信息技術(shù)在汽車(chē)上的應(yīng)用

隨著汽車(chē)、電腦、信息技術(shù)等在人們?nèi)粘Ｉ钪械淖饔迷絹?lái)越大， 以往汽車(chē)作為代步工具的單一功能正在向多功能方向發(fā)展， 將信息技術(shù)加載在汽車(chē)上逐漸成為未來(lái)汽車(chē)的發(fā)展趨勢(shì)。汽車(chē)與信息技術(shù)相結(jié)合適應(yīng)了當(dāng)今社會(huì)快節(jié)奏的生活方式， 其智能化、網(wǎng)絡(luò)化是信息社會(huì)發(fā)展的必然。雷達(dá)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、數(shù)字通信技術(shù)、全球定位系統(tǒng)(GPS)、自動(dòng)控制技術(shù)和微波技術(shù)等通用電子信息技術(shù)在汽車(chē)安全駕駛、輔助駕駛、導(dǎo)航以及防盜等領(lǐng)域，有著越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

一、 雷達(dá)車(chē)速表

一般車(chē)速表無(wú)論是模擬的還是數(shù)字的都是先測(cè)得車(chē)輪速度，然后根據(jù)車(chē)輪轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成汽車(chē)速度。但車(chē)輪轉(zhuǎn)速不總是與汽車(chē)速度保持對(duì)應(yīng)關(guān)系的，在汽車(chē)轉(zhuǎn)彎、制動(dòng)和加速時(shí)尤其如此。所以，有時(shí)它不能真實(shí)反映出汽車(chē)的行駛速度。而雷達(dá)車(chē)速表，系通過(guò)探測(cè)發(fā)射波與反射波之間的頻率變化而直接測(cè)得車(chē)速，即汽車(chē)與地面的相對(duì)移動(dòng)速度，所以它測(cè)得的是汽車(chē)的真實(shí)速度。多普勒雷達(dá)測(cè)出多普勒頻率，并乘以常數(shù)后，再經(jīng)過(guò)鎖存譯碼，最后送到車(chē)速顯示部分顯示，便可得出以數(shù)字形式顯示的汽車(chē)速度值。如果以模擬形式顯示車(chē)速，只要在測(cè)頻電路之后改裝為D/A轉(zhuǎn)換器(數(shù)模轉(zhuǎn)換器)，再把轉(zhuǎn)換成的模擬信號(hào)送入一般微安表，即可得到以模擬形式顯示的汽車(chē)行駛速度值。

二、 倒車(chē)?yán)走_(dá)

倒車(chē)?yán)走_(dá)是汽車(chē)泊車(chē)安全輔助裝置，能以聲音或者更為直觀的顯示告知駕駛員周?chē)系K物的情況，解除了駕駛員泊車(chē)和起動(dòng)車(chē)輛時(shí)前后左右探視所引起的困擾，并幫助駕駛員掃除了視野死角和視線模糊的缺陷，提高駕駛的安全性。經(jīng)過(guò)5年的發(fā)展，倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)已經(jīng)過(guò)了5代的技術(shù)改良，不管從結(jié)構(gòu)外觀上，還是從性能價(jià)格上，這5代產(chǎn)品都各有特點(diǎn)，使用較多的是數(shù)碼顯示、熒屏顯示和魔幻鏡倒車(chē)?yán)走_(dá)這三種。

第一代倒車(chē)?yán)忍嵝?“倒車(chē)請(qǐng)注意!”想必不少人還記得這種聲音，這就是倒車(chē)?yán)走_(dá)的第一代產(chǎn)品，現(xiàn)在只有小部分商用車(chē)還在使用。只要司機(jī)掛上倒擋，它就會(huì)響起，提醒周?chē)娜俗⒁?。從某種意義上說(shuō)，它對(duì)司機(jī)并沒(méi)有直接的幫助，不是真正的倒車(chē)?yán)走_(dá)。

第二代轟鳴器提示:這是倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)的真正開(kāi)始。倒車(chē)時(shí)，如果車(chē)后1.8米～1.5米處有障礙物，轟鳴器就會(huì)開(kāi)始工作。轟鳴聲越急，表示車(chē)輛離障礙物越近。沒(méi)有語(yǔ)音提示，也沒(méi)有距離顯示，雖然司機(jī)知道有障礙物，但不能確定障礙物離車(chē)有多遠(yuǎn)，對(duì)駕駛員幫助不大。

第三代數(shù)碼波段顯示:比第二代進(jìn)步很多，可以顯示車(chē)后障礙物離車(chē)體的距離。如果是物體，在1.8米開(kāi)始顯示;如果是人，在0.9米左右的距離開(kāi)始顯示。這一代產(chǎn)品有兩種顯示方式，數(shù)碼顯示產(chǎn)品顯示距離數(shù)字，而波段顯示產(chǎn)品由三種顏色來(lái)區(qū)別:綠色代表安全距離，表示障礙物離車(chē)體距離有0.8米以上;黃色代表警告距離，表示離障礙物的距離只有0.6米～0.8米;紅色代表危險(xiǎn)距離，表示離障礙物只有不到0.6米的距離，你必須停止倒車(chē)。

第四代液晶熒屏顯示:這一代產(chǎn)品有一個(gè)質(zhì)的飛躍，特別是熒屏顯示開(kāi)始出現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示系統(tǒng)。不用掛倒擋，只要發(fā)動(dòng)汽車(chē)，顯示器上就會(huì)出現(xiàn)汽車(chē)圖案以及車(chē)輛周?chē)系K物的距離。

第五代魔幻鏡倒車(chē)?yán)走_(dá):結(jié)合了前幾代產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)，采用了最新仿生超聲雷達(dá)技術(shù)，配以高速電腦控制，可全天候準(zhǔn)確地測(cè)知2米以內(nèi)的障礙物，并以不同等級(jí)的聲音提示和直觀的顯示提醒駕駛員。魔幻鏡倒車(chē)?yán)走_(dá)把后視鏡、倒車(chē)?yán)走_(dá)、免提電話、溫度顯示和車(chē)內(nèi)空氣污染顯示等多項(xiàng)功能整合在一起，并設(shè)計(jì)了語(yǔ)音功能，是目前市面上最先進(jìn)的倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)。

三、 雷達(dá)防撞報(bào)警系統(tǒng)

汽車(chē)追尾事故是典型的行車(chē)事故之一。其發(fā)生原因是兩車(chē)之間的安全距離不夠。掌握一定的行車(chē)安全距離是駕駛員的基本技能。但有時(shí)因前車(chē)的速度突然變化，道路和氣候條件不佳，視距不良等，駕駛員難以準(zhǔn)確判斷安全距離，需要有一個(gè)準(zhǔn)確測(cè)定安全距離的裝置。當(dāng)汽車(chē)行駛前方發(fā)現(xiàn)有車(chē)輛，而且相互距離小于安全距離時(shí)該裝置可發(fā)出報(bào)警信號(hào)，使駕駛員能及時(shí)減速或停車(chē)，以免發(fā)生碰撞。

雷達(dá)技術(shù)可以較好地解決這一問(wèn)題。雷達(dá)防撞系統(tǒng)的原理是利用雷達(dá)掃描潛在障礙，在發(fā)現(xiàn)有撞車(chē)事故的危險(xiǎn)時(shí)，發(fā)出警告信號(hào)或自動(dòng)減速制動(dòng)。雷達(dá)防撞報(bào)警與自動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng):多普勒雷達(dá)→測(cè)頻電路→鎖存譯碼→車(chē)速顯示。

脈沖多普勒雷達(dá)把測(cè)出的兩車(chē)之間的距離、相對(duì)速度、本車(chē)速度等信號(hào)通過(guò)接口送入微機(jī)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后即可求出對(duì)應(yīng)的參數(shù)存入內(nèi)存。選取數(shù)據(jù)包括反應(yīng)時(shí)間和減速度， 可根據(jù)駕駛員情況和道路情況選擇用微機(jī)的鍵盤(pán)事先輸入到內(nèi)存中。微機(jī)的程序就可自動(dòng)地根據(jù)安全距離公式進(jìn)行計(jì)算，并與雷達(dá)測(cè)出的實(shí)際距離相比較。如果出現(xiàn)實(shí)際距離小于安全距離時(shí)，該系統(tǒng)通過(guò)微機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)作用于汽車(chē)的常規(guī)制動(dòng)系統(tǒng)，使汽車(chē)減速或停車(chē);當(dāng)距離超過(guò)極限安全距離時(shí)， 制動(dòng)控制機(jī)構(gòu)恢復(fù)到正常狀態(tài)。

四、 自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)

自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)通過(guò)控制車(chē)輛，在設(shè)定所希望的較低交通行駛速度之后，用雷達(dá)或激光波束對(duì)前方路面進(jìn)行掃描，必要時(shí)自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)將自動(dòng)減少氣門(mén)開(kāi)度，降低檔位， 甚至實(shí)施制動(dòng)，以保持安全車(chē)距。自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)是巡航控制技術(shù)的延伸。它連接著監(jiān)測(cè)車(chē)前后交通狀況的前方障礙物偵測(cè)系統(tǒng)、巡航控制系統(tǒng)(節(jié)流閥)、制動(dòng)系統(tǒng)，以及駕駛員輸入的巡航控制的設(shè)定速度。自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)(ACC)的主要目的是改善駕駛員的舒適度，減輕工作負(fù)荷。它包含防抱死制動(dòng)系統(tǒng)(ABS)、牽引力控制裝置(TCS)及強(qiáng)化車(chē)輛穩(wěn)定性系統(tǒng)(VSE)于一體。駕駛員即使沒(méi)有踩下制動(dòng)踏板，ACC也會(huì)自動(dòng)完成制動(dòng)。

自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)(ACC)是一種智能化的自動(dòng)控制系統(tǒng)，主要由雷達(dá)傳感器、方向角傳感器、輪速傳感器、制動(dòng)控制器、扭矩控制器和發(fā)動(dòng)機(jī)控制器等組成。雷達(dá)傳感器安裝在散熱器的護(hù)柵內(nèi)，可探測(cè)到汽車(chē)前方200米的距離;在前后輪轂上均裝有輪速傳感器，可測(cè)出車(chē)輛的行駛速度;方向角傳感器用以判斷車(chē)輛行駛的方向;發(fā)動(dòng)機(jī)控制器和扭矩控制器用以探測(cè)和調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)接通和輸出扭矩，以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性，并適時(shí)調(diào)整車(chē)輛的運(yùn)行速度。各種控制器和傳感器均由車(chē)內(nèi)計(jì)算機(jī)控制。

五、 電子導(dǎo)航系統(tǒng)

車(chē)載導(dǎo)航系統(tǒng)的GPS 導(dǎo)航功能突出，可以幫助駕駛員在錯(cuò)綜復(fù)雜的城市交通道路網(wǎng)中及時(shí)迅速地到達(dá)目的地，運(yùn)用多層引導(dǎo)式菜單方便地按地區(qū)、城市、設(shè)施功能分類(lèi)選定目標(biāo)，導(dǎo)航系統(tǒng)立刻測(cè)算出最短的行車(chē)路線，圖文并茂地展示在二維或三維電子地圖上。汽車(chē)一旦起動(dòng)，代表實(shí)時(shí)位置的標(biāo)志會(huì)自動(dòng)沿著已設(shè)定的路線行進(jìn)。當(dāng)遇到前方道路堵車(chē)或意外情況需改變行車(chē)路線時(shí)，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)復(fù)位，并于數(shù)秒后自動(dòng)設(shè)置新的行車(chē)路線，重新恢復(fù)導(dǎo)航功能。

(1)全球定位系統(tǒng)(GPS)。GPS 是由分布在與地球赤道面傾角55°的6 個(gè)軌道面上的24 顆衛(wèi)星(21 顆工作星， 3 顆備份星) 組成的，其運(yùn)行周期為118 min，軌道平面高度為20 200 km，這樣分布是為了保證每天出現(xiàn)在地平線以上的衛(wèi)星數(shù)目為4 ～ 11 顆(最多不超過(guò)12顆)。根據(jù)三角學(xué)測(cè)量定位原理，測(cè)量3顆衛(wèi)星的距離就可以定位。

(2)GPS導(dǎo)航。汽車(chē)導(dǎo)航系統(tǒng)中的GPS信號(hào)接收器接收衛(wèi)星發(fā)送的信號(hào)，根據(jù)衛(wèi)星信號(hào)計(jì)算出地面接收機(jī)的當(dāng)前位置。如果地面接收機(jī)同時(shí)收到4顆以上的衛(wèi)星信號(hào)，就能根據(jù)衛(wèi)星的精確位置及發(fā)送信號(hào)的時(shí)刻，通過(guò)計(jì)算求得當(dāng)前地點(diǎn)的位置。汽車(chē)導(dǎo)航系統(tǒng)通過(guò)車(chē)輪轉(zhuǎn)速傳感器、地磁傳感器和偏航傳感器等三種傳感器獲取數(shù)據(jù)，確定汽車(chē)的速度和位置。

(3)車(chē)輛自主導(dǎo)航系統(tǒng)。汽車(chē)自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)的作用是根據(jù)GPS接收機(jī)提供的車(chē)輛當(dāng)前位置和用戶輸入的行駛目的地，參照電子地圖計(jì)算的行駛路線，在行駛中將信息提供給駕駛者。目前，世界上應(yīng)用較多的是自主導(dǎo)航，其主要特征是每套車(chē)載導(dǎo)航設(shè)備都自帶電子地圖，定位和導(dǎo)航功能全部由車(chē)載設(shè)備完成。

六、 遙控鑰匙

中控鎖的無(wú)線遙控功能是指不用把鑰匙鍵插入鎖孔中就可以遠(yuǎn)距離開(kāi)門(mén)和鎖門(mén)，其最大優(yōu)點(diǎn)是:不管白天黑夜，無(wú)須探明鎖孔，可以遠(yuǎn)距離、方便地進(jìn)行開(kāi)鎖(開(kāi)門(mén))和閉鎖(鎖門(mén))。遙控的基本原理是:從車(chē)主身邊發(fā)出微弱的電波，由汽車(chē)天線接收該電波信號(hào)，經(jīng)電子控制器ECU識(shí)別信號(hào)代碼，再由該系統(tǒng)的執(zhí)行器執(zhí)行啟/閉鎖的動(dòng)作。該系統(tǒng)主要由發(fā)射機(jī)和接收機(jī)兩大部分組成。

(1)發(fā)射機(jī)。發(fā)射機(jī)由發(fā)射開(kāi)關(guān)、發(fā)射天線(鍵板)、集成電路等組成。在鍵板上與信號(hào)發(fā)送電路組成一體。從識(shí)別代碼存儲(chǔ)回路到FSK調(diào)制回路，由于采用單芯片集成電路而使之小型化，在電路的相反一側(cè)裝有撳鈕型的鋰電池。發(fā)射頻率按照使用國(guó)的電波進(jìn)行選擇，一般可使用27、40、62MHz頻帶。發(fā)射開(kāi)關(guān)每按撳鈕一次進(jìn)行一次信號(hào)發(fā)送。

(2)接收機(jī)。發(fā)射機(jī)利用FM調(diào)制發(fā)出識(shí)別代碼，通過(guò)汽車(chē)的FM天線進(jìn)行接收，并利用分配器進(jìn)入接收機(jī)ECU的FM高頻增幅處理器進(jìn)行解調(diào)，與被解調(diào)節(jié)器的識(shí)別代碼進(jìn)行比較;如果是正確的代碼，就輸入控制電路并使執(zhí)行器工作。

門(mén)鎖遙控系統(tǒng)通常由一個(gè)便攜式發(fā)射器機(jī)和一個(gè)車(chē)內(nèi)接收機(jī)組成，從發(fā)射機(jī)發(fā)出的可識(shí)別信號(hào)由接收機(jī)接收并解碼，驅(qū)動(dòng)門(mén)鎖打開(kāi)或鎖止，其主要作用是方便駕駛員鎖門(mén)或開(kāi)門(mén)。用戶可以通過(guò)設(shè)置門(mén)鎖遙控ECU的開(kāi)鎖密碼實(shí)現(xiàn)對(duì)自己汽車(chē)的保護(hù)，并在出現(xiàn)非法打開(kāi)車(chē)門(mén)時(shí)進(jìn)行報(bào)警。目前許多系統(tǒng)大都采用無(wú)線電波或紅外線作為識(shí)別信號(hào)的傳授媒介，有持鑰匙型和整體型兩種。當(dāng)中控鎖接收到正確的代碼信號(hào)，控制波接收電路就被觸發(fā)至接收時(shí)間加0.5s，然后再恢復(fù)到待機(jī)狀態(tài)。如輸入的代碼信號(hào)不符，將不能觸發(fā)接收電路。其在10min內(nèi)有多于10個(gè)代碼信號(hào)輸入不符，該鎖就認(rèn)為有人企圖竊車(chē)，于是停止接收任何信號(hào)，包括接收正確的代碼信號(hào)，遇到這種情況必須由車(chē)主用鑰匙機(jī)械地插入門(mén)鎖孔才能開(kāi)啟車(chē)門(mén)。信號(hào)接收的恢復(fù)，通過(guò)鑰匙點(diǎn)火啟動(dòng)以及把遙控門(mén)鎖系統(tǒng)主開(kāi)關(guān)關(guān)掉再打開(kāi)即可，如果用遙控機(jī)構(gòu)把車(chē)門(mén)開(kāi)鎖后30s內(nèi)不開(kāi)門(mén)，則車(chē)門(mén)將自動(dòng)鎖上。

七、 防盜裝置

GPS衛(wèi)星定位汽車(chē)防盜系統(tǒng)屬于網(wǎng)絡(luò)式防盜器，它主要是靠鎖定點(diǎn)火或起動(dòng)來(lái)達(dá)到防盜的目的，而同時(shí)還可通過(guò)GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)(或其他網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng))，將報(bào)警信息和報(bào)警車(chē)輛所在位置無(wú)聲地傳送到報(bào)警中心。

遙控式汽車(chē)防盜器是隨著電子技術(shù)的進(jìn)步而發(fā)展起來(lái)的，是市場(chǎng)上推廣普及最為廣泛的一種。它的特點(diǎn)是可靠方便，可帶振動(dòng)偵測(cè)、門(mén)控保護(hù)及微波或紅外探頭等功能。隨著市場(chǎng)對(duì)防盜器的要求不斷提高，遙控式汽車(chē)防盜器還增加了許多方便使用的附加功能，如遙控中控門(mén)鎖、遙控送放冷暖風(fēng)、遙控電動(dòng)門(mén)窗及遙控開(kāi)啟行李艙等功能。

同移動(dòng)電話的工作原理相同，遙控式汽車(chē)防盜器的遙控器發(fā)射機(jī)與防盜主機(jī)系統(tǒng)之間除了要有相同的發(fā)射和接收頻率之外，還要有密碼才能相互識(shí)別。防盜器的密碼是一組由不同方式組合的數(shù)據(jù)，是防盜器的一把鑰匙。它一方面記載著防盜器的身份資料(身份碼)，區(qū)別各個(gè)防盜器的不同;另一方面，它又內(nèi)含著防盜的功能指令資料(資料碼或指令碼)，負(fù)責(zé)開(kāi)啟或關(guān)閉防盜器，控制完成防盜器的一切功能。

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(北京理工大學(xué)信息與電子學(xué)院01520602班)