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关于汽车电气系统的“双元结构”

更新时间:2015-12-30 16:47:59点击次数:787次

双元结构原理

双元结构方案的基本原理非常简单,汽车的电子系统分成两大部分:一部分负责汽车必不可少的基本电气控制功能,如带有报警技术和收音技术的汽车信息系统、语音控制系统和驾驶员视野中直接可以看到的主显示屏;另一部分负责导航系统的收音设备的功能。

所有通讯和娱乐设施的系统和模块,即相对车辆行驶无关的系统和电子模块都纳入到另一个被称为“多媒体系统”的范围内。在这一范围内包括手持式的MP3播放器、移动电话和影碟播放设备等。在这一范围内将会有大量的新产品出现在市场上。它们对与其他控制器的通讯能力、运算能力、图像和网络能力都提出了很高的要求。其中首要的是:它们的功能愈来愈多,而且最终消费者还希望能够完全集成到汽车中,并通过中央控制器进行控制。

保证数据安全的防火墙

双元结构在硬件和软件的层次中将驾驶辅助系统的功能和车辆的基本功能与娱乐电子设备和通讯设备连接成为一个网络。它有可能整体地、可靠地驱动整个汽车的所有电子设备,且两大领域是相互分离的,而从开放式环境中进入到封闭式的汽车电子系统中的数据流只有在防火墙的保护下才有可能。

汽车电子系统所希望的开放性给自己提出了很高的要求,需要付出极大的努力才能实现。为了实现开放性,必须设置大量的接口,如更新换代的接口。在这些接口的帮助下汽车可以在其整个使用寿命周期内更换电子仪器设备,使它们保持在最新的技术水平,或者利用CD-ROM对软件进行升级。这些接口也与车辆的舒适性有关,例如MP3播放器的接口,移动电话的接口或者利用蓝牙技术与汽车电气系统联网。从技术的角度来讲,所谓的接口就是电气设备连接的插头插座以及数据交换的通讯协议。在这些无线通讯中(如蓝牙技术的通讯中),必须注意考虑电磁兼容性的问题。

另一个进行这样全面技术改造的动力来自用户对良好操作性能的愿望:手持式的MP3播放器只需简单地插上就可以收听,存储在MP3中的数据文件可以通过汽车的音响系统播放出来,视频文件也可以在汽车的显示屏上显示出来;而这一切的控制都可以利用方向盘上的按钮进行操作。移动电话的使用同样也力求简单:手机座上有充电功能,有对讲机的功能,同样也可利用汽车的收音机和音响系统进行电话联系。当有电话打进来的时候,汽车的收音系统自动静音,汽车的扩音器与对讲系统联合起来为车载电话系统服务。驾驶员可以通过方向盘或者语音控制系统查询所需的电话号码。

“双元结构”

在双元结构的电气系统中,用户只需将他的电子仪器、设备简单地插到插座中就可以使用了,通盘考虑的控制软件技术自动地将设备与汽车电气控制系统连接起来。标准接口大大方便了软件-部件的更换。利用这种双元结构保证了在更加开放的汽车电气控制系统中有着最高的数据安全性,具有很低的故障源和简单的连接技术。

双元结构闭式系统的核心是集成的“龙”微处理器运算系统。它通过CAN局部总线系统和MOST-Bus多媒体数据传送总线系统与汽车的各个零部件进行通讯联系,协调着整个工作过程。通过这种方式,驾驶员可以随时对车辆的行驶状况进行监控,掌握车辆状况。有关车辆信息的数据、车辆控制仪表的数据、语言控制和导航控制的数据都在“龙”系统中运算。其中也包括音频技术,它必须可靠地、直接地把报警消息,如车道识别系统的报警或者泊车辅助系统提出的报警消息以最高的优先级及时报告出来。在主显示屏上再现视频图像的功能,即在组合仪表盘或者平视显示屏中再现视频图像的功能也在系统的这一控制范围中。图像的显示应尽可能地不用驾驶员调控。“龙”系统的软件环境是封闭的,即只有汽车生产厂家可以利用专门的“进入许可”进入到软件系统中,进行软件系统的维护保养。

负责多媒体的微处理器被称为“虎”。为了能够与各种各样的电子和通讯技术兼容 ,它配备了符合IEEE 1394(防火墙高速串行总线)标准、蓝牙通讯标准和无线局域网(WLAN)标准的接口。软件的环境为“开放式”;因此允许用户为新的电子设备,如新型 MP3安装驱动程序,或者用户可以安装新的从Blaupunkt公司的英特网站中下载的软件版本。“虎”带有一个功能强大的图形处理器,用于显示三维图像。它带有各种视频界面技术,可以精确地复原图像信息。

“龙”与“虎”由PCI-Express-Bus总线系统连接在一起。它满足了图像处理时所需的高数据传输率的要求。特殊设计的“防火墙”连续地对从开式系统进入闭式系统的数据进行监控,保证驾驶辅助系统和基本功能控制模块不受病毒的侵害。

支持HAVi标准

与HAVi家庭视音频网络标准之间的应用通过所谓的“虚拟函数总线”(VFB)进行连接,这一总线系统是专门为车用电子视频、音频网络而研发的专项技术标准。利用这一标准,可以实现电子娱乐设施跨总线系统(MOST、IEEE 1394、USB、WLAN等)的动态即插即用,可以利用一个遥控器对各种音频、视频播放器进行遥控。其中,高层次的功能,例如数据读写的清晰度、分辨率,保障操作设备服务质量(QoS-Quality of Service)所需的数据通讯带宽都可以实现了。VFB虚拟函数总线的理念在于:在概念层中将通讯设施与各个真实的“物理”设备连接在一起,从而使已安装的通讯系统和现有的设备可以使用,而且还允许新研发的成果集成到车辆系统之中。同样,这也适用于标准的API应用程序编程接口。它提供了在现有系统中使用各种操作、控制器的可能性,也为现有的操作、控制器留下了使用今后新研发成功电子设备的可能性(具有再生能力)。

利用系统功能的分配和多媒体将可以保证在两个运算领域中都有稳定可靠的数据运算处理能力。利用这种双元结构实现“前后互不干涉”:汽车后排座椅上的孩子们在观看DVD影碟中播放的故事片,而前排驾驶员的显示屏中则显示着卫星导航系统的行驶路线。同样地,系统的语音控制也不会对正在播放的故事片产生影响。

各级轿车中的系统

这种双元结构的汽车电气系统还允许在各个档次的轿车中使用,比如其卫星导航系统可以根据中档轿车或高档轿车设置不同的特性和功能。例如,在中档轿车的系统中可以设置除导航模块以外再加上UKW超短波和数字音频功能,其图像处理模块提供了在对角线为17cm的TFT显示屏(VGA:800×480像素)上显示Pseudo-3D俯视图的功能。其语音识别模块存储着8万个词汇,并具有TTS从文本到语音的功能,即可以阅读文章。它的音频系统能够以很高的音质再现音乐和语言,并具有MP3/WMA音像文件的解码和/或编码功能。

在高档轿车的导航系统中,配备的是对角线为17cm的TFT显示屏(WVGA:1280×480像素)的显示屏,可以显示三维的卫星地图和航空测绘地图(见图5)。另外,还可以在平视显示屏中播放保存在DVD影碟中数字格式(MPEG2)的导航信息和视频图像。

具有灵活对话管理功能的语言识别系统提供了非常好的操作舒适性,在音频播放时,车内配置有“杜比环绕立体声”系统。它保证了最新交通信息设备的安装使用,例如GTTS全球电信传送系统。

基于电子产品较短的使用寿命和连续的技术改进,尤其是消费者也对电子设备的集成化提出了最高的要求。双元结构的汽车电气系统已经可以驱动最近研发成功的双视图显示。它允许同时在一个显示屏中显示两幅图像:驾驶员从他的视角方向看到的是GPS系统所接收的图像,而副驾驶员则从他的视角方向看到的是 DVD影碟的文娱节目。由于系统极强的数据处理性能,使得“虎”可以将最新研发的电子产品应用于汽车之中。

汽车生产厂和消费者受益

研发这种双元结构电气系统的另一个目的是:在一个共同的操作界面中对所有功能进行操控,为用户提供最方便的使用性能。这种双元结构为汽车生产厂家带来了如下好处:

□ 售后服务允许汽车生产厂定期更新双元结构电气控制系统的软件版本,以便使汽车消费者可以使用最新的手机或者MP3播放器;

□ 分隔为两大范围之后,避免了不希望出现的横向干扰,复杂的系统变得更加可靠;

□ 汽车行驶控制的微处理器与多媒体微处理器之间的工作相互无关。行驶控制的微处理器完全用于处理与车辆行驶有关的功能控制。视频信息的解码任务或者保存到硬盘的音频数据的编码任务等都由多媒体微处理器来完成;

□ 增加新的电子娱乐设施和无线通讯设施的工作也变得非常简单。市场上新出现的电子娱乐和通讯设施只与开放式的系统连接即可工作,不会对汽车驾驶控制系统的功能产生任何影响。

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