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论文电子技术在汽车上的应用
郑州交通职业学院
毕业论文
论文题目:
电子技术在汽车上的应用
所属系别车辆工程系
专业班级09大专检测8班
姓 名xxx
学 号..............
指导教师.......
撰写日期2012年5月
摘要
当前，电子技术发展日新月异，汽车工业与电子工业的结合越来越紧密。
随着汽车工业与电子工业的迅速发展，在汽车上电子控制技术的应用越来越广泛。
而生活在21世纪下的我们也更加的体验到电子产品在汽车上的应用，这一现象标志着汽车行业走进了全新的时代。
随着以计算机技术、传感器技术、卫星定位和网络技术为基础的汽车信息系统技术日益发展，信息网络汽车呼之欲出。
智能网络汽车不仅仅是一种交通工具，而且能成为办公、通讯、娱乐的场所。
它综合现有的硬件与软件技术，包括卫星全球定位、无线通信、网络访问、语音识别、平面显示、夜视技术、人工神经网络和智能技术等技术。
本文通过对车辆电子导航系统，车载移动多媒体系统的介绍，指出信息技术带动了汽车工业日新月异，本文通过对车辆网络系统，通讯及导航系统，智能交通系统和移动多媒体系统的介绍，指出汽车与现代信息技术的有机结合适应了当今社会快节奏的生活方式，并强调了其智能化、网络化是信息社会发展必然的趋势。
关键词：
汽车GPS,自动导航，移动多媒体，智能化系统
Abstract
Atpresent,thedevelopmentofelectronictechnologychangerapidly,theautomobileindustryandtheelectronicsindustryismoreandmoreclose.Alongwiththeautomobileindustryandtherapiddevelopmentoftheelectronicsindustry,theautomotiveelectroniccontroltechnologyisappliedmoreandmorewidely.Whilelivinginthetwenty-firstCenturywehavemoreexperiencetoelectronicsinautomotiveapplications,thisphenomenonmarkedtheautoindustryenteredthenewera.
Alongwiththecomputertechnology,thesensorwithtechnology,satellitepositioningandnetworktechnologyasthefoundationofthecarinformationsystemtechnologydevelopment,informationnetworkcarbevividlyportrayed.Intelligentnetworkcarisnotonlyatraffictool,andcanbecomeoffice,communication,placeofentertainment.Itcomprehensiveexistinghardwareandsoftwaretechnologies,includingGPS,wirelesscommunication,networkaccess,speechrecognition,graphicdisplay,nighttoinspectatechnology,artificialneuralnetworkandintelligenttechnology,technology.Thisarticlethroughtothevehicleelectronicnavigationsystem,thecarcarriesmobilemultimediasystem,pointsoutthattheintroductionofinformationtechnologydrivethecarindustryisdevelopingrapidly,andthisarticlethroughtothevehiclesafetysystem,network,communicationandnavigationsystem,intelligenttransportationsystemandmobilemultimediasystem,andpointsoutthatthecarwiththeintroductionofmoderninformationtechnologytotheorganiccombinationofthequickpaceoflifeintoday'ssociety,andemphasizedthewayitsintelligent,networkinformationsocietyisdevelopmenttrend.
KeyWords：
AutomobileGPS,Automaticnavigation,Mobilemultimedia,Iintelligentsystem
4.2电子地图…………………………………………………………………………………………..5
1引言
今天的汽车工业可以构成一个由硅片编制的巨大网络，控制汽车的一切事物，从安全气囊到发动机的运转，从安全性能、燃油经济性到尾气排放控制等等。
当前，现代微处理技术不断发展和扩展，并与无线电通讯技术融合渗透，形成应用广泛的车载电子信息技术。
电子技术革命是现代技术革命的主要标志,其影响深远而广泛。
2电子信息技术与构成
所谓电子信息技术（InformationTechnology,简称IT），是主要用于管理和处理信息所采用的各种技术的总称，它主要是应用计算机科学和通信技术来设计、开发、安装和实施信息系统及应用软件，它也常被称为信息和通信技术（InformationandCommunicationsTechnology,ICT）。
主要包括传感技术、计算机技术和通信技术。
信息技术在汽车及交通领域中的应用，就是基于全球定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）、移动通讯网络以及国际网络运输控制协议（TCP/IP）等技术原理，在汽车及交通领域中轻松实现如数据传递、话音通讯、目标跟踪、自动报警以及驾乘者获取各种公众信息、实用信息服务的功能；同时可通过与110、120等系统和各类数据库相结合，实现更广泛的应用。
21世纪人类已进入信息社会，汽车也迈入了信息时代[1]。
3汽车电子导航系统
汽车导航系统是一种先进的仪器，加置于现有的音响系统上，能够侦测汽车在行驶途中的位置，协助驾驶者在陌生的道路环境中，通过电子地图与话音指南，准确地掌握前往目的地的路线。
导航系统之所以能够侦测到汽车现在的位置，有赖于全球定位系统（GPS）卫星与车辆自动导航系统。
其一般是有GPS天线，集成了显示屏幕和功能按键的主机，以及语音输出设备构成的。
受车内空间的限制，多数汽车导航设备和汽车音响集成在一起。
车辆自动导航系统的作用是根据GPS接收机提供的车辆当前位置和用户输入的车辆目的地、参照电子地图计算合适的行驶路线，并在行驶过程中以适当的方式提供必要的信息给驾驶员。
3.1GPS全球定位系统
GPS是英文GlobalPositioningSystem（全球定位系统）的缩写，它根据美国发射的24颗卫星提供的信号随时确定车辆当前的准确位置。
3.2GPS的构成
GPS全球定位系统是有空间卫星、地面监控和用户接收3部分组成。
3.2.1空间卫星
GPS卫星是根据美国国防部1973年批准的研制军用卫星导航系统的计划部署的，1978年第一颗GPS实验卫星成功发射，1989年第一颗GPS卫星于1933年6月23日部署完毕，由分布在6条离地面2万km、倾斜角为55度的地球准同步轨道上的24颗卫星组成。
每条轨道上有4颗卫星，每颗卫星464kg，直径1.5m。
GPS卫星每隔12小时围绕地球旋转一周，使地球上任一地点能够同时接收7—9颗卫星的信号[10]，如图3-1所示。
GPS卫星发射信号包括测距精码P码，测距粗码C/A码和数据码。
图3-1GPS卫星示意图
3.2.2地面监控
地面共有监控地面共有1个主控站和5个监控站负责对卫星的监视、遥测、跟踪和监控[2]。
5个监控站分别设在美国本土和三大洋的军事基地上，保证了全球GPS定轨的精度要求。
它们负责对每颗卫星进行观测，并向主控站提供观测数据。
位于科罗拉多的基地上的主控站收到信息后，计算出每颗卫星在每一时刻的精确位置，并通过3个注入站将它传送到卫星上去，卫星再将这些信息通过无线电波向地面发射。
3.2.3用户接收地面
GPS接收机（例如汽车导航系统中的GPS信号接收器）的功能是接收GPS卫星发送的信号，计算出地面接收机的当前位置[5]。
如果地面接收机同时收到4颗以上的卫星信号，就能根据卫星的精确位置及发送信号的时刻，按照下列公式以求得地面当前点的位置。
Spi=[（Xm-Xp）²+（Yai-Yp）²+（Zai-Zp）²]½＋c·ta＋c﹙Δtpr－Δtsv﹚
式中：
P-当前点，（Xp,Yp,Zp）为其坐标
ai-卫星，（Xai,Yai,Zai）为其坐标
c-光速
ta-传输中的附加延时
Δtpr,Δtai-钟差
Spi-伪距，即含有误差的P到ai的距离
3.3GPS的精度
GPS系统能同时提供军用和民用服务，其中精密定位服务（PPS）利用精码P码定位，精度达到10m，仅提供给美国及其盟国的军方和特批用户使用。
面向世界开放的是标准定位服务（SPS），精度约为100m。
GPS实验卫星应用阶段的多次实验已经表明，利用粗码（C/A码）定位的精度可达14m，利用P码定位精度可达3m，实际精度远远高于预计精度。
为了保证美国的国家利益，美国政府采用了SA（SelectiveAvaility,有选择可用性）策，把人为的误差引入到卫星时钟和卫星数据中，使利用C/A码进行定位的商用GPS接收机精度降低到100m。
[3]
由于GPS的广泛应用，目前仅美国就有数十万人员从事GPS产业，同时俄罗斯和欧洲也都在设计自己的卫星定位系统，行业竞争的压力以及相对和平的世界格局使美国政府于2000年5月宣布取消SA政策，使民用定位精度达到20m以内。
如果再引入差分GPS方法，可以使精度进一步提高到50m左右。
4汽车自动导航系统
汽车自动导航系统的作用是根据GPS接收机提供的车辆当前位置和用户输入的车辆目的地、参照电子地图计算的行驶路线，并在行驶中将信息提供给驾车者。
目前世界上应用较多的是自主导航，其主要特征是每套车载导航设备都自带电子地图，定位和导航功能全部由车载设备完成。
它的工作过程主要有以下步骤：
1、输入数据信息
出发前，车主将目的地输入到导航设备中，在系统显示的电子地图（如图4-1）上直接点击选取地点，或者是借助某种输入方法，将目的地名称输入到系统中。
根据输入设备的不同，可以有不同的地名输入方法，依靠按键或触摸屏可以实现几乎所有的操纵功能。
为了便利，目前人们也在开发语音识别技术的产品。
[7]
图4-1汽车导航示意图
2、显示电子地图
汽车导航系统中至关重要的一部分是存储在光盘或内置存储器（如硬盘）中的电子地图，电子地图中存储了一定范围内的地理、道路和交通管制信息，与地点对应存储了相关的经纬度信息。
汽车导航主机从GPS接收机得到经过计算确定的当前点经纬度，通过与电子地图数据的对比，就可以随时确定车辆当前所在的地点。
一般汽车导航系统将车辆当前位置默认为出发点，在用户输入了目的地之后，导航系统根据电子地图上存储的地图信息，就可以自动计算出一条最合适的推荐路线。
在有的系统中，用户还可以指定途中希望经过的途径点，或者指定一定的路线选择规则（如不允许经过高速公路、按照行驶路线最短的原则等）。
推荐的路线将以醒目的方式显示在屏幕上的地图中，同时屏幕上也时刻显示出车辆的当前位置，以提供参考。
如果行驶过程中车辆偏离了推荐的路线，系统会自动删除原有路线并以车辆当前点为出发点重新计算路线，并将修正后的路线作为新的推荐路线。
4.1输出设备
汽车自动导航系统的输出设备包括显示屏幕和语音输出设备。
显示屏幕一般是个100～150mm（4～6英寸）的液晶显示屏（如果需要手写识别作为输入，显示屏表面还有一张透明的触摸屏做保护），它的屏幕可以由几十万个点阵组成，全屏幕有30多万个像素，常用分辨率有640×480或774×435，可以支持高清晰度图像和DVD放像功能。
主要显示内容包括：
地图（包括相应的道路名称、公路编号、重要地点名称等）、车辆的当前位置、推荐路线等，根据用户的设定还可以显示附近的维修站、加油站、停车场及其他公共服务等信息，以方便用户需要。
汽车导航系统操作的简便性是设计者追求的目标，实际上这也涉及到一个安全的问题，因为驾车者不允许一边开车一边看电子地图。
因此，设计者都考虑针对汽车导航系统应用需求开发语音及语音识别技术，使用者通过语音代替按键操作发出指令，使导航系统完成相应的工作，导航系统通过语音代替图像文字，向驾车者发出信号或指令。
例如丰田威驰导航系统就是一种带有语音技术的导航系统，在转弯路口等地方可以用语音提示。
4.2电子地图
汽车导航系统的推广与应用关键是电子地图。
用户购买装备有导航系统的车辆时，还能得到一张刻录了电子地图的CD-ROM光盘。
用户在开启车辆导航系统之后,必须把这张CD-ROM插入导航设备的光盘驱动器中，系统需要道路信息时都会到CD-ROM上去获取。
例如丰田威驰DVD导航系统就是这样，它在副驾驶座下面有一个DVD驱动器，专门读取电子地图DVD光盘。
随着城乡建设及道路变化，电子地图光盘也会定期更换。
但是，就是最新版的电子地图也不能保证准确无误。
针对这种情况，汽车导航系统又需要增加一定的辅助支援系统。
目前在应用汽车导航系统比较广泛的地区（例如欧美和日本）,汽车公司或其他商业公司建立的呼叫中心或公共交通信息电台,通过GSM移动通讯形式发短消息或电台发送的最新的交通信息提供给汽车上的导航设备，可以对汽车上电子地图的信息随时进行修正。
我国对于地图的出版有严格的规定，对于电子地图也不例外。
因为它不同于一般的电子出版物，其标准性、政策性、保密性、技术性较强，是国家版图、行政区划界线的科学表达，因此电子地图一定要经国家测绘局审核后才能出版。
目前威驰轿车的DVD语音电子导航系统，也特别注明电子导航系统是“经国家测绘局的支持和批准”。
为了适应汽车自动导航设备需要根据行驶区域、路线、自动或人工改变地图比例尺的需求（即电子地图放大或缩小）。
所以，汽车导航系统所使用的地图必须是以向量方式记录的。
目前国内一些汽车运营企业安装的“汽车导航系统”，主要功能是调度与监测，与前面说明的汽车导航系统不同，这些系统中的车辆上除GPS天线和接收机外，并不需要车辆自主导航设备（包括电子地图），车辆通过车载通讯设备和公司保持联系。
因为这类系统的导航过程其实是人工完成，因此还不能算是汽车自动导系统[8]。
5移动多媒体系统
5.1移动多媒体系统的简介
汽车革命最重要的内容之一，就是实现汽车与互联网的连接。
没有人能够预测最后的结果会是什么样子。
也许是在车的后座上，就是孩子们的一种信息娱乐中心。
或者是在前面父母坐的地方，一边眼睛看着前面的道路，一边把电子邮箱大声读出来。
也许两者都有21世纪的汽车将拥有一种移动的多媒体。
随着汽车工业的发展，其车载的媒体播液产品也日薪月异。
车载的播放系统主要经历了汽车音响系统、车载磁带机、车裁CD机、车载VCD播放机、DVD处理器等。
而这些传统硬件多媒体系统功能单一，更新升级困难，难以满足用户追求舒适、完备的驾乘需求。
与此同时，汽车工业与消费电子的不断成熟与发展，催生了车载移动多媒体系统市场的不断壮大，车载电脑应运而生，并可能成为今后车载移动多媒体系统（以下称车载系统）的主流硬件平台。
而本文设计的车载多媒体播放软件，与之搭配，可以提供对更多媒体格式的支持秘更加强大的扩展功能，成为以上传统车载播放系统之“集大成者”。
免了因安装过多的播放系统而引起的严重占用硬盘空间，而且叮以更新、增加或减少功能更实用，全面适合车裁电脑的使用，更加完善了车载电脑的功能[6]。
运用移动多媒体技术可开发出过去无法想象的汽车娱乐系统，这种音响——图像技术包括全彩屏幕、游戏设备、DVD播放机、电源、CD机、录像机、DVD机和放唱机等。
移动多媒体技术还体现在智能无线产品、远程通讯设备和信息处理产品等方面，其中包括提供语音识别系统。
该系统支持多种语言，使驾驶者不用手动操作娱乐系统，从而腾出双手控制转向盘。
它还能将Internet的功能集成到车辆中，使人在车上就可以上网浏览、收发邮件和进行股票交易，同时采用“即插即用”的方式使汽车消费者可以方便快捷地更换他们的多媒体产品，享受更丰富的全新服务。
5.2车载移动多媒体的构成、安全性、容易性
车载系统的主要硬件组成部分疑车载电脑、显示屏、音频功放、音箱和电源。
其系统框图如图5-1所示：
图5-1车载系统框
其中粗线的部分为汽车的电力系统，是车载系统电力的来源；车载机箱、主板等体积小，耗能低，是专门为配合车载系统设计的；车载电脑的硬盘一般都采用大容量CF卡或者其他存储卡作为存储媒介，理由是这种媒介抗震性能好；操作系统主要是移动版操作系统，如果使用的是笔记本硬盘也可以安装windowsXP等操作系统；音频功放输出声道数根据具体的音频功放而定，这也为车载系统在价格上提供了伸缩的空间。
可见，车载系统配件选购方便灵活，组装拼接灵简单、而与之配套的多媒体播放系统，即本设计是使用软件来实现岁多媒体的播放的，所以也为系统以后对新生媒体格式支持提供了极大的便利。
5.2.1综合的信息系统和高度安全性能
汽车多媒体已经不再局限为音视频系统，而是一个移动的多媒体终端，一部移动的汽车PC（AutoPC）。
它超越了时空的界限，可以在车内娱乐和网络通讯，与外界保持紧密的联系，尤其在ITS中的应用，汽车多媒体系统必将成为一个综合的移动信息终端，安全性能得到实时的保证。
5.2.2系统操作的容易性
汽车多媒体的的功能越来越多，操作也变得越来越复杂。
操作方式从传统的按键到现在的触摸屏，从SWC和电话免提到语音识别。
就像银行取款机被广大用户所接受一样，如何能够让最终用户不需要研究使用说明书就能进行容易的操作，成为汽车多媒体产品在HMI开发的重点[4]。
5.3集视听娱乐、通讯、GPS导航定位为一体的车载系统
随着GPS走入消费性应用，众多厂家积极跨入汽车导航市场，各种导航产品应运而生，尤其是移动通讯技术（GSM,GPRS,3G等）和GPS定位系统的完成，使汽车娱乐系统跨进了信息化社会的行列，如图5-2所示。
图5-2娱乐、GPS、操作于一体的工作台示意图
在导航产品方面，现在主要集中在自主导航导航功能，地图主要为两维地图，随着GIS数据的完善和市场的需求，三维地图逐渐成为市场的主流。
在运营服务方面，现在还是主要应用在交通调度，公安，出租车监控管理和物流配送等方面。
未来的导航产品，其功能将得到更大的拓展，运营服务将是市场的主流。
车载部分将是一个移动终端，各种不同的服务商联合为广大用户提供更为简便，信息丰富，娱乐性强的服务载体。
随着因特网、卫星通信和无线电技术的日益发展，人类将迎来在汽车内与外界自由交换文字、声音和图像资料的时代。
一些汽车生产厂家已经开始提供汽车通信服务，主要是在汽车出现故障或发生事故时予以指导和帮助。
实际上，将汽车视为“移动的多媒体屋”的竞争已日益激烈。
汽车音响系统的主流已由CD和MD为代表的数码信号源所取代，磁带机的销售量已日益减少；利用高科技手段使乘员在车内可以办公、娱乐、并对驾驶者给予路线状况、车辆状况和安全方面的提示。
因此，汽车多媒体系统将向综合功能、高品质的方向发展。
6电子信息技术在汽车应用的现状与发展趋势
在以电子信息技术为代表的高新技术迅速发展的今天，以信息化带动传统产业的改造和升级已显得尤为重要。
随着我国加入WTO和汽车产品关税的逐步下调，汽车市场的开放性和竞争性会越来越强。
提高整个汽车产业的生产效率，降低原材料的采购成本及产品生产、销售成本就成为当务之急。
本文希望通过探讨如何提高汽车行业和汽车企业的信息化水平，达到提高汽车行业整体竞争力的目的。
全球汽车行业最主要的发展趋势就是倾向于发展高效燃料、低碳排放量的发动机。
目前有许多选择方案。
其一就是先进的柴油发动机和电子控制系统，在公路驾驶时，其燃料经济性比汽油发动机提高30%~40%。
其二就是电动动力系统或混合动力汽车（HEVS）动力汽车技术应用有许多结构，但都涉及一个小型电池组、一个电子控制器及一个可以使汽车发动机在停车时自动关闭并在发动机自动重启前对汽车进行再次电动加速的电动机。
混合动力汽车系统可以提高汽车的燃油经济性达30%~40%，并降低碳排放达60%。
纯电动汽车的研发工作仍在继续，而且范围已拓展至电动汽车或插入式混合动力汽车。
这些汽车采用更大的电池组，可以在纯电动驱动的情况下，行驶更长的距离。
最后，供应商和汽车制造商还正在开发汽缸压力传感和均质充量压燃燃烧（HCCI）统，以在经济性和汽油发动机排放方面取得更大的进展。
所有这些动力系统的创新技术都将在未来的5~15年里为全世界的汽车增加大量电子内容。
[11]
汽车电子发展的第二大趋势是安全性。
市场对于能够保证驾驶更加安全的技术和产品有着庞大的需求。
我们已经在被动安全技术取得了重大的进展——即在汽车发生碰撞时为驾驶者和乘客提供保护的技术和产品，如碰撞传感器、气囊、安全带、随动转向结构、以及金属板冲撞区等产品和技术已经在汽车碰撞事故中挽救了许多人的生命，并减少了人员伤害。
但是，最新的发展方向是主动安全性，通过采用雷达、光学和超声波传感器等技术，测量汽车与周围物体的距离和接近物体时的速度。
该数据可用于提醒驾驶者控制汽车的驾驶速度，避免可能发生的碰撞事件。
该信息还可用于控制制动器或转向系统，以自动避免碰撞。
该碰撞避免系统可以降低全球事故率以及汽车事故的昂贵成本。
基础薄弱起步较晚相对于国外同行来说，我国汽车工业的信息化总体应用水平还相当低，尤其是企业间的数据交换，企业集团内部位于不同地理位置上的分公司之间的信息交流，企业之间的数据确认等等。
除了极少数企业应用了EDI系统，更多的则还是以传真加电话的方式进行联系和沟通，数据交换、商业合同等多以书面或其他介质为主，同时辅以E-mail进行。
企业之间设计信息的传送更多地仍以最原始的图纸传送方式为主，配备CAD系统的企业则以数据磁带的方式进行传递，只有少量的信息借助互联网进行传送。
这种状况要求我们必须尽快提升整个汽车工业企业的信息化水平，总结国外汽车工业企业的发展历程，少走弯路，在提升整个行业信息化水平的过程中充分采用跨跃式发展的思路。
当然，我们也欣喜地看到，近年来我国汽车工业的信息化水平已经有了长足的发展和进步，整个汽车工业企业中有超过20％的企业已经拥有自己的主页，少部分已经建成了非常完善的企业信息网络系统，取得了相当大的成绩。
同时，还有相当多的企业主页和企业信息管理系统正在规划和建设之中，企业的领导们
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