项目6 汽车导航系统的检修

项目6汽车导航系统的检修学习目标•1．了解汽车导航系统的特点、类型及发展趋势；•2．理解汽车导航系统的组成、结构及导航原理；•3．学会汽车导航系统的使用操作方法；•4．熟悉汽车导航系统位置偏离的原因；•5．掌握汽车导航系统电路的检测方法。一、汽车导航系统的特点、类型及发展趋势•1．汽车导航系统的特点•（1）实现实时位置测定：由于导航系统采用了检测精度高、工作稳定性较好的角速度传感器（陀螺传感器），能实现实时位置测定。•（2）自动修正车辆位置：采用全球卫星定位系统（GPS）及先进的检测手段和传播技术，在导航系统中引人了具有自动修正车辆位置的地图匹配技术，并开发出与之相匹配的高精度位置检测软件。•（3）具有自动检索与图像放大等功能：装备CD-ROM只读存储器，采用声控进行导航，使系统具有自动检索、图像放大等功能。•（4）交通行业控制管理的重要组成部分：目前电子导航系统正在实现与地面交通管理网络的联机，加快了未来交通向智能化发展的速度。2．汽车导航系统的分类•（1）地磁导航系统•地磁导航系统利用地磁作为导向的基准，它有一个双线圈发动机型地磁矢量传感器，作为方位传感器。地磁水平分量的磁感应强度十分微弱，对外界干扰很敏感，故抗干扰、误差修正是该系统的关键。一旦把目的地位置输入（从键盘输人东西和南北两个方向，即X、Y两个方向的距离），与原输人相减，即可得出随时随地距目的地的所剩距离和应驶方向。•（2）惯性导航系统•惯性导航系统实际上是一个电子陀螺仪，方向传感器是封入氦气的气体速度陀螺，其他设备及功能和地磁导航系统一样。2．汽车导航系统的分类•（3）全球定位导航系统（GPS：GlobalPositioningSystem）•GPS导航系统是20世纪70年代中期美国国防部在子午仪卫星导航系统基础上发展起来的新一代卫星定位导航系统，整个系统已经于1993年6月实施完毕，现在已投人正常使用。GPS可以向飞机、轮船、车辆或其他物体提供全球三维位置、速度和时间，如图6.1所示。目前可提供两种定位服务，一是采用P码为美国航空部队提供的专用精密定位导航服务（PPS），定位精度为10m左右，一般用户不能接收；另一种是采用精度较低的C/A码，民用并向全世界开放的标准定位导航服务。因为受美国政府部门的控制，其准确度被故意降低。另外如果汽车行驶在隧道、高架公路以下或高楼林立的街道，则接收信号比较弱，因此GPS系统误差达到50～200m。图6.1GPS系统示意图2．汽车导航系统的分类•（4）混合导航系统•目前汽车导航采用自行导航与全球卫星定位导航相结合的混合导航系统，如图6.2所示。采用混合导航系统，可以计算车辆的位置（方向和当前位置）并制成轨迹，可以在地图上显示车辆的当前位置与车辆的轨迹。然后将当前车辆位置和轨迹的数据与地图数据作比较，将车辆的位置与最近的道路连成一线，GPS不断进行修正，使车辆的位置与GPS所测定的位置相符，以减少（或修正）行驶距离信号与地图的距离数据之间的误差。这样，即使在无法接收GPS信号的区域，如隧道内、室内停车场、高楼耸立的街道、高架桥下或密林内等地方也能导航。图6.2混合导航系统示意图3．汽车导航系统的发展趋势•（1）向小型化、集成化发展：随着技术的不断进步和市场的激烈竞争，国内外厂家不断推出具有多种集成功能的汽车电子导航系统。日本先锋电子公司推出了数字视频技术即DVD车辆导航系统。该系统采用32位CPU、8英寸宽屏幕液晶显示器，画面清晰度及显示功能、读取数据量及运行速度、光盘存储容量都较以往导航系统显著增强。德国西门子公司推出的导航系统可将设定的速度进行存储，使汽车通过自动巡航的功能自动行驶，以减轻驾驶员的劳动。•（2）车辆向交通管理及监控中心逆向传播信息：随着计算机技术和卫星技术的迅速发展，车辆可实现向交通管理及监控中心逆向传播信息。这项功能使交通管理监控中心可以及时了解到运行车辆提供的相关道路交通信息，使道路交通变得更加有效率和安全便捷。•（3）实现车辆自动定位：美国新泽西州普林斯顿西门子公司研制的汽车自动定位系统，利用摄像机和计算机结合，通过摄像机摄制的图像与电子地图上预先存储的图像进行对比，计算机就能够找出对应的景点，从而确定车辆位置。该系统无需卫星视线传输，即使汽车处于桥梁下、隧道中或停车场等隐蔽处，仍可以实现车辆准确定位。二、汽车导航系统的组成、结构及导航原理•1．汽车导航系统的结构•（1）GPS导航系统组成•GPS导航系统由导航卫星、地面监控部分、用户设备（GPS接收装置）组成：•①导航卫星：使用24颗（其中3颗卫星为备用）高度为2020Okm的导航卫星组成卫星星座，分布在6条近圆轨道上，绕地球旋转，每一条轨道分布4颗卫星，如图6.3所示。运行周期为11小时58分钟。这样的卫星分布，可保证全球任何地区、任何时刻都不会少于5颗卫星可供观测。每个卫星上装有精度为10-13的精密原子钟，各卫星和地面站的原子钟相同步，建立起了导航系统的精确时间系，称为GPS时。向地面发送的星历以GPS为基准，这一精密时系也是精密测距的基础。导航卫星上面的发射机以L波段双频1575.4MHz和1226.60MHz发射导航信号，汽车导航系统接收1575.4MHz的电磁波进行定位。发射双频是为了校正电离层产生的附加延时。物体位置的确定通过测量电磁波由卫星至接收机的传播时间来进行。理论上当接收机接收到三颗卫星的信号时，就可以测出接收机在地球上的位置坐标。考虑到实际空间中大量引起误差因素的存在，所以通过第四颗卫星来“双重检验”以清除这些因素的影响。图6.3导航卫星星座示意图二、汽车导航系统的组成、结构及导航原理•②地面接收站：它包括一个主控站、四个监测站和一个注人站。主控站设在加利福尼亚范登堡空军基地，它控制着整个地面站的工作，其主要职能是根据各监测站送来的信息计算各卫星的星历和卫星时钟的修正量，按规定的格式编制成导航电文，以便通过注人站注人卫星。监测站都是无人数据采集中心，在主控站的控制下跟踪接收卫星发射的L波段双频信号，并通过环境数据传感器收集当地的气象数据，由信息处理机处理收集到的全部信息，并传送给主控站。注人站与主控站设在同一地区，当卫星通过这一地区时，注人站用S波段载频将导航信息注人卫星。注人站还负责监测注人卫星的导航信息是否正确。二、汽车导航系统的组成、结构及导航原理•③用户设备：导航卫星采用无源工作方式，凡是有GPS接收设备的用户都可以使用GPS系统。用户设备包括全向圆极化天线、接收机、微处理器、控制显示设备等，有时也统称GPS接收机。图6.4所示为汽车GPS导航系统结构简图，图6.5所示为典型GPS可视显示器。图6.4汽车GPS导航系统结构简图（2）混合导航系统工作过程•汽车混合导航系统由可视显示器、导航电子控制单元、GPS天线和遥控器、VICS（车辆信息和通信系统）和音频单元等装置组成，如图6.6所示。•这些装置通过导航专用网或车载局域网交换信息。显示器包括导航电子控制单元、操作开关和屏幕，它们构成汽车导航系统中心。汽车导航电子控制单元由电路主板、DVD（或CD）驱动器和GPS接收器组成。电路主板包含一个微机和一个陀螺传感器。DVD（或CD）驱动器用来读取地图光盘上的数据。GPS接收器接收来自GPS卫星的信号，并与GPS天线一起使用。GPS天线由微波传输带天线、前置放大器等组成。图6.6汽车混合导航系统组成•导航电子控制单元根据陀螺传感器的方向变化信号和车速传感器的行驶距离信号，计算车辆位置，并制成轨迹，与地图光盘上的地图数据进行比较，将车辆位置与最近路线相连，同时与接收到的GPS测定的位置进行比较，出现重大偏差时修正测定位置，如图6.7所示。另外，导航电子控制单元还能对车速传感器的行驶距离信号由于轮胎与地面之间的滑移、轮胎磨损等造成的与地图距离数据之间的误差进行自动更新。图6.7混合导航系统运行简图2．汽车导航系统的原理•汽车上使用的车载导航系统主要应用的是GPS卫星导航和惯性自律导航。当GPS接收机同时接收到四颗以上的卫星发出的信号时，经过计算处理后，就可报出GPS接收机（目标）的位置（经度、纬度、高度）、时间和运动状态（速度、航向）等。车驶入地下隧道、高层楼群中暂时接收不到卫星信号时，GPS自动导入自律惯性导航模式，由车速传感器检测出汽车的行进速度，通过中央处理器进行数据处理，从速度和时间中直接算出前进的距离，陀螺传感器直接检测出前进的方向，引导车辆行驶。2．汽车导航系统的原理•当车载导航系统和电子地图系统配合使用时，就可以在电子地图上显示出车辆的实时位置和行驶路线、方向以及速度等参数。同时车载导航系统还能对汽车行驶的路线与电子地图上道路的误差进行实时相关匹配，并做自动修正，得到汽车在电子地图上的正确位置，以指示出正确行驶路线。汽车电子导航系统控制关系如图6.8所示，导航原理如图6.9所示。图6.8汽车电子导航系统控制关系图6.9汽车电子导航系统原理任务实施•一、汽车导航仪的操作使用方法图6.10凯立德CD-A001便携式导航系统一、汽车导航仪的操作使用方法•设定导航路径导航的使用方法，包括：接收信号定位、设置目的地、搜索路径、开始导航等几个操作要点。操作过程如下：•1．启动导航系统：点击导航仪功能界面上的【卫星导航】图标，进入特别提示界面，点击【接受】，进入地图主界面，如图6.11所示。图6.11地图主界面一、汽车导航仪的操作使用方法•2．接收卫星信号：导航系统将自动接收卫星信号。通常情况下，在室外需要几分钟的时间接收信号，接收时间的长短受周边物理环境所影响。地图主界面上图标显示接收卫星信号情况。信号接收正常时，车标将定位在当前实际位置。•3．设置目的地：首先在地图界面上查找到目的地，如“天坛公园”。点击地图主界面上的【日的地】，如图6.12所示。图6.12把天坛公园设为“目的地”一、汽车导航仪的操作使用方法•4．选择选路方式，如选择“系统推荐”，点击【确定】。如图6.13所示。图6.13选择选路方式一、汽车导航仪的操作使用方法•5．开始导航。选择【开始导航】，如图6.14所示。这样就完成了导航路径设置，进入导航状态以一条红色的线条标示设定好的路径，如图6.15所示。图6.14选择【开始导航】图6.15导航地图界面二、汽车导航位置偏离的原因分析及电路检测•1．汽车导航系统的位置标志偏离的原因分析•以下状况会影响到GPS信号的接收，可能导致车辆位置标志从路线上偏离。•①车辆位置标记可能出现在与正确的公路平行的不正确公路上。•②当公路分成狭窄的Y形时，车辆位置标记可能出现在Y形路口的另一条岔道上。•③当车辆右转弯或左转弯时，车辆位置标记可能出现在转弯处前面或后面的一条公路上。二、汽车导航位置偏离的原因分析及电路检测•④当车辆采用自身动力之外的其他方法运输时，如在渡船上，车辆位置标记将停留在运输前的位置直到GPS测定出实际位置。•⑤当车辆行驶在陡峭的斜坡上时，车辆位置标记可能偏离实际位置。•⑥如果在相同方向上有连续弯道，车辆位置标记可能偏离实际位置。•⑦如果车辆以蜿蜒曲折的模式行驶，如频繁地变换车道，车辆位置标记可能偏离实际位置。二、汽车导航位置偏离的原因分析及电路检测•⑧如果车辆停放在转台上，如停车区域，并在点火开关关闭情况下转动，车辆位置标记的走向可能偏离实际走向。即使车辆驶出停车区域之后，这种现象可能继续存在。•⑨如果车辆用防滑链或备胎行驶在冰雪覆盖的公路上或山路上，车辆位置标记可能偏离实际位置。•⑩更换轮胎之后，车辆位置标记可能偏离实际位置。•如果不是在上述情况下导致车辆位置标志从路线上偏离，则应进行检查和维修。2．车辆极大地偏离正确位置的故障分析•某威驰轿车，用户反映该车的实际位置在北京南三环刘家窑立交桥附近，而车辆上的地图却显示车辆位于北京通州区北关环岛附近，导航系统无声音引导。经检查，该车的故障确如用户所述。根据该车的故障现象，首先启动车辆，打开GPS接收电源开关，并使导航系统显示出地图，然后将车辆行驶到良好视野的空旷场地上，并检查是否显示“GPS”标记。经检查发现，该车的导航系统只能显示地图，不能显