CN1488530A - 车载计算机系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车载计算机系统，包括一计算机主机平台，该主机平台由车载供电系统通过一电源系统供电；所述电源系统与车载的蓄电池和发电机连接，用于将车载供电系统的电压转换为适合于所述标准PC配件使用的电压；该主机平台包括普通桌面型个人电脑的标准PC配件。该系统还包括安装有功能扩展卡的功能扩展箱，该功能扩展箱与主机平台之间通过数据线连接。本发明的车载计算机系统基本上都使用了市场上可购买到的PC配件，其性能高，价格低，有利于系统的二次开发，提高了系统的可升级性；而且在这样的系统上可容易地实现系统功能扩展。在车辆上安装本发明的系统后，可提高汽车操作与驾驶的方便程度和驾驶员驾驶的舒适程度。

Description

车载计算机系统

技术领域

本发明涉及汽车领域，更具体地说，本发明涉及一种用于汽车上的计算机系统。

背景技术

汽车在使用时，一般需要对其工作状态进行监测，如行驶速度、发动机温度、发动机转数、灯光指示、油量等。现有的汽车一般采用半机械式电压表(或电流表)结合机械触点与普通电压(或电流)式传感器相互作用的手段来实现，如现有车辆使用各种仪表盘。还有一些特种车辆，如专用运输车、工程车等，也需要对其特有的作业设备的工作状态进行监测，在现有技术中，一般采用类似于普通车辆的半机械方式。而这些方式具有灵敏度差、易损坏、可控范围小、使用不方便等缺点。

为了改进汽车的监测和控制手段，已经有技术采用单片机来实现上述功能。在这种单片机系统中，通常通过汇编语言编程来进行电路控制与管理。但是，这种利用单片机与低级语言(例如汇编语言)相结合的模式开发的控制系统必须有特别制作的电路与其匹配才能工作，添加任何新的功能时都必须添加新的匹配电路，系统扩展十分不便；为这种系统开发控制软件必须使用与其系统主芯片相匹配的低级语言进行工作，工作量大、技术难度高，一般技术人员很难工作。

最近，还有一种较为先进的技术，它采用嵌入式技术，使用专用的嵌入式操作系统如WindowsCE，但是它本身硬件价格较高，例如可提供GPS卫星定位、MP3媒体播放等功能的嵌入式系统的价格是可以提供同等功能的普通PC硬件价格的数倍；其次这种系统的硬件可扩展性差，每一次扩展都需要重新设计与系统本身所用的嵌入式CPU相匹配的电路，使得硬件成本再次增加。

近几年，由于微电子技术的迅速发展，以及普通桌面型个人电脑(PC)的迅速普及，使得PC机的性能愈来愈高而应用于PC机的电脑配件价格则日趋低廉。这样的PC机一般包括主机平台和输入输出部分。主机平台包括一个主机箱，主机平台一般将电源、主板、CPU、内存、存储设备和其它的一些功能扩展卡(如声卡、显卡和网卡等)整合安置在主机箱内。输出输出部分一般包括鼠标、键盘和显示器。但是由于普通PC电源采用220V交流电压，而且普通PC主机箱的整体结构过于松散，防震性能和散热性能均不适何车载特殊环境，所以这样的PC机并不能直接移植到汽车上使用。

因此需要有一种技术，能够将高性能、低价格、易于进行二次开发的普通PC机应用于汽车上，从而实现对汽车的自动化监测与控制，并能将应用于普通PC机的丰富的扩展功能(如多媒体和网络功能)移植到汽车上使用。因此，还需要有一种技术，它使得PC机能够适应车辆空间、车辆供电的特殊限制，以及对车辆进行监测和控制的一些特殊需要。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种车载计算机系统，该系统适合于安装在车辆上；本发明的目的之二是提供一种车载计算机系统，该系统采用普通桌面型个人电脑的标准PC配件；本发明的目的之三是提供一种车载计算机系统，该系统由车载供电系统供电；本发明的目的之四是提供一种车载计算机系统，该系统可提供对车辆自身设备的监测和控制功能。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种车载计算机系统，包括一计算机主机平台，该主机平台由车载供电系统通过一电源系统供电；所述电源系统与车载的蓄电池和发电机连接，用于将车载供电系统的电压转换为适合于所述标准PC配件使用的电压；该主机平台包括普通桌面型个人电脑的标准PC配件。

所述主机平台包括一适合于安装在车体内的壳体，所述标准PC配件布置在该壳体内。所述标准PC配件包括主板、硬盘、内存和CPU。

所述主机平台的壳体内设有硬盘防震架。

所述硬盘防震架由设置于硬盘周围的支架构成，支架与硬盘盘体之间有接口橡胶垫；支架与主机平台壳体之间有倒三角形状的橡胶减震顶柱。

所述主机平台壳体上设置有与车辆自身的通风装置连通的进气和排气孔道。所述进气和排气通道的内侧设有吸气和排气风扇，外侧装有空气滤网。

所述主机平台的外接接口通过延长线延长至车辆的控制面板上。

所述的车载计算机系统还包括安装有功能扩展卡的功能扩展箱，该功能扩展箱与主机平台之间通过数据线连接。所述功能扩展箱包括一适合于安装在车体内的壳体，所述功能扩展卡安装在该壳体内。所述功能扩展卡包括一用于实时采集车辆的传感器信号的信号采集卡，该信号采集卡与车辆自带的传感器相连接。

所述功能扩展箱的壳体上设置有与车辆自身的通风装置连通的进气和排气孔道。所述进气和排气通道的内侧设有吸气和排气风扇，外侧装有空气滤网。

所述的车载计算机系统还包括与所述主机平台连接的输入输出装置。所述输入输出装置包括液晶仪表板和图形操作终端。所述图形操作终端为触摸式液晶面板。

所述的车载计算机系统的电源系统包括电压监测模块、稳压模块和电压转化模块；其中，

所述电力监测模块与车辆自带蓄电池和发电机连接，用于诊断车辆自身所供电压的间断情况，并提供不间断的电流至稳压模块；

所述稳压模块与电力监测模块连接，用于对电力监测模块的输出电流进行稳压；

所述电压转换模块与稳压模块连接，用于将稳压模块的输出电压转换为适合于所述标准PC配件使用的电压。

所述电压转换模块的输出电压包括大小为DC12V、DC-12V、DC5V和/或DC3.3V的直流电压。所述电压转换模块的输出电压包括大小为220V的交流电压。

所述的车载计算机系统还包括一用于控制系统供电的电源开关。所述电源开关安装在车辆的钥匙点火开关上。

所述主机平台内包括一存储装置，该存储装置内装有用于对车辆进行监测和控制的计算机程序。

本发明的优点在于：

1)本发明的车载计算机系统基本上都使用了市场上可购买到的PC配件，其性能高，价格低；并且这样的组成系统可用高级语言实现编程控制，有利于系统的二次开发，提高了系统的可升级性；而且，在这样的系统上可容易地实现系统功能地扩展，为自动化的车辆信息管理建立技术平台。

2)POC车载电源匹配了适合车用12V电压的控制电路，解决了普通桌面PC电源不能使用车辆12V电压的问题。

3)POC车载主机采用“平台<＝>扩展”构架，即将功能扩展部分从主机平台分离出来单独设置，这样的结构更适合安装于汽车上。

4)由于POC车载多媒体技术采用软件控制，摆脱了现有技术中采用机械手段对车辆设备的检测和控制，所以可以在车辆上添加新的设备控制方式及使用功能而不需添加额外的硬件设备。例如：出租车可用软件代替计价器；警车可用软件和无线接口建立警用网络。

5)在车辆上安装本发明的POC系统后，可大大提高汽车操作与驾驶的方便程度，以及提高驾驶员驾驶的舒适程度。

附图说明

图1是本发明的车载计算机系统的结构框图；

图2是本发明的POC主机平台的结构示意图；

图3是本发明的POC主机外接接口与车辆面板连接结构示意图；

图4是本发明的硬盘防震架构示意图；

图5是本发明的POC主机散热机构示意图；

图6是本发明的POC功能扩展箱的结构示意图；

图7是本发明的“平台<＝>扩展”构架结构示意图；

图8是本发明的车载环绕音箱设备位置示意图；

图9是本发明的车载电源结构示意图；

图10是本发明的车载电源钥匙开关结构示意图。

图面说明：

主机电源盒1       硬盘2         硬盘防震架3      主板4   CPU5

主板外接口6       主板扩展槽7     主板控制排针8   主板IDE接口9

内存插槽10        主机壳体11      硬盘风扇架12    硬盘散热风扇13

接口橡胶垫14      橡胶减震柱15    车辆进风口16    吸气风扇17

排气风扇18        车辆出风口19    活动气流20      板卡架21

扩展箱壳体22      内部连接排线23  中央汇线排24

中央汇线排外部接口25    板卡总延长线26      主机外部总延长线接口27

固定卡隼28              总延长线主机内接口29   主机内部连接排线30

接口电路31              过滤式导流罩32      车辆仪表台壳体33

车辆控制台面板34        车辆空调出风口35    POC动态液晶仪表板36

POC图形操作终端37       USB接口38        组合接口39   PS/2接口40

红外线接口41    主板外接口总延长线42     数据CD驱动器43  支架44

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明进一步详细描述。

如图1所示的本发明的车载计算机系统(POC，PC On Car)，包括电源系统、电源开关、计算机主机平台、功能扩展箱和输入输出装置。如图所示，电源系统为计算机主机平台、功能扩展箱和输入输出装置供电，并由电源开关控制供电电路的通断。主机平台可分别与功能扩展箱和输入输出装置进行数据传输。其中，输入输出装置包括液晶仪表板和图形操作终端。功能扩展箱可采集各种汽车信号，而主机平台是POC的中枢系统，负责处理功能扩展箱采集的各种汽车信号，并将其实时显示在输入输出装置中的液晶仪表板上。同时，根据输入输出装置中的图形操作终端反馈的信息，实现用户所需的各种扩展功能。

主机平台如图2所示，它包括一个四个角具有一定弧度的菱形主机壳体11，具有这种典型形状的主机平台适合于装配在车体的仪表板或控制面板的后方。主机壳体11内安装有用于数据存储与数据/信号处理的标准PC配件，在本发明中，所说的标准PC配件特指那些适合于普通桌面型个人电脑(台式机)使用的标准PC配件。一般地，这些标准PC配件至少应该包括CPU5、内存(插设于内存插槽10内)、主板4、硬盘2(设置于硬盘防震架3上)和主机电源盒1，装配方式与现有的台式机相同。这些配件理论上与任何已有的标准PC配件通用，但是考虑其用于车载的特殊环境，主板4可采用整合型主板(整合双显头)，CPU5可以采用Intel或AMD公司的任意一款与主板匹配的产品，硬盘2可使用3.5英寸电脑硬盘，以保障数据高速传输，且体积小，功耗低，抗震能力强。更具体地，例如，可采用INTER Celeron1.7G(或更高级别)CPU；INTER845PE(或更高级别)主板，集成声卡和显卡；128M-KingMax DDR(或更高级别)内存等；硬盘采用10G/3.5英寸硬盘(硬盘最大容量不限，最好不低于10G)。主板4上还设有主板外接口6、主板扩展槽7、主板控制排针8和主板IDE接口9。

如图3所示，主机平台预留了USB接口38、组合接口(包括COM、MID、MIC、LPT)39、PS/2接口40和红外线接口41等接口，便于与其它计算机通讯及功能扩展，这些接口可通过主板外接口总延长线42从主机平台主板4的外接口6延长至现有车辆控制台面板34上。在图3中，数据CD驱动器43也设置于控制台面板34上。基于这种通用设计，保证了POC系统在软件使用、硬件维护、后续软件开发等诸多方面的通用性、便捷性和可靠性。

由于车辆在行驶中会产生震荡，造成硬盘的震动，影响硬盘使用寿命，在本发明的主机平台中提供了一种如图4所示的硬盘防震架3，本架构3包括硬盘固定支架44、接口橡胶垫14、橡胶减震柱15三部分。硬盘固定支架44用于固定硬盘2和硬盘风扇架12上的硬盘散热风扇13，并使硬盘2距POC主机壳体11保持适当的间隙，以便充分散热。接口橡胶垫14用于缓冲支架44与硬盘2之间的震动；倒三角形状的橡胶减震顶柱15是利用了悬挂原理，用于缓冲支架44与POC主机壳体11之间的震动。在POC系统的平台机箱中加装了这种防震架构，使得车辆颠荡产生的震动波通过防震架3传递至POC主机壳体11，减少对硬盘2本身的震动。

主机平台在运行中时，CPU和硬盘会产生大量热量，若散热不良会造成系统的不稳定。POC系统的主机平台采用主动散热和被动散热两种方式进行散热。CPU与硬盘本身可加装配套风扇，称之为主动散热。此外，如图5所示，还可利用车辆自身的通风装置将活动气流20引导至平台主机壳体11两端预留的进气和排气孔道，在两个孔道内侧加装吸气风扇17和排气风扇18，并分别加装过滤式导流罩32。从车辆进风口16流出的活动气流20由进气孔道流入主机壳体11内部，吸收热量后由排气孔道排出，灰尘和水分被过滤式导流罩32分离，不会污染机箱内部元件。活动气流20最后从车辆出风口19流出。这种方法可称为为被动散热。通过这两种散热方法共同作用，可确保主机平台内部温度的稳定，保证设备运转正常。

为减小计算机主机平台的体积，除了上述的一些必备的硬件外，本系统采取总线接口延长线的方式，将各种功能扩展板卡移至功能扩展箱。本发明的功能扩展箱的结构如图6所示，包括扩展箱壳体22、内部连接排线23、板卡架21和中央汇线排24。该外壳的形状基本上是四个角具有一定弧度的菱形，这种形状的功能扩展箱可置于车辆的仪表板或控制面板的后方。该壳体22的壳体材质为高强度有机塑料，其底板部分用来固定板卡架，板卡架21与壳体底板之间有橡胶衬垫，以减少震动。壳体另外几面预留散热孔，方便散热。板卡架21用来将扩展板卡固定到壳体上，上面预留有板卡插槽、顶柱和排线，安装时将板卡插入插槽，并与顶柱固定。所有由板卡架引出的线由汇线排24汇总固定。功能扩展箱的散热可采用如前所述的主机平台的被动散热方式。

如图7所示，本发明提供了一种“平台<＝>扩展”构架。扩展箱中的扩展电路从由中央汇线排24的外部接口25通过板卡总延长线26连接至主机壳体11上的主机外部总延长线接口27，并由固定卡隼28进行固定，然后再通过主机内部连接排线30将总延长线主机内接口29连接至主板扩展槽7上的接口电路31。利用这种设计，可减小主机平台体积，方便其安装于车辆任何部位，并可提高系统散热能力和稳定性，排除了由于车辆震动造成板卡松动，继而导致系统不稳定等疑难问题。

本发明的POC系统主机平台通过以上阐述的这几种设计方法解决了散热困难、系统不稳定、配件的机械损坏率高、安装繁琐不便、后续开发困难等诸多瓶颈问题。

功能扩展箱中的板卡插槽上安装着计算机主机平台所需的各种功能扩展卡，便于集中维护。同时可以根据用户的需求进行其它功能的扩展。一般来说，功能扩展箱中可通过装配功能扩展卡来实现下面几种扩展功能。

a)信号采集：

本功能应配置信号采集卡，本功能卡负责实时收集汽车的各种模拟信号、开关信号及报警信号，将其转换成数字信号，并进行分类编码，通过RS232接口输送到计算机主机平台处理。计算机主机平台内的硬盘上存储有信号处理软件，用于处理信号采集卡所采集的数据，并将处理后的结果输出至液晶仪表板或图形操作终端。例如，该信号采集卡可采集车辆速度、发动机转速、油压、灯光指示等车辆工作数据，并将结果通过液晶仪表板显示，以代替现有的机械式仪表盘。由于采集卡所采集的数据是由计算机主机平台进行处理和加工的，所以可以在不添加其他控制电路的前提下，直接通过软件编程的方法增加可测控设备的范围或任意更改液晶仪表板显示界面。

b)车载影院及娱乐中心：

利用POC车载系统可以在车辆上时时播放现有各种格式或制式的多媒体文件。本功能应配置DVD(或VCD)光驱、多声道声卡及环绕音箱，将音箱按图8所示位置安装，便可实现环绕立体声效果。将麦克风插入MIC插口，通过相应的软件，还可实现卡拉OK。在COM接口插上游戏手柄，便可享受POC系统内置游戏带来的乐趣。

c)全球定位及导航系统：

通过无线网络，搭配主机平台内安装的相应软件，便可随时随地清楚自己的位置坐标，还可显示本地电子地图及自己在地图上的位置。

d)无线网络及通讯系统(可选配置)：

根据用户选择，POC系统可通过手机上网，亦可安装无线网卡上网浏览信息，或组成无线局域网，同其它有此功能的车辆或计算机进行信息交流。

本发明的输入输出装置包括POC图形操作终端37及动态液晶仪表板36，在车内的安装位置在图3中可看出。液晶仪表板36的主要功能是替代传统车辆的机械仪表板，显示车辆各种参数及报警信息。液晶仪表板36可采用真彩色TFT液晶面板。信号采集卡实时收集汽车的各种模拟信号、开关信号及报警信号，将其转换成数字信号，并进行分类编码，通过主机平台的RS232接口输送到POC系统，并通过仪表控制软件处理数据后，将信息以图像的形式反馈至液晶仪表板输出，完成仪表功能。液晶仪表板与信号采集电路可以精确的测量各种车辆数据，并留有扩展接口，方便添加新的采集功能。图形操作终端37的显示面板同样采用真彩色TFT液晶面板，其触摸屏采用压感方式，便于精确定位受压位置。图形操作终端37的主要功能是进行车载软件系统的使用与控制，通过它的触摸屏，架乘人员可进行各种车载软件的使用，如：媒体播放、网络功能、车载游戏等。

由于本发明使用了普通桌面型个人电脑(台式机)的标准PC配件，为了使得POC系统可以使用车辆自带的供电系统，就必须对车辆的供电系统进行改造，使其适用于本发明的POC系统。本发明提供了一种如图9所示的电源系统，包括电压监测模块、稳压模块和电压转化模块。在发动机正常工作的情况下，发电机对电源控制系统供电，同时还对车辆自身蓄电池充电。当发动机处于起动或低速运转时，发电机不能发电或发出的电压很低，此时电源控制系统所需的电能完全由蓄电池供给。当发电机和蓄电池工作异常时，电力监测模块会发出欠电压或过电压报警信号，同时切断后续电路，达到保护目的。发电机在发电过程中及发电机与蓄电池进行切换过程中，电压都有一定的波动，稳压模块主要是去除波动电压以及杂波信号。然后转换模块将输入电压转换成系统所需的各种电压(AC220V，DC12V，DC-12V，DC5V，DC3.3V)。

POC系统的电源开关安装在钥匙点火开关上，如图10所示：

OFF      电源断开，发动机停止转动，POC系统处于休眠状态。

ACC      发动机停止运转，但点烟器等附件电路可以工作。POC系统开始供

         电，约10秒后系统进入工作模式。

ON       发动机运转，所有电器系统均工作。

START    起动电机运转。

当在OFF位置时，POC系统只是处于休眠状态，若要彻底关闭电源，须将钥匙打到OFF位置且向左转动到底保持4秒。若系统出现异常，只须按下复位按钮(主机预留)即可恢复正常。

本技术使用于任何使用化油器型或电喷型发动机的汽车。本技术无需改变车辆现有的电路设计，只需将仪表部分替换安装POC车载液晶仪表板，将POC信号采集电路与车辆现有各种传感器连接，在仪表台的合适位置安装POC车载图形操作终端，在车辆的合适部分安装POC车载主机、扩展箱、外接设备和各种连接线，最后连接POC车载图形操作终端和POC车载主机即可。以本技术为基础建立的POC车载多媒体系统需要专用的控制软件及应用软件的支持。所有软件均可通过外接设备如POC车载CD-ROM进行安装。由于POC车载多媒体技术采用软件控制，所以可以在车辆上任意添加新的设备控制方式及使用功能而不需添加额外的硬件设备。例如：出租车可用软件手段代替硬件计价器；警车可用软件和无线接口建立警用网络；等等。

Claims (15)

1、一种车载计算机系统，包括一计算机主机平台，其特征在于，该主机平台由车载供电系统通过一电源系统供电；所述电源系统与车载的蓄电池和发电机连接，用于将车载供电系统的电压转换为适合于所述标准PC配件使用的电压；该主机平台包括普通桌面型个人电脑的标准PC配件。

2、根据权利要求1所述的车载计算机系统，其特征在于，所述主机平台包括一适合于安装在车体内的壳体，所述标准PC配件布置在该壳体内，所述标准PC配件包括主板、硬盘、内存和CPU。

3、根据权利要求2所述的车载计算机系统，其特征在于，所述主机平台的壳体内设有硬盘防震架，所述硬盘防震架由设置于硬盘周围的支架构成，支架与硬盘盘体之间有接口橡胶垫；支架与主机平台壳体之间有倒三角形状的橡胶减震顶柱。

4、根据权利要求2所述的车载计算机系统，其特征在于，所述主机平台壳体上设置有与车辆自身的通风装置连通的进气和排气孔道，所述进气和排气通道的分别设有吸气和排气风扇，并且装有空气过滤装置。

5、根据权利要求1所述的车载计算机系统，其特征在于，所述主机平台的外接接口通过延长线延长至车辆的控制面板上。

6、根据权利要求1所述的车载计算机系统，其特征在于，还包括安装有功能扩展卡的功能扩展箱，该功能扩展箱与主机平台之间通过数据线连接；所述功能扩展箱包括一适合于安装在车体内的壳体，所述功能扩展卡安装在该壳体内。

7、根据权利要求6所述的车载计算机系统，其特征在于，所述功能扩展卡包括一用于实时采集车辆的传感器信号的信号采集卡，该信号采集卡与车辆自带的传感器相连接。

8、根据权利要求6所述的车载计算机系统，其特征在于，所述功能扩展箱的壳体上设置有与车辆自身的通风装置连通的进气和排气孔道，所述进气和排气通道的分别设有吸气和排气风扇，并且装有空气过滤装置。

9、根据权利要求1所述的车载计算机系统，其特征在于，还包括与所述主机平台连接的输入输出装置。

10、根据权利要求9所述的车载计算机系统，其特征在于，所述输入输出装置包括液晶仪表板和图形操作终端，所述图形操作终端为触摸式液晶面板。

11、根据权利要求1所述的车载计算机系统，其特征在于，所述电源系统包括电压监测模块、稳压模块和电压转化模块；其中，

所述电力监测模块与车辆自带蓄电池和发电机连接，用于诊断车辆自身所供电压的间断情况，并提供不间断的电流至稳压模块；

所述稳压模块与电力监测模块连接，用于对电力监测模块的输出电流进行稳压；

所述电压转换模块与稳压模块连接，用于将稳压模块的输出电压转换为适合于车辆以及标准PC配件使用的电压。

12、根据权利要求11所述的车载计算机系统，其特征在于，所述电压转换模块的输出电压包括大小为DC12V、DC-12V、DC5V、DC3.3V的直流电压和/或220V的交流电压。

13、根据权利要求1所述的车载计算机系统，其特征在于，还包括一用于控制系统供电的电源开关。

14、根据权利要求13所述的车载计算机系统，其特征在于，所述电源开关安装在车辆的钥匙点火开关上。

15、根据权利要求1所述的车载计算机系统，其特征在于，所述主机平台内包括一存储装置，该存储装置内装有用于对车辆进行监测和控制的计算机程序。

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