后方測距雷達(dá)系統(tǒng)，碰撞分析、剎車控制、安全報(bào)警系統(tǒng)以及輔助倒車后視系統(tǒng)。駕駛員監(jiān)視器安置于方向盤下方，用于拍攝駕駛員的面部，并自動分析眼皮開度，經(jīng)分析后如果發(fā)現(xiàn)有疲勞駕駛，會自動發(fā)出警報(bào)；同時，前方測距雷達(dá)和車后的測距雷達(dá)系統(tǒng)會自動測量前、后方車距，并將此信息發(fā)送至碰撞分析單元。如果有碰撞危險(xiǎn)，會發(fā)出警報(bào)，同時自動剎車或控制安全帶的驅(qū)動電機(jī)，使乘員在碰撞發(fā)生前處在一個提前設(shè)計(jì)的最佳姿勢，使事故的后果減小到最低。

　　其輔助倒車后視功能主要是通過撥倒檔，便可從高清晰液晶顯示屏上看到車后的全彩影像，輔助倒車、后視攝像頭具備防眩和夜視的功能，便于保證車主夜間倒車的安全。

　　新型智能交通系統(tǒng)的車載信息采集系統(tǒng)

　　獲得實(shí)時、可靠的交通信息一直是智能交通系統(tǒng)發(fā)展的瓶頸問題，建立智能交通車載信息采集系統(tǒng)，可以為智能交通系統(tǒng)中駕駛行為特性的研究、交通數(shù)據(jù)采集、現(xiàn)場測試等提供良好的輔助測試、驗(yàn)證平臺，還可以作為一個輔助檢測手段，為我國智能交通系統(tǒng)多功能實(shí)驗(yàn)車的建設(shè)和發(fā)展提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持，從而加速我國智能交通系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)的研究和開發(fā)。

　　車載信息平臺領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展

　　車載信息平臺包括多方面技術(shù)，下面僅將其中涉及到的幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)簡單介紹如下：

　　基于嵌入式技術(shù)的Telematics系統(tǒng)

　　Telematics是一個由通信和信息科學(xué)組成的合成詞，通常稱為車載遠(yuǎn)程信息處理。它綜合了汽車制造和IT技術(shù)，包括計(jì)算機(jī)、移動通信、數(shù)字廣播等；同時，又依托于ITS的“3S”，從而迅速發(fā)展成為融合技術(shù)與服務(wù)的新業(yè)務(wù)。Telematics通過無線信道連接車載終端機(jī)與服務(wù)中心，以構(gòu)成提供信息服務(wù)的通信鏈路。通過安裝于車內(nèi)的終端系統(tǒng)，分析汽車內(nèi)與車外發(fā)生的各種狀況，收集駕駛和行車所必需的各種信息，同時執(zhí)行一系列的必要控制，為駕駛員和乘客提供方便、安全和娛樂。

　　Telamatics的技術(shù)特征充分表現(xiàn)了現(xiàn)代科技的大融合。它應(yīng)用5種主要技術(shù)：衛(wèi)星定位技術(shù)（GPS）；無線接入技術(shù)；蜂窩通信技術(shù)（2G/3G）；專用短程通信的窄帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（Dsrc）；數(shù)字廣播和多媒體廣播技術(shù)（DMB），融合成為4類主要功能：

　?。?）基于衛(wèi)星定位技術(shù)（GPS+GIS）的地面導(dǎo)航。根據(jù)道路狀態(tài)引導(dǎo)車輛以最佳路線抵達(dá)目的地。

　?。?）基于ITS數(shù)字廣播（GPS+GIS+LBS+CDMB）的智能交通。典型應(yīng)用為對路面實(shí)時狀況的領(lǐng)航。它不同于以地理信息為基礎(chǔ)的導(dǎo)航，而是在導(dǎo)航的基礎(chǔ)上，以路面上發(fā)生的實(shí)時位置信息（LocationBasedServices，LBS），引導(dǎo)車輛不僅選擇最佳地理路由，而且選擇所需時間最短的優(yōu)化路由。通過ITS信息中心發(fā)布的路面狀況實(shí)時多媒體信息，以廣播形式傳送語音、分析和測算處理的結(jié)果，以數(shù)據(jù)形式將遙感測量的地理數(shù)據(jù)合成為引導(dǎo)實(shí)時駕駛的領(lǐng)航圖，及時提醒駕駛員避開交通堵塞或突發(fā)事件的路段，給出最佳修改行車路線，以最短時間到達(dá)目的地。

　?。?）基于無線移動通信技術(shù)（2G/3G+Dsrc+WLAN）的遠(yuǎn)程信息服務(wù)。一方面以WLAN形式構(gòu)建車內(nèi)的微微網(wǎng)，以通用的信息平臺實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化通信和信息服務(wù)，這與手機(jī)通信和無線上網(wǎng)的功能基本一致；另一方面以RFID溝通標(biāo)簽與讀取器，再以Dsrc互聯(lián)服務(wù)中心，以信息平臺方式，既將ECU收集的發(fā)動機(jī)溫度、尾氣、輪胎、汽油及行車狀況等的汽車信息送到服務(wù)中心的維修站，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程車輛故障診斷和求助；將過路的計(jì)費(fèi)信息和服務(wù)的費(fèi)用信息送到服務(wù)中心的結(jié)算站，服務(wù)中心可據(jù)此分析和判斷車輛有無故障、有無可能出現(xiàn)的失控、失盜等緊急情況，既能及時告知駕駛員，又能指令汽車減速、停止運(yùn)行或無法啟動。同時，準(zhǔn)確記賬并自動收費(fèi)。

　?。?）基于數(shù)字廣播技術(shù)（CDMB-T/CMMB+ITS）的車載文化娛樂。它不僅要在車上顯示電視節(jié)目、路面狀況、MTV、電子游戲等，還要顯示和管理個人節(jié)目信息資源（數(shù)據(jù)廣播），并隨時經(jīng)廣播寬帶下載地理、地貌、地圖等信息，還能顯示如E-Mail接收的互聯(lián)網(wǎng)信息。

　　Telematics裝置通常是一種嵌入式系統(tǒng)，它在軟、硬件系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)上與普通嵌入式系統(tǒng)并沒有差異。在PC產(chǎn)業(yè)里，運(yùn)算平臺的選擇，也就是處理器及其相關(guān)參考設(shè)計(jì)的選擇，是相當(dāng)有限的，不外乎Intel或是AMD的那幾種，然而嵌入式系統(tǒng)的硬件卻需要面對各式各樣不同的需求。正確的選型及架構(gòu)設(shè)計(jì)必須能符合客戶及產(chǎn)品需求，這是一件相當(dāng)重要的事情。目前比較流行的一種基于嵌入式技術(shù)的Telematics系統(tǒng)設(shè)計(jì)，其硬件系統(tǒng)采用了高效、靈活的ARM+FPGA構(gòu)架，其中ARM（AdvancedRISCMachine）是一種高性能的32位精簡指令運(yùn)算集微處理器，主要完成外部數(shù)據(jù)采集、整理、分析、存儲等功能，F(xiàn)PGA（Field?Programmable?Gate?Array）即現(xiàn)場可編程門陣列，主要用于用戶界面的顯示。這種硬件架構(gòu)一個比較典型的應(yīng)用實(shí)例就是賽靈思與微軟汽車業(yè)務(wù)部推出的智能車載信息平臺，它又被稱為MicrosoftTelematicsPlatform（微軟車載信息處理平臺），巧妙地通過語音命令結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)連接進(jìn)行通信和控制，是一種用于集成各種移動設(shè)備和通過互聯(lián)網(wǎng)與無線網(wǎng)絡(luò)傳送信息的集線器。

　　微軟公司的汽車業(yè)務(wù)部與賽靈思共同創(chuàng)建了能夠以低成本點(diǎn)提供這些優(yōu)點(diǎn)的硬件平臺，從而促進(jìn)了面向全世界駕駛者的更簡單、更可靠且消費(fèi)得起的解決方案的開發(fā)。

　　對任何硬件平臺而言，靈活性和伸縮性對架構(gòu)能否成功獲得市場接受都至關(guān)重要，無論是基本系統(tǒng)還是高性能的高端車載信息系統(tǒng)。鑒于此，微軟開發(fā)了一個真正可以定制和伸縮的汽車標(biāo)準(zhǔn)車載信息處理平臺。

　　該平臺整合了一個基于ARM9的微控制器，支持32MB閃存/32MBDRAM以上的內(nèi)存，并包含集成GPS藍(lán)牙和一個GSM電話模塊。外部車輛連接包括一個CAN網(wǎng)絡(luò)接口以及有保護(hù)的模擬和數(shù)字I/O，用于實(shí)現(xiàn)LED驅(qū)動和按鈕輸入等功能。該平臺的基本架構(gòu)如圖1所示。

　　微軟利用了FPGA技術(shù)的靈活性和高集成度能力。該平臺使用了一個Spartan3XC3S400FPGA，用于實(shí)現(xiàn)多個獨(dú)立的目的，如GSM電話接口、車輛接口（CAN控制器和K-線路）以及復(fù)雜的音頻信號調(diào)節(jié)和路由功能（如圖2所示）。