《汽車車身電氣系統(tǒng)》第6章 汽車導(dǎo)航系統(tǒng)

汽車車身電氣系統(tǒng),2009,年,10,月,第,6,章 汽車導(dǎo)航系統(tǒng),教學(xué)目的和要求,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,教學(xué)重點(diǎn),1.,汽車導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和原理,2.,大眾寶來轎車導(dǎo)航系統(tǒng)的故障診斷和檢修,教學(xué)難點(diǎn),汽車導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和原理,教學(xué)方法和使用教具,講授、現(xiàn)場教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)、課件,教學(xué)時(shí)數(shù),3,學(xué)時(shí),6.1,汽車導(dǎo)航系統(tǒng)概述,6.2,汽車導(dǎo)航系統(tǒng)的檢修,6.1,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),6.1.2,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,6.1.4,汽車,GPS,導(dǎo)航系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理,6.1.1,汽車導(dǎo)航系統(tǒng)的特點(diǎn),1,實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)位置測定,2,具有自動(dòng)檢索與圖像放大等功能,3,自動(dòng)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,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(shí)，駕駛員是不會(huì)知道的，而汽車出現(xiàn)故障、被盜等問題時(shí)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(shí)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(shí)通知汽車改道行駛，在最短時(shí)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(bào)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(shí)報(bào)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(shí)測出汽車行駛方向，距離傳感器測出距離，可以用電腦計(jì)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(gè)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(jì)算處理后，可以得到汽車行駛的方位、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(gè)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(gè)中心站。除接收,GPS,信息外，還收發(fā)各個(gè)車輛的導(dǎo)航、防盜等綜合信息。可以把任一個(gè)車輛的實(shí)時(shí)軌跡顯示在顯示器上。較大的系統(tǒng)設(shè)一個(gè)中心站，下設(shè)若干個(gè)子站，每個(gè)子站帶若干個(gè)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)一個(gè)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(gè)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,1,對目的地進(jìn)行最佳路線檢索,2,具有瞬時(shí)再檢索功能,3,提供豐富的菜單和記錄功能,4,在適當(dāng)時(shí)間內(nèi)提供實(shí)時(shí)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,GPS,導(dǎo)航系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理,1,GPS,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)星分布在六個(gè)等間隔軌道上，軌道面相對赤道面的傾角為,550,每個(gè)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(shí),58,分，這樣的衛(wèi)星分布，可保證全球任何地區(qū)、任何時(shí)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(gè)監(jiān)控站、一個(gè)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(shí)修正衛(wèi)星的有關(guān)參數(shù)，以保證整個(gè),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(jì)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)航衛(wèi)星在圍繞圓形軌道運(yùn)動(dòng)時(shí)，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(shí)間，算出接收側(cè)與衛(wèi)星的距離,R,。以這個(gè)距離為半徑，以衛(wèi)星為圓心，就形成一個(gè)球面。當(dāng)接收側(cè)同時(shí)知道三顆導(dǎo)航衛(wèi)星的距離時(shí)，就可形成三個(gè)球面，三個(gè)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(shí)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(dòng)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(jì)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(gè)雙線圈發(fā)電機(jī)型地磁矢量傳感器，由一個(gè)勵(lì)磁線圈和兩個(gè)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(dòng)勢互相抵消。若用電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)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(gè)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(gè)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)的作用下，在容器內(nèi)循環(huán)。當(dāng)汽車直線行駛時(shí)，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(gè)方向回轉(zhuǎn)傳播，光程相同時(shí)兩方向同時(shí)經(jīng)過一個(gè)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，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(gè)光干涉的強(qiáng)度，可以確定兩方向光的傳播時(shí)間差,(,相位差,),，從而計(jì)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(gè)發(fā)展方向，因?yàn)樗拿總€(gè)像素都配置一個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)器件來驅(qū)動(dòng)，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(dòng)器,為使驅(qū)動(dòng)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,畫面上頻繁顯示執(zhí)行程序的時(shí)間和讀取數(shù)據(jù)的等待時(shí)間，這里選取,4,倍速,650MB,的,CD-ROM,驅(qū)動(dòng)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(shí)可反控汽車，實(shí)現(xiàn)動(dòng)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(shí)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(gè)部件組成，,GPS,信號接收機(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(jì)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(jì)算機(jī),導(dǎo)航計(jì)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(jì)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(shí)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(jì)算機(jī),(ECU),的,CPU,應(yīng)選擇,32bit(,或,64bit),的嵌入式實(shí)時(shí)操作的,CPU,。因?yàn)榍度胧?CPU,適合于過程控制如實(shí)時(shí)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(dòng)導(dǎo)人自律導(dǎo)航系統(tǒng)。此時(shí)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(jì)算機(jī),(ECU),的數(shù)據(jù)處理，從速度和時(shí)間中直接求出前