汽车导向导航系统课件

项目七汽车导向/导航系统

任务一概述

任务二汽车导航系统的功能

任务三汽车导航系统的分类返回

任务四汽车导航系统的组成

任务五汽车导航系统的使用

任务六汽车导航系统的检修

学习目标1.汽车导航系统的结构。2.汽车导航系统的工作原理。3.熟练运用仪器对汽车导航系统进行检查。4.熟练使用汽车导航系统。项目七汽车导向/导航系统当汽车在陌生区域行驶，特别是在难以看清道路标志和周围景色的夜间行车时会迷失方向。不仅如此，即使白天在交通比较拥挤的城市中驾车时，明确目的地及行车的路线的情况下，也需要根据市内各地区、各街道的汽车堵塞情况进行及时的导向指引，需要各种导向行驶系统来确定其本身的方向和位置，才能到达目的地。为此，世界各国先后开发了各式各样的导向行驶系统，即导航系统(又称汽车航行系统)，来解决目前世界各大都市道路系统及高速公路的通病——“有路行不通”的问题，同时提高了汽车行驶的安全性及效率，有利于缓解车流量、平衡交通调度及管制。随着科学技术的发展，汽车导航系统发展很快。从功能上看，最早的是只具有简单的“示向”系统，它只能显示汽车航行的方向及到达目的地的距离，无任何“导向”功能，目前已发展到比较先进的具有汽车导航功能、防盗功能、调度功能、汽车主要工况的监测报警等功能的综合系统。从设备上看，原先只是仅由汽车行驶方向及距离传感器、CPU、CRT等组成的小设备，目前已发展成利用“3C技术”，即计算机(Computer)、通信(Communication)及控制(Control)技术结合的“DGPS——差分全球卫星定位系统”，建立了具有行车导航、控制等功能的综合大系统，而且民用精度已达到米级。

任务一概述项目七汽车导向/导航系统(1)对目的地进行最佳路线检索。该系统可以通过直接输入地名、经纬度名、电话号码进行路线检索，并能快速地提供一条到达目的地的最佳路线，还能实时获得汽车自身所在位置和目的地的坐标，以及全部行驶的直线距离、速度、时间、前进方向。(2)具有瞬时再检索功能。由于道路堵塞、路段施工或走错了路等意外情况，对系统所推荐的最佳路线行不通时，要有瞬时再检索功能，舍去堵塞、施工、错误路线，提供新的町行路线。因该功能是在行车过程中进行的，所以要求CPU快速检索，具有高速运算的能力。(3)为检索方便应提供丰富的菜单和记录功能。整个系统必须建立丰富的地名索引，预置大量的地名，分层表示城市地图，可以用街道、胡同、门牌号数检索(还应留有用户自行设置电话号码的地址空间，供用户随时调用存取)。

任务二汽车导航系统的功能项目七汽车导向/导航系统(4)多语种的语言提示，在适当时间内提供实时语音提示。驾驶员事先了解行驶中路面的变化情况，该系统在适当的时间内做出语音提示，例如，向驾驶员说明前方路面情况及可更改的方向、十字交叉路口名称、高速公路分支点、进出口、禁止左拐、禁止驶入的单行线等导引信号，同时提供中、英文语音电路切换。目前已有配备语音识别单元的系统，用语音来指导道路的检索。例如用会话形式呼出“××区××街道××胡同”时电子地图上立即显示出汽车所在位置、到达该目的地的时间、前进方向等信息。不过这种语言须事先登录，还要增加语音识别单元的硬件。目前在美国已推出语音导航系统。(5)扩大十字路口周围建筑物和交通标志功能。凡行驶在交叉十字路口前300m处，高速公路进出口前300m处，都要自动显示扩大了的十宁路口附近全画面图，指出汽车位置、交叉点的名称、到交叉点的距离、拐弯后的道路名称及方向。这种通过开窗程序自动表示交叉路口全画面的扩大图是汽车导航中的一项最主要功能。(6)扩展功能。为了及时了解路面车辆情况，该系统有多种扩展口，以便与交通管理部门、邮电部门、建筑部门的VICS、ATIS、IlS联网。目前导航系统正在实现与地面交通管理网络的联机，是“汽车—道路—人—环境—交通管理”系统中的重要组成部分，加快了未来交通向智能化发展的速度。项目七汽车导向/导航系统现代汽车导航系统中使用了高速CPU、大容量的光盘系统、大屏幕的液晶显示器以及高速数字通信软件，使得汽车导航系统中的通信系统飞速发展。通信系统的操作系统嵌在ROM中，通过它可以直接上因特网，在电子地图画面上显示因特网信息，浏览万维网，收发电子邮件，进行文宁处理，提供远程无线移动计算。(7)导航系统和娱乐系统部件共用。随着汽车电子设备的迅速发展，许多复杂电路被集成到车辆结构中，自然许多导航部件可与娱乐设备集成为一体。导航系统中的导航信号接收机、控制系统、存储器、可视显示设备、声音设备可同时支持导航和娱乐。集成收放机可设计成由AM/FM收音机、GPS、蜂窝电话和寻呼信号共用。为降低控制设备的复杂和不方便，可开发声音激发控制、可变结构转向盘控制机、可变结构反馈显示器等控制方式。CD-ROM、硬盘或内存卡既可用来作为外部存储器，CD-ROM播放器，也可用来作为存储数字地图库和导航软件，还町用来播放音乐；内存卡可作为导航系统的存储设备，也可用于其他的移动办公设备。显示监视器可用于导航地图显示和商业TV台。扬声器可用于聆听引导指令、普通AM/FM广播和免提蜂窝电话。项目七汽车导向/导航系统(1)按功能分。汽车导航系统按功能町分为单一功能的导航系统和导航综合系统。汽车导航综合系统包括单一功能的导航系统和汽车导航、监控、防盗、旅游、交通控制与调度等综合系统。(2)按车辆信息是否实时返回控制中心分。汽车导航系统可分为汽车开环导航系统和汽车闭环导航系统。汽车开环导航系统是从控制中心或电台、卫星传感器等得到定位、方位、方向等信息，根据这些信息和电子地图可以定出起点到终点的最短行驶距离，但汽车的信息不能返回控制中心。如果某一道路上出现塞车、交通事故，桥梁出现断裂等天灾人祸时，驾驶员是不会知道的，而汽车出现故障、被盗等问题时也无法和控制中心联系。汽车闭环导航行驶系统不但有开环的所有导向功能，而且，驾驶员可以把行车实时信息不断向控制中心返回。根据中心掌握的交通及气候等综合信息及时通知汽车改道行驶，在最短时间到达目的地。在汽车出现大故障无法返回或遇到强盗等也可以报告控制中心，一方面告诉中心出现的问题，另一方面可随时报告自己的方位，以便营救。

任务三汽车导航系统的分类项目七汽车导向/导航系统(3)按有无引导功能分。分有引导功能的导航系统和无引导功能的导航系统。无引导功能的导航系统：该系统只是简单的电子地图。驾驶员可以从车上CD－ROM存储器中调出本国城镇的方位、主干道、高速公路、桥梁等交通信息，也可以通过键盘方便地找到要到达的目的地，以及要行驶路线的各种所需信息，帮助驾驶员选择行车路线，但无引导功能。内部信息导航行驶系统：利用电子陀螺或地磁等方向传感器(测出汽车行驶的方向)、距离传感器等制成的汽车导航系统。地磁导航系统(简称汽车导向行驶系统)：利用地磁传感器可随时测出汽车行驶方向，距离传感器测出距离，可以用电脑计算出汽车的行驶轨迹，及到达目的地的方向、剩余距离等；并可以在显示器上一一显示出来，以达到导航的作用。项目七汽车导向/导航系统惯性导航系统：该系统的方向传感器是利用电子陀螺制成的，其他没备及功能和地磁导航系统一样。无线电导航系统：该系统又分GPS导航系统和固定电台导航系统。GPS汽车导航行驶系统：它有一个较灵敏的GPS信息接收装置，可接收到卫星发射的导航信息，经过计算处理后，可以得到汽车行驶的方位、速度、到达目的地的直线距离和已经行驶的里程，如和电子地图结合起来导航功能更加完善。同定电台导向行驶系统又分中心电台导航系统和路边电台导航系统。中心电台导航行驶系统：一般是一个集导向、车辆监控、防盗、差分GPS的应用等综合系统，并且具有闭环导航系统的所有功能。一般几十到几百公里为半径设一个中心站。除接收GPS信息外，还收发各个车辆的导航、防盗等综合信息。可以把任一个车辆的实时轨迹显示在显示器上。较大的系统设一个中心站，下设若干个子站，每个子站带若干个车辆，以扩大监控范围和导航的车辆数。路边电台导航系统：一般是交通控制和导航于一体的综合系统。在高速公路的路边，每隔几百米到几公里设一个小功率电台，汽车上的小功率收发机可通过无线电波和交通控制中心每到一个电台交换一次信息，达到交通控制与导航的目的。项目七汽车导向/导航系统汽车电子导航系统南GPS接收天线、GPS接收机、计算机、液晶显示器、位置检测装置(绝对位置检测和相对位置检测)等组成，如图7--1所示。

任务四汽车导航系统的组成项目七汽车导向/导航系统系统根据不同的位置进行分类检测，绝对位置的检测采用GPS全球定位系统，相对位置的检测采用方向传感器(如地磁传感器、光纤陀螺仪)，并利用车轮转速传感器测量车辆行驶距离。汽车电子导航系统的原理如图7-2所示。项目七汽车导向/导航系统(1)GPS全球卫星定位装置。GPS是一种能接收定位卫星信号，经过导航计算机计算出车辆所在位置准确经度和纬度以及速度和方向，并在显示器上显示出来的一种装置，由GPS接收天线、GPS接收机组成。借助该装置，如果参照电子地图驾驶员就能知道自己所在的确切位置。GPS全球卫星定位装置具有测量、测绘，精确时间和定位导航三大功能。它是美国国防部历时20年耗资1000多亿美元完成的一项庞大工程，从1993年开始向全球民用用户提供无偿服务。欧、美、日发达国家在几年前已开始运用这项技术为治安巡逻和追捕罪犯服务。(2)自律导航。当汽车行驶在地下隧道、高层楼群、高架桥下、高山群间、密集森林等地段与GPS卫星失去联系时，中断信号的瞬间，机内可自动导入自律导航系统。此时车速传感器从汽车前进的速度中检测出车速脉冲(不同车型，车速脉冲值不同，要注意修正)，通过汽车导航计算机(ECU)的数据处理，从速度和时间中直接求出前进距离。陀螺传感器直接检测出前进方向的变化和行驶状态(即汽车前进的角速度变化值)。例如，汽车行驶在勾状山道、发夹式弯路、环状盘形桥上等地段，或在雪道原地打滑、轮渡过河时，所有这些曲线距离与卫星导航的经纬度坐标会产生误差，通过陀螺传感器的检测和微处理器的运算才能得到汽车正确的位置。项目七汽车导向/导航系统(3)地图匹配器。由GPS卫星导航与自律导航(包括车速传感器，陀螺传感器)所测到的汽车坐标位置数据及前进的方向与实际行驶的路线轨迹在电子地图上都存在一定误差。为修正这两者的误差，确保两者在电子地图上路线坐标相统一，须采用地图匹配技术，即在导航系统控制电路中要增加一个地图匹配电路，对汽车行驶路线(各处传感器检测到的轨迹)与电子地图上道路的误差进行实时数字相关匹配，做出自动修正。它经过导航计算机(ECU)的整理程序进行实时快速处理，得到汽车在电子地图上指示出的正确位置路线。有了汽车行驶中接收到的GPS信息，陀螺传感器检测到的正确前进方向，车速传感器检测出的前进距离这三组数据，且经过地图匹配器得到自动修正，就能完成高精度导航，如图7-3所示。项目七汽车导向/导航系统(4)LCD显示器。平板显示器发展趋势表明，薄膜晶体管有源矩阵液晶显示器(TFTAMLCD)是一个发展方向，因为它的每个像素都配置一个半导体开关器件来驱动，从而实现了高亮度视频图像显示，具有对比度好、扫描线多、视角宽、低反射等优点。日本已把三基色(RGB)TFTAMLCD制定为导航用标准显示器。这种LCD显示器由于视角宽、亮度高，得到广泛应用。(5)CD-ROM驱动器。为使驱动器更快地从光盘上读取数据，快速送CPU进行处理，缩短LCD画面上频繁显示执行程序的时间和读取数据的等待时间，应选取4倍速650MB以上的CD-ROM驱动器，可使LCD显示效果的不连续性得到平滑，也保持了声音和图像的同步。(6)罗盘、车速传感器、陀螺仪。罗盘传感器由一个励磁线圈和两个垂直的线圈缠绕在具有高磁通率的圆环磁铁上组成。通过检测地球的磁场确定汽车的绝对行驶方向。车速传感器可采用与ABS系统相同的轮速传感器。汽车转弯方向上的变化可以通过左右车轮转速传感器的输出脉冲差进行检测。在汽车导航系统中通常使用气流率和光导纤维式陀螺仪。使用陀螺仪测定汽车转弯角速度是确定汽车行驶方向的另一种方法。项目七汽车导向/导航系统(7)RF调制解调器和RF天线。使用RF调制解调器和RF天线接收主控中心发出的信息，同时可反控汽车，实现动态导航。通过RF调制解调器建立与交通信息系统(VICS)的联系，得到交通堵塞、道路障碍、施工、停车场情况以及交通规则变化等实时交通信息，使驾驶员做出快速反应，减少城市交通堵塞。(8)关于CPU的选择。为满足汽车导航高精度快速数据处理的要求，对导航计算机(ECU)的CPU应选择32bit(或64bit)的嵌入式实时操作的CPU，因为嵌入式CPU适合于过程控制如实时操作处理。现正在兴起的仿PC结构的嵌入式微处理器，除具有嵌入式过程控制外还具有PC机的丰富软件支持，这对于高速行驶的汽车快速处理数据是非常适用的。项目七汽车导向/导航系统(1)目的地输入。用户在出发前，通过系统提供的输入方法将目的地输入到导航设备中。目前从安全要求考虑，人们正在开发基于语音输入技术的产品。(2)行驶路线确定。汽车导航主机从GPS接收机得到经过计算确定的当前经纬度，通过与电子地图数据的比对，就可以随时确定车辆当前所在地点。一般汽车导航系统把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存储的地图信息，就可以自动算出一条或几条合适的推荐路线。(3)行驶中的寻航。汽车导航系统的输出设备包括显示屏幕和语音输出设备。由于驾驶员在行驶过程中必须专注于驾驶，不能经常查看显示屏，汽车导航系统通常都有语音输出，向驾驶员提供提示信息。比如车辆按照系统推荐的路线行驶到应该转弯的路口前，语音输出设备会提示驾驶员：“200m后请左转”。目前世界几大著名汽车公司的导航系统已经达到了相当完善的程度。车载卫星导航系统可分为内置式和外置式。内置式车载卫星导航系统一般经专门外形设计，由汽车生产商在生产环节安装固定在汽车上。外置式车载导航系统一般多为后期加装，安装简便，适用于各种车型。

任务五汽车导航系统的使用项目七汽车导向/导航系统此处以宝来轿车导航系统为例来说明。宝米轿车的导航系统配备有HDS无线电接收器、127mm(5inch)彩色液晶显示屏、带有GPS卫星接收器及导航系统的CD-ROM驱动器，还带有高质量HDS轿车收音机。所以，该系统不但具有卫星导航功能，还兼备收音机的功能。导航收音机系统装备有电子防盗系统，如果