汽車導(dǎo)航系統(tǒng)

1、汽車車身電氣系統(tǒng)汽車車身電氣系統(tǒng)2009年年10月月第第6章章 汽車導(dǎo)航系統(tǒng)汽車導(dǎo)航系統(tǒng) 1.了解汽車導(dǎo)航系統(tǒng)的特點(diǎn)、分類和功能，熟悉汽車導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和原理 2.熟悉大眾寶來轎車導(dǎo)航系統(tǒng)的故障診斷和檢修 講授、現(xiàn)場教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)、課件講授、現(xiàn)場教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)、課件 6.1 汽車導(dǎo)航系統(tǒng)概述汽車導(dǎo)航系統(tǒng)概述 6.2 汽車導(dǎo)航系統(tǒng)的檢修汽車導(dǎo)航系統(tǒng)的檢修6.1 汽車導(dǎo)航系統(tǒng)概述汽車導(dǎo)航系統(tǒng)概述 6.1.1 汽車導(dǎo)航系統(tǒng)的特點(diǎn)汽車導(dǎo)航系統(tǒng)的特點(diǎn) 6.1.2 汽車導(dǎo)航系統(tǒng)的分類汽車導(dǎo)航系統(tǒng)的分類 6.1.3 汽車導(dǎo)航系統(tǒng)的功能汽車導(dǎo)航系統(tǒng)的功能 6.1.4 汽車汽車GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理導(dǎo)航系統(tǒng)的

2、結(jié)構(gòu)與原理6.1.1 汽車導(dǎo)航系統(tǒng)的特點(diǎn)汽車導(dǎo)航系統(tǒng)的特點(diǎn) 1實(shí)現(xiàn)實(shí)時位置測定 2具有自動檢索與圖像放大等功能 3自動修正車輛位置 4交通行業(yè)控制管理的重要組成部分6.1.2 汽車導(dǎo)航系統(tǒng)的分類汽車導(dǎo)航系統(tǒng)的分類 1.汽車導(dǎo)航綜合系統(tǒng) 包括單一功能的導(dǎo)航系統(tǒng)和具有汽車導(dǎo)航、監(jiān)控、防盜、旅游、交通控制與調(diào)度等功能的綜合系統(tǒng)。 2.汽車開環(huán)與閉環(huán)導(dǎo)航系統(tǒng)1）汽車開環(huán)導(dǎo)航系統(tǒng) 該系統(tǒng)是從控制中心或電臺、衛(wèi)星傳感器等得到定位、方位、方向等信息，根據(jù)這些信息和電子地圖可以定出起點(diǎn)到終點(diǎn)最短行駛距離，但汽車的信息不能返回控制中心。如果某一道路上出現(xiàn)塞車、交通事故，橋梁出現(xiàn)斷裂等天災(zāi)人禍時，駕駛員是不會知道

3、的，而汽車出現(xiàn)故障、被盜等問題時也無法和控制中心聯(lián)系。2）汽車閉環(huán)導(dǎo)航系統(tǒng) 該系統(tǒng)不但有開環(huán)的所有導(dǎo)向等功能，而且駕駛員可以把行車實(shí)時信息不斷向控制中心返回。根據(jù)中心掌握的交通及氣候等綜合信息及時通知汽車改道行駛，在最短時間到達(dá)目的地。在汽車出現(xiàn)大故障無法返回或遇到強(qiáng)盜等也可以報告控制中心，一方面告訴中心出現(xiàn)的問題，另一方面可隨時報告自己的方位，以便營救。 3.無引導(dǎo)功能的導(dǎo)航系統(tǒng) 該系統(tǒng)只是簡單的電子地圖。駕駛員可以從車上CD-ROM存儲器中調(diào)出本國城鎮(zhèn)的方位、主干道、高速公路、橋梁等交通信息，也可以通過鍵盤方便地找到要到達(dá)的目的地，以及要行駛路線的各種所需信息，幫助駕駛員選擇行車路線，但無

4、引導(dǎo)功能。 4.內(nèi)部信息導(dǎo)航行駛系統(tǒng) 利用電子陀螺或地磁等方向傳感器(測出汽車行駛的方向)、距離傳感器等制成的汽車導(dǎo)航系統(tǒng)。 5.地磁導(dǎo)航系統(tǒng) 利用地磁傳感器可隨時測出汽車行駛方向，距離傳感器測出距離，可以用電腦計算出汽車的行駛軌跡，及到達(dá)目的地的方向、剩余距離等；并可以在顯示器上一一顯示出來，以達(dá)到導(dǎo)航的作用。 6.慣性導(dǎo)航系統(tǒng) 該系統(tǒng)的方向傳感器是利用電子陀螺制成的，其他設(shè)備及功能和地磁導(dǎo)航系統(tǒng)一樣。 7.無線電導(dǎo)航系統(tǒng) 該系統(tǒng)可以分為GPS導(dǎo)航系統(tǒng)和固定電臺導(dǎo)航系統(tǒng)。1）GPS導(dǎo)航系統(tǒng) 該系統(tǒng)有一個較靈敏的GPS信息接收裝置，可接收到衛(wèi)星發(fā)射的導(dǎo)航信息，經(jīng)過計算處理后，可以得到汽車行駛的

5、方位、速度、到達(dá)目的地的直線距離和已經(jīng)行駛的里程。如和電子地圖結(jié)合起來導(dǎo)航功能更加完善。2）固定電臺導(dǎo)航系統(tǒng) 分為中心電臺導(dǎo)航系統(tǒng)和路邊電臺導(dǎo)航系統(tǒng)。（1）中心電臺導(dǎo)航系統(tǒng)。一般是一個集導(dǎo)向、車輛監(jiān)控、防盜、差分GPS的應(yīng)用等綜合系統(tǒng)，并且具有閉環(huán)導(dǎo)航系統(tǒng)的所有功能。一般幾十到幾百公里為半徑設(shè)一個中心站。除接收GPS信息外，還收發(fā)各個車輛的導(dǎo)航、防盜等綜合信息?？梢园讶我粋€車輛的實(shí)時軌跡顯示在顯示器上。較大的系統(tǒng)設(shè)一個中心站，下設(shè)若干個子站，每個子站帶若干個車輛，以擴(kuò)大監(jiān)控范圍和導(dǎo)航的車輛數(shù)。（2）路邊電臺導(dǎo)航系統(tǒng)。一般是交通控制和導(dǎo)航于一體的綜合系統(tǒng)。在高速公路的路邊，每隔幾百米到幾公里設(shè)一

6、個小功率電臺，汽車上的小功率收發(fā)機(jī)可通過無線電波和交通控制中心每到一個電臺交換一次信息，達(dá)到交通控制與導(dǎo)航的目的。6.1.3 汽車導(dǎo)航系統(tǒng)的功能汽車導(dǎo)航系統(tǒng)的功能 1對目的地進(jìn)行最佳路線檢索 2具有瞬時再檢索功能 3提供豐富的菜單和記錄功能 4在適當(dāng)時間內(nèi)提供實(shí)時語音提示 5擴(kuò)大十字路口周圍建筑物和交通標(biāo)志功能 6擴(kuò)展功能 7導(dǎo)航系統(tǒng)和娛樂系統(tǒng)部件共用6.1.4 汽車汽車GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理導(dǎo)航系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理 1GPS導(dǎo)航系統(tǒng)介紹1）GPS導(dǎo)航系統(tǒng)組成 GPS導(dǎo)航系統(tǒng)由空間部分、地面監(jiān)控部分和用戶設(shè)備部分組成。（1）空間部分使用24顆高度約20000km的衛(wèi)星組成衛(wèi)星座，24顆衛(wèi)星分布

7、在六個等間隔軌道上，軌道面相對赤道面的傾角為550每個軌道面上有4顆衛(wèi)星，衛(wèi)星軌道為圓形，運(yùn)行周期為11小時58分，這樣的衛(wèi)星分布，可保證全球任何地區(qū)、任何時刻有不少于4顆衛(wèi)星以供觀測。（2）地面監(jiān)控部分包括四個監(jiān)控站、一個主站和注入站，全部位于美國境內(nèi)，監(jiān)控部分的主要任務(wù)是監(jiān)測每顆衛(wèi)星的運(yùn)行情況，并通過注入站及時修正衛(wèi)星的有關(guān)參數(shù)，以保證整個GPS系統(tǒng)能正常運(yùn)行。（3）用戶設(shè)備部分主要是GPS接收機(jī)，它接收衛(wèi)星發(fā)射的信號，根據(jù)導(dǎo)航電文提供衛(wèi)星位置和鐘差改正信息計算用戶的位置。 2）基本原理 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是隨著空間技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的一種空間基準(zhǔn)的無線電導(dǎo)航系統(tǒng)。其基本原理如圖6-1所示。 導(dǎo)航

8、衛(wèi)星在圍繞圓形軌道運(yùn)動時，發(fā)出事先決定的圖像信息。接受側(cè)根據(jù)衛(wèi)星發(fā)出信號至接收到其反射信號的滯后時間，算出接收側(cè)與衛(wèi)星的距離R。以這個距離為半徑，以衛(wèi)星為圓心，就形成一個球面。當(dāng)接收側(cè)同時知道三顆導(dǎo)航衛(wèi)星的距離時，就可形成三個球面，三個球面的交點(diǎn)就是接收側(cè)的位置，也就是汽車的位置。圖6-1 GPS基本原理 2電子地圖 電子地圖是現(xiàn)代汽車導(dǎo)航系統(tǒng)中的最基本的也是最重要的部件之一。在早期電子地圖只是單一的用作地圖使用并無引導(dǎo)作用。隨著科技的發(fā)展，電子地圖結(jié)合GPS技術(shù)、傳感器技術(shù)等的發(fā)展，在各種先進(jìn)的導(dǎo)航技術(shù)中已經(jīng)廣泛應(yīng)用，上述分類中絕大部分汽車導(dǎo)航系統(tǒng)中都包括有電子地圖。 電子地圖包括道路、地名

9、以及各種設(shè)施。除了顯示本車位置和方向外，導(dǎo)航信息還有已行駛軌跡、當(dāng)時位置到目的地的方向和直線距離。駕駛員可通過按鍵輸入本車位置和目的地、縮放地圖的比例尺，或者選擇顯示CD-ROM數(shù)據(jù)庫中的任意區(qū)域的地圖。 各種比例尺的地圖顯示和車輛定位是電子地圖的關(guān)鍵技術(shù)。隨著電腦技術(shù)的發(fā)展和普及，導(dǎo)航電子地圖在人類活動中將具有深遠(yuǎn)的意義和廣泛的前景。 3汽車GPS導(dǎo)航系統(tǒng) 汽車GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖6-2所示，主要由GPS接收天線、GPS接收機(jī)、導(dǎo)航計算機(jī)、可視顯示器以及位置檢測裝置(絕對位置檢測和相對位置檢測)等組成。 系統(tǒng)根據(jù)不同的位置進(jìn)行分類檢測，絕對位置的檢測采用GPS全球定位系統(tǒng)，相對位置的檢測

10、采用方向傳感器(如地磁傳感器、光纖陀螺儀)，并利用車輪轉(zhuǎn)速傳感器測量車輛行駛距離，如圖6-3所示。圖6-2 汽車GPS導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖6-3 汽車GPS導(dǎo)航系統(tǒng)原理 1）傳感器 （1）羅盤傳感器。羅盤傳感器的結(jié)構(gòu)如圖6-4所示，它是一個雙線圈發(fā)電機(jī)型地磁矢量傳感器，由一個勵磁線圈和兩個垂直的線圈纏繞在具有高磁通率的圓環(huán)磁鐵上組成。通過檢測地球的磁場確定汽車的絕對行駛方向。圖6-4 羅盤傳感器結(jié)構(gòu) 由于上、下線圈相位相反，故垂直方向的磁感應(yīng)電動勢互相抵消。若用電動機(jī)轉(zhuǎn)動線圈和鐵心，地磁的水平分量如圖6-5所示。鐵心中的磁通密度產(chǎn)生變化，從而建立起磁場。在圖6-5a位置，磁場方向朝內(nèi)；在圖6-5b位

11、置，磁場強(qiáng)度為零；在圖6-5c位置，磁場方向朝外。因此，在地磁檢測線圈中，產(chǎn)生一個正弦交變電壓，其相位由地磁場的方位決定。另一方面由光電斷續(xù)器發(fā)出相位固定的脈沖信號，根據(jù)這兩個輸出信號的相位差，可以檢測出地磁的方向。圖6-5 羅盤傳感器原理 （2）車速傳感器。車速傳感器可采用與ABS系統(tǒng)相同的輪速傳感器。汽車轉(zhuǎn)彎方向上的變化可以通過左右車輪轉(zhuǎn)速傳感器的輸出脈沖差進(jìn)行檢測。（3）陀螺儀。在導(dǎo)航系統(tǒng)中通常使用陀螺儀測定汽車轉(zhuǎn)彎角速度是確定汽車行駛方向的另一種方法。 氣流陀螺儀。氣流陀螺儀的結(jié)構(gòu)原理如圖6-6所示。它是利用氮?dú)獾膽T性檢測方向，而不是利用地磁。密封在容器內(nèi)的氮?dú)庠趬弘娬褡友h(huán)壓縮機(jī)的作

12、用下，在容器內(nèi)循環(huán)。當(dāng)汽車直線行駛時，氮?dú)馐箖筛鶡峋€均勻冷卻，故兩根熱線溫度相等。一旦汽車改變方向，氮?dú)饬饔捎诒旧淼膽T性而過分偏向一側(cè)，使固定在汽車上的檢測器的兩熱線冷卻程度不等，結(jié)果產(chǎn)生溫度差，并以電位差的形式表現(xiàn)。由于兩熱線構(gòu)成電橋電路，故該輸出電壓即A、B兩點(diǎn)間的電位差與汽車的偏轉(zhuǎn)率成正比。圖6-6 陀螺儀的結(jié)構(gòu)原理和電路a)結(jié)構(gòu)原理 b)電路 光纖陀螺儀。光纖陀螺儀的檢測原理如圖6-7所示。光從光纖線圈A點(diǎn)入射，經(jīng)向左向右兩個方向回轉(zhuǎn)傳播，光程相同時兩方向同時經(jīng)過一個周期到達(dá)輸出的B點(diǎn)。當(dāng)光纖線圈向右旋轉(zhuǎn)的角速度為，則從A點(diǎn)入射的同一周期左右方向傳播的光程不同，右回轉(zhuǎn)比左回轉(zhuǎn)傳播光程長

13、，兩者相差一定角度。在原輸出B點(diǎn)測量兩方向傳到的光相位不同，測定兩個光干涉的強(qiáng)度，可以確定兩方向光的傳播時間差(相位差)，從而計算出光纖線圈(汽車)的轉(zhuǎn)向角速度。圖6-7 光纖陀螺儀的檢測原理2）LCD顯示器 平板顯示器發(fā)展趨勢表明，薄膜晶體管有源矩陣液晶顯示器(TFT AM LCD)是一個發(fā)展方向，因?yàn)樗拿總€像素都配置一個半導(dǎo)體開關(guān)器件來驅(qū)動，從而實(shí)現(xiàn)了高亮度視頻圖像顯示，具有對比度好、掃描線多、視角寬、低反射等優(yōu)點(diǎn)。 日本已把三基色(RGB)TFT AM LCD制定為導(dǎo)航用標(biāo)準(zhǔn)顯示器。3）CD-ROM驅(qū)動器 為使驅(qū)動器更快地從光盤上讀取數(shù)據(jù)，快速送CPU進(jìn)行處理，縮短LCD畫面上頻繁顯示

14、執(zhí)行程序的時間和讀取數(shù)據(jù)的等待時間，這里選取4倍速650MB的CD-ROM驅(qū)動器。 這樣可使LCD顯示效果的不連續(xù)性得到平滑，也保持了聲音和圖像的同步。4）RF調(diào)制解調(diào)器和RF天線 使用RF調(diào)制解調(diào)器和RF天線接收主控中心發(fā)出的信息，同時可反控汽車，實(shí)現(xiàn)動態(tài)導(dǎo)航。通過RF調(diào)制解調(diào)器建立與交通信息系統(tǒng)(VICS)的聯(lián)系，得到交通堵塞、道路障礙、施工、停車場情況以及交通規(guī)則變化等實(shí)時交通信息，使駕駛員作出快速反應(yīng)，解決城市交通堵塞問題。5）GPS信號接收機(jī) GPS信號接收機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖6-8所示，主要由天線單元和接收單元兩部分組成。（1）天線單元。天線單元由接收天線和前置放大器兩個部件組成，GPS信

15、號接收機(jī)一般采用全向振子天線、小型螺旋天線和微帶天線。（2）接收單元。接收單元主要包括以下部件： 信號波道。 存儲器。 計算與顯控裝置。 圖6-8 GPS信號接收機(jī)的結(jié)構(gòu)6）導(dǎo)航計算機(jī) 導(dǎo)航計算機(jī)能根據(jù)全球定位接收系統(tǒng)接收到的衛(wèi)星信號和裝在車上的傳感器輸入信號及存儲器中的地圖數(shù)據(jù)，經(jīng)過計算處理后，再進(jìn)行綜合的圖像協(xié)調(diào)，然后通過顯示器將地圖顯示在其屏幕上，并以閃光的標(biāo)志表示汽車的實(shí)時位置；而且還能指示應(yīng)該行駛的方向，并不斷顯示出目前到達(dá)目的地的距離。通過檢索鍵還能很方便地找到要去的目的地和最佳的行駛路線。 為滿足汽車導(dǎo)航高精度快速數(shù)據(jù)處理的要求，對導(dǎo)航計算機(jī)(ECU)的CPU應(yīng)選擇32bit(或

16、64bit)的嵌入式實(shí)時操作的CPU。因?yàn)榍度胧紺PU適合于過程控制如實(shí)時操作處理，尤其正在興起的仿PC結(jié)構(gòu)的嵌入式微處理器，它除具有嵌入式過程控制外還具有PC機(jī)的豐富軟件支持，這對于高速行駛的汽車快速處理數(shù)據(jù)是非常適用的。7）自律導(dǎo)航 當(dāng)汽車行駛在地下隧道、高層樓群、高架橋下、高山群間、密集森林等地段與GPS衛(wèi)星失去聯(lián)系、中斷信號的瞬間，機(jī)內(nèi)可自動導(dǎo)人自律導(dǎo)航系統(tǒng)。此時車速傳感器從汽車前進(jìn)的速度中檢測出車速脈沖(不同車型，車速脈沖值不同，要注意修正)，通過汽車導(dǎo)航計算機(jī)(ECU)的數(shù)據(jù)處理，從速度和時間中直接求出前進(jìn)距離。陀螺傳感器直接檢測出前進(jìn)方向的變化和行駛狀態(tài)(即汽車前進(jìn)的角速度變化值

17、)。例如，汽車行駛在勾狀山道、發(fā)夾式彎路、環(huán)狀盤形橋上、輪渡過河等地段時，所有這些曲線距離與衛(wèi)星導(dǎo)航的經(jīng)緯度坐標(biāo)產(chǎn)生了誤差，通過陀螺傳感器的檢測和微處理器的運(yùn)算才能得到汽車正確的位置。8）地圖匹配器 由GPS衛(wèi)星導(dǎo)航與自律導(dǎo)航(包括車速傳感器，陀螺傳感器)所測到的汽車坐標(biāo)位置數(shù)據(jù)及前進(jìn)的方向與實(shí)際行駛的路線軌跡在電子地圖上都存在一定誤差。為修正這二者的誤差，確保二者在電子地圖上路線坐標(biāo)相統(tǒng)一，須采用地圖匹配技術(shù)，即在導(dǎo)航系統(tǒng)控制電路中要增加一個地圖匹配電路，對汽車行駛路線(各處傳感器檢測到的軌跡)與電子地圖上道路的誤差進(jìn)行實(shí)時數(shù)字相關(guān)匹配，作出自動修正。它經(jīng)過導(dǎo)航計算機(jī)(ECU)的整理程序進(jìn)行

18、實(shí)時快速處理，得到汽車在電子地圖上指示出的正確位置路線，如圖6-9所示。 由于有了汽車行駛中接收到的GPS信息，陀螺傳感器檢測到的正確前進(jìn)方向，車速傳感器檢測出的前進(jìn)距離這三組數(shù)據(jù)經(jīng)過地圖匹配器得到自動修正，從而完成了高精度導(dǎo)航。圖6-9 地圖匹配器修正路線6.2 汽車導(dǎo)航系統(tǒng)的檢修汽車導(dǎo)航系統(tǒng)的檢修 6.2.1 汽車導(dǎo)航系統(tǒng)的故障診斷汽車導(dǎo)航系統(tǒng)的故障診斷 6.2.2 汽車導(dǎo)航系統(tǒng)的故障檢修汽車導(dǎo)航系統(tǒng)的故障檢修6.2.1 汽車導(dǎo)航系統(tǒng)的故障診斷汽車導(dǎo)航系統(tǒng)的故障診斷 寶來轎車的導(dǎo)航系統(tǒng)配備有RDS無線電接收器、127 mm(5in)彩色液晶顯示屏、帶有GPS衛(wèi)星接收器及導(dǎo)航系統(tǒng)的CDROM

19、驅(qū)動器，還帶有高質(zhì)量RDS轎車收音機(jī)。所以，該系統(tǒng)不但具有衛(wèi)星導(dǎo)航功能，還兼?zhèn)涫找魴C(jī)的功能。 導(dǎo)航收音機(jī)系統(tǒng)裝備有電子防盜系統(tǒng)，如果電子防盜保護(hù)裝置被激活，當(dāng)收音機(jī)和點(diǎn)火開關(guān)打開時，發(fā)光二極管閃亮；當(dāng)導(dǎo)航系統(tǒng)接通后，發(fā)光二極管熄滅，表明系統(tǒng)已準(zhǔn)備好可以使用。導(dǎo)航系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖6-10所示。 圖6-10 寶來轎車導(dǎo)航系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 1-導(dǎo)航天線連接；2-傳感器插座；3-RCB連接；4-多孔插頭；5-收音機(jī)天線連接 導(dǎo)航系統(tǒng)的故障診斷可以采用V.A.G1551、V.A.G1552和V.A.S5051進(jìn)行，檢測儀器的連接如圖6-11所示。將檢測儀器的插接頭接到汽車的自診斷接口上，檢查電路保險絲和供電電壓正常后打開點(diǎn)火開關(guān)，按“1”鍵選擇“快速數(shù)據(jù)傳遞”模式后，輸入導(dǎo)航地址碼“37”，可對導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷和讀取故障代碼。 圖6-11 檢測儀器的連接寶來轎車導(dǎo)航系統(tǒng)的故障代碼與含義見表6-1。故障碼 故障現(xiàn)