汽车定位与导航系统

汽车定位与导航系统.............................................................................................................................1第一节传感器定位导航系统.....................................................................................................1一、现代运输系统.................................................................................................................1二、汽车导航罗盘.................................................................................................................2三、汽车导航陀螺仪.............................................................................................................4四、倒车辅助系统控制.........................................................................................................5五、多媒体倒车雷达...........................................................................................................10六、奥迪A6的倒车雷达系统............................................................................................11七、证眼雷达.......................................................................................................................11第二节卫星定位和导航系统...................................................................................................12一、全球卫星定位导航系统...............................................................................................12二、绝对导航.......................................................................................................................13三、独立导航系统...............................................................................................................14四、车载卫星导航...............................................................................................................15第三节典型故障案例分析.......................................................................................................17一、奥迪A6轿车倒车雷达有时正常有时不正常............................................................17二、东风雪铁龙新爱丽舍豪华轿车倒车雷达无法正常工作...........................................18汽车定位与导航系统导航原指飞机、轮船等交通工具在行驶时借助其他装置了解自身位置和航行状态，借以保证航行安全、提高运行效率和运输企业的经济效益。汽车导航的目的就是引导汽车在繁忙的交通状态和复杂的道路网络中选择最佳的路径，使其能在尽量短的时间和路程内到达目的地。本章将分传感器定位导航和卫星定位导航两部分来介绍汽车定位和导航系统及技术。第一节传感器定位导航系统一、现代运输系统现代智能化汽车运输系统（IntelligentTransportationSystem，ITS）是目前世界上最流行的交通运输系统。它将先进的信息技术、数据通信传输技术、电子控制技术和计算机处理技术等高新技术有效地综合运用，对传统的交通运输系统及管理体制进行改造，从而形成一种信息化、智能化、社会化的新型现代交通系统。实现交通管理的智能化、自动化，使交通运输基础设施得以发挥最大效能，使驾驶员与旅行者的安全度和舒适度得到明显改善，并通过节约能源和保护环境使全社会获得巨大的社会经济效益。日本对ITS系统的研究也下了大力气。1997年日本政府为此共投资约7亿美元，其中用于相关技术的研究开发约1亿美元，硬件建设约6亿美元，行将取得惊人的效果。据日本官方估计，日本ITS系统在20年内可使交通事故降低8%～10%；每年交通事故死亡人数可比现在减少30～70%；到2010年，ITS系统可使日本国内交通阻塞减少20％以上。同时，每年还可减少10亿加仑的燃料消耗，并降低尾气污染且使公路网通行能力成倍增长。其经济效益和社会效益十分可观。目前，我国的道路导向和交通管理已发生了巨大变化，正逐渐走向ITS系统。二、汽车导航罗盘1．汽车罗盘原理及应用汽车导航罗盘用来显示车辆的指向方位，例如，N（北）、NE（东北）、E（东）、SE（东、南）、S（南）、SW（西南）、W（西）和NW（西北）等，从而给驾驶员提供导航。汽车导航罗盘的关键元件是地磁传感器。地磁传感器是在高导磁性材料制成的磁环上绕励磁绕组，绕组在X和Y两个正交方向上，每个方向各绕两个检测线圈（共4个）。无地磁场作用，检测线圈不产生电位差，有地磁场作用则产生电动势。地磁方向与检测方向夹角不同，检测线圈产生的电动势也不同，将检测到的信号送至方位判定处理器中，这样就可以确定汽车的行驶方向，一般用LED显示出来。地磁传感器结构与导向原理如图5.1所示。图5.1地磁传感器结构与导向原理2.汽车导航罗盘的应用实例北京吉普有限公司生产的带罗盘和温度显示的欧蓝德车，如图5.2所示。图5.2欧蓝德车带罗盘和温度显示的车内后视镜结构图该车罗盘用安装在后视镜内的地磁传感器检测汽车的方向，并用LCD（液晶显示）显示8个方向。车外温度计计算来自温度传感器的信息，然后用LCD显示温度。当按下位于车内后视镜中心的开关，汽车方向（指向）或温度会在镜子右上角显示，如图5.2所示。这种汽车罗盘在使用中由于人造强磁场和磁屏蔽等作用，需要经常校正和调整。（1）欧蓝德汽车罗盘校正程序与步骤。①按下“COMP（罗盘）”按钮，此时为可视罗盘显示模式，并且会显示车辆方位。再次按下“COMP”按钮将关闭可视罗盘显示。②如果显示读数“C”，如图5.3所示，可能存在强磁场干扰罗盘。在这种情况下，罗盘需要校正。图5.3存在强磁场干扰时的显示③以大约8km/h或低于此车速开车转圈，直到显示读出方向。在有些情况下，如长途越野，必须调整罗盘偏差。罗盘偏差是地磁北极与真正的地理北极之间的差别。如果不调整罗盘偏差，那么罗盘可能给出虚假读数。（2）调整罗盘偏差的程序与步骤。①按下“COMP”按钮3s以上。显示器上会显示当前区域号，如图5.4所示。②在如图5.5所示的校正地图上找到当前的位置以及偏差区域号。图5.4显示器上显示当前区域号图5.5显示给出的校正地图③按“COMP”按钮直到显示器上显示新的区域号。停止按按钮后，显示器会在几秒钟内显示罗盘方向。（3）注意事项。①不要安装用磁体吸附在车上的放置架、天线等，它们会影响罗盘的工作。②在隧道、地道、铁路沿线、换车站、办公楼群、地铁上部区域、上下陡坡等地方罗盘指针不能正确指示。当车辆驶到地磁稳定区域后，罗盘回到正确的罗盘指针位置。三、汽车导航陀螺仪汽车导航陀螺仪用来检测车辆的方向变化（角速度），因此也叫做偏航速率传感器。它是一个振荡回转仪，运用“振荡陀螺仪的原理”来感知车辆所处的方位及变化。它由压电零件、金属块和支撑销组成，其形状像一把音叉。压电零件共有四个，两个一组，相互平行安置。每一组均有一个作为振荡器，另一个用于对振荡进行监视，并使其保持正常的频率。两组振荡器的中心部位呈90°。交错布置，并通过底部的金属块连接在一起，由支撑销提供支撑。如图5.6所示。图5.6导航陀螺仪构造图汽车导航陀螺仪工作原理就像是一个振荡回转仪，即惯性陀螺。当一个振子在静止的转盘上做往复运动时，其轨迹是条直线。如果转盘以角速度ω旋转时，它因受偏转力——哥氏力（Fc＝-2mvw）的影响运动轨迹将不再是一条直线，而要发生偏转，如图5.7所示。汽车导航陀螺仪的振动就相当于振子的振动，当汽车转弯时，汽车导航陀螺仪上部的监视压电零件因受偏转力的作用而发生弯曲，如图5.8所示。这样根据偏转力公式、汽车行驶速度和行驶时间就可检测出汽车的方位（旋转角速度田）和转弯行驶的距离。如果与地图结合再加上显示装置，就可进行汽车导航和描绘汽车行驶的路径。这种导航是相对导航，导航的精确性虽然不受信号影响但是与车速计算、道路倾斜度计算和存入地图是否正确有直接关系，并在下列情况下会造成车辆定位错误。①发动机停止后移动车辆，例如，用渡轮或拖车移动车辆，或者车在回转台上旋转。②轮胎打滑，能造成行驶偏差。③轮胎滚动直径变化，如胎压异常、轮胎规格不正确，能造成行驶偏差。④在笔直或几乎没有弯道的高速公路上连续行驶，能造成导航发生偏差。相对导航产生的上述定位错误将不断积累放大。所以也经常需要重新定位校正，基本是每次行驶前都要进行定位——选择出发地和目的地。图5.7汽车导航陀螺仪的原理图（a）转盘静止（b）转盘以角速度田旋转四、倒车辅助系统控制倒车辅助系统又称倒车雷达，它是一般汽车的选装项目，由倒车雷达模块、探头和根据距离数据控制的指示部分组成。其指示部分有变频蜂鸣音指示、多色LED灯光指示和数据显示指示等类型。如图5.9所示为别克君威倒车辅助系统控制电路。图5.9别克君威倒车辅助系统控制电路1．倒车雷达模块与探头倒车雷达主机的核心是倒车雷达模块。目前倒车雷达模块有T8224系列和T8214系列等。T8224是T8214的改进型模块，如图5.10和图5.n所示。模块集成了单片机部分，全部超声波电路部分和控制部分。能同时传送4个探头分别探测到的各自距离的串行数据（单线输出，数据经过编码，数据包中加入最近距离方位指示）。如图5.12所示为超声波距离探测探头。最近距离数据控制着变频蜂鸣音，还控制着3色LED灯指示。图5.12超声波距离探测探头探头的构造如图5.13所示。当探头作为发射器时，交流电压作用于振动线圈，使其产生磁场。该磁场与永久磁铁的恒定磁场发生作用使振动线圈振动，其振动频率与交流电频率相同。振动线圈与膜片相连，从而膜片也以相同的频率振动。膜片振动引起空气运动，产生声波发射出去，如图5.13(a）所示。当探头作为接收器时，反射的声波引起膜片以一定的频率振动。这样在振动线圈上感应产生一个同样频率的交流感