信息技術在汽車上的應用

隨著汽車、電腦、信息技術等在人們日常生活中的作用越來越大， 以往汽車作為代步工具的單一功能正在向多功能方向發(fā)展， 將信息技術加載在汽車上逐漸成為未來汽車的發(fā)展趨勢。汽車與信息技術相結合適應了當今社會快節(jié)奏的生活方式， 其智能化、網(wǎng)絡化是信息社會發(fā)展的必然。雷達技術、信號處理技術、數(shù)字通信技術、全球定位系統(tǒng)(GPS)、自動控制技術和微波技術等通用電子信息技術在汽車安全駕駛、輔助駕駛、導航以及防盜等領域，有著越來越廣泛的應用。

一、 雷達車速表

一般車速表無論是模擬的還是數(shù)字的都是先測得車輪速度，然后根據(jù)車輪轉速轉換成汽車速度。但車輪轉速不總是與汽車速度保持對應關系的，在汽車轉彎、制動和加速時尤其如此。所以，有時它不能真實反映出汽車的行駛速度。而雷達車速表，系通過探測發(fā)射波與反射波之間的頻率變化而直接測得車速，即汽車與地面的相對移動速度，所以它測得的是汽車的真實速度。多普勒雷達測出多普勒頻率，并乘以常數(shù)后，再經過鎖存譯碼，最后送到車速顯示部分顯示，便可得出以數(shù)字形式顯示的汽車速度值。如果以模擬形式顯示車速，只要在測頻電路之后改裝為D/A轉換器(數(shù)模轉換器)，再把轉換成的模擬信號送入一般微安表，即可得到以模擬形式顯示的汽車行駛速度值。

二、 倒車雷達

倒車雷達是汽車泊車安全輔助裝置，能以聲音或者更為直觀的顯示告知駕駛員周圍障礙物的情況，解除了駕駛員泊車和起動車輛時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。經過5年的發(fā)展，倒車雷達系統(tǒng)已經過了5代的技術改良，不管從結構外觀上，還是從性能價格上，這5代產品都各有特點，使用較多的是數(shù)碼顯示、熒屏顯示和魔幻鏡倒車雷達這三種。

第一代倒車喇叭提醒:“倒車請注意!”想必不少人還記得這種聲音，這就是倒車雷達的第一代產品，現(xiàn)在只有小部分商用車還在使用。只要司機掛上倒擋，它就會響起，提醒周圍的人注意。從某種意義上說，它對司機并沒有直接的幫助，不是真正的倒車雷達。

第二代轟鳴器提示:這是倒車雷達系統(tǒng)的真正開始。倒車時，如果車后1.8米～1.5米處有障礙物，轟鳴器就會開始工作。轟鳴聲越急，表示車輛離障礙物越近。沒有語音提示，也沒有距離顯示，雖然司機知道有障礙物，但不能確定障礙物離車有多遠，對駕駛員幫助不大。

第三代數(shù)碼波段顯示:比第二代進步很多，可以顯示車后障礙物離車體的距離。如果是物體，在1.8米開始顯示;如果是人，在0.9米左右的距離開始顯示。這一代產品有兩種顯示方式，數(shù)碼顯示產品顯示距離數(shù)字，而波段顯示產品由三種顏色來區(qū)別:綠色代表安全距離，表示障礙物離車體距離有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。

第四代液晶熒屏顯示:這一代產品有一個質的飛躍，特別是熒屏顯示開始出現(xiàn)動態(tài)顯示系統(tǒng)。不用掛倒擋，只要發(fā)動汽車，顯示器上就會出現(xiàn)汽車圖案以及車輛周圍障礙物的距離。

第五代魔幻鏡倒車雷達:結合了前幾代產品的優(yōu)點，采用了最新仿生超聲雷達技術，配以高速電腦控制，可全天候準確地測知2米以內的障礙物，并以不同等級的聲音提示和直觀的顯示提醒駕駛員。魔幻鏡倒車雷達把后視鏡、倒車雷達、免提電話、溫度顯示和車內空氣污染顯示等多項功能整合在一起，并設計了語音功能，是目前市面上最先進的倒車雷達系統(tǒng)。

三、 雷達防撞報警系統(tǒng)

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

雷達技術可以較好地解決這一問題。雷達防撞系統(tǒng)的原理是利用雷達掃描潛在障礙，在發(fā)現(xiàn)有撞車事故的危險時，發(fā)出警告信號或自動減速制動。雷達防撞報警與自動制動系統(tǒng):多普勒雷達→測頻電路→鎖存譯碼→車速顯示。

脈沖多普勒雷達把測出的兩車之間的距離、相對速度、本車速度等信號通過接口送入微機，進行數(shù)據(jù)處理后即可求出對應的參數(shù)存入內存。選取數(shù)據(jù)包括反應時間和減速度， 可根據(jù)駕駛員情況和道路情況選擇用微機的鍵盤事先輸入到內存中。微機的程序就可自動地根據(jù)安全距離公式進行計算，并與雷達測出的實際距離相比較。如果出現(xiàn)實際距離小于安全距離時，該系統(tǒng)通過微機的執(zhí)行機構作用于汽車的常規(guī)制動系統(tǒng)，使汽車減速或停車;當距離超過極限安全距離時， 制動控制機構恢復到正常狀態(tài)。

四、 自適應巡航控制系統(tǒng)

自適應巡航控制系統(tǒng)通過控制車輛，在設定所希望的較低交通行駛速度之后，用雷達或激光波束對前方路面進行掃描，必要時自適應巡航控制系統(tǒng)將自動減少氣門開度，降低檔位， 甚至實施制動，以保持安全車距。自適應巡航控制系統(tǒng)是巡航控制技術的延伸。它連接著監(jiān)測車前后交通狀況的前方障礙物偵測系統(tǒng)、巡航控制系統(tǒng)(節(jié)流閥)、制動系統(tǒng)，以及駕駛員輸入的巡航控制的設定速度。自適應巡航控制系統(tǒng)(ACC)的主要目的是改善駕駛員的舒適度，減輕工作負荷。它包含防抱死制動系統(tǒng)(ABS)、牽引力控制裝置(TCS)及強化車輛穩(wěn)定性系統(tǒng)(VSE)于一體。駕駛員即使沒有踩下制動踏板，ACC也會自動完成制動。

自適應巡航控制系統(tǒng)(ACC)是一種智能化的自動控制系統(tǒng)，主要由雷達傳感器、方向角傳感器、輪速傳感器、制動控制器、扭矩控制器和發(fā)動機控制器等組成。雷達傳感器安裝在散熱器的護柵內，可探測到汽車前方200米的距離;在前后輪轂上均裝有輪速傳感器，可測出車輛的行駛速度;方向角傳感器用以判斷車輛行駛的方向;發(fā)動機控制器和扭矩控制器用以探測和調整發(fā)動機接通和輸出扭矩，以提高發(fā)動機的動力性，并適時調整車輛的運行速度。各種控制器和傳感器均由車內計算機控制。

五、 電子導航系統(tǒng)

車載導航系統(tǒng)的GPS 導航功能突出，可以幫助駕駛員在錯綜復雜的城市交通道路網(wǎng)中及時迅速地到達目的地，運用多層引導式菜單方便地按地區(qū)、城市、設施功能分類選定目標，導航系統(tǒng)立刻測算出最短的行車路線，圖文并茂地展示在二維或三維電子地圖上。汽車一旦起動，代表實時位置的標志會自動沿著已設定的路線行進。當遇到前方道路堵車或意外情況需改變行車路線時，衛(wèi)星導航系統(tǒng)會自動復位，并于數(shù)秒后自動設置新的行車路線，重新恢復導航功能。

(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12顆)。根據(jù)三角學測量定位原理，測量3顆衛(wèi)星的距離就可以定位。

(2)GPS導航。汽車導航系統(tǒng)中的GPS信號接收器接收衛(wèi)星發(fā)送的信號，根據(jù)衛(wèi)星信號計算出地面接收機的當前位置。如果地面接收機同時收到4顆以上的衛(wèi)星信號，就能根據(jù)衛(wèi)星的精確位置及發(fā)送信號的時刻，通過計算求得當前地點的位置。汽車導航系統(tǒng)通過車輪轉速傳感器、地磁傳感器和偏航傳感器等三種傳感器獲取數(shù)據(jù)，確定汽車的速度和位置。

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

六、 遙控鑰匙

中控鎖的無線遙控功能是指不用把鑰匙鍵插入鎖孔中就可以遠距離開門和鎖門，其最大優(yōu)點是:不管白天黑夜，無須探明鎖孔，可以遠距離、方便地進行開鎖(開門)和閉鎖(鎖門)。遙控的基本原理是:從車主身邊發(fā)出微弱的電波，由汽車天線接收該電波信號，經電子控制器ECU識別信號代碼，再由該系統(tǒng)的執(zhí)行器執(zhí)行啟/閉鎖的動作。該系統(tǒng)主要由發(fā)射機和接收機兩大部分組成。

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

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

門鎖遙控系統(tǒng)通常由一個便攜式發(fā)射器機和一個車內接收機組成，從發(fā)射機發(fā)出的可識別信號由接收機接收并解碼，驅動門鎖打開或鎖止，其主要作用是方便駕駛員鎖門或開門。用戶可以通過設置門鎖遙控ECU的開鎖密碼實現(xiàn)對自己汽車的保護，并在出現(xiàn)非法打開車門時進行報警。目前許多系統(tǒng)大都采用無線電波或紅外線作為識別信號的傳授媒介，有持鑰匙型和整體型兩種。當中控鎖接收到正確的代碼信號，控制波接收電路就被觸發(fā)至接收時間加0.5s，然后再恢復到待機狀態(tài)。如輸入的代碼信號不符，將不能觸發(fā)接收電路。其在10min內有多于10個代碼信號輸入不符，該鎖就認為有人企圖竊車，于是停止接收任何信號，包括接收正確的代碼信號，遇到這種情況必須由車主用鑰匙機械地插入門鎖孔才能開啟車門。信號接收的恢復，通過鑰匙點火啟動以及把遙控門鎖系統(tǒng)主開關關掉再打開即可，如果用遙控機構把車門開鎖后30s內不開門，則車門將自動鎖上。

七、 防盜裝置

GPS衛(wèi)星定位汽車防盜系統(tǒng)屬于網(wǎng)絡式防盜器，它主要是靠鎖定點火或起動來達到防盜的目的，而同時還可通過GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)(或其他網(wǎng)絡系統(tǒng))，將報警信息和報警車輛所在位置無聲地傳送到報警中心。

遙控式汽車防盜器是隨著電子技術的進步而發(fā)展起來的，是市場上推廣普及最為廣泛的一種。它的特點是可靠方便，可帶振動偵測、門控保護及微波或紅外探頭等功能。隨著市場對防盜器的要求不斷提高，遙控式汽車防盜器還增加了許多方便使用的附加功能，如遙控中控門鎖、遙控送放冷暖風、遙控電動門窗及遙控開啟行李艙等功能。

同移動電話的工作原理相同，遙控式汽車防盜器的遙控器發(fā)射機與防盜主機系統(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)別各個防盜器的不同;另一方面，它又內含著防盜的功能指令資料(資料碼或指令碼)，負責開啟或關閉防盜器，控制完成防盜器的一切功能。

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(北京理工大學信息與電子學院01520602班)