嵌入式系統(tǒng)在汽車智能系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

馬云貴 黃鵬

摘要：嵌入式系統(tǒng)近年來(lái)，其具有功耗低、體積小、較高的集成度及運(yùn)行穩(wěn)定等諸多特點(diǎn)。隨著汽車制造技術(shù)以及電子技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，嵌入式系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于汽車制造行業(yè)，大大推動(dòng)汽車的智能化發(fā)展。首先闡述嵌入式系統(tǒng)的概念和特點(diǎn)，然后從智能溫度調(diào)控、MCU系統(tǒng)、車內(nèi)娛樂(lè)系統(tǒng)、雷達(dá)限速系統(tǒng)智能導(dǎo)航、智能駕駛以及整車自檢等方面介紹嵌入式系統(tǒng)在汽車智能系統(tǒng)的運(yùn)用。

關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；汽車智能系統(tǒng)；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TB文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Adoi：10.19311/j.cnki.1672]3198.2018.27.085

近年來(lái)，隨著汽車技術(shù)與汽車制造業(yè)的快速發(fā)展，汽車在大眾中逐漸得到普及，各個(gè)城市汽車的數(shù)量也逐年增加。我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展迅速，交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)也逐步趨于完善，居民的消費(fèi)水平不斷提高，“機(jī)動(dòng)化”浪潮不斷向前推進(jìn)，而駕車新手的增多不可避免會(huì)增加更多的交通隱患，各類汽車盜搶、交通事故等逐漸引起人們的重視，已然成為當(dāng)下社會(huì)所面臨的嚴(yán)峻的問(wèn)題。隨著智能系統(tǒng)的逐漸成熟和普及，在很大程度上減少了諸多安全隱患，然而隨著汽車數(shù)量與駕車新手的逐年增加，各類型交通事故依然層出不窮，因交通事故致死的人數(shù)逐年增加。另外，隨著汽車盜搶技術(shù)的提高，很多汽車報(bào)警器被迅速破壞，而汽車的報(bào)警方式以燈光閃爍或是鳴響為主，很難被車主及時(shí)得知。同時(shí)，盜賊把報(bào)警器弄壞，將汽車偷走后，對(duì)其外觀進(jìn)行改動(dòng)，此時(shí)汽車將很難被追蹤到了。為了解決上述問(wèn)題，很多智能系統(tǒng)，如智能駕駛系統(tǒng)、ABS智能防側(cè)滑與失控系統(tǒng)、GPS、智能雷達(dá)限速系統(tǒng)以及整車狀態(tài)自檢與控制系統(tǒng)等以保護(hù)和跟蹤汽車，能夠在緊急狀況下，運(yùn)用車載智能控制系統(tǒng)對(duì)車輛進(jìn)行自動(dòng)保護(hù)和控制，從而防止事故的發(fā)生或是降低事故所帶來(lái)的損害，運(yùn)用GSM短信程式及時(shí)向車主及公安部門傳輸汽車的位置信息與狀態(tài)，加快破案的速度。

1嵌入式系統(tǒng)的概念

嵌入式系統(tǒng)是基于計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)，并以應(yīng)用為核心，其軟硬件能夠進(jìn)行裁減，適用于要求比較嚴(yán)格的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)能夠?qū)ζ渌O(shè)備進(jìn)行控制、監(jiān)視與管理?？傊?，嵌入式系統(tǒng)具有較強(qiáng)的兼容性和綜合性，綜合了系統(tǒng)相應(yīng)應(yīng)用軟件與硬件，這與PC系統(tǒng)中BIOS的工作方式相似，具有自動(dòng)化程度高、軟件代碼較小以及響應(yīng)速度較快等諸多特點(diǎn)，尤其適合于對(duì)實(shí)時(shí)及多任務(wù)要求較高的體系。嵌入式系統(tǒng)的構(gòu)成主要包括處理器、相關(guān)的支撐硬件、操作系統(tǒng)以及應(yīng)用軟件系統(tǒng)等，其可以獨(dú)立的進(jìn)行工作。

2嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)

嵌入式系統(tǒng)大多在特定環(huán)境下進(jìn)行專業(yè)領(lǐng)域相關(guān)執(zhí)行的應(yīng)用系統(tǒng)，與通用型的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)存在較大的差別。比之于通用型的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，嵌入式系統(tǒng)具有以下幾方面特點(diǎn)。

2.1嵌入式系統(tǒng)主要面向特定領(lǐng)域，具有比較嚴(yán)格的實(shí)時(shí)性要求

嵌入式CPU通常運(yùn)用于特定的用戶群所運(yùn)用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中。其具有較低的通功耗、較小的體積、較高的集成度以及較低的成本等特點(diǎn)，可以將通用型CPU中諸多由板卡所執(zhí)行的任務(wù)同時(shí)集成在芯片的內(nèi)部，這樣使得嵌入式系統(tǒng)更加小型化和專業(yè)化，大大提升了其移動(dòng)能力，實(shí)現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)的緊密結(jié)合。嵌入式系統(tǒng)綜合了當(dāng)下先進(jìn)的信息科學(xué)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、電子技術(shù)以及通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等眾多領(lǐng)域的技術(shù)特點(diǎn)。同時(shí)這一特點(diǎn)也決定了嵌入式系統(tǒng)必然為一個(gè)資金密集、技術(shù)密集、高度分散以及不斷創(chuàng)新、注重研發(fā)的繼承式系統(tǒng)。

2.2具有較長(zhǎng)的生命周期

嵌入式系統(tǒng)與具體的應(yīng)用程序有機(jī)的聯(lián)系在一起，其升級(jí)換代也是與具體的產(chǎn)品協(xié)同進(jìn)行的。因而，嵌入式系統(tǒng)的產(chǎn)品一旦出現(xiàn)在市場(chǎng)，通常具有比較長(zhǎng)的更換周期。

2.3設(shè)計(jì)要求較高的效率

嵌入式系統(tǒng)其硬件與軟件的設(shè)計(jì)均要求較高的效率，在確保安全、穩(wěn)定以及可靠的基礎(chǔ)上進(jìn)行量體裁衣，減除冗余，追求在性能與應(yīng)用的先進(jìn)性，以有效的降低成本投入，提升嵌入式系統(tǒng)相關(guān)產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

2.4軟件通常固化在存儲(chǔ)芯片

為了提升系統(tǒng)的執(zhí)行速度與可靠性，所有嵌入式系統(tǒng)中的相關(guān)軟件通常都是固化于存儲(chǔ)芯片或是處理器內(nèi)部相應(yīng)存儲(chǔ)器件上，并不存儲(chǔ)在外部磁盤、移動(dòng)硬盤等載體中。

2.5不具備自主開(kāi)發(fā)功能

嵌入式系統(tǒng)自身不具備自主開(kāi)發(fā)功能，因而在設(shè)計(jì)完成之后，用戶也無(wú)法對(duì)其中的某些程序功能予以修改和調(diào)整，必須運(yùn)用一套完整的交叉開(kāi)發(fā)工具及特定的環(huán)境才可以進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

3嵌入式系統(tǒng)在汽車智能系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1嵌入式系統(tǒng)智能溫度調(diào)控

在汽車制造行業(yè)，嵌入式系統(tǒng)智能溫度調(diào)控具有比較重要的作用。DALLAS最新單線的數(shù)字型溫度傳感器DSl8820與DSl822的溫度測(cè)量范圍在-55℃～+125℃，而在-10℃～+85℃的范圍內(nèi)，其感應(yīng)精度是±0.5℃，DSl822其精度相對(duì)較差，為±2℃?，F(xiàn)場(chǎng)溫度通常是通過(guò)“一線總線”的模式進(jìn)行傳輸，能夠大大提升系統(tǒng)抵抗干擾的能力，尤其適應(yīng)于惡劣環(huán)境中現(xiàn)場(chǎng)溫度的測(cè)量，而在斷電后依然能夠保存，因而被廣泛運(yùn)用于發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度檢測(cè)、水箱的溫度檢測(cè)以及車內(nèi)空調(diào)的溫度檢測(cè)等領(lǐng)域。如果發(fā)動(dòng)機(jī)與水箱的溫度出現(xiàn)異常，將會(huì)通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行報(bào)警與亮燈警示，并能夠自動(dòng)調(diào)警，實(shí)現(xiàn)智能調(diào)控。

3.2MCU系統(tǒng)

MCU系統(tǒng)是以高端的處理器作為核心，綜合了諸多外部接口的功能單元，第二代的汽車嵌入式系統(tǒng)可以進(jìn)行簡(jiǎn)單實(shí)時(shí)任務(wù)的執(zhí)行，當(dāng)前被廣泛應(yīng)用于汽車的電控系統(tǒng)，諸如ABS系統(tǒng)、智能安全氣囊、主動(dòng)懸架系統(tǒng)以及發(fā)動(dòng)機(jī)的管理等。ABS智能防側(cè)滑與失控系統(tǒng)就是在汽車上安裝較多的防抱死制動(dòng)系統(tǒng)，ABS系統(tǒng)在普通制動(dòng)系統(tǒng)相應(yīng)制動(dòng)功能的基礎(chǔ)上，增加車輪防抱死功能，保證汽車于制動(dòng)情況下仍可以轉(zhuǎn)向，增加了汽車在制動(dòng)狀態(tài)下的穩(wěn)定性，防止出現(xiàn)側(cè)滑與跑偏，這也是當(dāng)前在汽車上比較先進(jìn)且制動(dòng)效果最好的制動(dòng)系統(tǒng)。

3.3車載娛樂(lè)系統(tǒng)

車載娛樂(lè)系統(tǒng)主要包括液晶顯示屏、錄像機(jī)、游戲機(jī)、CD機(jī)、DVD播放機(jī)以及放唱機(jī)等。隨著汽車制造技術(shù)與電子技術(shù)的不斷發(fā)展，車輛娛樂(lè)系統(tǒng)趨于智能化發(fā)展，諸如語(yǔ)言的識(shí)別系統(tǒng)，駕駛員可以不用手動(dòng)進(jìn)行操縱就能夠獲得進(jìn)行車載多媒體的調(diào)控；車載移動(dòng)多媒體能夠與互聯(lián)網(wǎng)連接，這樣可以在車上進(jìn)行上網(wǎng)。

3.4智能雷達(dá)限速

只有對(duì)速度進(jìn)行控制，才可以減少事故的發(fā)生。智能雷達(dá)限速系統(tǒng)包括60、80、100與120公里/小時(shí)等檔位控制鍵，在所限速的道路上，只需要按一下所對(duì)應(yīng)的車速控制鍵，此時(shí)汽車的車速將會(huì)被限制，不會(huì)超過(guò)道路限定速度，另外控制鍵能夠任意的切換，操作比較。若路面狀況允許，汽車具有60、80、100以及120公里/小時(shí)的四檔調(diào)控選擇；若按下經(jīng)濟(jì)速度鍵，此時(shí)汽車將進(jìn)入到低油耗的行駛狀態(tài)。而當(dāng)汽車的速度比設(shè)置數(shù)值低時(shí)，控制儀將不會(huì)開(kāi)啟機(jī)械手，汽車照常行駛；當(dāng)汽車的速度與設(shè)置數(shù)值臨近時(shí)，控制器將其會(huì)立即開(kāi)啟機(jī)械手將油門拉起，相當(dāng)于司機(jī)將油門放松，此時(shí)汽車將滑行減速而不加速，這樣使車速得以有效的控制；當(dāng)汽車的速度比設(shè)置數(shù)值低時(shí)，控制器將立即將油門放松，從而對(duì)油門進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂啤?/p>

3.5智能導(dǎo)航

若汽車在偏僻路段上行駛的過(guò)程中，突然出現(xiàn)事故。此時(shí)，車載的碰撞傳感器將會(huì)第一時(shí)間將汽車數(shù)據(jù)傳回，而4S店其工作平臺(tái)也同時(shí)開(kāi)始報(bào)警。若無(wú)法與車主進(jìn)行聯(lián)系，GPS系統(tǒng)將會(huì)將車輛的事故地點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確的定位，便于通知附近的救援隊(duì)伍前去救援。

車載智能導(dǎo)航系統(tǒng)運(yùn)用了諸多領(lǐng)域比較成熟的模塊與技術(shù)。車載智能導(dǎo)航能夠保證汽車在被盜時(shí)及時(shí)發(fā)出警告，并在被盜后傳輸汽車準(zhǔn)確的位置信息，其雖然無(wú)法取代常規(guī)的汽車防盜器，但是其防盜功能也是比較實(shí)用的，能夠傳輸準(zhǔn)確的位置信息，便于汽車的追蹤。

當(dāng)汽車內(nèi)部通用型防盜系統(tǒng)遭到破壞以后，車載智能導(dǎo)航系統(tǒng)將會(huì)通過(guò)GPS接收車輛的位置信息，而當(dāng)速度與位置偏差比設(shè)定報(bào)警值較大時(shí)，遠(yuǎn)程的控制器將會(huì)自動(dòng)向車主發(fā)送報(bào)警信息。在車主報(bào)警以后，為配合警方能夠盡快找到被盜車輛，車主可以再次向遠(yuǎn)程的控制器發(fā)送命令，開(kāi)啟短信的發(fā)送功能，將最新的汽車定位信息傳輸?shù)杰囍魇謾C(jī)，這樣在電子地圖的輔助下能夠更加快速的找到汽車。系統(tǒng)內(nèi)部SD卡能夠在報(bào)警后將汽車位置信息進(jìn)行長(zhǎng)期的存儲(chǔ)，從而為破案提供證據(jù)，找到竊賊不法分子。

3.6智能駕駛

智能駕駛系統(tǒng)主要包括人工智能、疲勞駕駛的狀態(tài)提醒以及酒后開(kāi)車自動(dòng)熄火等功能。智能駕駛主要運(yùn)用注意力的吸引與分散的相關(guān)認(rèn)知工程學(xué)，涉及自主駕駛、網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)航與人工干預(yù)等幾個(gè)環(huán)節(jié)。智能駕駛要求車輛符合行車相應(yīng)動(dòng)力學(xué)要求，車內(nèi)傳感器可以獲取相關(guān)的視聽(tīng)覺(jué)信號(hào)及信息，并借助認(rèn)知計(jì)算對(duì)相應(yīng)隨動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行控制。自主駕駛就是實(shí)現(xiàn)車道的保持、并道、超車、紅燈停綠燈行以及燈語(yǔ)笛語(yǔ)交互等諸多駕駛行為；而人工干預(yù)主要是在自動(dòng)駕駛過(guò)程中對(duì)實(shí)際道路狀況進(jìn)行必要的調(diào)整和反應(yīng)。

3.7整車狀態(tài)的自檢系統(tǒng)

整車狀態(tài)自檢主要包括對(duì)汽車胎壓、動(dòng)力系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)以及液壓防震系統(tǒng)等進(jìn)行檢查。整車自檢系統(tǒng)是以性能較高的嵌入式處理器作為核心，能夠滿足汽車系統(tǒng)對(duì)于嵌入式應(yīng)用需求的不斷擴(kuò)展，整車自檢系統(tǒng)逐漸提升處理速度，逐步增加內(nèi)部存儲(chǔ)容量與集成度。以嵌入式的操作系統(tǒng)為輔助，整車自檢系統(tǒng)表現(xiàn)出較為明顯的實(shí)時(shí)性與多任務(wù)同時(shí)執(zhí)行的能力，同時(shí)能夠與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行緊密的結(jié)合。汽車SOC系統(tǒng)屬于嵌入式技術(shù)于汽車制造領(lǐng)域的高端應(yīng)用，滿足當(dāng)下汽車其電控系統(tǒng)功能的不斷擴(kuò)展、復(fù)雜的邏輯性、子系統(tǒng)之間通信頻率的不斷提升等諸多嚴(yán)格要求。汽車嵌入式SOC系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于混合動(dòng)力的總成、底盤的綜合控制、汽車輛狀態(tài)的記錄及監(jiān)控等眾多領(lǐng)域。

4結(jié)語(yǔ)

隨著汽車制造技術(shù)與電子技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，嵌入式系統(tǒng)在汽車智能系統(tǒng)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，如車載娛樂(lè)系統(tǒng)、智能溫度調(diào)控、雷達(dá)限速系統(tǒng)、智能導(dǎo)航、智能駕駛以及整車自檢等，極大的保證了汽車的穩(wěn)定性、安全性與便利性。本文從嵌入式系統(tǒng)的概念、特點(diǎn)以及在汽車智能化系統(tǒng)中的應(yīng)用等方面進(jìn)行闡述，旨在促進(jìn)人們對(duì)嵌入式系統(tǒng)的了解，推動(dòng)嵌入式系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展。

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