1、第六章 车载信息系统第一节 概述车载信息系统（In-vehicle Infotainment）是基于计算机、卫星定位、网络及通讯、电子测量及控制等技术，为汽车提供控制、安全、环保及舒适娱乐性功能和信息服务的软硬件系统。车载信息系统可以划分成4个层面，从高到低依次是客户层、服务层、通讯层和车载层。车载信息系统主要包括以下一些功能：1）仪表及信息显示；2）车辆监控及远程访问与故障诊断；3）计算机网络通信及远程服务支持；4）定位导航及位置服务；2第一节 概述5）车载电话及其他通信；6）车载多媒体及娱乐；7）辅助安全驾驶；8）车间通信及车与陆基系统通信；9）车载信息安全；10）车载数据搜集；11）智能
2、交通信息支持；12）与汽车控制系统的信息融合；13）汽车智能化的信息服务。3第一节 概述一、车载信息系统发展车载信息系统的发展过程与一般的电子信息系统的发展基本一样，由数字系统取代模拟系统，由简单的独立的单功能系统逐渐发展为复合功能系统、网络化系统、智能化系统；并且，车载信息系统与其它的车载系统关联度越来越高，现在的汽车集中体现了机-电-信息一体化。车载信息技术发展方向：全数字化，网络化，智能化，与汽车控制系统以及智能交通系统信息一体化，与手机平台的互连，音视频人机交互，汽车的机器人化。4图6-1 车载信息系统发展趋势5第一节 概述二、车载信息技术车载信息系统涉及多方面的信息技术，主要有音视频
3、与人机交互技术、计算机网络及通信技术、嵌入式系统应用技术、地理信息系统及定位导航技术、测量及数据获取技术、大数据与云计算、信息安全技术等。概念上仍在不断发展的Telematics是综合车载信息技术比较具体的一个体现，包括计算机、移动通信、数字广播等；同时，又依托于ITS的“3S”，迅速发展成为融合技术与服务的新业务。6第一节 概述Telamatics的技术特征充分表现了技术的融合。其主要技术包括：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+GI
4、S）的地面导航。（2）基于ITS数字广播（GPS+GIS+LBS+CDMB）的智能交通。（3）基于无线移动通信技术（2G/3G+DSRC+WLAN）的远程信息服务。（4）基于数字广播技术（CDMB-T/CMMB+ITS）的车载文化娱乐。7第一节 概述按照在车上实现的功能，车载信息系统可以分为：1）多媒体及娱乐系统；2）车载通信系统；3）车载信息服务系统；4）仪表及人机交互系统。8第二节 车载多媒体及娱乐系统一、概述1、主要功能汽车上的多媒体装置直接的功能主要包括：播放音视频信息，包括音响功能、视频播放功能，平面显示功能；主要设备有喇叭及放大器，显示屏，提供多媒体信息源，语音以及视频信息。2、相
5、关技术车载音视频系统的设计与生产，属于汽车电子系统范畴。硬件上要求达到车载电子装置的性能指标，但同时又有音频、视频装置性能和功能的要求。9第二节 车载多媒体及娱乐系统3、分类1）模拟的、数字的2）信息源设备、播放显示设备3）本地的、远程的4）网络化的、独立连接的。4、与其他车载系统的连接现在的车载多媒体终端设备，往往不仅仅是作为传统的音响、电视使用，是与车载的其他设备连接，并可以接受其他系统的信息，成为其他系统的终端设备使用。10第二节 车载多媒体及娱乐系统二、车载多媒体系统结构1、非网络化连接方式11图6-2 非网络连接多媒体系统结构第二节 车载多媒体及娱乐系统2、基于网络连接的方式 图6-
6、3 一个MOST网络连接多媒体系统结构12第二节 车载多媒体及娱乐系统三、安装与布置车载信息系统主要依据功能、性能要求，车体结构，以及工艺成本等因素确定安装以及布置，安装布局很大程度受人机交互、车辆结构、车辆用途等的影响。1、人机交互方式作为由人操纵和使用乘坐的设备，汽车上的人机交互是非常重要的部分。广义讲，包括驾驶人员的驾驶操作及信息反馈、以及对车载设备的使用界面，也包括乘坐人员的人机交互，以及本车交通环境下的周边人员车辆的交互。13第二节 车载多媒体及娱乐系统信息设备和功能的人机交互部分的设计，也直接影响到汽车使用的安全性、舒适性、美观造型等，成为汽车设计、生产、评价的一个重要方面。图6-
7、4是一个奥迪MMI多媒体人机交互操作界面，其主要控制区位于挡把后方，更加靠近驾驶者。MMI的系统操作方式也很简单，中间的那个旋钮承担了几乎全部的操作任务，左右旋转可以调节到不同的选项，按下中间的黑色部分就是确定操作。而中间的黑色钮还可以八方向拨动，主要是为导航系统服务的。14第二节 车载多媒体及娱乐系统2、功能与性能因素安装布置车内音视频装置显示和操作部分要考虑以下一些因素：对驾驶员的驾驶过程安全性影响，包括可能的视觉错觉、操作干涉等；方便驾驶员和乘坐人员观看以及操作使用；音响系统要考虑安装布局对音响效果的影响；放大器与喇叭的连接布线；主机及放大器散热；事故时可能对乘员的伤害以及其他危害。15
8、第二节 车载多媒体及娱乐系统对于可能安装在车外的监控系统考虑安装位置时要考虑以下因素：对可能影响安全性的影响因素，车辆运行时脱落，尺寸位置；对监控信息获取方便有效，尽量不留或减少死角；有利于保持摄像头的清洁和擦拭维护方便；对于货车尤其挂车，要考虑监控头与控制器之间的长距离连线，以及必要的连接头位置；监控系统还要考虑被破坏的防护问题。16第二节 车载多媒体及娱乐系统四、非娱乐性音视频装置1、监控报警监控报警系统包括车辆异常状态的报警提示，防盗抢的报警，以及交通环境潜在事故危险的提示等功能。2、行车视觉辅助系统驾驶员在开车时及倒车时，有一些视觉盲区，为使其获得这些位置的情况，越来越多的车上安装视觉
9、辅助监控，包括倒车监控，以及更高级的全景影像系统。倒车监控有基于超生测距和图像两种基本方法，倒车监控装置主要由车载显示器、倒车摄像头或超生测距传感器、以及控制器传输线等构成。17第三节 车载通信系统一、概述这里所谓的车载通信，包括车上、以及车与车外目标的通信，是在智能交通系统、传感器网络技术发展基础上，在车辆上应用先进的无线通信技术，实现交通高度信息化、智能化的手段。车载无线通讯是将汽车技术、电子技术、计算机技术、无线通讯技术紧密结合，整合各种不同的应用装置而产生的一种技术，主要实现汽车状况实时监测、车内无线移动通信与办公、GPS/北斗全球定位、汽车行驶导航、远程访问、车辆指挥调度、环境参数采
10、集、车内娱乐等功能。18第三节 车载通信系统车载通信技术和系统是实现汽车运用信息化、智能化的重要基础。车载通信一般包括车上装置间以及近距离的无线通信、局域车车直接通信、车与陆基设施的通信、卫星通信、以及基于无线移动网络实现的互联网通信。一些车载通讯方式可以与车上的电子系统连接，尤其是通过总线网关与车载网络连接，进而实现与车载网络上连接的各种车辆控制及信息系统节点传输信息。二、主要通信功能1、基本构成及连接方式19第三节 车载通信系统车载通讯系统一般由车载通信平台、移动互联网络、以及各类服务中心构成。车载通信主要基于 DSRC 技术、FM、蜂窝网络、WMiax技术和 Wi-Fi技术，也包括短距离
11、的无线信号传输技术，如蓝牙等。DSRC即Dedicated Short Range Communications（专用短程通信技术）。DSRC是国际上专门开发适用于车载通信的技术。DSRC适用于ITS领域车车之间、车路之间的通信，它可以实现小范围内图像、语音和数据的实时、准确和可靠的双向传输，将车辆和道路有机连接。20第三节 车载通信系统DSRC典型的应用包括不停车收费、出入控制、车队管理、车辆识别、信息服务等。DSRC技术的特点：通信距离一般在数十米（10m30m）；工作频段：ISM5.8GHz、915MHz、2.45GHz；通信速率：500kbps/250kbps，能承载大宽带的车载应用信
12、息；加密通信机制：支持3DES、RSA算法；高安全性数据传输机制，支持双向认证及加/解密；具备统一的国家标准，各种产品之间的互换性、兼容性强；21第三节 车载通信系统调频FM（frequency modulation)通信是通过高频无线电在波传输信息的技术。蜂窝网络或蜂窝移动通信(Cellular Mobile Communication)是一种移动通信硬件架构，分为模拟蜂窝网络和数字蜂窝网络，主要区别于传输信息的方式。WiMAX（World Interoperability for Microwave Access）是一项基于IEEE 802.16标准的宽带无线接入城域网技术，又称为广带无线
13、接入(Broadband Wireless Access，BWA)标准。22第三节 车载通信系统Wi-Fi(Wireless Fidelity)，无线保真技术是短距离无线技术。该技术使用的是2.4GHz附近的频段，该频段目前尚属没用许可的无线频段。2、车辆网络连接及通信车辆的网络连接包括移动的车辆与周边计算机网络及互联网的连接、与周边车辆及其他交通参与者之间通过计算机网络的连接。车辆自组织网络（VANET）可以实现移动过程中车辆之间的通信，以及低速移动或者静止时车辆与路边基础设施之间的通信。23第三节 车载通信系统WAVE协议可以在数百米的半径范围内凭借每秒数十兆比特的通信速度，对道路交叉点、
14、加油站、停车场等提供实时文字和图像信息，同时该通信技术也可以用于车车间通信。车辆也可以通过手机通信平台实现与外部互联。车载装置通过手机卡与手机网络建立通信连接，进而实现与外部网络的连接。3、语音通信车载语音通信，主要是车载电话和对讲机等。车载电话的配置有两种基本的方式：1）带手柄的车载电话，其主要配件有主机、手柄、24第三节 车载通信系统手柄座、喇叭，如摩托罗拉车载电话M930/M930C、M900/M900C、2700GPS、8989中英文版；诺基亚车载电话6090、8102）不带手柄的车载电话，其主要配件有主机、显示屏、控制按钮、喇叭，如诺基亚610、616车载电话。4、短距离通信车载系统
15、与外部装置的短距离通信，主要采用调频及蓝牙技术，WiFi也可以用于一些短距离通信。车载短距离通信主要实现车钥匙、手持多媒体装置、以及与路基装置之间的通信。25第三节 车载通信系统5、车载装置之间的通信与连接车载设备及装置之间的通信，主要采用有线车载网络。根据传输的信息不通，采用CAN、LIN、MOST、FlexRay、车载以太网等网络。三、基于通信的服务1、车-路通信车-路通信是实现车路协同的基础之一，主要有自动识别交通标识，接收交通信息、如限速标志、动态道路信息，以及不停车收费ETC系统等应用。26图6-5 在车-路通信中的应用27第三节 车载通信系统2、车-车通信车与车之间的无线通讯，在一
16、些特殊车辆应用环境，传统上通过FM装置通信，也可以基于手机通信平台构建车车通信。为普通交通车辆之间提供的车车通信，一般是指基于VANET实现的车车之间的通信，VANET主体上仍处于技术研究开发阶段。车车通信可以实现相邻车辆之间的信息共享，这些信息可以用于交通管理、车辆控制等方面，以提高车辆行驶安全性、提高交通设施使用效率。28第三节 车载通信系统3、与互连网络的连接车载系统通过无线移动网络与互联网连接后，可以共享所有互联网提供的信息服务功能。在汽车领域，除了一般互联网提供的各种服务外，还可以开拓很多面向车辆的服务功能。（1）汽车远程故诊断系统（2）车辆定位及跟踪服务（3）车辆实时监控（4）建立
17、车联网及服务29第三节 车载通信系统4、短距离通信基于车载系统的短距离通信实现的信息服务，主要有车载蓝牙信息娱乐、智能遥控钥匙、胎压监测等方面的应用。5、卫星通信车载卫星通信系统具有组网灵活、安装方便、功能齐全，通信距离远，不受地理环境影响，通信容量大，可自发自收，能提供数据、话音、图像等多种通信业务优势。30第四节 车载信息服务系统车载信息服务系统是基于车载信息技术为车辆交通以及参与者提信息服务的系统，是直接提供面向车辆用户的信息服务功能。一、车载信息终端现在所谓的车载信息终端，是车上较集中完成车载通信、数据搜集存储处理及转发、信息服务等功能的装置，在不同的车上功能和形式都有一些差异，但主体
18、是支持信息服务的功能。1、基本构成31图6-6 车载信息终端基本构成32第四节 车载信息服务系统主控制单元是车载无线终端的核心模块，包括CPU，外部存储器，I/O接口以及逻辑控制电路等，其主要功能是控制其它各个模块使其正常运行，完成各个模块的数据交换，从而实现车载无线终端的各项具体功能2、车载信息终端软件车载软件在车载信息系统中的作用越来越重要，包括操作系统、数据库系统以及面向各种功能的应用软件面向车载计算机的操作系统又称为车载操作系统，有一些是专门针对车载系统开发的，一些是从一般嵌入式操作系统移植过来的。33第四节 车载信息服务系统目前车载系统常用操作系统：（1）面向车载系统的QNX：QNX
19、 Car（2）微软面向车载的操作系统：WindowsCE的Windows Embedded Automotive（3）谷歌面向车载的操作系统：Android Auto（4）苹果公司面向车载的操作系统：CarPlay（5）Automotive Grade Linux（AGL）车载信息终端使用的数据库有：（1）SQLite（2）Berkeley DB34第四节 车载信息服务系统（3）Pervasive SQL（4）TimesTen（5）Empress3、车载信息终端微处理器在车载信息系统中较常使用的微处理器或嵌入式硬件平台有：（1）ARM结构处理器（2）Xscale架构的Intel PXA255处
20、理器（3）Jacinto 5处理器（4）凌动E6XX处理器35第四节 车载信息服务系统（5）骁龙602A（6）飞思卡尔处理器（7）瑞萨科技处理器二、定位导航及基于位置的服务1、定位技术定位就是实时确定车辆当前的位置，车辆的定位是应用中解决诸多服务需求的基础。在车辆车载使用的定位技术主要有：卫星定位、基站定位、wifi定位、RFID/二维码等标签识别定位、声波定位、特定场景识别定位等。36第四节 车载信息服务系统（1）卫星定位系统卫星定位系统由空间部分、地面控制部分和用户设备部分构成。1）全球定位系统GPS2）伽利略定位系统3）GLONASS全球卫星定位系统4）北斗卫星导航系统（2）基于无线基站
21、的定位车辆也可以通过与已知坐标的固定基站的关系进行定位。37第四节 车载信息服务系统（3）FRID、二维码定位通过设置一定数量的读卡器和天线，根据读卡器接收信号的强弱、到达时间、角度来定位。（4）推算定位推算定位是最古老的一种定位方式，基于车辆行驶速度和方向，由已知出发点计算出当前位置的定位方式（5）行驶道路特征点定位行驶道路特征点定位是根据行驶道路的特征，确定所处的位置，不能单独用于一般的定位过程，往往作为定位信号的校正或补偿使用38第四节 车载信息服务系统2、导航导航是基于位置信息的一项服务，车辆的导航是为车辆的行驶过程自动指引路线。导航是定位的一个自然的最基本的应用，是定位信息加上地图实
22、现的一项功能。导航算法根据当前位置、目标位置和路网数据规划出行车路线。一个导航系统一般具有以下基本功能：（1）车辆定位（2）车辆行驶路线规划39图6-7 车载导航功能模块（3）路径引导（4）信息服务40第四节 车载信息服务系统按照导航地图以及计算过程的实现方式，可以将车辆导航分为本地导航和中心导航。（1）本地导航本地导航或称自主式导航是传统的最基本的导航方式。其所有导航功能都在车载终端上实现，车载终端自身完成定位、电子地图库、路径规划计算以及导引。如果能实时获取交通信息并用于导航及路径规划又称为自主式动态车载导航系统。（2）中心导航中心导航是车载定位与通信技术结合的导航方式，导航系统的结构如图
23、6-8所示。41图6-8 中心导航系统42第四节 车载信息服务系统与自主式车载导航方式相比，中心式导航具有以下特性：1）地图更新及时数据准确，尤其对于道路状态发展快的地区，地图数据的实时更新是非常重要的指标。2）可提供实时路况信息，中心导航服务器更新地图数据具有及时性，道路信息和交通情况都可以在电子地图的交通层实时刷新。3）路径规划的合理性，基于实时的道路层数据和交通状况，路径规划可以计算出适合当前状态的最佳路径。43第四节 车载信息服务系统（3）动态导航导航确定行驶路线时，可以按照不同的优化目标，如时间最短、道路最短等。导航路线的确定依赖于道路状态。（4）路径规划路径规划是导航的核心任务之一
24、，是根据一定的目标和约束，确定行车路径。1）Dijkstra 算法，是一种典型的最短路径算法。2）启发式搜索(Heuristic Search)算法，是一种启发式搜索算法。44第四节 车载信息服务系统3）Floyd 算法（弗洛伊德算法），是一种用于寻找加权路径网络中顶点间最短路径的算法。3、基于车辆定位的服务及应用车辆的定位信息应用越来越广泛，除导航之外主要包括：车辆位置及行驶路线监控、电子围栏等；道路及周边环境状态信息获取，车辆把当前位置的道路及获取的其他信息状态回传交通信息中心；车辆行驶安全辅助信息服务，不同道路位置对车辆行驶状态约束提示等；45第四节 车载信息服务系统周边车位查询及停车位
25、导引；在发动机、自动变速器等车辆控制中的道路信息获取，通过定位从电子地图上获取道路参数（坡度、弯度、等级等）信息；车辆使用特征等数据获取及分析。三、基于互连网络平台的远程服务基于车载信息系统的远程服务，是基于车载系统与互联网络的链接实现的，是车联网的一个典型应用。1、远程服务系统构成如图6-9，要实现对车辆的远程服务，车载部分要能够支持网络连接，还要有服务中心或网络化的服务平台46图6-9 远程服务系统构成47第四节 车载信息服务系统2、远程故障诊断汽车故障诊断及维护是汽车运用的一个不可缺少的技术。汽车的监控和故障诊断技术一直随着电子和信息技术不断发展。如图6-10，6-11，车辆的远程故障诊
26、断包含车载故障诊断单元（往往是在汽车各个控制单元中包含的故障监控与诊断模块）、无线通讯网络系统和远程车辆信息服务中心。48图6-10 远程诊断系统总体结构49图6-11 汽车远程故障诊断中心基本结构50第四节 车载信息服务系统基于车载的和服务中心的信息系统，还可以把汽车生产厂家、经销商、售后服务商(4S店)以及车辆使用管理的数据综合应用。3、远程控制基于车载无线网络的远程通信功能，和各种汽车电子控制系统的功能，可以实现车辆的远程控制，如远程锁定发动机，远程控制车门锁，远程控制车载舒适娱乐系统，甚至远程操控车辆的驾驶。（1）汽车空调远程控制（2）汽车远程控制防盗系统51第四节 车载信息服务系统4
27、、远程软件维护随着车辆越来越多地使用信息技术，正在成为一个移动的多个控制和信息单元节点经过车载网络连接，并接入互联网的信息系统。车载软件也越来越复杂，对于车辆的功能也越来越重要。和其他信息系统一样，会需要软件，包括数据及程序的维护和更新。车辆信息系统远程访问能力，为这样的更新提供了远程实现的基础，就像现在的台式计算机一样，通过网络而不一定需要到特定的维修点去下载更新。52第五节 数字化仪表及数据记录系统一、数字化仪表1、概述汽车仪表是安装在汽车上，指示或显示汽车行驶及其发动机工作状况，向驾驶员提供汽车运行状态参数等信息的仪表，是汽车上最早的电子化装置也是最重要的信息服务装置之一。汽车仪表按其实
28、现方式可分为机械式、电气式、电子式三类。根据其发展历程，一般又将其分为四个发展阶段：第一代汽车仪表是机械机心表，它基于力学转换原理用指针来显示测量值；53第五节 数字化仪表及数据记录系统第二代汽车仪表是电气式仪表利用电流的热效应或磁效应，或以电和磁的相互作用测量及指示信号的仪表第三代为模拟电子式汽车仪表，它运用模拟电子技术，以指针形式显示测量值；第四代为数字汽车仪表，此类仪表的基本原理是将模拟量转换成数字信号，并以数字形式显示。基于微处理器的数字仪表又称为智能汽车仪表。现在的汽车仪表都是基于微处理器的仪表。2、数字仪表的基本构成汽车上的数字仪表一般由传感器、控制单元以及操作与显示等人机交互界面
29、构成，逻辑上如图6-12。54图6-12 数字仪表典型逻辑结构55第五节 数字化仪表及数据记录系统现在汽车仪表显示的信息一些是通过分布在汽车不同总成位置的传感器获取的各种运行状态参数、一些是通过车载网络或其他车载通信方式从车上各种控制单元获取的信息、一些是通过与外部通信的方式获得的相关信息。3、数字仪表安装布置及外观数字汽车仪表的主界面有各种各样的形式，和传统仪表一致的是车速和发动机转速是最主要的显示参数，并占有最方便读取的位置，输出的参数、指示的状态、提供的信息越来越丰富。56第五节 数字化仪表及数据记录系统2、行车记录仪构成不同的行车记录仪产品有不同的外观，但其基本组成包括：（1）主机部分包括微处理器、数据存储器、实时时钟、显示器、镜头模组、操作键、打印机、数据通信接门等装置。（2）系统控制及数据记录与分析软件。（3）车速、刹车方向盘等操作参数，以及车内外的音频信号传感器接口。汽车行车录像仪类似于应用于飞机上的“黑匣子”，它的工作原理是通过数字视频记录并循环更新车前或57第五节 数字化仪表及数据记录系统周围的路面情况，甚至连车内录音、汽车的加速度、转向和刹车等信息数据也会被记录下来，以备调查交通故事责任时所用。3、安装布置及外观58
