車載信息系統平臺發展

車載信息平臺領域的技術發展

　　車載信息平臺包括多方面技術，下面僅將其中涉及到的幾項關鍵技術簡單介紹如下：

基于嵌入式技術的Telematics系統

　　Telematics是一個由通信和信息科學組成的合成詞，通常稱為車載遠程信息處理。它綜合了汽車制造和IT技術，包括計算機、移動通信、數字廣播等；同時，又依托于ITS的“3S”，從而迅速發展成為融合技術與服務的新業務。Telematics通過無線信道連接車載終端機與服務中心，以構成提供信息服務的通信鏈路。通過安裝于車內的終端系統，分析汽車內與車外發生的各種狀況，收集駕駛和行車所必需的各種信息，同時執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的技術特征充分表現了現代科技的大融合。它應用5種主要技術：衛星定位技術（GPS）；無線接入技術；蜂窩通信技術（2G/3G）；專用短程通信的窄帶網絡技術（DSRC）；數字廣播和多媒體廣播技術（DMB），融合成為4類主要功能：

　　（1）基于衛星定位技術（GPS+GIS）的地面導航。根據道路狀態引導車輛以最佳路線抵達目的地。

　　（2）基于ITS數字廣播（GPS+GIS+LBS+CDMB）的智能交通。典型應用為對路面實時狀況的領航。它不同于以地理信息為基礎的導航，而是在導航的基礎上，以路面上發生的實時位置信息（Location Based Services，LBS），引導車輛不僅選擇最佳地理路由，而且選擇所需時間最短的優化路由。通過ITS信息中心發布的路面狀況實時多媒體信息，以廣播形式傳送語音、分析和測算處理的結果，以數據形式將遙感測量的地理數據合成為引導實時駕駛的領航圖，及時提醒駕駛員避開交通堵塞或突發事件的路段，給出最佳修改行車路線，以最短時間到達目的地。

　　（3）基于無線移動通信技術（2 G/3G+DSRC+WLAN）的遠程信息服務。一方面以WLAN形式構建車內的微微網，以通用的信息平臺實現網絡化通信和信息服務，這與手機通信和無線上網的功能基本一致；另一方面以RFID溝通標簽與讀取器，再以DSRC互聯服務中心，以信息平臺方式，既將ECU收集的發動機溫度、尾氣、輪胎、汽油及行車狀況等的汽車信息送到服務中心的維修站，以實現遠程車輛故障診斷和求助；將過路的計費信息和服務的費用信息送到服務中心的結算站，服務中心可據此分析和判斷車輛有無故障、有無可能出現的失控、失盜等緊急情況，既能及時告知駕駛員，又能指令汽車減速、停止運行或無法啟動。同時，準確記賬并自動收費。

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

　　Telematics裝置通常是一種嵌入式系統，它在軟、硬件系統架構設計上與普通嵌入式系統并沒有差異。在PC產業里，運算平臺的選擇，也就是處理器及其相關參考設計的選擇，是相當有限的，不外乎Intel或是AMD的那幾種，然而嵌入式系統的硬件卻需要面對各式各樣不同的需求。正確的選型及架構設計必須能符合客戶及產品需求，這是一件相當重要的事情。目前比較流行的一種基于嵌入式技術的Telematics系統設計，其硬件系統采用了高效、靈活的ARM+FPGA構架，其中ARM（Advanced RISC Machine）是一種高性能的32位精簡指令運算集微處理器，主要完成外部數據采集、整理、分析、存儲等功能，FPGA（Field?Programmable?Gate?Array）即現場可編程門陣列，主要用于用戶界面的顯示。這種硬件架構一個比較典型的應用實例就是賽靈思與微軟汽車業務部推出的智能車載信息平臺，它又被稱為Microsoft Telematics Platform（微軟車載信息處理平臺），巧妙地通過語音命令結合互聯網連接進行通信和控制，是一種用于集成各種移動設備和通過互聯網與無線網絡傳送信息的集線器。

　　微軟公司的汽車業務部與賽靈思共同創建了能夠以低成本點提供這些優點的硬件平臺，從而促進了面向全世界駕駛者的更簡單、更可靠且消費得起的解決方案的開發。

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

　　該平臺整合了一個基于ARM 9的微控制器，支持32MB閃存/32MB DRAM以上的內存，并包含集成GPS藍牙和一個GSM電話模塊。外部車輛連接包括一個CAN網絡接口以及有保護的模擬和數字I/O，用于實現LED驅動和按鈕輸入等功能。該平臺的基本架構如圖1所示。

　　微軟利用了FPGA技術的靈活性和高集成度能力。該平臺使用了一個Spartan3 XC3S400 FPGA，用于實現多個獨立的目的，如GSM電話接口、車輛接口（CAN控制器和K-線路）以及復雜的音頻信號調節和路由功能（如圖2所示）。

　　FPGA提供的高集成度也具有在一個器件內包含多種總線、接口和時鐘的優點，從而使利用EMI的設計容易管理。此外，減少組件數量和電路板空間將降低生產成本，實現更高的制造質量，在任何汽車設計中這些都是重要的因素。

圖1  微軟遠程信息處理硬件平臺架構

　　在了解了車輛開發的實質和目前已有的眾多不同的車輛接口，微軟有意設計了一個靈活的解決方案，可允許對后端車輛接口進行快速修改而不影響下層架構和系統性能。例如，未來將有可能調節FPGA解決方案，使之能滿足帶有諸如MOST、IDB-1394 或其它數字車輛網絡等汽車總線的最終應用的需求。

圖2  賽靈思spartan3 FPGA設計

車載信息平臺顯示系統

　　車載信息平臺一般以液晶屏（LCD）作為顯示終端，所需的大量、復雜的信息能夠以圖形方式，靈活、準確地顯示在LCD屏幕上。LCD的橫截面很像是很多層三明治疊在一起。每面最外一層是透明的玻璃基體，玻璃基體中間就是薄膜電晶體。顏色過濾器和液晶層可以給顯示出紅、藍和綠三種最基本的顏色。通常，LCD后面都有照明燈以顯示畫面。

　　一般只要電流不變動，液晶都在非結晶狀態。這時液晶允許任何光線通過。液晶層受到電壓變化的影響后，液晶只允許一定數量的光線通過。光線的反射角度按照液晶控制。當液晶的供應電壓變動時，液晶就會產生變形，因而光線的折射角度就會不同，從而產生色彩的變化。與CRT顯示器相比，其優勢在于LCD顯示器消耗電能較少；不會產生CRT那樣的電磁輻射；不會產生CRT那樣的閃爍現象；尺寸非常小、重量較輕、可視面積大。這些特點使得LCD液晶屏特別適合用在車載信息平臺上。

　　車載信息平臺往往所需要顯示的信息量極大，但LCD顯示尺寸及車內安裝空間有限，所以往往采用一屏多顯或多屏顯示技術將汽車儀表信息、車身狀況信息、導航信息、多媒體信息、倒車后視等信息顯示在LCD液晶屏上。如圖3是一個多屏顯示技術的實例：

　　近年來，隨著客戶對于“平視顯示器”（HUD）的需求量的逐漸上升，各大車廠也在尋求適合HUD的質量控制系統。該系統要不僅能保證高度的安全性，而且能和生產線的速度相適應。HUD抬頭數字顯示儀（Heads Up Display）又叫平視顯示系統，是一種由電子組件、顯示組件、控制器、高壓電源等組成的綜合電子顯示設備。它可以把重要的信息，通過光學部件投射到方向盤正前方風窗玻璃上的光/電顯示裝置上，使駕駛員不必低頭，就能看清重要的信息。 這種顯示系統的作用是提高汽車的安全性。如今平視顯示系統快速發展，已經應用在高端轎車上，如圖4所示，即是BMW X5系X6系車型上所安裝的HUD系統。

圖3  多屏顯示技術實例

圖4  BMW X5系X6系車型的HUD系統