车载信息系统平台（精选5篇）
车载信息系统平台 第1篇
智能交通系统 (ITS) 就是将先进的信息技术、数据通信技术、电子控制技术以及计算机技术等有效地综合运用于整个交通管理体系和车辆上而建立起来的一种大范围、全方位发挥作用的实时、准确、高效的运输系统[1]。智能交通极大的促动了车载信息系统的发展。
早期的智能交通系统并没有通过车载信息系统来直接管理车辆, 如60年代早期美国的高速公路监督与控制系统 (Freeway Surveillance and Control System, FSCS) 、城市交通控制系统 (Urban Traffic Control System, UTCS, ) 等[2]。
80年代各国的智能交通系统中开始有车载信息装置相关的研究出现。1986年美国发起的高速公路先进技术项目 (Program on advanced Technologies for the Highway, PATH) 是一个综合性的ITS项目, 其中就包含了车载自主导航技术的研究。1987年, 日本的警察厅 (National Police Agency) 建立的的车辆交通信息和控制系统 (Advanced Mobile Traffic Information & ommunication System, AMTICS) 已经能把交通信息实时发送给车辆自主导航器了。
90年代以后, 在发达国家的智能交通系统中, 车载信息设备发展相当快。日本智能交通系统分为9个子系统, 其中前三个就涉及大量的车载信息终端, 它们是先进的导航系统、电子收费系统、辅助安全驾驶系统。95年开始筹建的车辆信息及控制系统 (VehicleInformation and Control System, VICS) 是日本政府重点支持的智能交通系统计划。该系统主要基于路边的传感器把交通状况发送到IVCS中心, 每个车载终端接受IVCS中心加工整理后的交通信息, 并且不同的车载信息设备可以以不同的方式来显示交通信息。美国的智能交通研究会 (ITS America) 专门列出先进的驾驶员信息子系统, 进行研究。
中国智能交通发展起步相对较晚, 国内不少学者对智能交通系统中汽车技术进行了深入地研究。
2 车载信息系统的历史及发展方向
随着电子、计算计、通信等技术的不断进步, 车载信息系统的发展也经历了从低级到高级的三个不同的阶段。
2.1 车载信息装置
第一代车载信息系统只有简单的装置。1930年高尔文高尔文制造公司生产出第一台汽车收音机, 这是最早的车载信息装置之一, 该装置曾在第二次世界大战中发挥了巨大的作用。类似这种车载信息装置包括车载电话, 行车记录仪等等, 他们是车载信息系统的雏形。这类特点是车载装置的特点是:
(1) 功能单一。即一种装置往往面向一个应用服务, 比如行车记录仪只负责车辆行驶状态的记录。车载信息装置都是按照不同的应用而作成独立的部件。
(2) 结构简单。传感器-控制器-执行器模式的结构。同时受到控制器性能的限制, 第一代车载信息装置处理的信息也是极为有限的。
(3) 依赖外部数据。由于受到自身存储容量的限制, 第一代车载信息装置工作的时候往往严重依赖外部的数据。
(4) 软硬件不分离。第一代车载信息装置的设计思想是完全面向服务的。特定的应用对应特定的硬件结构, 特定的硬件结构对应特定的软件, 软件往往固化在硬件设备当中。软硬件不分离的设计体系使得硬件设备没有重用性, 系统功能无法扩展。
2.2 车载自主导航系统
第二代车载信息系统是以车载自主导航器的形式出现的。1984年, 美国的Etak公司首先公布了一个名为NavigatiorTM的第一台商业车载自主导航器, 采用惯性定位和电子地图匹配技术, 标志着车载自主导航为主体的车载信息系统的诞生。
第二代车载信息系统另外的一大特点是结合车载娱乐设备。基于DVD/VCD/DV、硬盘的数字存储设备, 集成了数字音响, 收音机, 电视机等多媒体设备。
除了以触摸屏和按键为主要人机界面外, 还支持语音识别。车载自主导航主要利用电子地图结合GPS及陀螺仪等惯性导航设备, 为驾驶员提供车辆定位、最佳行驶路线选择、行车导航以及地理位置查询、偏航路线纠正等功能。
第二代车载信息系统其主要的研究问题包括:
(1) 适合于导航和路径引导的电子地图生成、管理和维护。60年代末, 美国统计署的GBF/DIME项目是地理信息数字化最早的研究。1986年欧洲博士和飞利浦公司在MEMETER项目中开始了欧洲数字地图的标准化研究工作, 1987年日本成立了数字地图协会JDMRA (Japan Digital Road Map Association) , 负责协调全日本各个单位的数字地图研究工作。国内不少学者对于适用于导航的电子地图也进行了充分的研究, 提出了各种高效的路网模型。
(2) 地图匹配和路径查找。地图匹配是利用车辆的定位信息找到车辆在电子地图上的道路位置。路径查找是解决从出发点到目的地的最优路径选择问题。
(3) 组合导航。利用陀螺、电子罗盘等冗余传感器, 结合GPS对汽车进行定位。主要的思想是基于信息融合的算法设计, 对车辆的位置进行精确的估计, 并提高定位系统的抗干扰、防故障能力。70年代Neal.A.Carlson提出的联合卡尔曼滤波算法是解决组合导航问题的基本方法。国内很多学者提出各种改进的计算方法, 对于解决组合导航问题也取得了很好的效果。
2.3 车载信息综合平台
随着智能交通的发展和汽车技术的进步, 车载信息系统所使用的技术和设备也越来越多。第三代车载信息系统以车载微机算机为平台, 集成各种功能。第三代车载信息系统呈现出如下特点:
(1) 平台化趋势。车载信息系统的平台化包括两个部分, 硬件平台化和软件平台化, 见图3。硬件平台化体现为车载微计算机的广泛使用, 它为上层的服务提供一个完整的物理设备支持, 这样的系统平台使得:①车载信息系统的数据来源更广;②数据存储需容量更大;③计算能力更加强大。软件的平台化重在向应用服务运行提供公用的软件平台, 增加代码的可移植性。嵌入式操作系统已经被越来越多的应用于汽车电子控制单元中, 欧洲汽车工业界开发的分布式实时系统标准OSEK/VDX, 极大的推动了车载嵌入式操作系统的开发。同时, 微软和IBM等IT行业巨头的介入也会推动车载信息系统的平台化趋势。
(2) 信息化趋势。第二代信息系统通过光盘或CF卡等为驾驶员提供静态的, 第三代车载信息系统更加注重与外界的交互, 因此各种通讯接口越来越多。随着汽车对安全性能要求不断的提高, 车载网络在传统的CAN和LIN总线基础上出现高速率、高容错性的更新换代趋势, T-CAN、FTTCAN、TTP/C、BYTEFLIGHT、FlexRay都是基于时间触发的控制器网络总线标准, 传输速率高达1MBPS以上。MOST总线 (Multimedia Oriented Support Tech.) 是由戴姆勒-奔驰 (现在叫戴姆勒克莱斯勒) 开发的一种面向多媒体数据传输的数据总线, 它重量轻, 结实, 安装方便, 传输速率高达45M/bps。IDB-1394是一个基于IEEE1394B数据格式的协议, 它使得计算机和外围之间的数据传输达到400M/bps。因此各种车载总线正在越来越多的被集成到车载信息系统上, 见表1。
车内外无线通讯技术也被大量集成到第三代车载信息系统中去。进行车-车、车-人、车-路之间的通讯。这类技术诸如短距离无线通讯的蓝牙技术, 第三代数字蜂窝移动通讯, 卫星通讯, 专用短程无线通信等。利用蓝牙技术构建无线局域网络, 然后再与车外进行信息交互。模拟蜂窝移动通讯系统到90年代末被数字蜂窝通信系统占据取代地位, 通信容量成指数增长, 车载信息系统将广泛采用蜂窝电话进行数据交换。
(3) 软硬件分离设计趋势。硬件与软件 (应用服务) 的分离设计思想, 使得硬件开发与软件开发相对独立。而硬件的独立设计更有助于标准化、模块化生产;软件的独立开发大大提高了车载信息系统功能的多样性 (不受限于硬件设备) , 硬件的共享性和开发的柔性, 同时有助于个性化的车载信息系统服务, 具有柔性结构的车载信息系统平台。其底层的硬件设备集了成英特网、无线通信、车载网络 (各种车辆总线) 等各种通信接口, 在嵌入式操作系统的基础上独立于硬件开发应用层模块, 最后使用统一的人机界面。
软硬件的分离使得越来越多的车载信息服务被集成进来。利用车载网络, 把车载电控单元纳入车载信息系统的管理范围, 使车载信息系统成为车载电子设备的管理中心。车辆安全信息服务, 是各个汽车生产商视为最重要的汽车质量指标之一。Onstar是美国通用汽车公司的车载信息系统, 它主要的功能除了动态导航之外, 就是进行远程故障诊断与维修服务。远程故障诊断是为了克服现在的汽车故障诊断与日常维护的不足之处。故障中心能在汽车驾驶的过程中对它进行检测, 以达到汽车行驶安全和驾驶员维修方便之间的最优化。OnStar还提供远程求救服务 (SOS) 、远程自动车锁、远程安全气囊监督、远程车辆定位 (防盗) 等安全保障相关的服务, 福特、宝马、大众等多少汽车公司, 均已开始类似应用的研究。
远程信息服务系统 (Telematics) 是继车载自主导航、车辆安全信息服务之后车载信息系统又一个集成的主要内容。远程信息服务系统的主要思想就是利用无线通讯技术, 连接英特网 (Internet) , 并强化车载娱乐服务。通过无线通信连接英特网, 把办公室中的“办公环境” 搬入汽车, 使得汽车变成一台超级移动的PC, 移动办公将会是真正的“移动办公”。同时基于多媒体总线把车载娱乐服务扩展到后座的乘客。表2列举了各个公司正在开发的第三代车载信息系统。第三代车载信息系统是真正的人-车-路的通信中枢。
3 第三代车载信息系统的研究的核心问题
(1) 车载信息系统集成和评价方法。
随着车载信息系统的功能的增多, 车载信息系统所使用的技术和设备也越来越多。除了组合导航的传感器外, 各种与车载网络的接口、无线网络接口、车-车、车-路之间的通讯设备必须高效的协调工作。车载信息系统越来越复杂, 衡量其性能的指标是多样的, 如何建立起一套比较合理的评价方法是车载信息系统研究的重要问题。
(2) 驾驶员模型与人机界面。
驾驶员模型和人机界面涉及到心理学和人类认知学的课题。车载信息系统将极大的改变传统的驾驶员驾驶模型。驾驶员模型所研究的内容包括驾驶员在驾驶汽车的过程中对各种信息的需求, 对特定的信息系统的反应行为特性等。如何通过图形化、语音/声控化甚至触觉等人机界技术使驾驶员迅速感知车况和路况, 形成安全、轻松的驾驶模式, 是信息系统人机界面的设计目标。
(3) 信息管理算法。
信息管理算法包括信息在车载网络上传递的路径、传播方式、信息流的控制、信息表现形式的变换、各层网络的协议规约等。另外, 在提供给驾驶员必要的信息基础上, 如何尽少的分散驾驶员的注意力。车载信息系统除了导航信息、交通信息之外, 比如各种车辆自动付费信息、车辆维修保养信息;还有各种控制单元比如发动机、变速箱、防抱死系统的故障信息等等, 以什么样的方式、如何处理这些信息是值得研究的。
4 结束语
车载信息系统从诞生发展到现在, 蓬勃发展, 经历了从功能单一的简单装置到车载微机大量使用的平台化系统。车载计算机的使用不仅使得车载信息系统功能更加强大, 而且使其面临的问题越来越多, 设计方法越来越复杂。
车载信息系统由于在车载微型计算机上取得的突破而最有可能成为整车控制系统必不可少的控制核心单元。
参考文献
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[11]Ramjee Prasad;Werner Mohr;Walter Konhauer·Third Generation Mobile Communication Systems·12001·
车载信息系统平台 第2篇
正伟短信/GPRS无线LED一体控制卡应用文档
GPRS远程无线车载LED信息发布系统方案
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正伟短信/GPRS无线LED一体控制卡应用文档 GPRS远程无线车载LED信息发布系统方案
一、短信/GPRS无线LED一体控制卡概述
由于传统的LED 显示屏的信息输入只能通过数据线与电脑直接连接来进行, 因此对于传统LED显示屏来说不能满足远程信息实时发布的需要，因而不能构建大规模的联网式信息发布系统。基于此我司研究出短信/GPRS无线LED一体控制卡，基于短信/GPRS无线网络技术，提供通用LED 通信控制接口，实现对LED 显示屏的大规模的组网。无论是普通的文字条屏，还是大屏幕的图文屏，只要接上无线LED一体控制卡，就能马上打破传统LED显示屏的限制，成为能够大规模联网的无线LED信息显示屏。无线LED 信息显示屏是一种全新的信息媒体，一经面世，便被广泛的社会团体所接受，其“流动”显示和联网信息发布的特点更为广告界所推崇，成为一种全新的广告媒体。无论LED 显示屏放在何处，LED 显示屏的数量多少，系统的主控中心都能将信息准确、即时的发布到指定的某个或多个或全部的LED 显示屏上。无线LED一体控制卡能够极大的增强LED 显示屏作为信息显示载体发布信息的灵活性和实时性，为拓展LED 显示屏的应用发挥极大的功效。
短信/GPRS无线LED一体控制卡具备有线控制卡的显示功能，通过手机或者能上网的电脑给LED显示屏无线发送内容，傻瓜式的操作，广泛应用于各种门头屏，车载屏，气象屏等等LED单双色显示屏，受到用户广泛欢迎，有线控制卡的价位，无线的功能，省却布线和人工成本，傻瓜式的操作，省却培训和售后技术支持成本
二、网络拓扑结构
无线LED信息发布系统由LED显示屏、LED显示控制器（短信/GPRS无线LED一体控制卡）、和无线LED信息发布中心平台几个部分组成。控制中心通过LED显示信息发布软件，以GPRS 网络为数据传输载体，以无线数据传输单元和LED 显示控制器为LED 显示屏的接入终端，实现由控制中心远程向远程的无线LED显示设备发送图文信息。
无线传输LED显示屏应用示意图：
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系统组成及各部分特点：
A）：显示系统: 1．短信/GPRS无线LED一体控制卡
采用双MCU，一个只负责数据的处理。一个负责显示，这样大大的减少了显示MCU的开销，使此控制系统具备了很高的显示质量。
GPRS是通用分组无线业务(General Packet Radio Service)的英文简称，是在现有GSM系统上发展出来的一种新的承载业务，目的是为GSM用户提供分组形式的数据业务。GPRS理论带宽可达171.2Kbit/s，实际应用带宽大约在40～100Kbit/s，在此信道上提供TCP/IP连接，可以用于INTERNET连接、数据传输等应用。短信/GPRS无线LED一体控制卡是我司针对LED显示屏设计的一款内嵌TCP/IP协议栈的LED一体控制卡，采用工业级的芯片。为用户提供一种新的控制卡。产品特点
* 标准工业级产品，满足工业标准，可用于恶劣工业现场环境； * 使用方便、灵活、可靠，多重技术保障产品高度稳定； * 支持双频GSM/GPRS 900M 1800M； * 内嵌TCP/IP协议，支持TCP协议； * 永远在线;* 可实现点对点，点对多点等灵活的组网方式；
* 短信/GPRS的远程控制功能，可用短信/GPRS进行信息发布； * 支持永远在线模式，断线自动重拨；
* LED显示屏接口：2个08接口，4个12接口 ； * DC5V，2000mA供电，具有节能模式；
* 内置看门狗，随时监控运行状态，保证产品稳定可靠的运行； * 抗干扰设计，适合电磁环境恶劣的应用需求
2．显示屏体
显示屏体由各系统集成商自行采购
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显示屏体主要由显示单元板（包括显示驱动电路板）、电源和框架等组成。单元板是由LED模块组成的显示单元。LED模块内植有发光二极管管芯 1.车租车车内屏
显示面积：9.6cm*76.8cm
外框尺寸：13.5cm*80cm 出租车车顶屏
显示面积：9.6cm*76.8cm
外框尺寸：15cm*85cm
1、灯点
（1）使用超高亮度LED发光管，能充分保证显示屏的亮度，及整屏的均匀性。
2、外壳
（1）有多种专门为出租车及公交车设计的外壳。
(2)采用模组背开式，除灯点以外，可完全由背部维修。
B）：控制中心及客户端信息管理及发布软件
整个软件系统采用BS+CS架构设计，系统运行于互联网上。整个软件系统分为以下几部分：客户端管理软件、运营中心管理软件、中心数据库服务软件、GPRS中心服务软件及GPRS终端软件。
整个系统数据处于中心服务器上，用户端安装用户服务软件，用户通过用户帐号+密码访问登陆系统并从中心服务器上检索、建立、修改数据。通过对不同的用户设置不同的权限，来完成用户的管理。各用户所要发布的信息通过InterNet网络上传到服务中心，由中心完成数据校验、审核工作，然后把有效信息通过网络分发给各地方的显示屏上。中心监控人员可以通过中心数据库监控各用户端所发
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布的信息。
软件体系结构为三层体系结构，整个系统划分为多个层次，所有数据交换基于Web Services服务完成，服务进行了加密处理，只有取得了密钥及有相应的权限的用户才能登陆到系统，完成数据的交互。这样可以提高整个系统的安全性。系统把界面层、业务逻辑层、数据层分开设计，每两层间均有加密控制，以提高数据安全性。
三、GPRS无线LED系统特点：
（1）实时远程发布：传统LED显示屏只能固定地显示所控制器内存储的信息，如需发布新的信息只能通过电脑联机来更新信息。无线LED显示屏可以随时接收信息中心下发的信息。
（2）不受距离限制：传统电子显示屏只能在短距离内使用，一般只有数十米，无线LED显示屏只要无线GPRS网络覆盖的地方都可以使用，不受距离和位置的限制。
（3）组网规模大：传统LED显示屏的内容由电脑通过串口数据线发送，显示屏数量在规模上受到限制。无线LED信息发布系统通过GPRS无线网络来发送信息，采用TCP网络传输协议，终端联网数量不受限制可以多达上万个。
（4）安装简单方便实用：不用麻烦的有线工程施工，安装位置可灵活选择。（5）远程维护功能，可用网络或短信远程对产品进行监控，便于维护和检修。
（6）．先进性：充分利用计算机互联网络、移动无线通信系统、LED显示控制等先进技术，设计具有国内先进的无线LED信息发布系统。采用目前先进的系统软件平台及终端设备，不但能够无线LED信息联网发布需要，而且能够支持相关各个行业内部具体业务需要。
（7）可靠性：本系统的可靠性主要体现在三个方面：一是中心系统的可靠性，操作系统、数据库、中心服务系统等软件平台的可靠性；二是无线LED控制卡的可靠性，硬件故障率低，可以设置心跳包和短信远程重联机制。三是通信机制可靠，依托移动或联通GSM网络，数据传输高效可靠。
（8）扩展性：系统要有良好的扩展性，当终端数量增加、使用用户范围扩大、系统功能增加时，能够平稳升级，支持现有的各类无线通信接入，GSM系统，GPRS系统，并实现了这些系统的并网运行，今后通过开发和安装相应的通信接口协议即可实现其他未来通信系统的接入。
（9）实用性：整个系统的操作以方便、简洁、高效为目标，既充分体现快速反应的特点，又能便于操作人员进行信息处理和发布，便于管理层及时了解各项统计信息。
（10）保密性：对于系统的管理实行严格的权限管理，只有持有一定权限的密钥才能访问、监控、实施相应的管理、控制操作，确保系统安全可靠。
四、软件系统主要功能：
1．系统无限大支持无线LED显示屏数； 2．通信体制支持：短信/GPRS通信方式； 3．系统软件采用C/S结构或者B/S结构；
4.登录管理，用户权限管理，可定义不同的操作用户有不同的操作权限，实现用户分级管理； 5．支持LED显示屏设备信息管理功能，可实现分组管理；
6.支持栏目管理，可设置不同的栏目； 7.信息编辑：可灵活编辑信息播放方式，播放时间，信息有效期，可编辑字库及点阵文字信息及图片信息； 8．支持信息实时发送、定时发送、单发，群发，分组发送等；
9．强大的查询功能，可对用户、信息、设备、栏目、工作日志等等进行查询； 10．强大的显示屏控制功能，可校时、开关屏、亮度控制、同步控制等；
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五、系统应用
作为一种新的信息发布载体，无线LED信息发布系统具有广阔的市场和用途，主要应用如下：
小区楼院：将无线LED显示屏安装在小区、楼宇、院子入口处，作为小区信息公告牌，方便物业和居民发布物业通知、公益资讯、小区公告、气象信息、安全知识、交通提示、社区信息等，有助于社区信息的整合与传播，净化社区环境，提升社区形象；
政府部门：将无线LED显示屏安装在政府部门的办事大厅，作为政务公示栏，用来发布政府政策、公告公示、民意调查、应急通知、预警提示、气象信息、法规宣传等；无线LED显示屏可以成为气象、安全、交通、水利、消防、民政、公安、城管等行业部门信息发布与预警系统的标准终端。
门店超市：将无线LED显示屏安装在商店门头、超市入口、大厅、货架处，用于发布导购提示、供求信息、价格行情、促销打折、新品推介、商家推荐、客户问候等，是商家引导顾客的媒体和信息传播的窗口，有助于吸引消费者，促进商家信息的传播。
交通车站：将无线LED显示屏安装在车站候车室、收费站、站台中作为电子公告屏，用于发布公交信息、天气预报、各类广告、即时新闻、交通路况、票务情况、临时通知等；
交通车辆：将无线LED显示屏安装在公交车辆、城市出租车、地铁车辆和铁路列车上，用于发布城市新闻、天气预报、交通路况、商业信息等；
广告传媒：将无线LED显示屏可嵌入到广告灯箱、户外广告、招牌门牌、路牌中用于发布即时广告和信息，可以有效提升整体广告效果，扩大广告受众率。
农业农村：将无线LED显示屏安装到各村、镇重要场所，作为农村供求信息栏，用于发布农业科技、农业政策、应急广播、市场信息、供求信息、气候信息、病害防治等；
宾馆酒店：选用带有牌价栏的无线LED显示屏安装在前台、大厅等处，用于发布房价信息、公告通知、气象预告、消费指南、欢迎语等；
学校医院:将无线信箱作为电子公告栏，用于发布服务指南、收费公示、预防提醒、会议通知、学术活动、供求信息等。
六、公司简介
上海正伟数字技术有限公司（Shanghai Zhengwei Digital Technology Co., Ltd.）注册于上海高新技术开发区，是上海市科委审定的科技企业。公司专注于嵌入式系统领域的技术创新和产品开发，专业提供嵌入式网络领域、无线网络领域和嵌入式计算系统领域的软硬件产品及技术服务。
正伟拥有专业的研发技术人员和优秀的营销团队，并具有从专科到博士不同学历的良好人才结构。公司与众多系统集成商、学校政府研究所在器件供货、产品经销、技术创新等方面形成了良好的合作伙伴关系。正伟在嵌入式控制、2G-4G（GPRS/CDMA/EVDO/HSDPA）无线通信、GPS卫星定位及嵌入式软件开发等技术领域拥有核心技术，并提供了一系列高品质的产品。
“无线技术 引领未来”,正伟从2003年初开始敏锐的意识到GPRS/CDMA等无线技术是市场和技术发展的大趋势，无线网络将不可避免地渗透到人与人，人与机器，机器与机器通信的每一个角落，无线技术所带来的信息流通及随之而来的系统决策科学化，决策高速化，及系统自我决策化将极大的影响人们的生活，正伟积极的投入了这个过程，立志将无线网络应用到每一个角落，提出了“网络天下，沟通世界”的宏伟目标！
数年来精益求精，兢兢业业，上海正伟成功的把无线产品应用到长城内外大江南北，以及台湾、澳大利亚、南非等国内外数十个行业，并获得一致好评。
我们获得了国家创新基金支持，参与了上海市河流污水处理，上海灾害天气预警系统，上海浦东市政宣传系统，上海松江精神文明宣传系统，上海静安景观灯控制系统，上海高架情报板系统，上海停车信息发布系统，上海徐汇交通指示系统，药监局药品快速反应系统，新疆农业信息发布系统，内蒙电力监控系统，云南气象信息系统，安徽车载信息系统。。等等。部分产品项目得到了上海晨报和中央电视台CCTV的广泛报道，我们与上海海事大学在港口管理物流信息决策等领域达成技术合作和人才培养。
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凭借其技术、人才、管理优势，本着“踏实创新，追求卓越”的企业精神，正伟数字锐意进取，勇于创新，力争成为嵌入式网络领域和无线通信领域领先的设备提供商和服务提供商。“正人正事，伟心伟业”是公司永恒的信念和追求。客户应用短信/GPRS无线LED一体控制卡项目图片：
车载信息系统平台 第3篇
服务提供商系统之间的互操作性是形成产业链,提高整体竞争力的关键。而实现互操作性的一个最重要的途径就是基于开放标准的标准化。
运营商能力的提升需要标准体系的支撑。对于运营商而言,运营能力、资源整合的能力、开放的运营体系更加重要。在信息处理能力方面,运营商运营的是信息,要拥有掌握信息,挖掘信息的能力。同时还要拥有不断创新的能力,为车载信息服务用户提供有用的、及时的、持续更新的服务。车载信息服务平台可通过服务引擎与管理工具集,实现相关资源的动态快速发布,为用户提供按需供给、按量计价、便捷高效的资源与服务,通过合理的利益分配与协调机制,实现平台资源服务提供方、使用方、运营方、集成方等多方业务主体的自激励,支持平台运维构成要素的动态更新及可持续发展,但这些都是以通用的接口、灵活的架构为前提。建成一个标准化的软件平台,将会缩短新产品的研发时间和测试时间,从而帮助企业实现快速的市场反应。
车载信息系统平台 第4篇
关键词：电磁阀,虚拟仪器,静/动态特性测试,闭环特性测试,霍尔传感器
引言
汽车产业一直被列为国家的支柱产业。近年来, 国内汽车产业发展迅猛, 至2009年已突破年产1000万量的大关。汽车变速箱电磁阀为汽车自动变速箱或手自一体变速箱液压执行装置中的关键部件, 其作用是根据发动机和底盘传动系统的负载状况, 对油泵输出到各执行机构的油压加以控制, 以控制各离合器和制动器的结合与分离实现自动换档。
电磁阀综合特性测试的测试项目多, 测试系统复杂且要求高可靠性和柔性。国际上有较为先进的电磁阀检测设备, 可实现对各种型号电磁阀的高精度和高效率自动测试。不足之处是这类检测设备的价格昂贵且设备供应周期和后期维护都较困难[1]。基于实际汽车变速箱电磁阀测试需要, 研制一种基于虚拟仪器技术的电磁阀自动测试系统, 本系统以Labview平台为测试核心, 采用模块化的软硬件设计模式, 提高测试系统的开发效率, 增强系统的可扩展性, 大大降低实验成本, 从而加快电磁阀测试系统的研制开发速度, 是未来电磁阀测试系统的发展趋势[2,3]。
1 系统组成和工作原理
电磁阀自动测试系统可完成汽车变速箱流量电磁阀和压力电磁阀两种类型电磁阀多个试验项目的测试工作, 测试系统以Labview平台为控制及测试核心, 由计算机测试系统, 静/动态特性测试模块, 闭环特性测试模块, 传感器信号测试模块组成, 在软硬件配合下完成电磁阀静态, 动态和闭环特性测试功能。
计算机测试系统利用Labview强大的信号分析处理功能, 实现虚拟信号发生器、信号采集、数字滤波、曲线拟合、参数计算、在静/动态特性测试模块、闭环特性测试模块、传感器信号特性测试模块等硬件的配合下, 实现流量电磁阀、压力电磁阀的静态特性、动态特性和闭环特性分析, 分析结果以曲线形式显示输出, 并根据需要实现试验数据的保存, 打印及报表输出。图1是测试系统功能结构图。
2 静/动态特性测试模块设计
在静态和动态测试中, 液压油经过液压泵加压后, 再经流量传感器或压力传感器流入到电磁阀, 油液从电磁阀的出口经过压力传感器最后回到油源。
静态特性测试时, 计算机系统虚拟信号发生器输出三角波信号, 经恒流源模块输出给电磁阀线圈, 驱动电磁阀工作。进行动态特性测试时, 计算机测试系统输出方波信号, 经恒流源模块输出给电磁阀线圈。电流信号测试模块将阀线圈电流信号调理成对应比例的电压信号后, 输出给计算机测试系统采集。流量信号测试模块负责流量阀测试, 在进行流量电磁阀测试时, 流量信号测试模块将液压系统中的流量传感器输出信号调理成等比例流量信号后, 输出给计算机测试系统采集。同样地, 压差信号测试模块负责压力阀测试, 测试时, 压差信号测试模块将A、B腔压力传感器输出信号调理成等比例压力差信号后, 输出给计算机测试系统采集。图2是静/动态特性测试功能结构图。下面对各主要模块做详细介绍。
恒流源模块是静/动态测试的关键, 本文选取了体积小、效率高, 电流调节范围宽的集成电路恒流源为电磁阀提供恒定电流[4], 其主要元件是功率运算放大器, 功率运算放大器是集成运算放大器的一种, 一般的集成运放输出电流较小, 难以提供大功率驱动阻抗大于3Ω的负载。功率运放特指能够输出大功率驱动负载的运放。文中选用MSK公司的军级MSK541B功率运算放大器构成悬浮负载恒流源, 图3是悬浮负载恒流源电路图。其输出电流最高可达10A, 远超过系统测试的最高要求。
流量和压力电磁阀静态测试时, 均需三角波信号, 所以对恒流源模块的线性度要求较高, 图4是恒流源模块线性度测试曲线, 由图4可知, 恒流源电流输出能力在5A以上, 电路能够保持非常好的线性度, 非线性误差<1‰, 远高于测试需求。
流量信号测试模块由“F/V变换”+“比例调节”+“零位调节”+“显示仪表”+“同相跟随”组成, 首先用F/V变换电路将流量计输出的频率信号转换成易于采集的电压信号, 比例调节电路将电压信号与流量信号调节成1:1比例, 那么电压值就可以直接反应对应的流量值, 本系统流量测量范围可达0~100L/min。显示仪表采用高精度数字显示仪表, 放置于整个系统的前面板, 方便调试时数据观察。
压差信号测试模块由两个“I/V变换”+“减法器”+“比例调节”+“低通滤波”+“显示仪表”+“同相跟随”组成。压力传感器的输出信号为 (4-20) m A电流信号, 首先用I/V变换模块将A腔和B腔压力传感器的输出信号转换成电压信号, 减法器电路将两电压值做差值后输出, 比例调节模块将电压值与压力差信号调节成1:1比例, 那么电压值就可以直接反应AB腔的压力差值。因液压系统中压力传感器的输出电流回路与其供电回路共地, 更易受到干扰, 所以必须加入有源滤波环节, 截止频率设置为5Hz, 这样可有效滤除各种干扰, 保证采集信号的精度。
3 闭环特性测试模块设计
闭环测试时, 计算机测试系统虚拟信号发生器输出偏置的三角波信号Vrp, 同时采集位移传感器输出信号Vsp, 闭环信号调理模块首先将两信号接入减法器电路, 对两信号做差得, 再对信号进行K倍 (K值可调) 放大, 然后对放大后的电压信号进行反向, 再叠加一个2V电压, 闭环信号调理模块将两电压信号调理成后输出, 但此时的信号是无功率的电压信号, 无法驱动电磁阀线圈工作, 恒压驱动电路将调理后的电压信号进行功率放大后, 输出给电磁阀线圈。图5是闭环特性测试功能结构图。
传统的电流测试电路采用在负载回路串接采样电阻, 测量采样电阻两端电压换算成回路中的电流值, 因阀线圈为感性元件, 若在其回路中串入采样电阻, 将影响整个回路的时间响应, 霍尔传感器模块 (LEM模块) 很好的解决了这个问题。
LEM模块由原边导体、集磁环、付边线圈和放大电路等组成。它的原理是基于霍尔效应, 是模块化的有源电流传感器, 它把普通互感器与霍尔元件、电子线路有机地结合起来, 充分发挥了普通互感测量范围宽的长处和电子线路反应速度快的优势[5], 同时传感器电路由于与被测电路是隔离的, 因此LEM模块的接入对被测电路的影响可以忽略不计。
4 软件设计
测试软件采用Labview8.6编写[6], 为提高测试系统的灵活性和通用性, 程序采用模块化的设计模式, 将测试系统按功能划分为数个模块:初始化模块、测试选择模块、数据处理模块、后期处理模块。其中初始化模块主要完成系统测控板卡参数配置;测试选择模块主要完成流量阀和压力阀静态测试、动态测试和闭环测试, 为每一种测试设计一个子界面, 方便用户在前面板进行选择;数据处理模块主要完成信号发生器, 数据采集和数据处理功能;后期处理模块主要完成测试数据的保存、打印和报表输出功能。图6是系统软件结构框图。
计算机测试系统利用Labview强大的信号分析处理功能[2], 通过测试板卡的D/A接口, 编程实现虚拟信号发生器, 输出波形可选、频率、相位、幅值可调的连续波形;通过测试板卡的A/D接口, 采集电磁阀测试过程中的线圈电流、流量和压力等特性信号, 进行数字滤波、曲线拟合、特性曲线绘制、参数计算, 实现其特性分析。
本测试系统中, 测试软件编程主要包括激励信号的产生、实验数据的采集、数据的分析及处理、绘图输出、数字滤波、曲线拟合等几部分功能组成。下面介绍系统中包含的几种关键软件的程序设计。
4.1 信号的采集
在电液电磁阀静态试验中, 要对电磁阀的电流, 压力和流量等参数进行采集, 因此数据采集是测试软件编程的重要部分。本系统的数据采集主要是对模拟信号的采集, 图7是信号采集程序框图。
4.2 数字滤波
测试系统中数据采集系统所工作的现场, 有很多干扰信号, 有时幅度很大, 这些干扰信号影响到到测量精度和测量的可靠性, 必须将它滤除。大部分数据采集系统会不同程度受到电源线等50Hz的噪声干扰, 大多数信号调理设备都包含低通滤波器, 能最大限度地消除50Hz或60Hz的噪声。
设h (n) , n=0, 1, 2, …是滤波器的冲击响应。一个线性时不变滤波器若对n≥N (N为正整数) , 有h (n) =0, 则称其为有限冲击响应滤波器 (FIR) , 否则称之为无限冲击滤波器 (ⅡR) 。有限冲击响应滤波器总是稳定的, 设计方法较多, 但是效率不高, 定义困难。ⅡR滤波器的设计源于传统的模拟滤波器设计, 可以通过对低通模拟滤波器进行模拟频率变换得到ⅡR滤波器。通常ⅡR滤波器有巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器、椭圆滤波器、贝塞尔滤波器等。
巴特沃斯滤波器的优点是具有平滑的单调递减的频率响应, 在通带中是理想的单位响应, 在阻带中响应为零, 在截断频率处有3 d B衰减, 高阶巴特沃斯滤波器的频率响应近似于理想低通滤波器。本系统中采用的是巴特沃斯低通滤波器, 图8是巴特沃斯低通滤波器程序框图。
4.3 曲线拟合
电磁阀的很多测试项目需要计算特性参数, 由于实际误差的存在, 计算机采集的数据往往不是理论函数的表达, 这就需要将测试的数据进行数值处理, 使得绘制曲线以吻合平滑曲线, 从而准确求取特性参数。以电磁阀零偏参数的计算方法为例, 首先介绍名义流量曲线的概念, 名义流量曲线是流量回线的中点轨迹。零偏是名义流量曲线与零流量轴线交点的电流值。本系统中零偏的程序实现是:首先对计算机采集的流量数据和电流数据进行分段插值, 利用插值函数求取名义流量曲线, 但是此时得取的只是名义流量曲线上一些离散的数据点, 并无法计算出此名义流量曲线与零流量轴线交点的电流值, 利用Labview曲线拟合程序中的基于最小绝对残差的直线拟合方法拟合出名义流量曲线, 进而求取此曲线与零流量轴线交点的电流值, 即零偏值。图9是曲线拟合程序框图。
5 测试结果分析
图10是某一型号汽车变速箱流量阀静态测试和闭环测试曲线图, 最后输出的报表图形将加入计算的参数值, 并根据预先设定的范围给出合格与否的判定结果。图10中流量-电流测试曲线中的虚线为预先设定的曲线界定范围, 可使用户一目了然的对曲线做出整体判断。从图10中可以看到本文设计的电磁阀自动测试系统, 在测试精度, 测量方式上都满足实际要求, 并得到了良好的应用。
6 结论
本文所述的电磁阀自动测试平台, 采用模块化设计的方法对硬件和软件进行设计, 实现汽车变速箱用流量、压力电磁阀的静态特性测试, 动态特性测试和闭环特性测试。模块化的软硬件设计方式, 根据不同的测试需求设计相应的软件模块和硬件模块, 方便日后系统的扩展, 缩短研发周期, 对于同类型电磁阀测试系统的研制具有很好的借鉴价值。该系统至今投入使用一年多, 参与多套电磁阀的测试任务, 收到了良好的效果。
参考文献
[1]郭北涛, 柳洪义, 曹阳, 罗忠, 王菲.基于虚拟仪器技术的电磁阀综合特性测控系统[J].仪器仪表学报, 2010, 31 (2) :293-297
[2]王永华, 刘霞丽, 江豪.基于Lab VIEW的电磁阀动态响应特性测试系统[J].仪器仪表装置, 2011 (3) :16-19
[3]张冬明, 陶国良.基于模块化气动元件性能测试平台开发[J].液压与气动, 2010 (10) :78-80
[4]秦玲.基于功率运算放大器的恒流源技术研究[D].中国工程物理研究院硕士论文, 2007
[5]谢珺耀, 于海波.LEM电流传感器的应用探讨[J].电子工业专用设备, 2010, (180) :50-54
下一代车载信息娱乐系统 第5篇
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