虚拟数字式汽车仪表信息系统的研究与开发

汽车仪表是汽车与驾驶员进行信息交流的窗口，也是汽车高尖技术的主要部分，各国一直在努力开发汽车仪表技术，并不断取得新的进展。汽车仪表正逐步向数字化和智能化方向发展，用数字化的虚拟仪表取代我国现阶段普遍采用的电器式或电子式仪表已成为实现车辆自动化的一个重要课题。作者自主开发的虚拟数字式汽车仪表信息系统已成功地安装到由武汉理工大学汽车工程学院开发的Aspire纯电动概念车上进行实车测试，并在此基础上实现了车辆的定位导航、后视摄影、网络通讯、影音娱乐及汽车黑匣子等功能。此样车是虚拟数字式汽车式仪表的一个应用实例，本文给出虚拟数字式汽车仪表信息系统的硬件构成、人机界面及基于LabVIEW的软件实现。

　　
一、虚拟数字式汽车仪表信息系统的关键技术

　　虚拟数字式汽车仪表信息系统是将各种汽车电子技术集于一体的智能系统，包括智能仪表系统、车载导航系统、故障诊断系统及车载黑匣子系统等，是各国汽车行业关注的热点。

　　（一）数据采集技术

　　采集的汽车数据除导航用的陀螺仪和里程计等数据外，为使驾驶员了解车辆的状况还需采集反映汽车主轴转速、轮胎气压及温度等汽车性能参数的数据。汽车数据采集模块可选用的方式要依据实际状况而定。

　　（二）GSM通讯技术

　　要实现车辆的智能化，必须在车辆上建立网络通讯功能。通讯网络的选择是关键，它决定系统的容量、可靠性和信息中心监控覆盖的范围。通讯技术的实现可实现车辆无线通讯、移动办公及网上冲浪等。

　　（三）数据转储模块

　　汽车各个主要设备的状态信息、位置信息、速度信息及负荷等是判断事故发生原因的重要信息，需要将停车前的历史数据保存，为便于数据的输出，采用非接触的IC卡或移动硬盘USB存储数据。这就是汽车黑匣子要实现的功能。

　　（四）虚拟数字式仪表的显示技术

　　虚拟数字式仪表的信息量非常大，如采用传统仪表的显示方法显示，车载的仪表数目将会不断增多，使车辆仪表板显得很拥挤，也会加大驾驶员的操作难度，分散驾驶员的注意力。用虚拟仪器技术构建的车载虚拟数字式仪表，将这些问题迎刃而解。它将所有的信息显示集合在一个屏幕上，并以分界面的方法显示，这样将使驾驶员查看信息非常便利，取消众多的仪表，也使车内空间变得更加宽敞、舒适和美观。
　　

二、虚拟数字式汽车仪表信息系统的硬件组成及人机界面

　　（一）虚拟数字式汽车仪表信息系统的硬件构成

　　系统硬件的选用和组合原则为：充分考虑各硬件的兼容性和性价比；充分考虑系统的电磁兼容性，保证系统能够在比较恶劣的电磁环境下正常工作；满足系统的基本功能要求，并充分考虑系统的可扩展性和精简性，预留若干可扩展接口。

　　信息系统由PC机、外围硬件设备、操作系统及用户的应用程序4部分组成。外围硬件设备主要由液晶显示器、触摸屏、数字I/0数据采集卡、车轮转速传感器、蓄电池监测系统、CCD摄像头、电视卡、GPS接收器及无线上网卡等组成，虚拟数字式汽车仪表硬件系统结构如图1所示。

　　（二）虚拟数字式汽车仪表信息系统的人机界面

　　虚拟数字式汽车仪表信息系统集成了虚拟技术和数字技术，具备虚拟仪表、电子后视镜、故障监测、运行记录、GPS车载定位、多媒体影音、上网通讯及移动办公等多种功能。功能界面如图2所示。

　　1.仪表与指示灯区

　　仪表与指示灯区显示车速表、蓄电池电荷状态表、蓄电池温度表、照明与信号指示灯、警报信号指示灯及档位指示灯。当车速超过某一限定速度时，将发出超速语音提示。

　　2.运行记录区

　　运行记录区显示带复位按钮的单程里程表、累计里程表、日期与时间及运行记录按钮。单程里程表显示单次行驶的里程，按下清零按钮可使单程里程表回零；累计里程表显示汽车累计总行驶里程；按下运行记录按钮，则显示汽车运行的车速、里程、故障与报警历史记录（汽车黑匣子功能）。

　　3.程序控制区

　　程序控制区显示如下程序的运行按钮：电子后视境、车载定位导航、互联网浏览器、MP3播放器、无线电视和调频收音机构成的车载影音娱乐系统。

　　4.电子后视境区

　　电子后视境区显示摄像头所拍摄的汽车后方影像，以方便驾驶员观察车后交通状况。

　　5.定位导航

　　定位导航区显示电子地图，它利用GPS接收器接收的汽车定位信息在电子地图上描绘汽车运行轨迹。定位导航程序可提供静态导航功能，能根据驾驶员提供的起点和终点名称，自定确定最短行车路线。

　　
三、虚拟数字式汽车仪表信息系统的软件实现

　　整个系统效能的发挥除需要一个稳定和高性能的硬件平台外，软件起着至关重要的作用。系统的各种功能及组合方式，人机界面的表现形式等等都是通过软件来完成的。

　　本系统采用LabVIEW这种直观的图形程序语言，以一种很直观的方法建立前面板人机界面和程序框图，完成编程过程。前面板是用户可以见到的，类似传统仪器的操作面板，利用工具模板从控制模板中添加输入控制器和输出指示器，控制器和指示器种类可选择。程序框图是支持虚拟仪器实现其功能的核心，对程序框图的设计涉及节点、数据端口和连线的设计。连线代表数据走向，节点则是函数、VI子程序、结构或代码接口。虚拟数字式汽车仪表信息系统的软件设计总体流程图如图3所示。