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剖析汽车车载信息娱乐系统新技术
来源:本站整理  作者:佚名  2013-09-29 06:47:45

三、车载信息娱乐系统的组成与新技术
    如图2所示,常见的车载信息娱乐系统主要由音响系统、收放机系统、车载导航系统、蓝牙车载电话、语音处理系统、多媒体传输系统等组成,有的还包括后座娱乐系统、电视系统和互联网系统等。
车载信息娱乐系统组件

    1.音响系统
    音响系统从品质和放大器功率以及所装扬声器的品质、功率和数量来区分。常见的音响系统可大致按等级分为三种:标准音响系统、高级音响系统、顶级音响系统。
标准音响系统也称为立体声音响系统。它由带集成放大器的收放机(收音机、CD机、MP3播放机等)和2~6个扬声器组成(图3a),所有的扬声器都与收放机连接。在标准音响系统中,收放机可作为独立的系统工作,也可通过多媒体传输系统(如MOST总线)接收来自其他控制单元的各种音频信号,并负责传递这些信号。
三种典型的音响系统

    近些年来,人们对车辆中音频设备质量的要求明显提高,期望获得优质家用设备的功能和性能,如杜比环绕声效果(Dolby Surround)。高级音响系统与标准音响系统的区别是高保真(HiFi),其特色是针对车内空间进行补偿均衡音响效果。高级音响系统增加了扬声器、高保真功率放大器等设备(图3b),把收放机提供的基本信号用跨接末极放大,输出大功率音频信号。

    如图3c所示,顶级音响系统与高级影响系统相比增加了扬声器以及更多提高音效的功能。如多频带均衡器,频率范围可以由客户个性化设置;如环绕声,可由客户启用或关闭,至少带有5个声道,借助于一个左右声道之间的前部附加扬声器产生一种有回声的大厅音响效果;如随车速变化的均衡调整,音量随行驶噪声增大而提高;如随频率变化的延迟,用来修正各个扬声器单元的运行时间,这样可以确保音频信号同时处于所有扬声器单元上。

    2.收放机系统
    以前,收放机系统仅仅是一个独立的单元,由收音机、磁带播放机或CD机等简单的收放设备组成,显示内容出现在收放机自带的显示屏上。车载信息娱乐系统中,收放机系统按功能划分并集成在有关控制单元,例如显示功能和操作功能中,收放机可通过仪表台上的控制器操作,显示内容出现在仪表台的多功能显示屏中,音频信号的输出则由音响系统控制。

    (1)收音机如图4所示,收音机功能集成在收放机中较为常见,调谐器位于收放机中,调谐器就是接收器。电台的无线电波由AM/FM天线接收,通过位于车顶的普通天线或后风窗玻璃上的择优多相式天线,将接收到的高频信号通过同轴电缆传送到调谐器。调谐器把高频信号转换成音频信号并通过音频末级输出到扬声器上。收音机的操作可用控制按钮或控制器,根据自带显示屏或多功能显示屏上的菜单进行。
收音机功能示意图

    有些车辆装备有与收音机分开布置的独立调谐器,该调谐器位于天线放大器中(带有FM天线多相择优模块),安装在C柱上(图5),通过同轴电缆与后风窗玻璃上的择优多相式天线相连接。调谐器对择优多相式天线和天线放大器供电。该调谐器是一个带有MOST接口的独立控制单元,数字音频信号通过MOST传递给收放机,因此取消了天线导线,这样便不会造成信号损失和干扰效应。
音机分开布置的独立调谐器

有些车辆还装备一种双调谐器收音机。双调谐器由一个音频调谐器和一个调频调谐器组成。调频调谐器(数据调谐器)用于寻台和接收数据。在音频调谐器接收希望的电台并输出音乐信号时,数据调谐器在后台工作。数据调谐器根据附加信号搜索电台特性,.例如检测接收的电台是否以另一个替代频率发射更强的信号(自动频率跟踪)。如果确实如此,则通知音频调谐器切换到更好的频率上。数据调谐器接收与电台信号一起发射的附加TMC数据(交通信息控制)并对其进行分析。TMC数据被传送到导航系统,以便显示可能存在的堵塞和计算绕行路线。另外,即使客户正在收听和输出AM(调幅)电台广播,数据调谐器也可接收FM(调频)交通广播信息,它会把所有可接收的交通广播电台编制成一份列表。

    (2) CD/DVD播放机如图6所示为6碟单插口换碟CD/DVD播放机,可作为MOST网络中的一个控制单元。单插口换碟机可在不使用光盘匣的情况下分别将相应CD/DVD光盘装入换碟机。按压光盘装入按钮后再按压与准备推入的CD/DVD光盘相应的CD/DVD光盘槽按钮即可装入某张CD/DVD光盘。装入CD光盘后就会直接读取光盘目录,未占用光盘槽的操作按钮LED开始闪烁。根据未占用光盘槽的数量最多可依次装入6张CD/DVD光盘,占用最后一个闲置光盘槽后,超时程序结束后或按压光盘装入按钮或弹出按钮时,就会读取所装CD/DVD光盘内容。按压弹出按钮后再按下相应操作按钮即可弹出某张CD光盘。长时间按住弹出按钮即可依次弹出装入的所有CD/DVD光盘。
典型CD/DVD播放机

CD/DVD换碟机对CD/DVD光盘数据进行解码并将其转化为数字MOST格式。如果装有标准或高级音响系统,就会通过MOST将CD/DVD光盘的数字数据传送至收放机。数字数据在此处转换为模拟数据,随后通过放大器和扬声器输出。视频数据在DVD换碟机内解码并转换为模拟信号后通过彩色图像同步信号线发送。

    如果装有顶级音响系统,就会通过MOST直接将解码后的音频数据发送至高保真功率放大器并通过放大器输出。这种直接传输无需收放机参与,因为只在高保真功率放大器内进行数据转换和声音调整。

(3)外置音频接口外置音频接口
(图7)就是外置音频播放器和收放机之间的一个插接装置。外置的音频播放器可以通过各种不同的适配电缆连接到外置音频接口上。外置音频接口可以集成在收放机中,也可由一个控制单元和一个装外置播放器的盒子组成,通过MOST总线与车上其他控制单元进行通信联系。可通过多功能转向盘来操控外置音频接口,并将显示信息发送到组合仪表中央显示屏上。外置音频接口通过适配电缆来与iPod、Phone、P3播放器、USB存储设备等进行通信,所有主要的音乐功能都会显示在多功能显示屏上,并可通过控制器来操作。
音频接口

    外置音频接口将相关控制命令传给外置音频播放器,于是外置音频播放器开始播放所选的曲目。这个曲目随后通过适配电缆以模拟信号形式传至外置音频播放器。曲目的文本信息会以数字信号的方式传至外置音频接口,然后再传至多功能显示屏和组合仪表。
    USB接口的供电统一规定为5V,电流消耗较大的USB装置(例如较大的USB硬盘)无法通过USB适配电缆来获得足够的供电。曲目在USB接口上是以数字信号的形式被传送到外置音频接口内的。外置音频接口通过内部的解码器将曲目转换成音频数据,音频数据通过MOST总线来传送。
    另有一种适配电缆用于模拟信号传输,该电缆有一个立体声插头。这个立体声插头既可以插到音频插口上,也可以插到外接装置的耳机插口上。因此,使用这个插头可以将很多移动装置连接到外置音频接口上。通过这个外接音频源电缆,可以将曲目以模拟信号方式传输到外置音频接口。不同的外接装置以不同的音量来发送音频信号。如果使用耳机插口将外接装置连接到外置音频接口上,那么可在外接装置上调节信号大小。外接装置的音量可在外置音频接口的设置菜单中与收音机、CD机等的音量进行匹配。

    3.车载导航系统
    全球定位系统即Global Position System (GPS)。  GPS是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务,并用于情报收集、核爆监测和应急通信等一些军事目的。经过20余年的研究实验,耗资300亿美元,到1994年3月,全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座已布设完成。
    车载导航系统就是利用全球定位系统实现从出发地到目的地的路径指引,是通过软件和硬件做成定位终端应用于车辆而进行定位导航的系统。作为车载信息娱乐系统的组成部分,车载导航系统一般具有以下功能:
    (1)导航功能 驶入在车载导航系统上选择行车路线的起点和终点,导航系统便会自动根据当前的位置及交通状况,为驾驶人提供最优的行车路线,导航过程中,如驾驶人走错路线,系统会在极短时间内,自动重新计算出一条新路线。
    (2)电子地图 子地图可以覆盖全国的各大城市及本地道路信息,功能强大的地图系统包含了中小城市,可以随时查看目的城市的交通、周围建筑物等情况。
    (3)转向语音提示功 如果前方遇到路口或者转弯,系统提前以语音的方式提醒驾驶人,这样可以避免车主走弯路。
    (4)定位功能 载导航系统通过接收卫星信号,准确地定出其所在的位置,位置误差小于10可以在地图上相应的位置用记号标记出来。同时,系统还可以显示方向,显示海拔等信息。
    (5)安全提示功能 置道路安全属性信息,如红绿灯、超速/限速路段、事故危险区域、禁行区等,汽车行驶至上述路段时,导航器将及时以语音和图标形式,提醒驾驶人,避免违反交通规则,防止发生交通事故。
    (6)显示航迹 够实时记录存储车辆行驶经过的路线,并在必要的时候对车辆信息按照日期进行回放。
车载导航系统由空间部分、地面监控部分和用户设备部分组成。

      如图8所示,空间部分使用24颗高度约20000km的卫星组成卫星星座,24颗卫星分布在6个等间隔轨道上,轨道面相对赤道面的倾角为55°,每个轨道面上有4颗卫星,卫星轨道为圆形,运行周期为11 h58 min,这样的卫星分布,可保证全球任何地区、任何时刻有不少于4颗卫星以供观测。
车载导航系统的空间部分

    地面监控部分包括4个监控站、1个主站和注入站,全部位于美国境内,监控部分的主要任务是监测每颗卫星的运行情况,并通过注入站及时修正卫星的有关参数,以保证整个GPS系统能正常运行。
    用户设备部分主要是GPS接收机,它接收卫星发射的信号,根据导航电文提供卫星位置和钟差改正信息计算用户的位置。其次还有GPS接收天线、位置检测装置、CD/DVD驱动器、导航计算机、LCD显示器等,部分装置与信息娱乐系统共用。
                                 
如图9所示为用户设备部分的工作原理图。
用户设备部分原理图

    GPS天线接收GPS卫星的信号并将数据(经度、纬度、高度)发送至导航控制单元内的GPS接收机以计算位置。这一点在首次或重新进行系统初始化时尤为重要,重新起动时也会读取数据。GPS天线大多位于车顶中后部。
    导航控制单元包含用于导航系统的主功能,能够根据GPS全球卫星定位装置接收到的卫星信号、方向传感器信号和存储器中的地图数据,经过计算处理和综合的图像协调,再通过显示器显示车辆的行驶信息。导航控制单元包括以下部件:CD/DVD驱动器,用于读取DVD或CD光盘上的数字路线图信息;GPS接收机,根据从4个或更多个GPS卫星(三维定向)所接收的无线电波信号,来计算汽车的三维位置(纬度、经度、高度);CPU微处理器,用于计算GPS数据;LCD显示器,用于显示地图数据和图像信息。

    轮速传感器与ABS系统中的轮速传感器共用,可以通过检测左右车轮转速传感器的输出脉冲差,确定汽车转弯方向上的变化。导航控制单元根据轮速传感器检测汽车行驶的速度,进而根据车速和时间求出前进距离。方向传感器用于检测车辆行驶角速度变化值,进而确定行驶方向及其变化。语音电路用于实现语音导航和语音提示。

   

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