车载信息系统平台的未来发展

随着汽车工业和电子技术的发展，车辆导航、通信、移动办公、多媒体娱乐、安防辅助驾驶和远程故障诊断等功能电子系统可以通过网络技术联网形成车载信息网络系统。未来的汽车仪表系统向着集成化、智能化、全图形化车载信息系统平台的方向发展。

（一）车载信息系统平台综述

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。

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。

（二）车载信息平台领域的技术发展

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：

1、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车载信息系统。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 XC30 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。

（三）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。

（四）车载导航信息系统

车载导航系统包括车载导航终端、数字地图、导航平台三大部分。其中数字地图、导航平台都是在后台服务，其软硬件环境可以不受什么限制；车载导航终端（VNT）则不然，因为其工作环境恶劣，软硬条件有限，给其研发工作带来很大挑战。

导航平台负责收集、分析处理（含数据融合）由交通信息采集系统采集的各类道路交通地理信息，将其通过通信系统（如无线寻呼）下传到专门节点和车辆上。交通信息采集系统包括固定的交通信息检测系统（视频、微波、线圈、激光等交通检测器）和动态交通检测器（以出租车为例，它既装备有车载导航系统，同时自身还可以作为一种交通信息探测器，以集群通信网与其中心进行通信）。通信系统包括有线和无线通信两种方式，负责车辆与导航平台（综合信息平台、交管中心）之间的信息交流，从而达到车辆和路网间的信息互通。VNS主要由车辆定位模块、多媒体导航电子地图、车载通信模块及其它车内设备构成。多媒体导航电子地图为系统提供诸如地理特征、道路位置、交通规则、基础设施等多种交通地理信息。它基于GIS操作和查询电子地图，包括提供电子地图显示、浏览、缩放以及信息检索服务等功能。车辆定位模块由定位传感器和数据处

理器组成，可以提供实时、连续的车辆位置信息，为使定位信息在电子地图上显示更加准确，需要进行地图匹配。地图匹配将定位输出的位置与地图数据库提供的道路位置信息进行比较，并通过适当的模式匹配和识别过程确定车辆当前的行驶路段以及在路段中的准确位置。

如果电子地图的精度非常高，将使系统的整体定位精度得到提高，并为路径引导提供可靠保证。车载导航终端安装有操作系统、多媒体电子地图、地理信息系统与相关软件系统。它们负责接收和处理信息，进行路径规划，帮助驾驶员在旅行前或旅行中选择合适的出行路线，规划以后的结果需要由路径引导功能来实现。路径引导是帮助驾驶员沿预定路线行驶从而顺利到达目的地的过程。它根据地图数据库中的道路信息和由定位模块及地图模块提供的当前车辆位置产生适当的实时驾驶指令，如语音提示、图形显示等。另外，在车载导航终端中，由显示器、控制器及相关软件系统构成的人机交互模块是一个重要的组成部分。它提供用户与车载终端间的交互接口，用户通过它将地图显示、信息查询、路径规划等操作指令输入终端中，控制器也通过它将以电子地图为背景的车辆位置、最优路径规划结果、实时驾驶引导指令等用户需要的信息以语音提示、可视图形等多媒体方式表现出来。

地图匹配和路径规划是车载导航终端（VNT）的两项最重要的技术，好的地图匹配方法可以大大提高系统的定位精度，路径规划算法的优劣直接影响产品的导航功能。

（五）基于车载网络技术的多媒体信息、娱乐系统

对于购买配有车载网络汽车的用户来说，最大的受益是能在网络中共

享信息。汽车可以通过车载网络，将视频、音频和数据内容传给乘客，用户可以通过这种网络，用互联网或者预订服务访问家用网络上的内容。随着3G时代的到来，迫切需要建立能够提供这些服务、传输这些内容的多媒体安全信息娱乐系统。

多媒体传输系统的设计方案

媒体和信息网络主要面向远程信息处理、多媒体、导航系统等，网络协议的传输波特率在250Kb/s~400 M b/s之间。要实现车载系统中多媒体数据传输的功能，迫切需要解决以下4个问题：

（1）这些新的应用要求网络的频带比现有汽车上的网络频带宽一个数量级，例如，控制器局域网络（CAN）和局域互联网络（LIN）。

（2）视频和音频内容的性质决定了它们在发布内容时，必须考虑到发布的方式能够为用户所接受。音频延迟或者是在显示屏上出现错误的显示像素，是人们不能忍受的。

（3）由于内容是以数字形式向外发布的，那么，设计人员必须十分关心如何保证内容的安全。

（4）因为连接到客户的外设上时，有可能会不经意地把病毒带进来，所以必须确保网络的安全，以防止病毒的入侵。

随着嵌入式产品市场的发展，随之而来的是系统方面的一些难题，许多新出现的技术竞相成为主流的解决方案。归纳起来，共有4种主要的技术：

（1）CAN技术。CAN技术是目前正在使用的一种技术，而且新版的CAN 已经提高了带宽。但这个协议并不支持高质量的服务。

（2）Firewire接口（IEEE1394）。在汽车市场中，从事消费产品的公司都推崇Firewire接口（IEEE1394）。

（3）面向多媒体的系统传输（MOST）。用塑料纤维实现这项技术，重量轻、成本低，深受供应商的欢迎，而且在、和的一些汽车上已经采用了这项技术。从技术的角度看，这个协议在设计时从一开始就支持多媒体数据传输的需要，由总线提供同步通道，以确保足够的带宽。

（4）无线技术。由于众多原因，汽车市场在采用新标准方面进展缓慢。尽管超宽频带技术（UWB）简化了安装和维修，在价格方面还有优势，而且在技术上它似乎更适合于噪声环境下的短距离高速数据传输，但是由于缺乏一个明确的单一标准，整机制造商不愿使用它，也阻碍了它的推广。多个标准存在的时间越长，安装MOST技术的数量就会越大。

在过去10年中，为促进远程信息处理和车载多媒体系统的应用，汽车行业制定了许多规范，IDB（Intelligent Data Bus）是其中一个重要内容。它首次确定了汽车行业用于信息、通信和娱乐系统的接口标准。目前SAE已将各种IDB设备分为三类：低速设备（IDB-C）、高速设备（IDB-M）和无线通信设备（IDB-Wireless）。

IDB-C发展较快，估计今后数年可在一些车辆中配置。由于它结合了CAN技术，而目前许多汽车生产商已将CAN网络产品应用于多种车载平台，因此IDB-C引起了汽车生产厂商的极大关注。IDB-C目前已成为SAE J2366标准。

IDB-M包括D2B、MOST（Media Oriented System Transport）、IDB1394等传输速率较高的标准和协议，其中D2B已在M ercedes1999S型轿车中

得到应用。D2B技术于20世纪80年代后期由Philips、Sony、Matsushita 等公司共同开发，1992年，被Honda、Alpine公司应用于汽车的多媒体控制系统中。D2B技术使汽车变成了一个流动的多媒体工具。但是D2B的速度还是太慢，因而在1998年，Audi、BMW等公司又联合开发了MOST协议，它是专门用于汽车工业的多媒体光纤网络标准，速率可达50 Mb/s。BMW目前在业界率先采用了MOST协议，Daimler Chrysler等欧洲汽车制造商也计划采用该协议。

目前的IDB-Wireless主要是指“蓝牙”技术。

·MOST网络的构建

MOST（Media Oriented System Transport）网络技术使得汽车制造商和供应商能够简便地在车内增加一系列多媒体设备，如CD播放机、MP3、收音机、电视、DVD播放机、导航系统、车载电话和车内PC等，进一步增强模块化功能。MOST网络的性能取决于光纤发射器和接收器（用于传送数据，以运行信息娱乐系统）能否在各种温度下正常运行。

MOST光纤网络为在车内的娱乐和信息设备之间进行音频、视频、数据和控制信息的交换提供了基础设施，而不再需要体积庞大的铜缆布线。MOST是支持车内信息娱乐系统的骨干技术。采用MOST网络技术的汽车在2001年首次问世，如今，已在 23种车型中安装了超过1000万个节点。

要连接到MOST网络上，一般需要通过智能网络接口控制器（iNIC），iNIC实现了 PHT功能和MAC的大部分功能。车载信息平台系统是通过一个三引脚的串行总线——媒体本地总线（Media LB），连接到iNIC上（见图5）。Media LB能够支持所有的MOST网络数据类型。

这个网络必须包含有连接点，这样，最终用户可以通过连接不包含在汽车之内、要单独购买的设备。最可能出现的情况是不只有一个专用网络。一个“可信的”网络将支持汽车出厂之前已经装上去的设备。用户可以通过第二个“不可信的”网络联接到用户设备上。我们可以通过一个网关来实现两个领域间的访问控制功能。

（五）汽车远程故障诊断系统

现代电子控制技术已渗透到汽车的各个组成部分，汽车的结构变得越来越复杂，而 Internet随着全球信息化进程的推进得到了飞速的发展，这就为汽车维修行业间的资源共享，信息交流提供了快捷和自由的途径，也使建立一个基于车载信息平台的开放性的汽车远程故障诊断系统成为可能。因为汽车位置的不确定性，不可能通过有线的方式连接到Internet 上，而GPRS作为一种比较成熟的无线数据传输技术，恰好可以弥补上述缺点。通过车载信息平台上的GPRS模块，就可以实现和Internet的无线连接，从而为汽车的远程故障诊断系统提供了最基本的技术保证。

目前，在汽车工业发达的国家，车载信息平台和导航服务项目已经逐渐成为标准配置。与此同时，汽车制造商正规划着信息服务的下一个发展阶段：使每辆汽车能够通过Internet与特约汽车维修厂进行数据通讯。在不久的将来，汽车制造商通过 Internet或移动电话可以告知汽车驾驶员，他所拥有汽车的下一次检测日期；当汽车“抛锚”时，不管该车是处于什么地方，他都能够获得在线快速服务，并通过移动网络，让特约汽车维修厂能够随时知道他的汽车的运行和技术状况。汽车专家将这类远程

无线通讯服务看作是该行业一个非常重要的、极具前途的经营业务，汽车制造商并因此进一步提高对车主的服务水平，赢得更多客户的信任及潜在客户的兴趣和关注。

·汽车远程故障诊断系统的结构

图6为汽车远程故障诊断系统的结构示意图。其工作过程为：用户通过车载信息平台对汽车上的控制模块进行数据采集和状态监测后向远程诊断服务中心发出远程诊断请求；服务中心经权限检验后，对用户请求做出响应，启动相应功能模块，开始诊断工作，并借助网络与用户进行实时的信息交互传递。

·车载信息平台的远程诊断功能

车载信息平台的工作过程是：用户通过键盘向车载信息平台发出进行远程诊断的指令，嵌入式处理器通过与车内其它功能模块的进行通信，获得车内各系统的工作状态，将这些数据存储在存储器中；然后再通过无线传输模块向远程故障诊断服务中心的请求诊断服务，请求得到允许后，车载信息平台将存储在存储器中的车辆工作状态数据和故障代码信息发

送到远端的诊断服务器；诊断服务器收到数据后进行诊断分析，将诊断结果返回，车载信息平台将接收到的诊断结果进行显示，从而达到诊断的目的。

（六）车载信息平台与远程故障诊断中心的通信

要实现远程诊断，必须要有远程通信技术的支持才有实现的可能。由于汽车的位置是不确定的，所以不可能通过有线的方式联接到Internet，

这样要进行远距离数据传输就需要依靠无线通信。常用的无线通信实现方式有：

（1）利用现有的通信网络（GSM/GPRS、CDMA移动网等）和相应的无线通信产品；

（2）通过无线收发设备，如无线Modem、无线网桥等专门的无线局域网；

（3）利用收发集成芯片在监测站端实现电路板级与监控中心的无线通信。

（七）车载信息平台的应用发展

车载信息平台属于汽车电子产业的一部分，车载信息平台成为现代汽车的发展新潮流，具有非常广阔的发展空间，以下是国外车载信息平台应用发展实例。

汽车公司 STAR WINGS 项目

在2007年10月25日开幕的第五届北京国际环保节能汽车展上，日产汽车展示了其正在北京进行试验的交通信息系统“星翼（STAR WINGS）”。日产星翼的与众不同之处在于其不仅可以算出到达目的地的最短路线，而且可以算出到达目的地的最快路线。

星翼与北京市交通信息中心（BTIC）合作，通过北京市约1万辆出租车经由手机网络收集探测信息，按照探测到的实时交通信息和过去积累的统计信息，对交通信息进行补充，甚至可以推断出实时交通信息中无法接收到的部分，因此能够搜索出更准确的最佳路线。日产汽车的计划是在2008年北京奥运会开幕之前能将该技术应用于北京300万辆汽车的1/5上。

根据日产汽车的初步估算，通过更加平衡地疏导交通，这个系统将使北京的交通拥堵现象至少减少20%。如图7~图8所示：

微软与福特汽车合作开发的车载电脑作业系统Sync

美国福特汽车宣布将与微软（Microsoft）结盟，共同开发一款称为Sync 的车载电脑作业系统（如图9），利用无线传输和蓝牙技术，消费者可以拨打便携式车载电话，或者传输下载音乐和收发电子邮件等。

车载电脑作业系统并不同与我们提到的车载信息服务系统（Telematics）的概念，它不属于汽车控制系统的一部分，而是内装与汽车的新一代计算平台。相关厂商除了要赋予汽车电脑多媒体娱乐和导航功能外，还要完成无线上网、行政办公以及人机互动等界面。