隨著現代汽車工業和電子技術的發展，車輛導航、通信、移動辦公、多媒體娛樂、安防輔助駕駛和遠程故障診斷等功能電子系統可以通過網絡技術聯網形成車載信息網絡系統。未來的汽車儀表系統向著集成化、智能化、全圖形化車載信息系統平臺的方向發展。

車載信息系統平臺綜述

　　未來的車載信息系統平臺將全面超越傳統汽車儀表的現有功能，系統主要功能包括：全圖形化數字儀表、GPS導航、車載多媒體影音娛樂、整車狀態顯示、遠程故障診斷、無線通信、網絡辦公、信息處理、智能交通輔助駕駛等等。未來的車載信息平臺是人、車、環境的充分交互，集電子、通信、網絡、嵌入式等技術為一體的高端車載綜合信息顯示平臺。車載信息系統平臺的主要功能至少應該包括以下方面：

儀表顯示

　　主要包含傳統儀表的所有功能。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。基本的要求是高亮度顯示圖形，高實時性響應，能夠接收來自CAN總線和傳感器的信號。

車輛監控及遠程故障診斷

　　通過收集的信息進行車輛信息的診斷和分析，更加智能的監控車輛的性能和狀況，并給予用戶提示，同時通過車載信息平臺的GPRS模塊將診斷分析數據與診斷服務中心實時雙向傳遞。通過外連GPS模塊和通訊模塊，并通過監控中心，進行車輛防盜監控和遠程控制。

無線上網

　　通過覆蓋全國的GSM/CDMA/GPRS信號，隨時隨地無線上網，最高速率可達153.6Kbps，可實現E-Mail、FTP、網上聊天、瀏覽信息、網絡游戲、圖片下載、移動辦公、電子商務等網絡功能。速度快、性能穩定、安全可靠。

導航信息

　　實現完善的導航功能。通過GPS全球定位系統，無論用戶在世界的任何角落，都能即時定位和連續定位，除了提供自主導航、信息查詢、最佳行車路徑計算、軌跡記錄和回放等功能之外，還提供交通堵塞預測、停車場停車向導、可與網絡連接的地圖數據實時更新等高級功能。導航信息系統的顯示限于局部區域，應不影響儀表系統的同時顯示。

車載電話

　　采用CDMA無線通信或VOIP網絡電話，車載免提與無線耳機無縫切換，保證車主在通話過程中的駕駛安全。

車載娛樂

　　車載娛樂系統已經由以前的收音機和一個卡帶機或CD機進化成可以通過用戶和其它車輛通訊，擁有多種娛樂和信息的系統。比許多其它的音頻/視頻應用，如家電的A / V系統應用要求更豐富。滿足人們對汽車娛樂性、舒適性的要求，可進行衛星數字廣播接收、車載數字電視接收、CD/DVD播放等，并具有MP3/MP4/IPOD/USB等多媒體播放功能。音視頻文件可以通過無線下載，徹底免去使用碟片的種種麻煩。前置中控臺或頭枕式真彩顯示屏和高保真車載音響，更是為用戶提供了專業級視聽享受。

輔助安全駕駛

　　主要包括：駕駛員疲勞監視，前、后方測距雷達系統，碰撞分析、剎車控制、安全報警系統以及輔助倒車后視系統。駕駛員監視器安置于方向盤下方，用于拍攝駕駛員的面部，并自動分析眼皮開度，經分析后如果發現有疲勞駕駛，會自動發出警報；同時，前方測距雷達和車后的測距雷達系統會自動測量前、后方車距，并將此信息發送至碰撞分析單元。如果有碰撞危險，會發出警報，同時自動剎車或控制安全帶的驅動電機，使乘員在碰撞發生前處在一個提前設計的最佳姿勢，使事故的后果減小到最低。

　　其輔助倒車后視功能主要是通過撥倒檔，便可從高清晰液晶顯示屏上看到車后的全彩影像，輔助倒車、后視攝像頭具備防眩和夜視的功能，便于保證車主夜間倒車的安全。

新型智能交通系統的車載信息采集系統

　　獲得實時、可靠的交通信息一直是智能交通系統發展的瓶頸問題，建立智能交通車載信息采集系統，可以為智能交通系統中駕駛行為特性的研究、交通數據采集、現場測試等提供良好的輔助測試、驗證平臺，還可以作為一個輔助檢測手段，為我國智能交通系統多功能實驗車的建設和發展提供強有力的技術支持，從而加速我國智能交通系統相關技術的研究和開發。

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

車載導航信息系統

　　車載導航系統包括車載導航終端、數字地圖、導航平臺三大部分。其中數字地圖、導航平臺都是在后臺服務，其軟硬件環境可以不受什么限制；車載導航終端（VNT）則不然，因為其工作環境惡劣，軟硬條件有限，給其研發工作帶來很大挑戰。

　　導航平臺負責收集、分析處理（含數據融合）由交通信息采集系統采集的各類道路交通地理信息，將其通過通信系統（如無線尋呼）下傳到專門節點和車輛上。交通信息采集系統包括固定的交通信息檢測系統（視頻、微波、線圈、激光等交通檢測器）和動態交通檢測器（以出租車為例，它既裝備有車載導航系統，同時自身還可以作為一種交通信息探測器，以集群通信網與其中心進行通信）。通信系統包括有線和無線通信兩種方式，負責車輛與導航平臺（綜合信息平臺、交管中心）之間的信息交流，從而達到車輛和路網間的信息互通。VNS主要由車輛定位模塊、多媒體導航電子地圖、車載通信模塊及其它車內設備構成。多媒體導航電子地圖為系統提供諸如地理特征、道路位置、交通規則、基礎設施等多種交通地理信息。它基于GIS操作和查詢電子地圖，包括提供電子地圖顯示、瀏覽、縮放以及信息檢索服務等功能。車輛定位模塊由定位傳感器和數據處理器組成，可以提供實時、連續的車輛位置信息，為使定位信息在電子地圖上顯示更加準確，需要進行地圖匹配。地圖匹配將定位輸出的位置與地圖數據庫提供的道路位置信息進行比較，并通過適當的模式匹配和識別過程確定車輛當前的行駛路段以及在路段中的準確位置。

　　如果電子地圖的精度非常高，將使系統的整體定位精度得到提高，并為路徑引導提供可靠保證。車載導航終端安裝有操作系統、多媒體電子地圖、地理信息系統與相關軟件系統。它們負責接收和處理信息，進行路徑規劃，幫助駕駛員在旅行前或旅行中選擇合適的出行路線，規劃以后的結果需要由路徑引導功能來實現。路徑引導是幫助駕駛員沿預定路線行駛從而順利到達目的地的過程。它根據地圖數據庫中的道路信息和由定位模塊及地圖模塊提供的當前車輛位置產生適當的實時駕駛指令，如語音提示、圖形顯示等。另外，在車載導航終端中，由顯示器、控制器及相關軟件系統構成的人機交互模塊是一個重要的組成部分。它提供用戶與車載終端間的交互接口，用戶通過它將地圖顯示、信息查詢、路徑規劃等操作指令輸入終端中，控制器也通過它將以電子地圖為背景的車輛位置、最優路徑規劃結果、實時駕駛引導指令等用戶需要的信息以語音提示、可視圖形等多媒體方式表現出來。

　　地圖匹配和路徑規劃是車載導航終端（VNT）的兩項最重要的技術，好的地圖匹配方法可以大大提高系統的定位精度，路徑規劃算法的優劣直接影響產品的導航功能。