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上海交通大学 硕士学位论文 现代汽车Infotainment系统的设计与实现 姓名：刘旭 申请学位级别：硕士 专业：通信与信息系统 指导教师：薛质 20041201 上海交通大学硕士论文 - i - 现 代 汽 车Infotainment系 统 的 设 计 与 实 现 摘 要 汽车 Infotainment 系统以及相关的汽车多媒体技术是近年来汽车电子 领域的一个热点它集成了音频视频通信游戏导航上网和办公 于一体 同时对电子电路 通信编码 差错控制等在恶劣的汽车环境下(电 磁兼容高低温振动等)方面的研究也提出更大的挑战如何将现有的 各模块集成化简单化 成为各大汽车公司及其供应商的研究重点 本文的 研究工作围绕着世界第二大汽车公司福特汽车公司的 2006 年的一款车型 (U387)Infotainment 系统中的主要控制模块(ACM)的同步开发和研制而展 开本文主要从应用开发的角度出发对 ACM 方案的选择工程规范的 制定硬件电路的设计和仿真 样机的制作和调试进行了研究 并对北美 地区的汽车厂的要求和国内同行业作了比较 因此 本论文的研究内容具 有明确的生产背景和实际应用价值 文中首先简要介绍了目前汽车 Infotainment 系统的基本概况和构成部 分 并讨论了国内汽车电子行业的发展现状和主要面临的困难 指出研究 Infotainment 系统对国内同行业的意义然后在第二章阐述了从汽车收音 机到现代汽车 Infotainment 系统的发展历程 并详细分析了其主要组成模 块和技术特点第三章以福特汽车公司正在研发中的 2006 年一款车型 U387 为例具体研究了其中单碟 Infotainment 系统的原理和组成部分 分析了福特公司核心技术 FNOS 以及控制器局域网总线 CAN 的关系 并 上海交通大学硕士论文 - ii - 讨论了 Infotainment 系统中不同于一般汽车收音机的一些概念和定义 接着 介绍了福特(中国)汽车公司产品开发部承接的 Infotainment 系统 中主要模块 ACM 项目的一些主要设计要求 基于这些要求制定了整机方 案和选定各个子模块的关键芯片和元器件 然后重点介绍了部分软硬件接 口的制定以及部分国内一般汽车音响所不具备的功能 如均衡 线终配置 等并阐述了 ACM 两种人机界面的设计与实现 考虑到福特公司全球化和平台化的设计思想ACM 的调谐器选用了 飞利浦公司的 TEF6860HL本文在第五章详细分析了它具有的以下技术 特点和优势1全球化应用可以满足不同地区和市场的需要2不同的 地区要求可以通过不同的参数配置来满足3内置中频滤波器带宽控制 技术提高了信号选择性4 应用了数字自动调试技术可以自动调整RF 调谐回路 中频滤波器中心频率射频信号输入幅度等 避免传统的机械 式调试方式5应用更简单外围电路少易生产最后对 MCU 和调 谐器相关的软件算法作了一定的研究 由于 ACM 对音频处理的一些特殊要求如双重播放信号源电平匹 配所以选用了 DSP 芯片进行音频信号处理通过选用的芯片实现了设 计要求 最后进行了小结 指出了国内同行业的不足和发展方向 并展望未来 关键词 Infotainment 系统汽车多媒体调谐器DSPCAN 总线 上海交通大学硕士论文 - iii - DESIGN AND REALIZATION OF MODERN CAR INFOTAINMNET SYSTEM ABSTRACT Automobile Infotainment System and related car multimedia technology has been a hot topic in the car electronic field recently, and it integrates audio, video, communication, game, navigation, internet and email into one system, at the same time it also brings up the challenges in electronic circuits, communication code, and error control under the worst car environment such as EMC, thermal shock and vibration etc. How to integrate and simplify the different modules has become the key job of the vehicle companies and their suppliers. This paper focuses on actual design and realization of the ACM (Audio Control Module) of 2006 model year U387 Infotainment System of the Ford Company. From the view of application methodology, this paper analyses the detailed engineering specification, the unit and component selection, the designing and simulation of hardware circuit, the build and alignment of samples, also, it compares the requirements of North American Vehicle to domestic car industry. Therefore, the contents of this paper have definite product background and actual practice value. Firstly the principle and the construction of automobile infotainment system are introduced in brief, and the development situation and major difficulties of local car electronic industry. In chapter two, the development history from car radio to car infotainment system is reviewed, and the current major modules and technologies of car infotainment are analyzed. In chapter three, taken Ford Company U387 as an example which is 2006 model year vehicle, this paper studies the principle of the signal CD infotainment system, analyses the key technology FNOS (Ford Network Operation System) of Ford Company and its relationship to controller area network (CAN) bus, and discusses some special concepts and definition of infotainment system. Secondly, the master module ACM (audio control module) of the U387 Single CD Infotainment System is introduced, and the design and quality requirements are given. Based on these requirements, this paper determines the unit diagram and sub-module components. Then, this paper addresses on some hardware interface to software and some design of the functions which are not included by normal car radio products, such as equalizer, EOL (End of Line) configuration and two ways of ACM HMI realization. After that, the newly developed car tuner IC TEF6860HL by Philips is introduced and analyzed in order to meet the globalization and platform designing strategy of Ford Company. Chapter five describes the following technology strengths: 1, Globalization to meet different markets by parameter configuration. 2, Improvement of signal selection by 上海交通大学硕士论文 - iv - built-in IF filter band width. 3, Application of digital automatic alignment. 4, Simplification of external circuits. In the end of chapter five, this paper analyzes some software algorithm of the MCU related to Tuner section. To cope with the special requirements on audio signal processing of ACM such as dual play, the matching of signal sources, etc, the DSP IC is selected to handle the audio signal. With the DSP IC SAA7709, the design requirements is met. At last, the summary of this paper is given, after that, this paper points out the gaps between domestic car industry and worldwide car incustry. KEY WORDS: Infotainment System, Car Multimedia, Tuner, DSP, CAN-BUS 1 附件四 上海交通大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明所呈交的学位论文是本人在导师的指导下 独立进行研究工作所取得的成果除文中已经注明引用的内容外 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式 标明本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担 学位论文作者签名刘旭 日期2 0 0 5 年 2 月 1 日 2 附件五 上海交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留使用学位论文的规 定同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电 子版允许论文被查阅和借阅本人授权上海交通大学可以将本学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索 可以采用影印 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文 保密在 年解密后适用本授权书 本学位论文属于 不保密 请在以上方框内打 学位论文作者签名刘旭 指导教师签名薛质 日期2 0 0 5 年 2 月 1 日 日期2 0 0 5 年 2 月 1 日 上海交通大学学位论文答辩决议书 申请者 刘旭 所在学科 专业 通信与信息系统 论文题目 现代汽车 Infotainment 系统的设计与实现 答辩日期 2005 年 2 月 1 日 地点 浩然 19 楼现代通信研究所 答 辩 委 员 会 成 员 姓名 单 位 职称 签名 薛质 上海交通大学现代通信研究所 副教授 薛质 李建华 上海交通大学现代通信研究所 教授 李建华 倪佑生 上海交通大学信安学院 副教授 倪佑生 陈萍萍 上海交通大学电子工程系 高工 陈萍萍 陆松年 上海交通大学电子工程系 教授 陆松年 评语和决议 随着汽车工业和电子信息技术的发展汽车电子在汽车制造中的重要地位越来越得到了加强同时由于网络技术在 汽车上得到越来越多的应用使得汽车 Infotainment 系统成为一个集成了音频视频通信游戏导航上网和办公于 一体平台同时对电子电路通信编码差错控制等在恶劣的汽车环境下(电磁兼容高低温振动等)方面的研究也成为 目前的一个重大课题本论文的研究内容具有明确的生产背景和较大的实际应用价值 论文对于基于福特汽车公司 U387 车型的 Infotainment 系统的设计和实现作了详尽的阐述包括系统的基本结构和 原理以及双中频调谐器DSP 模块功放CD 伺服模块等各功能子系统的具体实现并对福特汽车公司汽车网络操作系 统(FNOS)和控制器局域网 CAN 总线作了一定阐述 论文选题先进立论正确分析清楚且研究成果为实际的工程应用反映了作者具有较扎实的理论基础和一定的 独立思考及科研能力论文已达到硕士学位水平 刘旭同学在答辩过程中能清楚地报告自己进行的研究工作回答问题正确经答辩委员会认真讨论投票表决一 致同意通过刘旭同学论文答辩并建议校学位评定委员会授予其硕士学位 表决结果 一致通过 答辩委员会主席 陆松年 签名 2005 年 2 月 1 日 上海交通大学硕士论文 2005 年 1 月 1 第一章 绪论 汽车产业快速发展和日益扩大的市场需求为电子信息产业提供了新的发展机 遇同时电子信息技术也为汽车制造业提升整体竞争力提供了新的支撑仔细观察 在全球制造业进行改造和技术创新的这些年电子信息技术成为新的造血机使传统 产业重新迸发出活力 目前汽车电子化已成为当前的热点电子信息技术和汽车制造技术逐步走向融 合电子技术不断把音响视频网际网络信息引入汽车内随着未来汽车市场的快 速发展和汽车电子价值含量的迅速提高我国汽车电子产业将形成巨大经济规模效 应成为支持汽车工业发展的一门相对独立新兴支柱产业 1 . 1汽车电子的现状与发展 进入 8 0 年代由于汽车保有量的不断增多导致石油能源消耗的急剧增加汽 车排出的废气造成的大气污染日趋严重交通拥堵安全事故增多加之人们对汽车 安全舒适便捷豪华的追求对汽车的性能提出了更高的要求使用传统机械的 办法已不能使汽车的性能进一步得到明显的改善和提高近年来微电子技术的飞速 发展特别是微型计算机技术的巨大进步将电子技术和传统的机械相结合使得汽 车的环保节能安全舒适与便捷等方面的问题均能得到很好的解决汽车电子技 术使汽车工业进入了一个全新的时代1汽车电子化被认为是汽车技术发展进程中的 一次革命 当今世界汽车电子化的程度已被看作是衡量一个国家汽车工业水平的重要 标志电子技术在汽车上的应用已成为汽车设计研究部门考虑用来改进汽车性能开 发新车型最重要的技术措施汽车制造商认为增加汽车电子设备的数量促进汽车电 子化是夺取未来汽车市场的有效手段 汽车电子涵盖的内容 电子技术的应用几乎已经深入到汽车所有的系统 一般可以把汽车电子产品归纳 为两类一类是汽车电子控制装置汽车电子控制装置要和车上机械系统进行配合使 用即所谓机电结合的汽车电子装置另一类是车载汽车电子装置车载汽车电 子装置是在汽车环境下能够独立使用的电子装置它和汽车本身的性能并无直接关 系 1 . 汽车电子控制装置 发动机控制包括空燃比控制点火正时控制废气再循环控制怠速控制等 底盘控制包括制动防抱死控制驱动防滑控制牵引力控制电子控制悬架 车辆稳定性控制电子控制自动变速器汽车动力转向控制巡航控制车载防撞雷 达控制等 车身电子包括电子控制安全带安全气囊主动式膝垫车内气候控制电子 防盗系统遥控门锁电动座椅电动后视镜电子仪表板灯光控制轮胎压力监 上海交通大学硕士论文 2005 年 1 月 2 测等 2 . 车载汽车电子装置 数字式收音机音响冰箱电视C D / D A T 等 汽车信息系统包括汽车行驶的自身信息系统车载通信系统语音信息系统 上网设备等 导航系统和智能运输系统的辅助设备等 国外汽车电子的应用情况 8 0 年代初由于排放安全法规的加严发动机燃油喷射系统制动防抱死控制 系统和安全气囊先后在轿车上被广泛采用 汽油发动机采用电控燃油喷射系统取代了 传统的化油器使汽车的有害排放物降低了 9 8 以上燃油效率较 2 0 年前提高了近 两倍在汽车安全控制方面由于安装了制动防抱死控制系统可使汽车在湿滑冰雪 路面上带来的伤亡事故发生率降低 2 42 8在此期间由于发动机控制汽车底 盘的传动转向制动悬架控制安全气囊汽车电子仪表以及音响通讯等电子装 置的广泛应用使得汽车电子产品在汽车成本中所占的比例平均上升到 1 01 5 进入 9 0 年代汽车电子装置应用的范围进一步扩大据统计从 1 9 8 9 年至 2 0 0 0 年 平均每辆车上电子装置在整个汽车制造成本中所占的比例由 1 6 增至 2 3 以上 一些豪华轿车上使用单片微型计算机的数量已经达到 4 8 个2电子产品占到整车 成本的 5 0 以上在此期间电子技术发展的动向为 1 . 向集中综合控制发展 发动机管理系统和自动变速器控制系统 集成为动力传动系统的综合控制 P C M 制动防抱死控制系统A B S牵引力控制系统T C S 和驱动防滑控制系统A S R 综合在一起进行制动控制 一体化底盘控制系统U C C通过中央底盘控制器将制动悬架转向动力 传动等控制系统通过总线进行连接控制器通过复杂的控制运算对各子系统进行协 调将车辆行驶性能控制到最佳水平 2 . 控制向智能化发展 车辆稳定性控制系统( V S C ) 和强化车辆稳定性系统 V S E 演变成智能悬架系统 自适应巡航控制系统( A C C ) 集成了制动防抱死控制功能牵引力控制及车辆稳定性 控制的功能车辆在行驶过程中能够探测前方车辆的位置和行驶速度以便提前采取 防撞措施并可依靠车与车之间的通讯提供的行驶信息对整个车流进行综合控制 这样可以进一步提高车辆行驶的速度和减少安全车距 从而提高了公路的容量和运输 效率 3 . 网络 总线技术的应用有很大发展 由于汽车上的电子电器装置数量的急剧增 多为了减少连接导线的数量和重量网络总线技术在此期间有了很大的发展 各种电子装置通过总线发送和接收信息电子装置除了独立完成各自的控制功 能外还可以为其它控制装置提供数据服务通讯线将各种汽车电子装置连接成为一 个网络由于使用了网络化的设计简化了布线减少了电气节点的数量和导线的用 量使装配工作更为简化同时也增加了信息传送的可靠性通过总线可以访问任何 一个电子控制装置读取故障码对其进行故障诊断使整车维修工作变得更为简单 开放式的公共网络结构在车辆投入使用之后仍可添加新的电子装置而不会对车子 上海交通大学硕士论文 2005 年 1 月 3 的外型和车子内部的结构产生过大的影响 4 . 卫星全球定位系统的应用迅速增加 9 0 年代后期 卫星导航系统已在车上推广 应用车载卫星导航系统主要由接收装置车载 P C 机导航软件语音设备和安全 控制等五部分组成卫星全球定位系统可以实时提供车辆所在的位置行驶速度和时 间控制中心可用语音文字图像等多种方式为驾驶员提供最新的交通信息驾驶 员可以根据道路和车流情况选择最佳行驶路线 安装了卫星全球定位系统的车辆无 论行驶到任何地方都可以在控制中心的电子地图上显示其所在的具体位置在车上 只要将电子地图光盘插入车辆的接收显示设备 显示屏上就会显示出该车在地图上的 位置和车辆的行驶的方向输入了要去的目的地后导航系统会为你选择最佳行驶路 线控制中心还可以根据车辆的编码追踪被盗车辆及时发现失踪车辆的踪迹 5 . 电子产品在汽车的应用范围进一步扩大 红外夜视系统红外夜视系统是利用它发出的红外线探测车前方的各种移动和 静止的物体夜视系统将物体反射回来的红外线转换成影像投射在显示器上使驾 驶员及早发现以避免事故的发生 驾驶员疲劳警报系统驾驶员疲劳警报系统可根据驾驶员的呼吸情况眨眼的速 度判断驾驶员是否反应迟钝如出现异常会震动座椅提醒驾驶员注意或自动进行制 动操作 防撞雷达利用超声波激光微波雷达探测车辆运动前方或在倒车时后方有 无障碍物当接近障碍物时这个系统便会自动启动发出声光报警根据障碍物情 况操纵汽车进行摘挡减速制动或转向等操作 轮胎低气压监测报警装置 监测报警装置根据四个车轮转速传感器输入信号的频 率差监测轮胎的气压当有的轮胎气压变低时监测报警装置便会发送报警信号 点亮仪表板上的报警灯 指纹识别系统指纹识别系统可以取代传统的汽车钥匙司机仅需用手指触摸 仪表板上的指纹识别板如指纹相符汽车就可启动同时反光镜方向盘坐椅位 置和收音机都将按驾驶者的习惯来进行调整 后座娱乐系统后排座椅娱乐系统可以让坐在汽车后边的乘客播放 D V D V C D 或玩游戏 车身附件也已开始大量的电子化例如下雨时会自动启用的传感式雨刮器等 半导体传感器和功率驱动电路向智能化发展将敏感元件模拟电路数字电路 集成做在在同一块硅片上 传感器的输出端和功率驱动器件的驱动端都可以直接和单 片机接口 这样可以进一步减小控制单元的体积 提高可靠性 器件具有故障自诊断 工作状态检测和过热过电压以及过电流断电的保护等功能 进入 2 1 世纪社会进入了信息网络时代未来的汽车不仅仅是一种代步工具 人们更希望在汽车上就像呆在自己所熟悉的办公室和家里一样可以收听广播打电 话通过互联网络和家中的计算机联网处理未完成的工作也可以上网查看新闻 收发电子邮件传真聊天收看天气预报和股市行情等 随着数字技术的进步汽车也将步入多媒体时代利用 w i n d o w s 操作系统开发 的车载计算机多媒体系统具有信息处理通讯导航防盗语言识别图像显示 和娱乐等功能到那时坐在汽车里由于自动导航和辅助驾驶系统的使用驾驶员 上海交通大学硕士论文 2005 年 1 月 4 可把行车的目的地输入到汽车电脑中汽车就会沿着最佳行车路线行驶到达目的地 人们可以通过语言识别系统操纵着车内的各种设施一边轻松地驾驶着汽车一边欣 赏着 D V D C D 光碟音像制品还可预定饭店餐馆机票等 智能汽车装备有多种传感器能够充分感知交通设施和周边环境的信息判断车 辆和人是否会发生危险并能及时采取防撞措施当车辆发生故障时汽车会发出报 警并通知汽车维修中心维修中心可对车辆故障进行远程诊断或派员进行维修车 辆被窃车主可遥控锁定汽车关闭发动机 未来十年内汽车电子及与电子技术相关产品平均在整车成本中所占的比例将 从目前的 2 0 上升到 3 2汽车电子的发展速度将从目前的 1 0 的增长率上升到 2 0 汽车电子产品的特点 1 . 工作环境恶劣 例如汽车电子产品的工作的温度范围是4 0 1 2 5相对 湿度 9 8 以上安装在发动机仓内的电子器件产品试验时的工作温度高达 1 6 0 要能承受 5 0 g 的冲击载荷而不损坏汽车电路中抛负载瞬变电压最高可到 1 2 5 V 持 续时间长达 4 0 0 m s 2 . 价格要低 可靠性要高 这样就决定了它必须使用自动化生产设备进行经济批 量的规模化生产只有这样才有可能保证产品的质量降低制造成本 3 . 体积要小重量要轻 由于汽车电子装置的数量不断增多车内空间已经非常 狭小为了减小控制装置的体积因此需要开发具有特殊功能的专用汽车集成电路 4 . 系统的开发难度大 汽车电子控制装置 即所谓机电结合的汽车电子装置的开 发涉及的学科多开发过程要和车子的机械系统紧密地结合在一起进行细致地进行 控制参数的匹配开发的环节多工作量大周期长 5 . 汽车电子产品的产业化需要投入的资金大 国内汽车电子的研究和应用情况 国家科技部在八五期间组织了汽油发动机电控燃油喷射系统的攻关九 五期间组织了柴油发动机电控燃油喷射系统汽车防抱死制动系统安全气囊和 车载通讯系统的攻关虽然都取得了可喜的阶段性成果但未向产业化转化国内发 展汽车电子产业主要是采用了引进国外技术合资生产的方式 1 9 9 8 年国内实施了新的汽车排放法规 在国内生产的轿车上安装的汽车电子产品 数量逐渐增多除汽车音响电视空调器等产品以外高能无触点点火系统广泛应 用在客车和中卡上 发动机管理系统在轿车和轻型车上被强制安装 防抱死制动系统 安全气囊等电子设备也已开始在高档车上装备 上海新一代别克轿车采用了先进的集中综合控制技术将车身电子控制模块发 动机及电子变速箱控制模块防抱死制动控制模块空调电子控制模块组合仪表模 块安全气囊控制模块R A D I O C D 等电子模块通过总线连接起来形成了整车的 集中控制和信息传送网络系统控制功能超过了 4 0 项 国内合资企业生产的新型高级轿车像帕萨特 B 5 通用别克本田雅阁以及奥迪 A 6 上汽车电子产品在整车成本中所占的比例已达到了 2 0其中奥迪 A 6 的比例已 达到了 2 8显示出中国汽车电子装置的配置已经接近或达到了国外汽车工业发达国 家的水平 上海交通大学硕士论文 2005 年 1 月 5 国外汽车电子技术在过去的十几年中所以能得到发展 其中很重要的一个原因是 不断发展的电子新技术为汽车工业解决了大量实际而且难度很大的问题 如汽车高能 电子点火系统电子汽油喷射系统电控自动变速器制动防报死系统主动式汽车 防撞系统以及汽车导航等这些新技术的广泛应用满足了汽车用户对汽车性能安 全舒适防盗便利等的要求反之又促进了汽车电子工业的发展可以说现代汽 车若离开了电子新技术就无先进可言就无力与国际竞争因此大力发展汽车电 子新技术提高汽车电子产品的装车率加快汽车电子化速度是启动和振兴汽车工 业的重要手段 2现代汽车 I n f o t a i n m e n t系统 近几年来期刊杂志经常会出现什么汽车娱乐系统汽车多媒体汽车办公系统 还有什么汽车 Infotainment 系统以及汽车远程信息处理系统等等究竟这些都是怎么 一回事它们之间的关系又是什么呢目前各大汽车厂虽然都在致力于类似产品的 研发和生产但是却还没有一个统一的准确定义或标准本节先简单介绍一下所谓汽 车 Infotainment 系统的来龙去脉详细的阐述将会在下一章展开 汽车 Infotainment 系统的概念是从最早的汽车音响发展出来的它是由两个英文 单词 Information和 Entertainment 合成的而汽车音响的发展史也是电子技术的发展 史电子技术的每项重大的技术进步都推动着汽车音响的发展早在 1923 年美国首 先出现了装配无线电收音机的汽车随后许多汽车公司都步其后尘在仪表板总成上 安装了无线电收音机 这时候车用无线电收音机都是用电子管直到 50 年代 出现半导 体技术后轿车收音机出现了技术革命用半导体管逐步取替了电子管提高了轿车 收音机的寿命70 年代初卡式收录机进入了市场一种可播放卡式录音带的车用收 放两用机 出现在轿车上同时机芯开始应用集成电路直至 80 年代末一般轿车的 音响多以一个卡式收放两用机与一对扬声器为基础组合扬声器分左右两路声道有 的置于仪表板总成的两侧有的置于车门有的置于后座的后方输出功率多在 20 瓦左右下面为汽车收音机简单的发展历程 调谐方式手动调容式?手动调感式?DTS 电调谐式 卡带机芯自动停带?自动返带?半逻辑机芯?全逻辑机芯 CD 机芯单碟 CD 机芯?6 碟 CD 机芯 CD 碟片CD?VCD?MP3?DVD 显示器指针式?LED 显示器?LCD显示器?VFD显示器?TFT显示器 扬声器2 只?4 只?5 只?6 只 随着信息技术和网络技术的发展汽车收音机也出现了革命性的变革它已经不 再是简单的提供音乐欣赏的设备而是一个集音频视频游戏通信导航上网 和办公于一体的汽车多媒体系统(Car Multimedia System) 或者叫汽车 Infotainment 系 统如图 1-1 所示为现代汽车 Infotainment 系统所大致包含的模块和功能当然不 同档次的车型所选用的模块和功能也会有很大区别本文主要论述了汽车 Infotainment 系统目前的发展状况以及其主要采用的主要技术并通过第三章对福特 上海交通大学硕士论文 2005 年 1 月 6 汽车公司的一款 Infotainment 系统构架进行了的详尽的分析与描述以及第四章至第 六章此款 Infotainment 系统中主要模块(ACM)的实际开发与设计得出了一些有益国 内同行业发展的结论 图 1-1 现代汽车 Infotainment 系统示意图 Fig1-1 Modern Automabile Infotainment System 研究和开发国外汽车公司的 Infotainment 系统对国内同行业具有重大的意义目 前国内汽车电子企业与国外相比在核心技术上还有很大的差距而且对整车厂尤其 是欧美汽车厂的配套程序法规要求经验也很少 因此要想打入国际市场还有很长的一 段路要走 中国新兴汽车电子企业在开展研究和产品产业化面临的主要困难在于 中国轿车企业基本上都是中外合资企业 合资企业生产的轿车都是引进国外各 大汽车公司的成熟车型车上装用的汽车电子产品都是随着整车一起进入中国市场 的在合资企业中中方在技术上和整车零部件配套上没有决定权基本上是外国人 说了算外方为了赚取高额的利润当然要采购国外的汽车电子产品国产的汽车电 子产品就是完全达到了国外同类产品的水平进入合资企业几乎也是不可能的目 前国内汽车电子产品的配套市场几乎已全部被国外各大汽车电子公司所占据 对国际标准体系的要求了解不够整车厂与新兴的汽车电子制造商以自顶向 下根据整车电子产品配置需求开展项目合作的商业模式没有完全建立起来由于缺 乏整车的需求牵引汽车电子制造商不得不自行研发产品的功能性样机才到整车厂 接受测试通过测试之后才寻求配套厂家由于测试次数少和费用高的原因产品经 Infotainment Entertainment Information Safety Outside Inside Video Game Internet Emergency Panic Call Antitheft Get Info Traffic E-mail Remote Navigation Other service such as RDS,Cellular,Bluetooth Diagnosis Navigation Camera Park Aid AM/FM SDARS Cassette CD Minidisc MPEG Dataplay VCD DVD VCR VHS TV DV Camera PC Playstation 上海交通大学硕士论文 2005 年 1 月 7 受的试验时间比较短在稳定性和安全性上难以达到国际标准的要求 汽车电子产品与整车的配套相关性很高新兴的中国汽车电子企业要上规模 很难走出合资经营模式因此容易被整车厂控制这在很大程度上妨碍中国汽车电子 企业在短时间内推出满足市场需求的产品并发展壮大 在研发过程中国内生产汽车电子产品零部件的配套厂家受到合资企业的控 制造成汽车电子配套市场不健全对中国汽车电子研发企业的发展也有一定的负面 影响存在采购周期长购买不方便规格不符合汽车专用要求等比较普遍的问题 因而中国汽车电子企业要参与国际性的汽车电子采购大会 逐步了解市场需求和国际 标准从配套入手发展中国的汽车电子产业 目前在电动助力高电压电源安全管理系统车身电机控制数字仪表低速 总线控制系统胎压监测和报警系统的研究和产业化进程上中国汽车电子企业已经 开始推出产品中国国家汽车计算平台工程的启动有望攻克汽车控制驾驶信 息处理智能交通传感执行等重大核心技术从而为第三代移动通信高清晰度 数字电视卫星导航智能交通移动网络的应用和信息化在汽车电子的应用提供重 大发展机遇并将形成汽车工业和电子信息产业良性互动的发展格局而随着国际顶 级汽车半导体方案提供商进入中国中国汽车电子行业有望加速发展 发展我国汽车电子产业要重视引进技术但不能把希望完全寄托在引进技术上 跨国公司到中国来其目的就是为了占领国内的市场而不是给自己培养竞争对手 国家对汽车工业等 7 个产业进行的技术创新战略研究得出的结论表明3在合资 企业中外方给我们的技术大多是已经进入了成熟期或是已开始衰退和已淘汰的 技术根本不是什么先进技术 在引进技术后更要重视对引进技术进行消化吸收和创新增强自主开发和创新 的能力没有拥有自主知识产权的核心技术就要永远受制于人入关后国外的汽 车零配件会大量拥入中国市场外商打着所谓本地化的招牌利用国内廉价的劳 动力在国内独资建厂会越来越多中国就会变成跨国公司的制造工厂如不进行自 主开发国内的汽车电子产业就不可能生存下去 基于目前国内的市场技术生产的现状发展国内的汽车电子产业只能走产 学 研相结合道路 形成关键技术的自主开发能力 摆脱国外对这一技术领域的垄断 1 . 3 本文的主要内容和安排 由于汽车工业和通信电子技术网络技术和计算机技术的同时进步汽车收音机 从最初的调频调幅接收器发展到现在的汽车多媒体控制中心 本文的主要目的就是通 过美国福特公司的一款项目的分析和研究制作推动国内同行业的水平作为汽车车 载电子设备重要组成部分汽车 Infotainment 或多媒体系统是最吸引消费者眼球的设 备具有很大的应用价值和发展前景与之相关的研究也具有相当重要的意义本文 的研究工作正是围绕着福特汽车 U387 上 Infotainment 系统的实际开发展开从应用 的角度出发首先对 Infotainment 系统与传统的汽车收音机中不同的概念和定义进行 研究然后对其主要音频控制模块 ACM(Audio Control Module)进行了研究和设计分 上海交通大学硕士论文 2005 年 1 月 8 析最后对 MS-CAN 总线和汽车电测兼容性也作了一定的研究在以上分析和研 究的基础上提出了一些改进 ACM抗干扰和提高性能参数的设计方法实验证明这 些设计改进的效果比较明显 全文的主要内容和章节安排如下 第一章首先简单介绍了汽车电子在汽车上的应用和发展状况 然后介绍了汽车现 代 Infotainment 系统的来龙去脉阐述了研究 Infotainment 系统对国内同行业的意义 最后指出了国内汽车电子行业的发展现状和主要面临的困难 第二章详细阐述了从汽车收音机到汽车 Infotainment 系统的发展历程并详细分 析了现代汽车 Infotainment 系统的主要组成模块和技术特点最后对未来几年的汽车 Infotainment 系统的发展趋向作了一些预测和分析 第三章着重介绍了世界三大汽车公司之一的福特汽车公司在汽车 Infotainment 系 统方面的现状和研究成果 并以正在研发中的 2006 年的一款车型 U387 为例 具体研 究了 U387 Infotainment 系统的原理和组成部分 分析了福特公司核心技术 FNOS 以及 控制器局域网总线 CAN 的关系以及 Infotainment 系统中不同于一般汽车收音机的 一些概念和定义 第四章主要是针对具体的 Infotainment 系统中的主要部分 ACM(Audio Control Module)进行了开发和设计 重点介绍了 ACM与一般的汽车收音机所不同的地方 例 如调谐器数字信号处理器等 第五章主要研究了 ACM中调谐器的原理和设计开发 第六章主要研究了 ACM中 DSP 的开发 最后对本文所研究的主要工作进行了总结并且在此基础上展望未来提出了今 后需要发展的一些研究方向 上海交通大学硕士论文 2005 年 1 月 9 第二章 汽车 I n f o t a i n m e n t系统 正如本文第一章所介绍的那样现代汽车 Infotainment 系统是从最初的汽车收音 机发展而来它综合了来自汽车用户通信半导体和 IT 工业的解决方案目前 汽车 Infotainment 系统是一个相当有吸引力的市场技术含量和利润都比较高而国 内大多数汽车电子企业所开发和制造的仍然是相对较为独立的汽车收音机 如汽车磁 带机收音机汽车 CD 收音机高档一点的有汽车 VCD 机而目前国内开发和制造 的汽车 DVD 机还只是在售后市场没有形成 OEM 的规模因此我们研究国外的 Infotainment 系统研究它的组成构架和所用的技术以及汽车厂的规范要求并 把它和国内同行业作比较是一个很有实际意义的工作 2 . 1从汽车收音机到现代汽车 I n f o t a i n m e n t系统 在过去的几十年中汽车收音机的发展4可以说是一个关于集成了多个领域的技 术发展的完美的例子例如射频电子移动无线通信局域网个人电脑消费电 子以及汽车人机界面等早期收音机的发展主要是为了提高接收音频信号的质量 而在过去几十年里则主要是为了提高信道容量和增加个性化程度 今天的收音机除了 包括传统的 AM/FM 波段同时还可以播放不同的媒质如磁带CDMP3DVD 等 以及超过 100 个频道的卫星数字广播信号 我们相信收音系统将持续成为汽车娱乐的 中心和消费者期盼随时随地可以接入和下载得到个人信息为了达到这个目的下 一代的收音机将可能基于一些计算机平台带有相当大的内置内存和运行软件定义的 功能特性 它也会有内置的宽带和双工通信到音乐和数据文件以及使将来的应用外设 的重新配置变成可能 自从发现了无线电磁波后人们对如何利用这个新生事物的兴趣日益浓厚1920 年第一个广播电台建成于维斯丁豪斯Westinghouse四年后工厂的年销售额就已经 达到了 5 千万美金当收音机可以大批生产时 人们开始考虑将便携式电池供电的 收音机装入汽车 但是汽车收音机同便携式收音机和家用台式收音机在与多地方有不同之处一 个是汽车收音机必须要考虑汽车内有限的空间和安装方式 在机械结构尺寸上要和汽 车协调 第二必须正确的处理各种家用电子所没有的汽车环境干扰如电源干扰电子 环境噪音温度振动等 第三独特的人机界面HMI要求除了造型外观之外尤其重要的事HMI 必须让司机能够集中精力于他们的主要任务安全驾驶 第四个是必须解决在汽车行驶时快速变化的信号环境 人们已经作了大量的研究 工作在减小多路复合信号效应和提高弱信号在一个强的邻频信号下的接收效果 也开 发了其它技术来处理信号衰减以及同时消除不必要的波波音(Pop noise)另外还有汽 车上极其复杂的电磁干扰环境正确的屏蔽和汽车线束布局非常重要 上海交通大学硕士论文 2005 年 1 月 10 最后汽车风格需求和实用考虑也会对汽车内各种接受的前端部分-天线的设计 有重要影响实际可达到的性能参数与理论值相比在许多方面都有不同的差距和限 制即使在今天汽车天线设计仍然还是一个十分具有挑战性的任务 不管怎么样汽车收音机 70 多年来的演变都是一个关于电子工业发展史的很好 的例证从无线电接收技术到广播基础建设都取得了长足的进展例如信号调制方 式包括了调幅和调频立体声信号接受机从真空管到集成电路信号处理过程从纯模 拟信号处理到全数字信号处理这些变革不及需要接收器方面的设计更新对广播站 方面来说也是如此 如下表所示为汽车收音机的主要发展里程碑19 世纪 20 年代出现了最早的 表 2-1汽车收音机的发展历程 年代 事件 1920 建立第一个调幅广播站 1922 戴梅勒Daimler演示车载收音机的研制成功 1926 第一台便携式真空管调幅收音机 1927 在马达发动时可以收听收音机 1929 第一台实用车载收音机 1930 超外差收音机问世 1931 电动式扬声器自动音量控制 1933 福特公司开始对不同汽车仪表板进行量身定做收音机 1937 按键式寻台杆状天线 1938 伸缩式天线问世 1941 福特公司开发出 5预置台收音机 1947 成功开发用信号强度寻台的收音机 1948 发明第一个晶体管 1956 第一台使用了大功率晶体管的汽车收音机 1957 第一台全晶体管化的汽车收音机第一台