电子技术在车载信息系统的应用

1、电子技术在车载信息系统的应用未来的车载信息系统平台将全面超越传统汽车仪表的现有功能，系统主要功能包括：全图形化数字仪表、GPS导航、车载多媒体影音娱乐、整车状态显示、远程故障诊断、无线通信、网络办公、信息处理、智能交通辅助驾驶等等。未来的车载信息平台是人、车、环境的充分交互，集电子、通信、网络、嵌入式等技术为一体的高端车载综合信息显示平台。车载信息系统平台的主要功能至少应该包括以下方面： 1.仪表显示主要包含传统仪表的所有功能。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。基本的要求是高亮度显示图形，高实时性响应，能够接收来自CAN总线和

2、传感器的信号。 2.车辆监控及远程故障诊断 通过收集的信息进行车辆信息的诊断和分析，更加智能的监控车辆的性能和状况，并给予用户提示，同时通过车载信息平台的GPRS模块将诊断分析数据与诊断服务中心实时双向传递。通过外连GPS模块和通讯模块，并通过监控中心，进行车辆防盗监控和远程控制。 3.无线上网 通过覆盖全国的GSM/CDMA/GPRS信号，随时随地无线上网，最高速率可达153.6Kbps，可实现E-Mail、FTP、网上聊天、浏览信息、网络游戏、图片下载、移动办公、电子商务等网络功能。速度快、性能稳定、安全可靠。   4.导航信息  实现完善的导航功能。通过GPS全球定位

3、系统，无论用户在世界的任何角落，都能即时定位和连续定位，除了提供自主导航、信息查询、最佳行车路径计算、轨迹记录和回放等功能之外，还提供交通堵塞预测、停车场停车向导、可与网络连接的地图数据实时更新等高级功能。导航信息系统的显示限于局部区域，应不影响仪表系统的同时显示。 5.车载电话 采用CDMA无线通信或VOIP网络电话，车载免提与无线耳机无缝切换，保证车主在通话过程中的驾驶安全。   6.车载娱乐 车载娱乐系统已经由以前的收音机和一个卡带机或CD机进化成可以通过用户和其它车辆通讯，拥有多种娱乐和信息的系统。比许多其它的音频/视频应用，如家电的A / V系统应用要求更丰富。满足人们对汽

4、车娱乐性、舒适性的要求，可进行卫星数字广播接收、车载数字电视接收、CD/DVD播放等，并具有MP3/MP4/IPOD/USB等多媒体播放功能。音视频文件可以通过无线下载，彻底免去使用碟片的种种麻烦。前置中控台或头枕式真彩显示屏和高保真车载音响，更是为用户提供了专业级视听享受。   7.辅助安全驾驶 主要包括：驾驶员疲劳监视，前、后方测距雷达系统，碰撞分析、刹车控制、安全报警系统以及辅助倒车后视系统。驾驶员监视器安置于方向盘下方，用于拍摄驾驶员的面部，并自动分析眼皮开度，经分析后如果发现有疲劳驾驶，会自动发出警报；同时，前方测距雷达和车后的测距雷达系统会自动测量前、后方车距，并将此信息

5、发送至碰撞分析单元。如果有碰撞危险，会发出警报，同时自动刹车或控制安全带的驱动电机，使乘员在碰撞发生前处在一个提前设计的最佳姿势，使事故的后果减小到最低。 其辅助倒车后视功能主要是通过拨倒档，便可从高清晰液晶显示屏上看到车后的全彩影像，辅助倒车、后视摄像头具备防眩和夜视的功能，便于保证车主夜间倒车的安全。 8.新型智能交通系统的车载信息采集系统 获得实时、可靠的交通信息一直是智能交通系统发展的瓶颈问题，建立智能交通车载信息采集系统，可以为智能交通系统中驾驶行为特性的研究、交通数据采集、现场测试等提供良好的辅助测试、验证平台，还可以作为一个辅助检测手段，为我国智能交通系统多功能实验车的建设和发展

6、提供强有力的技术支持，从而加速我国智能交通系统相关技术的研究和开发。 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Telematics系统Telematics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。Telematics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

7、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

8、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

9、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

10、-Mail接收的互联网信息。随着更加先进的传感器、快速响应的执行器、高性能ECU、先进的控制策略、计算机网络技术、雷达技术、第3代移动通讯技术在汽车上的广泛应用，现代汽车正朝着更加智能化、自动化和信息化的机电一体化产品方向发展，以达到“人汽车环境”的完美协调。 2.1传感器     随着汽车电子化发展，自动化越高，对传感器的依赖程度也就越大。汽车用传感器的种类多样化和使用数量的增加，使得传感器朝着多功能化、集成化、智能化和微型化方向发展。这些将使未来的智能化集成传感器不仅能提供用于模拟和处理的信号，而且还能对信号作放大等处理；同时它还能自动进行时漂、温漂

11、和非线性的自校正，具有较强的抵抗外部电磁干扰的能力，保证传感器信号的质量不受影响，即使在特别严酷的使用条件下仍能保持较高的精度；另外，它还具有结构紧凑、安装方便的优点，从而免受机械特性的影响。         2.2微处理器(ECU)     自从1976美国通用汽车公司成功的将ECU应用到汽车发动机的控制系统中后，汽车电子控制系统进入到了新的高速发展阶段，随后ECU被应用到动力传动、车身、安全等控制系统中。由于汽车用ECU对可靠性、信息处理能力、实时控制能力及成本上的特殊要

12、求，基于通用芯片开发出的ECU已经很难满足汽车电子控制系统的要求，因此，开发出具有多路同步实时控制、自带A/D与D/A、自我诊断、高输入/输出等功能的汽车专用ECU系统具有很高的现实意义。随着汽车电子控制日趋集中化，ECU需要处理的信息量不断增加，因此，16位和32位ECU将成为未来汽车用ECU的首选，预计在今后几年内需求量将增加50%以上，逐步成为车用ECU的主流。         2.3执行器     目前汽车上所使用的执行器主要有电磁式、电动式和气动/液动式。电磁和电动

13、式的执行器是以电为动力的操作机构，具有体积小、重量轻、响应速度快、耗能小的特点，但是，与气动/液动式执行器相比，输出驱动能力则不足，无法满足未来汽车控制领域大驱动输出的需要。但是，随着新材料、新工艺、新机构设计的采用，电磁和电动式执行器将逐渐取代气动/液动执行器，尤其是在未来汽车普遍更换42V新型电源系统之后，输出驱动能力将大幅度提升，完全可以取代传统的气动/液动系统。         2.4控制策略     目前在汽车电子控制系统中广泛采用的是PID控制理论，是一种使用于单

14、输入/输出、线性定常系统的经典控制理论，但是，由于汽车中需要控制的对象往往具有很强的时变和非线性，控制系统的输入和输出参数也越来越多，采用以状态空间为基础、适用于多输入/输出、非线性时变系统的现代控制理论已成必然，如最优控制、自适应控制、模糊控制等。         2.5总线技术     利用总线技术将汽车中各种电控单元、智能传感器、智能仪表等联接起来，从而构成汽车内部局域网，实现各系统间的信息资源共享。其优点主要有：大大减少线束数量、连接点及体积，提高系统的可靠性和可维护

15、性；采用通用传感器，达到数据信息共享的目的；改善系统的灵活性，即通过系统的软件可实现系统功能的变化。根据侧重功能的不同，SAE将总线划分为A、B、C三大类：A类是面向传感器和执行器的一种低速网络，主要用于后视镜调整、灯光照明控制、电动车窗等控制等，目前A类的主流是LIN；B类是应用于独立模块间的数据共享中速网络，主要用于汽车舒适性、故障诊断、仪表显示及四门中央控制等，其目前主流是低速CAN(又称动力CAN)；C类是面向高速、实时闭环控制的多路传输网络，主要用于发动机、ABS和自动变速器、安全气囊等的控制，目前C类主流是高速CAN(又称动力CAN)，但是随着下一代高速、具有容错能力的时间触发方式

16、的“XbyWire线控技术的发展，将逐渐代替高速CAN在C类网中的位置，力求在未来510年之内使传统的汽车机械系统变成通过高速容错通讯总线与高性能CPU相连的百分之百的电控系统，完全不需要后备机械系统的支持，其主要代表有TTP/C和FlexRay。而在多媒体与通讯系统中，MOST、IDB1394和“蓝牙”技术成为了今后的发展主流。另外，光纤凭借其高传输速率和抗干扰能力，越来越广泛的用作高速信号传输介质。       2.6新型42V供电电源    随着汽车电控技术的不断发展，使汽车电子装置在整车

17、中所占比例和相应的耗电量不断提高，使现有的12V电源系统供电能力趋于饱和或不足，无法满足下一代汽车设计中新增电子设备的需求，如无凸轮轴电磁式电控配气相位机构、飞轮复合式起动发电机系统、电加热三效催化转化器以及新型电力制动和电力转向系统等，它们在传统的12V电源系统中难于实现，而这些新技术又是公认的未来汽车技术发展的重要方向。因此，采用更高供电电压的电源系统成为必然趋势。         2.7安全技术     从近两年召开的一些大型国际汽车技术研讨会和展会(如“2004国际I

18、TS会议”、“Convergence2004国际汽车电子展等”)可以看出，未来汽车电子控制的重要发展方向是汽车安全领域。主要有以下几个方向：利用雷达技术和车载摄像技术开发各种自动避撞系统；利用近红外技术开发各种能监测司机行为的安全系统；高性能的轮胎综合监测系统；自适应自动驾驶系统；驾驶员身份识别系统；安全气囊和ABS/ASR，以及车身动态控制系统将更加完善。         2.8多媒体娱乐与智能通讯系统     随着第3代移动通讯技术和计算机网络技术的不断发展，未来汽车正朝

19、着移动力、公室、家庭影院方向发展，为司机和乘客提供进行中的实时通讯和娱乐信息，并把汽车和道路及其它远程服务系统结合起来，构建未来的智能交通系统(1TS)。具体功能：提供丰富的多媒体设施环境，利用GPS、GSM网络实现导航、行车指南、无线因特网以及汽车与家庭等外部环境的互动。具备远程汽车诊断功能，紧急时能够引导救援服务机构赶到故障或事故地点。      电子技术在发动机上的应用 应用电喷技术和火花塞，电磁脉冲点火来为发动机提供精确的供油和点火，甚至应用更高科技的压燃汽油电子技术，这样使得汽车动力性能更强，油耗更省，可靠性更高1.电子燃油喷射控制系

20、统（EFI） 在现代汽车上，机械式或机电混合式燃油喷射系统已趋于淘汰，电控燃油喷射装置因其性能优越而得到了日益普及。电子喷油装置可以自动地保证发动机始终工作在最佳状态，使其在输出一定功率的条件下最大限度地节油和净化空气。经过实验并修正得到发动机最佳工况时的供油控制规律、事先把这些客观规律编成程序存在微机的存储器中，当发动机工作时，根据各传感器测得的空气流量、排气管中含氧量、进气温度、发动机转速及工作温度等参数，按预先编好的运算程序进行运算、然后和内存中的最佳工况的参数进行比较和判断再调整供油量。这样就能够使发动机一直处于最优工作条件下运行，从而使发动机的综合性能得到提高。 2电子点火装置（ES

21、A） 它由微机、传感器及其接口、执行机构等几部分构成。该装置可根据传感器送来的发动机各种参数进行运算、判断，然后进行点火时刻的调节，这样可以节约燃料，减少空气污染。此外，新型发动机电子控制装置还有自适应控制、智能控制及自诊断操作等。一般认为，发动机电子控制装置的节能效果在15%以上，而效果更明显的则是在环境保护方面。 除此之外，在发动机部分利用电子技术的内容还有：废气再循环（EGR）、怠速控制（ISC）、电动油泵、发电机输出、冷却风扇、发动机排量、节气门正时、二次空气喷射、发动机增压、油汽蒸发及系统自我诊断功能等，它们在不同的车型上都或多或少地被应用。3.智能可变气门正时技术（VVT-I）为了

22、使发动机获得最佳的空然比，使发动机在不同转速能得到不同的燃油供应，丰田的智能可变气门正时技术相当又代表性。 VVTi系统由传感器、ECU和凸轮轴液压控制阀、控制器等部分组成。ECU储存了最佳气门正时参数值，曲轴位置传感器、进气歧管空气压力传感器、节气门位置传感器、水温传感器和凸轮轴位置传感器等反馈信息汇集到ECU并与预定参数值进行对比计算，计算出修正参数并发出指令到控制凸轮轴正时液压控制阀，控制阀根据ECU指令控制机油槽阀的位置，也就是改变液压流量，把提前、滞后、保持不变等信号指令选择输送至VVTi控制器的不同油道上。4.车载自动诊断系统（OBD）系统将从发动机的运行状况随时监控汽车是否尾气超

23、标，一旦超标，会马上发出警示。当系统出现故障时，故障(MIL)灯或检查发动机(Check Engine)警告灯亮，同时动力总成控制模块(PCM)将故障信息存入存储器，通过一定的程序可以将故障码从PCM中读出。根据故障码的提示，维修人员能迅速准确地确定故障的性质和部位。电子技术在底盘上的应用电控自动变速器(ECT) ECT可以根据发动机的载荷、转速、车速、制动器工作状态及驾驶员所控制的各种参数，经过计算机的计算、判断后自动地改变变速杆的位置，从而实现变速器换挡的最佳控制，即可得到最佳挡位和最佳换挡时间。它的优点是加速性能好、灵敏度高、能准确地反映行驶负荷和道路条件等。传动系统的电子控制装置，能自

24、动适应瞬时工况变化，保持发动机以尽可能低的转速工作。电子气动换挡装置是利用电子装置取代机械换挡杆及其与变速机构间的连接，并通过电磁阀及气动伺服阀汽缸来执行。它不仅能明显地简化汽车操纵，而且能实现最佳的行驶动力性和安全性。 2.防抱死制动系统（ABS）通过控制防止汽车制动时车轮的抱死来保证车轮与地面达到最佳滑动率（15-20%），一套电子传感器和电磁油压阀门。传感器测量车速，轮速，通过计算机电脑来计算制动力，命令电磁油压刹车系统对各个车轮施加不同大小，频率的制动力。从而使汽车在各种路面上制动时，车轮与地面都能达到纵向的峰值附着系数和较大的侧向附着系数，以保证车辆制动时不发生抱死拖滑、失去转向能力

25、等不安全的工况，提高汽车的操纵稳定性和安全性，减小制动距离。3.驱动防滑系统(ASR）在ABS上加装可膨胀液压装置、增压泵、液压压力筒、第四个车轮速度传感器，复杂的电子系统和带有其自身控制器的电子加速系统。它的主要目的是防止汽车驱动轮在加速时出现打滑。它的功能一是提高牵引力；二是保持汽车的行驶稳定。行驶在易滑的路面上，没有 ASR的汽车加速时驱动轮容易打滑；如是后驱动的车辆容易甩尾，如是前驱动的车辆容易方向失控。有ASR时，汽车在加速时就不会有或能够减轻这种现象。在转弯时，如果发生驱动轮打滑会导致整个车辆向一侧偏移，当有ASR时就会使车辆沿着正确的路线转向;最重要的是车辆转弯时，一旦驱动轮打滑

26、就会全车一侧偏移，这在山路上极度危险的，有ASR的车都一般不会发生这种现象。4.牵引力控制系统(TCS）又称循迹控制系统。根据驱动轮的转数及传动轮的转数来判定驱动轮是否发生打滑现象，当前者大于后者时，进而抑制驱动轮转速的一种防滑控制系统。它与ABS作用模式十分相似，两者都使用感测器及刹车调节器。但是区别在于，ABS是利用感测器来检测轮胎何时要被抱死，再减少该轮的刹车力以防被抱死，它会快速的改变刹车力，以保持该轮在即将被抱死的边缘，而TCS主要是使用引擎点火的时间、变速箱挡位和供油系统来控制驱动轮打滑。5.电子制动力分配(EBD)自动调节前、后轴的制动力分配比例，提高制动效能（在一定程度上可以缩

27、短制动距离），并配合ABS提高制动稳定性。汽车制动时，如果四只轮胎附着地面的条件不同，比如，左侧轮附着在湿滑路面，而右侧轮附着于干燥路面，四个轮子与地面的摩擦力不同，在制动时(四个轮子的制动力相同)就容易产生打滑、倾斜和侧翻等现象。EBD实际上是ABS的辅助功能，它可以改善提高ABS的功效。所以在安全指标上，汽车的性能又多了“ABS+EBD”。6.EDS，又称为EDL。它是ABS的一种扩展功能。当电子控制单元判断出某一侧驱动轮打滑时，EDS通过液压控制单元对该车轮进行适当强度的制动，从而提高另一侧驱动轮的附着利用率，提高车辆的通过能力。7.紧急制动力辅助系统(EBA)通过驾驶员踩踏制动踏板的速

28、率来理解它的制动行为，如果它察觉到制动踏板的制动压力恐慌性增加，EBA会在几毫秒内启动全部制动力，其速度要比大多数驾驶员移动脚的速度快得多。EBA可显著缩短紧急制动距离并有助于防止在停停走走的交通中发生追尾事故。EBA系统靠时基监控制动踏板的运动。8.电子助力动力转向系统( EPS) 在机械转向机构的基础上，增加信号传感器、电子控制单元和转向助力机构。动式EPS 是利用电动机作为助力源，根据车速和转向参数等因素，由电子控制单元完成助力控制，其原理可概括如下：当操纵转向盘时，装在转向盘轴上的转矩传感器不断地测出转向轴上的转矩信号，该信号与车速信号同时输入到电子控制单元。电控单元根据这些输入信号，确定助力转矩的大小和方向，即选定电动机的电流和转动方向，调整转向辅助动力的大小。电动机的转矩由电磁离合器通过减速机构减速增矩后，加在汽车的转向机构上，使之得到一个与汽车工况相适应的转向作用力。9.防潜保护系