历史上,部署在军用车辆上的显示器一直是简单的监视器,作为机载系统的接口。这已经不够好了。随着军用车辆装备越来越多的技术,空间——更不用说重量和动力——变得越来越稀缺。单一功能系统被淘汰;无论你是设计新车还是改装现有车辆,多功能系统都很流行。

胜利的体系结构

图1所示。VICTORY架构的关键是集成和互操作性

美国陆军的胜利(C4ISR/电子战互操作性的车辆集成)体系结构最能说明这种范式转变,它消除了功能上的重复。在过去,每个新的子系统都有自己的处理能力、数据存储能力,通常还有自己的显示能力。VICTORY公司展望未来,通过消除这种重复,可以在尺寸、重量和功率(SWaP)方面显著节省,更不用说成本了。其核心是一个高度灵活、高度冗余、高速的网络——使用千兆以太网——为每一个附加设备提供公共访问,并将传感器和存储设备连接到处理器和显示器。

未来的军用车辆机载显示器需要响应这一变化。它不仅必须坚固耐用——能够在极端的冲击、振动、高温、污染物等环境中可靠地运行——而且它必须,就其意义而言,不仅仅是一个显示器。事实上,它没有理由不能包含汽车许多功能所需的嵌入式计算能力。问题变成了:嵌入式计算能力需要做什么?

目前部署在军用车辆上的大多数嵌入式单板计算机都是基于英特尔的酷睿2双核处理器架构,最近英特尔宣布了Ivy Bridge技术。

gpu是“传统”处理器的补充

图2。GE的IVD2010和IVD2015智能汽车显示器在坚固的外壳中集成了强大的处理能力和联网能力。

然而,越来越多的“通用”处理器正被NVIDIA等公司的强大图形处理器所补充。的原因吗?大规模并行体系结构,使得GPU(图形处理器)的理想提供快速移动,照片真实感图像的屏幕是不适合许多最具挑战性的军事/航空航天应用程序同样可以利用并行性,如视频和图片——或雷达处理。在理想情况下,这种功能可以在处理要求特别繁重的车载显示器中使用,或者在处理能力要求较低的部署中可以忽略。

将单板机集成到显示器的外壳中,就像消费级的“一体机”电脑一样,这是一种前进的方式,可以节省宝贵的空间和成本。然而,真正的挑战是如何确保显示器足够坚固,以承受战场部署的严峻性。

如果有的话,那就是显示器,包括它的外壳和处理能力必须比部署在车辆上的嵌入式计算子系统更加坚固耐用(图2)。尽管系统的其余部分通常隐藏在未使用的角落,但根据定义,显示器是“前沿和中心”的,不仅容易受到战场环境的挑战,但也有在狭窄环境中与人员的意外碰撞,以及沉重的操作。

嵌入在显示器中的单板计算机将使用相同的原则和在许多情况下相同的组件来设计和构建,就像那些应用于任何单板计算机,以适应严酷的和电源/冷却限制的环境。它应该同样有能力,例如,在生产过程中应用保形涂层,以增加其承受污染物的能力。

使坚固的屏幕

图3。MRAP(抗地雷伏击保护)车辆是典型的为车载显示器提供重大挑战的车辆。

但是展示本身呢?玻璃需要选择一个适合其面积的厚度,然后应该进行化学处理,以确保它是坚固的,在其使用寿命中会遇到最严重的物理虐待。除了对玻璃进行坚固性的化学处理外,还将对玻璃进行处理,以减少反射并提供EMI完整性。所有这些过程都需要达到最高标准,以确保液晶图像在通过玻璃时不会退化,因为在解读屏幕上的图像时哪怕是最轻微的犹豫都是不可容忍的。

有不同的方法来保护液晶背后的玻璃。其中之一就是在显示器堆叠的各个层之间留出一个气隙,从前玻璃(很容易受到影响)到LCD本身。从用户的角度来看,这种方法的缺点很严重。首先,组件中任何残留的水分都会不可避免地进入间隙,在较冷的表面上冷凝,导致可见的水滴影响图像质量。其次,前玻璃的厚度,再加上折射系数,会产生明显的视差误差,这是使用触摸屏时的一个主要问题。当眼睛和指尖与LCD上显示相关符号的点垂直时,视差就不是问题,但当眼睛从垂直方向移动时,就很难判断触摸屏上的正确点来匹配屏幕上的符号。

有一些策略可以处理水分问题,包括在最终组件中加入干燥剂和清洗,但这些都不是可靠的长期解决方案。然而,视差问题仍然存在,而且战场上需要即时行动,这意味着视差问题是不可接受的。

另一种策略是将显示堆栈的各个层粘合在一起。这并非没有挑战,包括消除杂质,确保气泡不会被困在总成中,并在产品的生命周期内防止分层。良好的组件选择和粘结剂选择是解决方案的关键,但严格的制造过程是至关重要的,以确保粘结剂在洁净室环境中的均匀应用。

虽然实现粘合解决方案需要大量的时间和设备投资,但无法替代由此产生的光学质量,在不影响视觉效果的情况下产生明亮的显示。

触摸屏的选择

鉴于这类设备在日常生活中的普及,未来的车载显示器将采用触摸屏技术,这是理所当然的。

设计者有三种选择:电阻式、电容式和红外式。虽然商业市场上的一些技术对用户体验有吸引力——例如,苹果iPhone上的多点触控电容触摸屏引发的用户界面革命——但大多数技术对汽车市场都有严重的不利影响。

电容式触摸屏提供了一些诱人的机会,但这些都很难设置为使用裸露和戴手套的手。此外,在商业应用中提供最流畅用户体验的电容性技术可能是糟糕的EMC发射器,这在陆地车辆设计中是不可接受的。类似地,红外触摸屏也有一些优势,但这些优势远远超过了车辆在夜间成为红外发射器的战斗威胁问题。

在移动的车辆中(图3),通过触摸屏实现精确的驱动可能是一个巨大的挑战。应用程序设计可以通过确保屏幕上激活区域或按钮的足够间距来缓解这一挑战,但这只是故事的一部分。激活时需要正压,可以防止误动作,这是电阻式触屏技术的关键特性之一,尤其适用于车内坚固的显示器。

这些高度智能、极其坚固的车辆显示器的潜在应用范围广泛,从嵌入式训练到地形可视化,从数字地图到战场通信和管理,从信号情报(SIGINT)到态势感知,包括360度视频拼接。然而,重要的变化是,新一代坚固耐用的显示器正在变得可用,其处理能力与以前配置在分立、独立的盒子中相同,从而节省了至关重要的空间、重量和功率。

与网络集成

此外,现代汽车现在有大量的光电传感器,提供显示不仅与处理能力,而且10个千兆以太网接口意味着可以直接连接显示视频车辆的骨干和直接订阅感兴趣的频道。

正如所有嵌入式计算的解决方案,这些显示器的设计不仅深入了解应用程序的需求,而且还将如何部署该应用程序,以及通过什么样的人员,操作在什么样的约束下,在什么样的环境中,就会被使用。在车载嵌入式计算系统中,很少有比显示器更重要的因素,这意味着在设计上所做的选择至关重要。

本文作者是通用电气智能平台(英国北安普敦郡Towcester)产品经理Simon Collins。欲了解更多信息,请与西蒙的柯林斯先生联系。此电子邮件地址正受到垃圾邮件程序的保护。您需要启用JavaScript才能查看它。,或访问http://info.hotims.com/40439-201。


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本文首次发表于2012年11月号光子学技术简介金宝搏官网杂志。

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