车辆工程毕业设计10家庭轿车新技术及其发展前景

1 家庭轿车新技术及其发展前景 李林 2 摘 要 随着近年来我国经济的不断发展，居民收入的不断提高，并且汽车价格的不断下降与合理化，使得汽车不在成为富人的专利，汽车也不断的走进 普通人的家庭，我国已经开始进入家用轿车时代 . 随着电子技术的发展，与汽车相关的电子技术及其产品不断地应用到汽车上面，使汽车在动力性，经济性，安全性，舒适性等方面的表现不断的提高。汽车新技术不断的出现，使得汽车操作更加智能化，人性化。 本文概述了 全世界以及我国家用轿车的普及情况，并且针对汽车方面的新技术，如电控悬架系统，电子稳定装置 （ ESP） ， 汽车卫星定位导航系统等 都做了比较详细的分析。同时结合社会与科技的发展，也对汽车新技术的前景做了展望。 关键词：电控悬挂系统 电子稳定装置 (ESP) 汽车卫星定位导航系统 3 目录 家庭轿车新技术及其发展前景 . 错误 !未定义书签。 1. 绪论 . 错误 !未定义书签。 1.1. 中国家用轿车的普及情况 . 错误 !未定义书签。 1.1.1. 家庭轿车发展的必然性 . 错误 !未定义书签。 1.1.2. 家用轿车的普及 . 错误 !未定义书签。 2. 电控悬挂系统 . 错误 !未定义书签。 2.1. 电控悬架系统的分类与功用 . 错误 !未定义书签。 2.1.1. 电控悬架的分类 . 错误 !未定义书签。 2.1.2. 电控悬架的功用 . 错误 !未定义书签。 2.2. 电控悬架系统的工作原理 . 错误 !未定义书签。 2.2.1. 半主动悬架的工作原理 . 错误 !未定义书签。 2.2.2. 主动悬架系统工作原理 . 错误 !未定义书签。 2.3. 电控悬架系统主要部件的结构 . 错误 !未定义书签。 2.3.1. 电控悬架系统的组成 . 错误 !未定义书签。 2.3.2. 悬架阻尼调节装置 . 错误 !未定义书签。 2.3.3. 悬架刚度调节装置 . 错误 !未定义书签。 2.3.4. 车身高度控制装置 . 错误 !未定义书签。 3. 电子稳定装置 (ESP) . 错误 !未定义书签。 3.1. ESP 简介 . 错误 !未定义书签。 3.2. ESP 的发展 . 错误 !未定义书签。 3.3. ESP 的特点 . 错误 !未定义书签。 3.4. ESP 的工作原理 . 错误 !未定义书签。 3.4.1. 基本原理 . 错误 !未定义书签。 3.4.2. 转向过度时的控制策略 . 错误 !未定义书签。 3.4.3. 转向不足时的控制策略 . 错误 !未定义书签。 3.5. ESP 具体做些什么 . 错误 !未定义书签。 4 4. 汽车卫星定位导航系统 . 错误 !未定义书签。 4.1. 汽车卫星导航系统简介 . 错误 !未定义书签。 4.2. 全球定位系统 GPS. 错误 !未定义书签。 4.3. 汽车导航系统 . 错误 !未定义书签。 4.4. 自主导航 . 错误 !未定义书签。 4.5. 输出设备 . 错误 !未定义书签。 4.5.1. 显示屏幕 . 错误 !未定义书签。 4.5.2. 语音输出设备 . 错误 !未定义书签。 4.6. 电子地图 . 错误 !未定义书签。 5. 总结与展望 . 错误 !未定义书签。 6. 致谢 . 错误 !未定义书签。 7. 参考文献 . 错误 !未定义书签。 5 1. 绪论 1.1. 中国家用轿车的普及情况 1.1.1. 家庭轿车发展的必然性 经过 20 年改革开放的积累，我国居民收入水平普遍提高 ,2001 年人均 GDP 已达到 800美元，到 2002 年底人均 GDP 已达到 1000 美元，而沿海地区更高，已达到 2000 至 3000美元。按国际惯例，人均 GDP 超过 1000 美元就进入汽车私人消费的快速增长期，我国东部沿海地区大部分居民己有能力进行汽车消费。 目前，我国城镇居民己基本上正由小康迈向富裕型生活，特别是靠近沿海的城镇居民，其万元级消费品的拥有量己达到了较高的水平。在目 前的情况下，轿车与住房是我国城镇居民十万元级的消费品，通过住房制度改革，己有 80%的城镇居民拥有自己的住房。可以说，目前轿车是我国城镇居民渴望购置的、惟一的十万元级消费品。 1.1.2. 家用轿车的普及 随着经济的高速发展，汽车产量迅猛提高，价格日益降低并逐步进入家庭，并呈现逐渐上升的趋势 . 由去年的北京国际汽车工业展览会的数据显示 :35 岁以下参观者约占 35%;有 62.1%的被访者表示，参观车展主要是为近期买车搜集信息 ;而 76%的被访者表示最近两年会购买私家车。 目前在中国大中城市中有大约 35%的无车消费者拥有驾驶执照， 他们也是未来家用轿车购买的主力军。 2006 年中国汽车实现产销 700 万辆，中国超过德国成为仅次于美国和日本的世界第三大汽车生产国。在国民经济继续保持较快增长的态势下，中国汽车市场需求完全可能保持20 年，甚至更长时间的持续、稳定、快速增长。按照保守估计，到 2010 年，中国家用轿车保有总量将达到 1466 万辆，其中，城镇居民家用轿车保有量约 1400 万辆。到 2020 年，中国家用轿车保有量将达到 7200 万辆。家用轿车将成为轿车乃至整个汽车工业增长最重要的拉动力量。 6 2. 电控悬挂系统 2.1. 电控悬架系统的分类与 功用 2.1.1. 电控悬架的分类 电控悬架根据工作原理可分为：半主动悬架和主动悬架两大类 2.1.1.1. 半主动悬架 可根据路面激励和车身的响应对悬架阻尼参数进行自适应控制，使车身上的振动响应始终补控制在某个范围内。由于阻尼变化响应快，很像一个主动系统，因此被称为半主动悬架系统。但这种半主动式悬架系统在转向、起动、制动等工况下不能对参数实施有效的控制，它比主动式悬架系统的优越性是不需要外加能量系统 半主动悬架根据阻尼是否能连续可调，分为有级半主动悬架和无级半主动悬架两种 2.1.1.2. 主动悬架 是一种具有作功能力的悬架，在悬架系统中附加一 个可控制作用力的装置，因此，需要一套提供能量的设备。主动式悬架可根据汽车载荷、路面状况及行驶速度、转向、起动、制动等行驶条件的变化，自动调整悬架的刚度、阻尼及车身高度等控制参数，同时满足汽车行驶平顺性和操纵稳定性的要求。主动式悬架的主要缺点是能量消耗较大、成本较高、液压装置嗓声较大。 主动式悬架根据组成的不同又分为：主动式空气弹簧悬架主动式油气弹簧悬架 2.1.2. 电控悬架的功用 汽车电控悬架根据类型不同，功用也有所差别，但其基本功用是一致的，都是根据路面状况和行车状况自动调整悬架阻尼参数、对悬架的响应进行控制，确保行 驶平顺性和操纵稳定性。同时，主动悬架还有以下功用： 2.1.2.1. 车身高度控制 悬架系统可根据路面起伏、车速高低、载荷大小自动控制车身高度变化 2.1.2.2. 车身姿态控制 悬架系统能根据汽车行驶状况，自动调整弹簧刚度和减振器阻尼、前后悬架的匹配、抑制车身姿态的变化，防止转弯、制动、加速等状况造成的车身姿态的改变 7 2.2. 电控悬架系统的工作原理 2.2.1. 半主动悬架的工作原理 从行驶的平顺性和舒适性出发，人们希望弹簧刚度和减振器的阻尼系数能够随汽车运行状态而变化，使悬架系统的性能总是处于最优状态附近。但是，弹簧刚度选定后，通常很难改变，因此，从改变减振器 阻尼入手，将阻尼分为两级或三级，可由驾驶员选择或根据传感器信号自动选择所需要的阻尼级，这就是有级半主动悬架的基本思路 图 1 为可调减振器阻尼调节原理 调节电动机带动控制杆使回转阀转动，来控制通、断油孔和油路截面积的变化，使控制阀具有大、中、小三个位置，产生三个阻尼值，适应不同的行驶条件。高阻尼利于安全性的提高，但舒适性下降；低阻尼可降低系统的自振频率，减少对车身的冲击，有利于舒适性的提高 图 1 图 2 为一种阻尼力可连续调节的半主动悬架系统简图 此装置的阻尼力能在几毫秒内由最小变到最大，电控单元从传感器接收速度、移位、加速度等信号，计算出所需相应的阻尼值，向步进电机 发出控制信号，经阀杆调节阀门，使节流阀阻尼连续变化 图 2 2.2.2. 主动悬架系统工作原理 主动悬架系统能够根据车身高度、车速、 转向角度及速率、制动等信号，由电控单元控制悬架执行机构，使悬架系统的刚度、减振器的阻尼及车身高度等参数得到改变，使汽车具有良好的乘座舒适性和操纵稳定性 2.2.2.1. 主动式空气弹簧悬架系统工作原理 主动式空气弹簧悬架系统主要由：空气压缩机、干燥器、空气电磁阀车身高度传感器、带有减振器的空气弹簧、悬架控制执行器、悬架控制选择开关及电控单元等组成 8 空气压缩机由直流电机驱动，形成压缩空气，压缩空气经干燥器干燥后，由空气管道经空气电磁阀送到空气弹簧的主气室。当车身需要升高时，电控单元控制空气电磁阀使压缩空气进入空气弹簧的主气室使空气弹簧伸长，车身升高； 当车身需要降低时，电控单元控制电磁阀使空气弹簧主气室中的压缩空气排到大气中去，空气弹簧压缩，车身降低。在空气弹簧的主、辅气室之间有一连通阀，空气弹簧的上部装有悬架控制执行器 电控单元根据各传感器输出信号，控制悬架执行器。一方面使空气弹簧的主、辅气室之间的连通阀发生改变，使主、辅气室之间的气体流量发生变化， 而改变悬架的弹簧刚度； 另一方面，执行器驱动减振器的阻力调节杆，使减振器的阻尼力也得到改变 2.2.2.2. 主动式油气弹簧悬架系统工作原理 油气弹簧以气体（一般是氮气）作为弹性介质，用油液作为传力介质。它一般由：气体弹簧和相当于液力减振器的液压缸组成。通过油液压缩气室中的空气，实现刚度特性，通过电磁阀控制油液管路中的小孔节流实现改变阻尼特性，如图 3 电磁阀 7 在电控单元的指令下向右移动，接通压力油道，使辅助液压阀 8 的阀心向左移动，中间的油气室 9 与主油气室连通，使总气室容积增加，气压减小，而刚度变小，所以 9又被称为刚度调节器 。 a、 b 小节流孔是阻尼器，在上图图示中系统处于“软”状态 在下图中，电磁阀 7 中无电流通过，在弹簧作用下，阀心左移，关闭压力油道，原本用于推动液压阀 8的压力油通过阀 7的左边油道泄放，阀 8 阀心右移，关闭刚度调节器 9 ，气室总容积减小，刚度增大，系统 处于“硬”状态 图 3 在正常行驶状态时，系统处于“软” 状态，提高舒适性 当高速、转向、起步、制动时，系统处于“硬”状态，提高操纵稳定性 9 2.3. 电控悬架系统主要部件的结构 2.3.1. 电控悬架系统的组成 电控悬架系统主要由：传感器、电控单元、悬架阻尼调节装置、悬架刚度调节装置和车身高度控制装置组成 。 2.3.2. 悬架阻尼调节装置 与阻尼调节杆连接的回转阀 4 上有三个阻尼孔，活塞杆 3 上有两个通孔。执行器通过转动阻尼调节杆来控制阻尼孔的关闭，就可改变悬架阻尼的大小 A、 B 、 C 三个截面的阻尼孔全部被回转阀封住时，只有下面的减振器的主阻尼孔仍在工作，此时的阻尼最大，减振器被调节至 “硬”状态 当回转阀从“硬”状态位置顺时针转动 60 度， B截面的阻尼孔打开， A、 C 两截面的阻尼孔仍关闭。因为多了一个阻尼孔加入工作，所以，减振器处于“中间”状态 当回转阀从“硬”状态位置逆时针转动 60 度，三个截面的阻尼孔全部打开，此时，减振器的阻尼最小，减振器处于“软”状态 阻尼调节回转阀由阻尼调节执行器驱动。阻尼调节执行器安装在减振器的上部，由直流步进电机、 图 4 减速齿轮、限制减速齿轮旋转的档块、带动档块的的电磁铁组成 .如图 4 2.3.3. 悬架刚度调节装置 2.3.3.1. 空气弹簧悬架的构造 图为空气弹簧悬架的基本结构剖面图 5 悬架缸由阻尼力可调的减振器、旋转式膜片、主气室、副气室和悬架执行元件组成。主、副气室设计为一体即节省空间，又减轻了重量。悬架的上端与车身相连，下端与车轮相连。随着车身与车轮的相对运动，主气室的容积在不断变化。主气室与副气室之间通过一个通路，气体可相互流动。改变主、副气室之间的气体通路大、小，就可改变 图 5 空气悬架的刚度 10 2.3.3.2. 悬架刚度的自动调节装置 悬架刚度的 自动调节原理如图 6 主、副气室间的气阀体 6 上有大小两个通路。步进电机根据电控单元的指令，带动空气阀控制杆 2 转动，使空气阀阀心 8 转过一个角度，改变气体通路的大小，就可改变主、副气室间的气体流量，使悬架刚度发生变化 图 6 悬架刚度 可以在低、中、高三种状态下变化。阀心 8 的开口转到对准图示的低位置时，气体通路的大孔被打开。主气室的气体经过阀心中间的孔，阀体的侧面通道与副气室间的气体相通，两气室之间空气流量增大，相当于参与工作的气体容积增大，悬架刚度处于低状态 . 图 6 阀心的开口对准图示中位置时， 气体通路的小孔被打开。两气室之间的流量小，悬架刚度处于中状态 . 阀心的开口转到对准图示的高位置时，两气室的气体通路全部被封住，两气室之间的气体不能相互流动。悬架在振动过程中，只有主气室的气体单独承担缓冲工 作任务，悬架刚度处于高状态 . 2.3.4. 车身高度控制装置 车身高度控制装置由直流电机、压缩机、排气阀、调压阀和干燥器组成图 7 直流电机带动空气压缩机工作，从压缩机中出来压缩气体进入干燥器，经干燥器后被送到电磁阀，由电磁阀来控制悬架气室的充气量，气室的压力由调压阀实行控制，排气阀打开时，可以排出干燥器中的水分。 电控单元根据车身高度传感器信号的变化和驾驶员 图 7 选择的控制模式指令，当车需要升高时，电磁阀动作，压缩气体进入空气悬架的主气室，主气室的充气量增加，车身上升。若电磁阀停止动作，悬架 主气室的气量保持不变，车身则维持在一定高度 .如果乘客增加而使车身高度降低时，车身高度传感器给出信号将 11 与电控单元存贮的车身高度不相符，电控单元就会发出指令电磁阀通电打开，给悬架主室充气，直到车身高度达到规定的高度。当车身需要下降时，压缩机停止工作，电磁阀打开，同时，排气阀线圈通电也打开，悬架主室的气体通过电磁阀、管路和排气阀排出，车身下降 汽车正常行驶时，车身高度传感器 0.008s 测定一次车身高度位置。车高数据被记忆下来，并与控制模式中的标准车高进行比较，判断此时的车高位置是否 适当。 若在正常模式，车高应该在中状态；若在高模式，则车高应该在高状态。如果判断车高位置不适当，电磁阀将动作，将车身高度调整到适当的位置 在发动机起动、车门打开、车高模式转换等瞬间，是电控单元将缩短采样时间，以适应人员增减、控制模式转换等变化，在短时间内将车身高度调整到适应的高度。如果某个车轮驶上石块或凹陷，可能因为振动而使车轮跳离地面，此时，电控单元会发出指令，使车身高度控制过程暂停，待到正常行驶时再重新实施控制 12 3. 电子稳定装置 (ESP) 3.1. ESP 简介 ESP 是一种新型主动 安全控制系统 ,它整合了 ABS(防抱死制动系统 )与 TCS(牵引力控制系统 ),同时提供了有效的防侧滑能力 ,是当今汽车主动安全领域研究的新热点 .当汽车出现过度转向 ,不足转向 ,或者侧滑 ,急转或转向反应迟钝等危险情况时 ,汽车电子稳定性系统可以根据具体的情况自动做出反应 ,适时调整汽车的运行状态 ,使车辆有良好的操纵性和稳定性 .汽车电子稳定性系统对于提高车辆的主动安全性 ,减少事故风险以及减轻驾驶员负担有重要意义 . 3.2. ESP 的发展 20世纪 90年代 ,通过对车辆稳定性的理论分析 ,提出直接对汽车的横摆运动进行控制的概念 ,他通过采集 到的信息来判断驾驶员的转向意图 ,并通过控制制动力矩和驱动力在各车轮上的分配来调节汽车的横摆运动以保障汽车的稳定性 ,这标志着汽车稳定性系统概念的出现 .但是由于成本原因 ,早期使用的 ESP 效果不是很理想 .直到 1995 年之后 ,随着 Bosch 等公司相继推出了使用横摆加速度和侧向加速度传感器的新一代汽车稳定性系统 ,ESP 的基本形式才得到认可 .但是当时的 ESP 大多只在奔驰 ,宝马 ,奥迪等品牌的高级轿车以及美国与日本的豪华轿车上面使用 .现在 ,ESP 不在是顶级豪华轿车的市场专利 ,它以普及到北美 ,欧洲一些比较便宜的车型当中 ,如福 特 Fox,丰田 Corolla 德国原装的 POLO 和许多轻型车上面 . 在国内 ,ESP 的研究还处于起步阶段 ,只有少数学者进行了控制方法和防真研究 ,而且国内缺少必要的试验条件 ,对 ESP 的研究还很肤浅 . 3.3. ESP 的特点 1. 实时监控： ESP 能够实时监控驾驶者的操控动作、路面反应、汽车运动状态 ， 并不断向 发动机 和制动系统发出指令。 2. 主动干预： ABS 等安全技术主要是对驾驶者的动作起 干预作用，但不能调控 发动机 。ESP 则可以通过主动调控 发动机 的转速，并调整每个轮子的驱动力和制动力，来修正汽车的过度转向和转向不足。 3. 事先提醒：当驾驶者操作不当或路面异常时， ESP 会用警告灯警示驾驶者。换句话说 ESP 实际上是一种牵引 力控制系统，与其他牵引力控制系统比较， ESP 不但控制驱动轮，而且可控制从动轮。如后轮驱动汽车常出现的转向过多情况，此时后轮失控而甩尾， ESP便会刹慢外侧的前轮来稳定车子；在转向过少时，为了校正循迹方向， ESP 则会刹慢内后轮，从而校正行驶方向。 13 3.4. ESP 的工作原理 3.4.1. 基本原理 汽车在路面上行驶 ,其附着力要受到路面条件的影响 ,当附着力达到附着极限时 ,车辆的车辆的动力学性能将发生变化 .附着力包括纵向力与侧向力 ,当纵向力达到附者极限时 ,将影响汽车的动力性能和制动性能 ;当侧向力达到附者极限时 ,将影响车辆的动力学稳定性能 .侧偏力是由路面的侧向倾斜 ,侧向风或者曲线行驶时的离心力引起的 ,侧偏力使车辆产生侧偏角 .从车轮特性方面来看 ,侧偏力是随着侧偏角的变化而变化的 .图 8 是 G.Gim轮胎模型侧偏角与侧偏力在不同的附着系数路面上的关系 . 图 8 从图中可以看出 ,当侧偏角较小时 ,侧偏力基本与侧偏角成线形关系 .但是 ,当侧偏角达到一定值时 ,侧偏力却基本保持不变化 ,这表示侧偏力达到附着极限 .从图中还可以看出 ,路面附着系数越高 ,轮胎达 到附着极限的侧偏力与侧偏角越大 .当车辆在高速转弯 ,在湿滑路面上转弯或躲避突然出现的障碍物时 ,容易导致侧向力接近或达到附着极限 ,车辆的转弯特性就会发生转变 ,出现转向不足或者过度转向 ,从而导致侧滑 ,急转 ,侧翻或转向反应迟钝等危险局面 .而此时 ,汽车的响应如横摆角加速度等与转向盘转角已不是线形关系 ,驾驶员很难适应这种情况 ,从而导致事故的发生 .ESP 就是要保证汽车在这些极限工况的驾驶稳定性 . ESP 系统由传感器 ,ECU(中央控制处理单元 )与执行器三大部分组成 .它是在 ABS 与ASR 的基础上 ,增加了车辆转向行驶时横摆力传 感器 ,侧向加速度传感器和转向盘转角传感器 .ESP 的主要传感器及其功能如下 :转向传感器用于检测转向盘旋转角度 ,确定汽车行驶方向是否正确 ;车轮传感器用于检测每个车轮速度 ,确定车轮是否打滑 ;偏转率传感器用于记录汽车绕垂直轴线的运动 ,确定车轮是否打滑 ;而横向加速传感器用于检测汽车转弯时产生的离心力 ,确定其转弯时是否打滑 . ESP 主要通过设置在车身上的传感器获得信号 ,并由微处理器进行处理后将信号反馈给 ECU.由 ECU计算出保持车身稳定的理论值 ,与偏转率传感器和横向加速度传感器测得的数据进行比较 ,发出平衡纠偏指令 ,通过 调整发动机的转速和对每个车轮滑移率的精确控制 ,使每个车轮的纵向分力和侧向分力迅速改变 ,从而修正汽车的过度转向或转向不足 ,以避免打滑 ,转向过度 ,转向不足和抱死 ,从而使得车辆在所有的工况下均能获得所期望的操纵稳定性 ,保证汽车的行驶安全 . 总的来说 ,ESP 的主要工作过程分为以下三个步骤 : a.ESP 分析 :驾驶员通过对转向盘的操作 ,想向哪个方向行驶 ; b.ESP 的检测 ;车辆的行驶方向是什么 ; 14 c.ESP 的干预 ;有针对性地对各个车轮实施制动 ; 3.4.2. 转向过度时的控制策略 汽车在转向过度时的控制策略见图 9(a)所示 . 图中 数字 1 表示行驶路线 ;数字 2 表示没有电子稳定性系统 ,数字 3表示有电子稳定性系统 ;Fb为制动力 ;Fs 为横向力 ;Mres 为回正力矩 . 一旦出现转向过度 ,系统就会通过牵引力控制系统降低驱动力矩 ,以提高后轴的侧向附着力 .地面作用于后轴的侧向力相应提高 ,从而产生一个与转向过度相反的横摆力矩 .位于弯道外侧的非驱动前轮开始时几乎不滑动 ,若仅依 靠动力分配 系统还不能制止开始发生的不稳定状态 ,控制系统 将自动对该前轮实施瞬时制动 ,使它产生较高的滑移率 , 导致该车轮受到的 图 9 侧向力迅速减少而纵向制动力迅速增 大 ,于是产生一个与横摆方向相反的横摆力矩 .由于对一个前轮制动 ,车 速回降低 ,从而获得一个 附带产生的有利于稳定的因素 ,在几个因素的综合影响下将汽车保持在希望的行驶轨道内 , 3.4.3. 转向不足时的控制策略 转向不足时的控制策略见图 9(b)所示 , 一旦 ESP 判断出汽车具有较大的转向不足倾向时 ,控制系统会自动对位于弯到内侧的后轮实施瞬时制动 ,以产生预定的滑移率 ,导致该车轮受到的侧向力迅速减小 ,而纵向制动力迅速增大 ,于是产生一个与与横摆方向相同的横摆力矩 .此外还获得了两个附带的减少转向不足倾向的因素 .首先 ,由于制动而使车速降低 ;其次 ,由于差速器的作用 ,对内侧后轮制动从而导致外侧后轮被加速 ,即外侧后轮受到的驱动力增加而侧向力减少 . 3.5. ESP 具体做些什么 在任何行驶状态下，不管是在紧急制动还是正常制动，以及在车辆自由行驶、加速、油门或载荷发生变化的时候， ESP 都能让车辆保持稳定，并确保驾驶员对车辆操纵自如。 ESP 以高频率（ 25 次 /秒）对当前的行驶状态及驾驶员的转向操作进行检测和比较，时刻对失去稳定的情况、过度转向、转向不足进行记录，一旦预定的情况有出现危险的可能性， ESP 会立即作出干预使车辆恢复稳定。 因此， ESP 在车辆即将 失去稳定、纠正车辆姿态和恢复稳定的过程中完全是主动的，在事故发生之前起作用，彻底防范事故的发生，主动地提高行车安全 15 4. 汽车卫星定位导航系统 4.1. 汽车卫星导航系统简介 汽车电子导航系统是在全球卫星定位系统（ GPS）基础上发展起来的新型汽车驾驶辅助设备，是为了解决道路交通堵塞和拥挤问题而产生的，是一种能够接收定位卫星信号，经过微处理器计算出汽车所在精确经度与纬度以及汽车速度与方向，并显示出来的一种装置。 驾驶者只要将目的地输入汽车导航系统，系统就会根据电子地图自动计算出最适合的路线，并在车辆行驶过程中（例如转弯前 ）提醒驾驶员按照计算的路线行驶。在整个行驶过程中，驾驶者根本不用考虑该走哪条路线就能快捷地到达目的地。 当前的汽车导航系统包括两部分：全球定位系统和车辆自动导航系统。汽车导航设备一般由 GPS 天线，集成了显示屏幕和功能按键的主机以及语音输出设备（一般利用汽车音响系统输出语音提示信息）构成的。 受车内安装位置的限制，一般汽车导航设备和汽车视像音响合成一起，可以播 CD，VCD 和 DVD 碟，其中 DVD 驱动器负责读取电子地图 DVD 光盘，因此，一些汽车导航系统又称为 DVD 导航系统 。 4.2. 全球定位系统 GPS 全球定位系统 GPS 是英文 Global Positioning System。它是由空间卫星，地面监控和用户接收三大部分组成。空间卫星由 24 颗卫星组成一个分部网络，分别分布在 6 条离地面 2万公里，倾斜角度为 55.度的地面准同步轨道上，每条轨道上有 4 颗卫星。 GPS 卫星每隔12h 绕地球一周，使地球上任一地点能够同时接收 79 颗卫星的信号。 地面共有 1 个主控站和 5 个监控站负责对卫星的监视，遥测，跟踪，与控制。他们负责对每颗卫星进行观测，并向主控站提供观测数据。主控站接收数据后，计算出每颗卫星在每一时刻的精确位置，并通过 3 个注入站将 它传送到卫星上去，卫星再将这些数据通过无线电波向地面发射。 4.3. 汽车导航系统 汽车导航系统中的 GPS 信号接收器接收卫星发送的信号，根据卫星信号计算出地面接收机当前的位置。如果地面接收机同时收到 4 颗以上的卫星信号，就能根据卫星的精确位置及发送信号的时刻，通过计算求得当前地点的位置。汽车导航系统通过车轮传感器，地磁传感器和偏航传感器三种传感器获得数据，确定汽车的速度与位置。车轮传感器记录车 16 轮的速度，产生的脉冲信号用于定时计算行驶距离和变化方向。地磁传感器通过励磁绕组感应出电压脉冲，测量出沿途地磁场水平分量的大小与起 始点磁场的比较，为车载电脑提供补偿数据。电子地图存储容量能够储存汽车运行区域的所有数据，车载电脑与存储道路网络数据不断比较判断，更正定位误差，从而确定最佳行驶路径。 4.4. 自主导航 汽车自动导航系统的作用是根据 GPS 接收机提供的辆当前的位置和用户输入的车辆目的地，参照电子地图计算的行驶路线，并在行驶中将信息提供给驾车者。目前世界上应用较多的是自主导航，其主要特征是每套车载导航设备都自带电子地图，定位和导航功能全部由车载设备完成。它的工作过程主要由以下步骤： 输入数据信息 出发前，车主将目的地输入到导航设备中，在系 统显示的电子地图上直接点击选取地点，或者是借助某种输入方法，将目的地名称输入到系统中。 显示电子地图 电子地图储存在光盘或内置储存器中。电子地图中储存了一定范围内的地理，道路和交通管制信息，与地点对应储存了相关的经纬度信息。汽车导航主机从 GPS 接收机得到经过计算确定的当前点的经纬度，通过于电子地图数据的对比，就可以随时确定车辆当前的所在地点。 一般汽车导航系统将车辆当前位置默认为出发点，在用户输入了目的地之后，导航系统根据电子地图上储存的地图信息，就可以自动计算出一条最适合的推荐路线。 在有的系统中，用户还 可以指定途中希望经过的途径点，或者指定一定的路线选择规则（按行驶路线最短的原则）。推荐的路线将以醒目的方式显示在屏幕上的地图中，同时屏幕上也时刻显示出车辆的当前位置，以提供参考。如果行驶过程中车辆偏离了推荐的路线，系统会自动删除原有路线并以车辆当前点为出发点重新计算路线，并将修正后的路线作为新的推荐路线。 4.5. 输出设备 汽车自动导航系统的输出设备包括显示屏幕与语音输出设备。 4.5.1. 显示屏幕 一般是一个 100150mm 的液晶显示屏（如果需要手写识别作为输入，显示屏表面还有一张透明的触摸屏做保护）它的屏幕可以由几十万个 点阵组成，全屏幕有 30 多万个像素，可以支持高清晰度图像和 DVD 放像功能。 17 主要显示内容包括：地图（包括相应的道路名称，公路编号，重要地点名