信息技术在汽车中的应用.doc

商丘工学院商丘工学院毕业论文（设计）毕业论文（设计）题目题目 信息技术在汽车中的应用院 别 机械工程学院 专 业 汽车检测与维修技术 学生姓名 王巍 成 绩 指导教师 李晓红 2013 年 1 月商丘工学院毕业论文（设计）摘摘 要要当前，电子技术发展日新月异，汽车工业与电子工业的结合越来越紧密。随着汽车工业与电子工业的迅速发展，在汽车上电子控制技术的应用越来越广泛。而生活在 21 世纪下的我们也更加的体验到电子产品在汽车上的应用，这一现象标志着汽车行业走进了全新的时代。随着以计算机技术、传感器技术、卫星定位和网络技术为基础的汽车信息系统技术日益发展，信息网络汽车呼之欲出。智能网络汽车不仅仅是一种交通工具，而且能成为办公、通讯、娱乐的场所。它综合现有的硬件与软件技术，包括卫星全球定位、无线通信、网络访问、语音识别、平面显示、夜视技术、人工神经网络和智能技术等技术。本文通过对车辆电子导航系统，车载移动多媒体系统的介绍，指出信息技术带动了汽车工业日新月异，本文通过对车辆网络系统，通讯及导航系统，智能交通系统和移动多媒体系统的介绍，指出汽车与现代信息技术的有机结合适应了当今社会快节奏的生活方式，并强调了其智能化、网络化是信息社会发展必然的趋势。关键词：汽车 GPS；自动导航；移动多媒体；智能化系统信息技术在汽车中的应用目 录前言.11 电子信息技术与构成.22 汽车电子导航系统.32.1 GPS 全球定位系统.32.2 GPS 的构成 .32.2.2 地面监控.42.2.3 用户接收地面 .42.3 GPS 的精度 .53 汽车自动导航系统.63.1 输出设备 .73.2 电子地图.8 4 移动多媒体系统 .94.1 移动多媒体系统的简介 .94.2 车载移动多媒体的构成、安全性、容易性 .104.2.1 综合的信息系统和高度安全性能.104.2.2 系统操作的容易性.104.3 集视听娱乐、通讯、GPS 导航定位为一体的车载系统 .115 信息技术在汽车应用的现状与发展趋势.126 结论.14参考文献.15商丘工学院毕业论文（设计）0前前 言言当前，现代微处理技术不断发展和扩展，并与无线电通讯技今天的汽车工业可以构成一个由硅片编制的巨大网络，控制汽车的一切事物，从安全气囊到发动机的运转，从安全性能、燃油经济性到尾气排放控制等等术融合渗透，形成应用广泛的车载电子信息技术。电子技术革命是现代技术革命的主要标志,其影响深远而广泛。由于人们对汽车节能安全舒适便捷和豪华的追求，对汽车的性能提出了跟高的要求。使用了大量的传感器、微处理器等电子元件，尤其在今年来，微电子技术的飞速发展，特别是微型计算机技术的巨大进步，将先进的电子技术知识与传统的机械相结合，使得汽车的环保、节能、安全、舒适、便捷和智能化等方面有了很大的进步。如今的汽车已经成为了集微电子技术和微型计算机一体的自动化系统。其中汽车电子化、智能化、网络化的程度是衡量现代汽车水平的重要标志，是用来开发新型车，改进汽车性能最重要的技术措施。汽车的电子化、智能化、网络化是现代汽车发展的重要标志，随着消费者对汽车功能和性能的日益提高，汽车正在逐渐由机械系统转向电子系统转换，目前全球汽车电子产业面临着高速增长的机遇。信息技术在汽车中的应用11 电子信息技术与构成所谓电子信息技术（Information Technology,简称 IT） ，是主要用于管理和处理信息所采用的各种技术的总称，它主要是应用计算机科学和通信技术来设计、开发、安装和实施信息系统及应用软件，它也常被称为信息和通信技术（Information and Communications Technology, ICT） 。主要包括传感技术、计算机技术和通信技术。信息技术在汽车及交通领域中的应用，就是基于全球定位系统（GPS） 、地理信息系统（GIS） 、移动通讯网络以及国际网络运输控制协议（TCP/IP）等技术原理，在汽车及交通领域中轻松实现如数据传递、话音通讯、目标跟踪、自动报警以及驾乘者获取各种公众信息、实用信息服务的功能；同时可通过与 110、120 等系统和各类数据库相结合，实现更广泛的应用。21 世纪人类已进入信息社会，汽车也迈入了信息时代 。商丘工学院毕业论文（设计）22 汽车电子导航系统汽车导航系统是一种先进的仪器，加置于现有的音响系统上，能够侦测汽车在行驶途中的位置，协助驾驶者在陌生的道路环境中，通过电子地图与话音指南，准确地掌握前往目的地的路线。导航系统之所以能够侦测到汽车现在的位置，有赖于全球定位系统（GPS）卫星与车辆自动导航系统。其一般是有 GPS 天线，集成了显示屏幕和功能按键的主机，以及语音输出设备构成的。受车内空间的限制，多数汽车导航设备和汽车音响集成在一起。车辆自动导航系统的作用是根据 GPS 接收机提供的车辆当前位置和用户输入的车辆目的地、参照电子地图计算合适的行驶路线，并在行驶过程中以适当的方式提供必要的信息给驾驶员。2.1 GPS 全球定位系统GPS 是英文 Global Positioning System（全球定位系统）的缩写，它根据美国发射的 24 颗卫星提供的信号随时确定车辆当前的准确位置。2.2 GPS 的构成GPS 全球定位系统是有空间卫星、地面监控和用户接收 3 部分组成。2.2.1 空间卫星GPS 卫星是根据美国国防部 1973 年批准的研制军用卫星导航系统的计划部署的，1978 年第一颗 GPS 实验卫星成功发射，1989 年第一颗 GPS 卫星于 1933 年 6 月 23 日部署完毕，由分布在 6 条离地面 2 万 km、倾斜角为 55 度的地球准同步轨道上的 24 颗卫星组成。每条轨道上有 4 颗卫星，每颗卫星 464kg，直径 1.5m。GPS 卫星每隔 12 小时围绕地球旋转一周，使地球上任一地点能够同时接收 79 颗卫星的信号，如图 2-1 所示。GPS 卫星发射信号包括测距精码P 码，测距粗码C/A 码和数据码。信息技术在汽车中的应用3图 2-1 GPS 卫星示意图2.2.2 地面监控地面共有监控地面共有 1 个主控站和 5 个监控站负责对卫星的监视、遥测、跟踪和监控 。5 个监控站分别设在美国本土和三大洋的军事基地上，保证了全球 GPS 定轨的精度要求。它们负责对每颗卫星进行观测，并向主控站提供观测数据。位于科罗拉多的基地上的主控站收到信息后，计算出每颗卫星在每一时刻的精确位置，并通过 3 个注入站将它传送到卫星上去，卫星再将这些信息通过无线电波向地面发射。2.2.3 用户接收地面GPS 接收机（例如汽车导航系统中的 GPS 信号接收器）的功能是接收 GPS 卫星发送的信号，计算出地面接收机的当前位置。如果地面接收机同时收到 4 颗以上的卫星信号，就能根据卫星的精确位置及发送信号的时刻，按照下列公式以求得地面当前点的位置。Spi=（Xai-Xp）²+(Yai-Yp) ²+（Zai-Zp）²1/2c·tactprtsv式中：P-当前点，（Xp,Yp,Zp）为其坐标ai-卫星，（Xai,Yai,Zai）为其坐标c-光速ta-传输中的附加延时tpr,tai-钟差Spi-伪距，即含有误差的 P 到 ai 的距离商丘工学院毕业论文（设计）42.3 GPS 的精度GPS 系统能同时提供军用和民用服务，其中精密定位服务（PPS）利用精码 P 码定位，精度达到 10m，仅提供给美国及其盟国的军方和特批用户使用。面向世界开放的是标准定位服务（SPS），精度约为 100m。GPS 实验卫星应用阶段的多次实验已经表明，利用粗码（C/A 码）定位的精度可达14m，利用 P 码定位精度可达 3m，实际精度远远高于预计精度。为了保证美国的国家利益，美国政府采用了 SA（Selective Availity,有选择可用性）策，把人为的误差引入到卫星时钟和卫星数据中，使利用 C/A 码进行定位的商用 GPS 接收机精度降低到 100m。3由于 GPS 的广泛应用，目前仅美国就有数十万人员从事 GPS 产业，同时俄罗斯和欧洲也都在设计自己的卫星定位系统，行业竞争的压力以及相对和平的世界格局使美国政府于 2000 年 5 月宣布取消 SA 政策，使民用定位精度达到 20m 以内。如果再引入差分 GPS方法，可以使精度进一步提高到 50m 左右。信息技术在汽车中的应用53 汽车自动导航系统汽车自动导航系统的作用是根据 GPS 接收机提供的车辆当前位置和用户输入的车辆目的地、参照电子地图计算的行驶路线，并在行驶中将信息提供给驾车者。目前世界上应用较多的是自主导航，其主要特征是每套车载导航设备都自带电子地图，定位和导航功能全部由车载设备完成。它的工作过程主要有以下步骤：1.输入数据信息出发前，车主将目的地输入到导航设备中，在系统显示的电子地图（如图3-1）上直接点击选取地点，或者是借助某种输入方法，将目的地名称输入到系统中。根据输入设备的不同，可以有不同的地名输入方法，依靠按键或触摸屏可以实现几乎所有的操纵功能。为了便利，目前人们也在开发语音识别技术的产品。图3-1 汽车导航示意图2.显示电子地图汽车导航系统中至关重要的一部分是存储在光盘或内置存储器（如硬盘）中的电子地图，电子地图中存储了一定范围内的地理、道路和交通管制信息，与地点对应存储了相关的经纬度信息。汽车导航主机从GPS接收机得到经过计算确定的当前点经纬度，通过与电子地图数据的对比，就可以随时确定车辆当前所在的地点。一般汽车导航系统将车辆当前位置默认为出发点，在用户输入了目的地之后，导航系统根据电子地图上存储的地图信息，就可以自动计算出一条最合适的推荐路线。在有的系统中，用户还可以指定商丘工学院毕业论文（设计）6途中希望经过的途径点，或者指定一定的路线选择规则（如不允许经过高速公路、按照行驶路线最短的原则等）。推荐的路线将以醒目的方式显示在屏幕上的地图中，同时屏幕上也时刻显示出车辆的当前位置，以提供参考。如果行驶过程中车辆偏离了推荐的路线，系统会自动删除原有路线并以车辆当前点为出发点重新计算路线，并将修正后的路线作为新的推荐路线。3.1 输出设备汽车自动导航系统的输出设备包括显示屏幕和语音输出设备。显示屏幕一般是个100150mm（46 英寸）的液晶显示屏（如果需要手写识别作为输入，显示屏表面还有一张透明的触摸屏做保护），它的屏幕可以由几十万个点阵组成，全屏幕有 30 多万个像素，常用分辨率有 640×480 或 774×435，可以支持高清晰度图像和 DVD 放像功能。主要显示内容包括：地图（包括相应的道路名称、公路编号、重要地点名称等）、车辆的当前位置、推荐路线等，根据用户的设定还可以显示附近的维修站、加油站、停车场及其他公共服务等信息，以方便用户需要。汽车导航系统操作的简便性是设计者追求的目标，实际上这也涉及到一个安全的问题，因为驾车者不允许一边开车一边看电子地图。因此，设计者都考虑针对汽车导航系统应用需求开发语音及语音识别技术，使用者通过语音代替按键操作发出指令，使导航系统完成相应的工作，导航系统通过语音代替图像文字，向驾车者发出信号或指令。例如丰田威驰导航系统就是一种带有语音技术的导航系统，在转弯路口等地方可以用语音提示。3.2 电子地图汽车导航系统的推广与应用关键是电子地图。用户购买装备有导航系统的车辆时，还能得到一张刻录了电子地图的CD-ROM光盘。用户在开启车辆导航系统之后, 必须把这张CD-ROM插入导航设备的光盘驱动器中，系统需要道路信息时都会到CD-ROM上去获取。例如丰田威驰DVD导航系统就是这样，它在副驾驶座下面有一个DVD驱动器，专门读取电子地图DVD光盘。随着城乡建设及道路变化，电子地图光盘也会定期更换。但是，就是最新版的电子地图也不能保证准确无误。针对这种情况，汽车导航系统又需要增加一定的辅助支援系统。目前在应用汽车导航系统比较广泛的地区（例如欧美和日本）,汽车公司或其他商业公司建立的呼叫中心或公共交通信息电台,通过GSM 移动通讯形式发短消息或电台发送的最新的交通信息提供给汽车上的导航设备，可以对汽车上电子地图的信息随时进行修正。我国对于地图的出版有严格的规定，对于电子地图也不例外。因为它不同于一般信息技术在汽车中的应用7的电子出版物，其标准性、政策性、保密性、技术性较强，是国家版图、行政区划界线的科学表达，因此电子地图一定要经国家测绘局审核后才能出版。目前威驰轿车的DVD 语音电子导航系统，也特别注明电子导航系统是“经国家测绘局的支持和批准”。为了适应汽车自动导航设备需要根据行驶区域、路线、自动或人工改变地图比例尺的需求（即电子地图放大或缩小）。所以，汽车导航系统所使用的地图必须是以向量方式记录的。目前国内一些汽车运营企业安装的“汽车导航系统”，主要功能是调度与监测，与前面说明的汽车导航系统不同，这些系统中的车辆上除GPS 天线和接收机外，并不需要车辆自主导航设备（包括电子地图），车辆通过车载通讯设备和公司保持联系。因为这类系统的导航过程其实是人工完成，因此还不能算是汽车自动导系统 。商丘工学院毕业论文（设计）84 移动多媒体系统4.1 移动多媒体系统的简介汽车革命最重要的内容之一，就是实现汽车与互联网的连接。没有人能够预测最后的结果会是什么样子。也许是在车的后座上，就是孩子们的一种信息娱乐中心。或者是在前面父母坐的地方，一边眼睛看着前面的道路，一边把电子邮箱大声读出来。也许两者都有 21 世纪的汽车将拥有一种移动的多媒体。随着汽车工业的发展，其车载的媒体播液产品也日薪月异。车载的播放系统主要经历了汽车音响系统、车载磁带机、车裁 CD 机、车载 VCD 播放机、DVD 处理器等。而这些传统硬件多媒体系统功能单一，更新升级困难，难以满足用户追求舒适、完备的驾乘需求。与此同时，汽车工业与消费电子的不断成熟与发展，催生了车载移动多媒体系统市场的不断壮大，车载电脑应运而生，并可能成为今后车载移动多媒体系统（以下称车载系统）的主流硬件平台。而本文设计的车载多媒体播放软件，与之搭配，可以提供对更多媒体格式的支持秘更加强大的扩展功能，成为以上传统车载播放系统之“集大成者” 。免了因安装过多的播放系统而引起的严重占用硬盘空间，而且叮以更新、增加或减少功能更实用，全面适合车裁电脑的使用，更加完善了车载电脑的功能 6 。运用移动多媒体技术可开发出过去无法想象的汽车娱乐系统，这种音响图像技术包括全彩屏幕、游戏设备、DVD 播放机、电源、CD 机、录像机、DVD 机和放唱机等。移动多媒体技术还体现在智能无线产品、远程通讯设备和信息处理产品等方面，其中包括提供语音识别系统。该系统支持多种语言，使驾驶者不用手动操作娱乐系统，从而腾出双手控制转向盘。它还能将 Internet 的功能集成到车辆中，使人在车上就可以上网浏览、收发邮件和进行股票交易，同时采用“即插即用”的方式使汽车消费者可以方便快捷地更换他们的多媒体产品，享受更丰富的全新服务。4.2 车载移动多媒体的构成、安全性、容易性车载系统的主要硬件组成部分疑车载电脑、显示屏、音频功放、音箱和电源。其中汽车的电力系统，是车载系统电力的来源；车载机箱、主板等体积小，耗能低，是专门为配合车载系统设计的；车载电脑的硬盘一般都采用大容量 CF 卡或者其他存储卡作为存储媒介，理由是这种媒介抗震性能好；操作系统主要是移动版操作系统，如果使用的是笔记本硬盘也可以安装 windows XP 等操作系统；音频功放输出声道数根据具体的音频功信息技术在汽车中的应用9放而定，这也为车载系统在价格上提供了伸缩的空间。可见，车载系统配件选购方便灵活，组装拼接灵简单、而与之配套的多媒体播放系统，即本设计是使用软件来实现岁多媒体的播放的，所以也为系统以后对新生媒体格式支持提供了极大的便利。4.2.1 综合的信息系统和高度安全性能汽车多媒体已经不再局限为音视频系统，而是一个移动的多媒体终端，一部移动的汽车 PC（Auto PC） 。它超越了时空的界限，可以在车内娱乐和网络通讯，与外界保持紧密的联系，尤其在 ITS 中 的应用，汽车多媒体系统必将成为一个综合的移动信息终端，安全性能得到实时的保证。4.2.2 系统操作的容易性汽车多媒体的的功能越来越多，操作也变得越来越复杂。操作方式从传统的按键到现在的触摸屏，从 SWC 和电话免提到语音识别。就像银行取款机被广大用户所接受一样，如何能够让最终用户不需要研究使用说明书就能进行容易的操作，成为汽车多媒体产品在 HMI 开发的重点。4.3 集视听娱乐、通讯、GPS 导航定位为一体的车载系统随着 GPS 走入消费性应用，众多厂家积极跨入汽车导航市场， 各种导航产品应运而生，尤其是移动通讯技术（GSM, GPRS, 3G 等）和 GPS 定位系统的完成，使汽车娱乐系统跨进了信息化社会的行列，图 4-1 为娱乐、GPS、操作于一体的工作台示意图。商丘工学院毕业论文（设计）10图4-1 娱乐、GPS、操作于一体的工作台示意图在导航产品方面，现在主要集中在自主导航导航功能，地图主要为两维地图，随着GIS 数据的完善和市场的需求，三维地图逐渐成为市场的主流。在运营服务方面，现在还是主要应用在交通调度、公安、出租车监控管理和物流配送等方面。未来的导航产品，其功能将得到更大的拓展，运营服务将是市场的主流。车载部分将是一个移动终端，各种不同的服务商联合为广大用户提供更为简便，信息丰富，娱乐性强的服务载体。随着因特网、卫星通信和无线电技术的日益发展，人类将迎来在汽车内与外界自由交换文字、声音和图像资料的时代。一些汽车生产厂家已经开始提供汽车通信服务，主要是在汽车出现故障或发生事故时予以指导和帮助。实际上，将汽车视为“移动的多媒体屋”的竞争已日益激烈。汽车音响系统的主流已由 CD 和 MD 为代表的数码信号源所取代，磁带机的销售量已日益减少；利用高科技手段使乘员在车内可以办公、娱乐、并对驾驶者给予路线状况、车辆状况和安全方面的提示。因此，汽车多媒体系统将向综合功能、高品质的方向发展。信息技术在汽车中的应用115 电子信息技术在汽车应用的现状与发展趋势在以电子信息技术为代表的高新技术迅速发展的今天，以信息化带动传统产业的改造和升级已显得尤为重要。随着我国加入 WTO 和汽车产品关税的逐步下调，汽车市场的开放性和竞争性会越来越强。提高整个汽车产业的生产效率，降低原材料的采购成本及产品生产、销售成本就成为当务之急。本文希望通过探讨如何提高汽车行业和汽车企业的信息化水平，达到提高汽车行业整体竞争力的目的。全球汽车行业最主要的发展趋势就是倾向于发展高效燃料、低碳排放量的发动机。目前有许多选择方案。其一就是先进的柴油发动机和电子控制系统，在公路驾驶时，其燃料经济性比汽油发动机提高 30%40%。其二就是电动动力系统或混合动力汽车（HEVS）动力汽车技术应用有许多结构，但都涉及一个小型电池组、一个电子控制器及一个可以使汽车发动机在停车时自动关闭并在发动机自动重启前对汽车进行再次电动加速的电动机。混合动力汽车系统可以提高汽车的燃油经济性达 30%40%，并降低碳排放达 60%。纯电动汽车的研发工作仍在继续，而且范围已拓展至电动汽车或插入式混合动力汽车。这些汽车采用更大的电池组，可以在纯电动驱动的情况下，行驶更长的距离。最后，供应商和汽车制造商还正在开发汽缸压力传感和均质充量压燃燃烧（HCCI）统，以在经济性和汽油发动机排放方面取得更大的进展。所有这些动力系统的创新技术都将在未来的 515 年里为全世界的汽车增加大量电子内容。汽车电子发展的第二大趋势是安全性。市场对于能够保证驾驶更加安全的技术和产品有着庞大的需求。我们已经在被动安全技术取得了重大的进展即在汽车发生碰撞时为驾驶者和乘客提供保护的技术和产品，如碰撞传感器、气囊、安全带、随动转向结构、以及金属板冲撞区等产品和技术已经在汽车碰撞事故中挽救了许多人的生命，并减少了人员伤害。但是，最新的发展方向是主动安全性，通过采用雷达、光学和超声波传感器等技术，测量汽车与周围物体的距离和接近物体时的速度。该数据可用于提醒驾驶者控制汽车的驾驶速度，避免可能发生的碰撞事件。该信息还可用于控制制动器或转向系统，以自动避免碰撞。该碰撞避免系统可以降低全球事故率以及汽车事故的昂贵成本。基础薄弱起步较晚相对于国外同行来说，我国汽车工业的信息化总体应用水平还相当低，尤其是企业间的数据交换，企业集团内部位于不同地理位置上的分公司之间的信息交流，企业之间的数据确认等等。除了极少数企业应用了 EDI 系统，更多的则还是以商丘工学院毕业论文（设计）12传真加电话的方式进行联系和沟通，数据交换、商业合同等多以书面或其他介质为主，同时辅以 E-mail 进行。企业之间设计信息的传送更多地仍以最原始的图纸传送方式为主，配备 CAD 系统的企业则以数据磁带的方式进行传递，只有少量的信息借助互联网进行传送。这种状况要求我们必须尽快提升整个汽车工业企业的信息化水平，总结国外汽车工业企业的发展历程，少走弯路，在提升整个行业信息化水平的过程中充分采用跨跃式发展的思路。当然，我们也欣喜地看到，近年来我国汽车工业的信息化水平已经有了长足的发展和进步，整个汽车工业企业中有超过 20的企业已经拥有自己的主页，少部分已经建成了非常完善的企业信息网络系统，取得了相当大的成绩。同时，还有相当多的企业主页和企业信息管理系统正在规划和建设之中，企业的领导们也已清醒地认识到，信息化对推动一个企业发展的重要作用及意义，这就为下一步更好地利用信息化成果来推动汽车工业健康高效发展奠定了坚实的基础。此外，整个行业形成了一大批公用信息网站，为汽车行业企业、最终用户提供了多方面的信息资源。信息技术在汽车中的应用13结 论随着信息科技的发展，未来人们完全可以实现车辆驾驶的全程自控 汽车自动驾驶。届时人们将车开上高速公路后，只需按下几个按纽，就可以靠在座位上听音乐、看书、读报，尽情享受汽车高速行驶中那种轻快、平稳的感觉。随着电子信息技术与计算机技术以及智能高速公路系统研究的深入进行，汽车自动驾驶的实现，离人们会越来越近。车载信息技术的发展，使汽车完全以一个全新的面貌出现在世人面前，真正体现了汽车技术发展的最高境界 以人为本。商丘工学院毕业论文（设计）15参考文献1 刘鸿健.车电工电子技术M.北京：化学工业出版社，2009.92 曾鑫，兰俊.汽车车身电控系统检修M.北京：理工大学出版社.2010.33 余志生.汽车基础理论M .北京：机械工业出版社.2009.3 4 罗新闻.车传动系统原理与检修M.北京：机械工业出版社，2009.105 王红章.汽车发动机电控系统结构与检修M.北京：冶金工业出版社.2009.86 巨永锋.汽车电子技术的发展趋势J.现代电子技术.2010，09(5)：05-117 张孟俊，鸿航.汽车电子技术的现状与发展J.电子产品世界.2009，06(2):145-1478 于剑峰.汽车车身网络系统研究与开发D.山东理工大学.2011.79 Sandy Shrum.Automotive electronics theory foundation J. Automobile electronic products 2009.9 10 Dvril.Hu Ning. The automotive electronic control technology M.Higher Education Press, 2010.211王亚宁，小瑞.汽车电子技术现状及发展趋势展望J.机械管理开发 2010.7：3-612 张世荣.汽车概论M 北京：高等教育出版社20095信息技术在汽车中的应用16