Автомобильные навигационные системы

Автомобильная навигационная система (АНС) предназначена:

для выполнения функций навигации, штурманского сопровожде­ния, а также мобильного поиска объекта, присутствующего в базе данных программы. Система основывается на технологии GPS и возможностях современных компьютеров. GPS (Global Positioning Systems, кодовое название - NAVSTAR) - Система Глобального Позиционирования (позиционирование - метод определения коор­динат объекта в трехмерном пространстве с использованием спут­никовых систем) - является спутниковой и работает под управлением Министерства Обороны США. Система является глобальной, всепогодной и обеспечивает возможность получения точных коор­динат и времени 24 часа в сутки. Система глобального позициони­рования создавалась в 1978 г. для военных ведомств, у которых всегда была необходимость в точном, простом и быстром опреде­лении своих координат. Подобная система была создана и для оте­чественных вооруженных сил под названием ГЛОНАСС.

Система Глобального Позиционирования имеет две составляю­щие части - космическую и наземную.

Космическая часть системы состоит из двадцати четырех ис­кусственных спутников, которые делают оборот вокруг Земли за 12 часов на высоте около 17 000 км. На каждой из шести орбит распо­ложены четыре спутника. Эта спутниковая группировка предназна­чена для генерации опорных радиосигналов (кодов), воспринимае­мых GPS-приемниками. Орбиты равномерно распределены над Землей и наклонены на 55 градусов относительно экватора. Способ радиообмена между спутниками и GPS-приемником состоит в том, что все спутники вещают одновременно на одной и той же частоте. Для того чтобы GPS-приемник мог определить, от какого спутника исходит данная информация, бортовые передатчики посылают в составе своего сигнала стандартный идентификационный код, ко­торый сравнивается с кодами, находящимися в памяти приемника. Чтобы определить координаты на плоскости (широту и долготу) достаточно сигналов от трех спутников, а для определения высоты (или глубины) которая, вычисляется с большей погрешностью, чем координаты на земной поверхности, необходим одновременный прием сигналов от четырех спутников. Очевидно, что чем больше спутников приемник имеет возможность опросить и чем больше разнесены эти спутники на небесной полусфере, тем более точны­ми будут его показания. Из любой точки планеты одновременно можно принимать до 12 сигналов от разных спутников. Такой под­ход не только упрощает схему GPS-приемника, но и, несмотря на малый уровень радиосигналов, позволяет использовать в них мало­габаритные приемные антенны.

Наземной частью системы являются приемники. GPS-приемники предназначены для определения координат своего местоположе­ния на планете: широта, долгота и высота, и обладают практически одинаковой точностью позиционирования - плюс-минус десять метров. Координаты вычисляются для места на поверхности Земли по измерениям расстояний от группы спутников (если их положение в космосе известно). Эта точность определяется спутниковым сиг­налом и условиями «видимости» спутников. Расстояние до спутников определяется по измерениям времени прохождения радиосиг­нала от космического аппарата до приемника, умноженным на ско­рость света. Для того чтобы определить время распространения сигнала, необходимо знать, когда он покинул спутник. Для этого на спутнике и в приемнике одновременно генерируется одинаковый Псевдослучайный Код. Каждый спутник передает два радиосигна­ла: на частоте L1 = 1575,42 МГц и L2 = 1227,60 МГц. Сигнал L1 имеет два дальномерных кода с псевдослучайным шумом: «точ­ный» может быть зашифрован для военных целей, «грубый» код не зашифрован. Большинство гражданских пользователей используют «грубый» код при работе с навигационной системой. Приемник про­веряет входящий сигнал со спутника и определяет когда он генери­ровал такой же код. Полученная разница, умноженная на скорость света, дает искомое расстояние. Использование кода позволяет приемнику определить временную задержку в любое время.

Структурная схема автомобильной навигационной системы представлена на рис. 5.26.

К основным востребованным возможностям АНС можно отне­сти следующее:

- отслеживание местонахождения автомобиля на фоне карты, которая может быть представлена в различных масштабах;

- голосовое сопровождение движения по маршруту с озвучивани­ем названия дорог, улиц и площадей по ходу движения автомобиля;

- формирование оптимального маршрута по различным крите­риям (время в пути, расстояние, тип дороги);

- возможность режима ручной прокладки маршрута без оптими­зации;

- появления визуальной команды перед маневром автомобиля в виде картинки на экране;

- в случае отклонения от заданного маршрута, система должна выдавать предупреждение и автоматически производить перерас­чет маршрута;

- запись протокола движения автомобиля и его воспроизведение;

- осуществление подсчета пройденного по маршруту пути;

- поиск объектов в картографической базе данных по их адресу или названию на всей карте или на заданном расстоянии от теку­щего положения автомобиля.

Существуют различные варианты автомобильных навигационных систем. Одни представляют собой устройство, которое монтируется в автомобиле в удобном для водителя месте, другие интегрированы с автомобильными магнитолами.

Рис. 5.26.

Иногда навигаторы встраивают в автомобиль в ходе VIP-тюнинга, а некоторые модели выходят с завода с установленными GPS-приемниками. Сами системы отличаются размером экрана, управле­нием, возможностью подгружать карты новых регионов и некоторыми другими параметрами.

Все большую популярность получают АНС на базе карманных и планшетных компьютеров. На такой компьютер устанавливается программное обеспечение, подключается GPS-приемник. В компь­ютер можно загружать карты и видеть на них положение приемника, двигаться по проложенному маршруту с голосовыми подсказками и т. п. Преимущество карманного компьютера - это его маленький размер и вес, а планшетный компьютер очень удобен благодаря большим размерам экрана, и при этом система имеет все возмож­ности персонального компьютера.

ПАНЕЛИ ПРИБОРОВ

Водитель получает информацию о режиме движения и техниче­ском состоянии автомобиля с помощью контрольно-измерительных приборов и индикаторов, размещенных на панели приборов.

Панель приборов современного легкового автомобиля содержит от 3...6 стрелочных приборов и 5-7 световых индикаторов, разме­щение которых основывается на следующих принципах:

- группировка в центре панели средств отображения информа­ции, связанных с безопасностью дорожного движения;

- размещение приборов и индикаторов тем ближе к центру панели, чем выше частота обращения к ним водителя;

- группировка в единые блоки функционально связанных прибо­ров и индикаторов.

В качестве примера рассмотрим конструкцию панели приборов автомобиля ВАЗ-2108 (рис. 5.27, где: 1 - контрольная лампа уровня тормозной жидкости; 2 - то же давления масла; 3 - табло STOP; 4 - контрольная лампа указателей поворота; 5 - то же наружного освещения; 6 - то же заднего противотуманного фо­наря; 7- то же дальнего света фар; 8 -то же обогрева заднего стекла; 9- указатель температуры охлаждающей жидкости; 10 - вольтметр; 11 -указатель уровня топлива; 12 -эконометр; 13 - спидометр; 14 -контроль­ная лампа стояночного тормоза; 15 -то же разряда аккумуляторной бата­реи; 16 - то же воздушной заслонки карбюратора; 17 -контрольная лампа аварийной сигнализации). В центральной зоне панели расположен спидометр 13 с одометром и счетчиком суточного пробега.

Рис. 5.27.

В правой части сгруппированы контрольно-измерительные при­боры: указатель температуры охлаждающей жидкости 9, вольтметр 10, эконометр 12 и указатель уровня топлива 11. Левая зона занята индикаторами, сигнализирующими о включении наружного освеще­ния 5, заднего противотуманного фонаря 6, дальнего света фар 7, указателей поворота 4, обогрева заднего стекла 8, аварийной сиг­нализации 17, разряда аккумуляторной батареи 15 и вытянутой ру­коятки воздушной заслонки 16. В центре зоны индикаторов распо­ложено табло STOP 3, которое загорается совместно с соответст­вующим индикатором в следующих случаях:

- недостаточное давление в системе смазки двигателя (индикатор 2);

- уровень тормозной жидкости в бачке ниже «Min» (индикатор 1);

- поднят рычаг стояночного тормоза (индикатор 14).

Развитие и внедрение в автомобилестроение электроники дало возможность конструкторам и дизайнерам создать электронную па­нель приборов, в которой вместо привычных электромеханических приборов устанавливаются электронные информационные устрой­ства и индикаторы. Электронные индикаторы, кроме функций, вы­полняемых электромеханическими приборами, способны предос­тавлять водителю информацию в цифровой, графической и текстовой формах. С помощью электронных устройств возможны синтез человеческой речи, индикация показателей, для определения кото­рых требуются сложные вычисления, анализ целесообразности передачи информации водителю.

Электромеханические приборы, как правило, предназначены для отображения только одного параметра, так как при использова­нии нескольких шкал ухудшается возможность считывания с них показаний. Кроме того, они имеют значительные габаритные раз­меры, что делает сложным их размещение на панели приборов. Электронные индикаторы при меньших размерах могут информи­ровать о значениях не одного, а нескольких параметров, переда­вать разнообразные сообщения и поэтому позволяют резко увели­чить информативность панели при тех же габаритах.

Необходимо также отметить, что электронные информационные устройства предоставляют водителю более достоверные данные. Это связано как с повышением точности приборов, так и с цифро­вым представлением информации.

Использование электронных индикаторов открывает широкие возможности для художественного конструирования панели прибо­ров с учетом требований эргономики и инженерной психологии, так как позволяет варьировать цветом, формой и яркостью свечения индикаторов. Например, электронная панель приборов, разработан­ная для автомобиля ВАЗ-2109, предназначена для изме­рения, контроля и отображения информации о скорости движения автомобиля, частоте вращения коленчатого вала двигателя, общем пробеге, уровне топлива в баке, температуре охлаждающей жидко­сти, а также для выдачи аварийных и предупредительных сигналов. Её структурная схема - на рис. 5.28.

 

 

Рис. 5.28.

 

Информация в систему поступает от следующих датчиков, вы­ключателей и устройств автомобиля:

1 - датчика уровня и резерва топлива;

2- датчика температуры охлаждающей жидкости;

3-датчика аварийного давления масла;

4 -датчика уровня тормозной жидкости;

5 - датчика уровня масла;

6-датчика уровня охлаждающей жидкости;

7-датчика уровня омывающей жидкости;

8 -датчика износа тормозных накладок;

9 -датчика скорости автомобиля;

10 - прерывателя указателей поворотов;

11 - реле контроля исправности ламп;

12 - реле пристегнутости ремней безопасности;

13 - выключателя аварийной сигнализации;

14 - выключателя ручного тормоза;

15 - переключателя света фар;

16- выключателя габаритных огней;

17- выключателя задних противотуманных фонарей;

18 - замка зажигания;

19 -датчика холодного пуска двигателя;

20 - электронной системы зажигания;

21 - напряжения бортовой сети автомобиля.

 

Панель приборов (см. рис. 5.28) включает в себя плату вакуумно-люминесцентных индикаторов (ВЛИ), плату аварийных и преду­предительных сигнализаторов на светоизлучающих диодах (СИД), а также электромеханический счетчик полного пробега и ламповые индикаторы включения дальнего света, габаритных огней, сигналов поворота и холодного пуска двигателя.

Четыре вакуумно-люминесцентных индикатора зеленого цвета свечения отображают информацию о скорости движения автомо­биля, частоте вращения коленчатого вала двигателя, уровне топ­лива и температуре охлаждающей жидкости.

На индикаторе спидометра отображается информация о скоро­сти движения от 0 до 199 км/ч (либо миль/ч в зависимости от положения переключателя английских/метрических единиц).

На индикаторе тахометра отображается информация о частоте вращения коленчатого вала двигателя в дискретно-аналоговой форме. Шкала тахометра содержит 30 сегментов: один сегмент - 0...500 мин^-1, четыре сегмента - 500...1000 мин^-1 с шагом 100 мин^-1 и 25 сегментов - 1000...7000 мин^-1 с шагом 250 мин^-1.

Информация об уровне топлива и температуре охлаждающей жидкости отображается в дискретно-аналоговой форме. Шкалы со­держат по девять сегментов. Для индикатора уровня топлива ниж­ний сегмент индицирует нулевой уровень, а остальные восемь сег­ментов имеют массу 1/8 объема бака. Для индикатора же темпера­туры охлаждающей жидкости нижний сегмент индицирует темпера­туру менее 60°С, а остальные восемь сегментов имеют массу по 10°С каждый.

Двенадцать сигнализаторов БСК выполнены на светоизлучающих диодах красного и оранжевого цветов свечения (см. подраздел 5.3).

Сигнализирующие лампы включаются путем подачи на соответст­вующий вход устройства напряжения бортовой сети автомобиля. Сиг­нализатор пуска холодного двигателя загорается, когда датчик пуска холодного двигателя подключает его вход к корпусу автомобиля.

В блок цифровой и аналоговой обработки информации входят электронные схемы формирователей информации, защиты и фильтрации (см. рис. 5.28), а также три специализированные большие интегральные схемы (БИС): БИС спидометра, БИС тахо­метра и БИС анализаторов информации.

Схема анализаторов информации представляет собой двухканаль­ный аналого-цифровой преобразователь и предназначена для преоб­разования аналоговых сигналов от датчиков температуры охлаждаю­щей жидкости и уровня топлива в цифровой код. Значения аналоговых сигналов могут изменяться в диапазоне +2,7 В... +4,4 В. Схемы спидо­метра и тахометра формируют сигналы, пропорциональные соот­ветственно скорости движения автомобиля и частоте вращения коленчатого вала двигателя.

Блок обработки информации включает в себя и входной форми­рователь сигнала для электромеханического одометра, выполнен­ный на таймере одометра и формирующий необходимую длитель­ность сигнала одометра (0,1 с).

Для обеспечения оптимальной видимости отображаемой ин­формации в блоке обработки информации предусмотрена схема регулировки яркости. С включением габаритных огней индикаторы панели приборов автоматически переходят на пониженную яркость свечения. Кроме того, имеется регулировка яркости свечения инди­каторов для условий повышенной и пониженной освещенности, учитывающая индивидуальные возможности водителя.

Однако широкое применение электронных информационных устройств и индикаторов ограничивается рядом причин. Прежде всего большинство электронных индикаторов не только дороже электромеханических приборов, но и обладают меньшей надежно­стью, устойчивостью к ударам, вибрациям, температурным воздей­ствиям, имеют недостаточную долговечность. Для обеспечения ра­боты индикаторов некоторых типов требуется дополнительный ис­точник высокого напряжения и т. д. Несмотря на указанные недос­татки, электронные информационные устройства и индикаторы на­ходят все большее применение и являются неотемлемой частью современного автомобиля.

Одним из электронных устройств, нашедших достаточно широ­кое применение на автомобиле, является бортовой компьютер, предназначенный для оказания всесторонней помощи водителю при пользовании автомобилем. Рассмотрим принцип построения и возможности бортового компьютера. Структурная схема приведена на рис. 5.29. Он состоит из универсального блока и блока управления, подключенных к системе элек­трооборудования автомобиля. В универсальный блок поступают сиг­налы, характеризующие работу системы регулирования подачи топ­лива, скорость движения автомобиля, уровень топлива в баке, тем­пературу окружающей среды, напряжение аккумуляторной батареи, включение подсветки панели приборов. Универсальный блок управ­ляет работой предупреждающего звукового сигнала, блокировкой зажигания, а при необходимости - дополнительного обогрева.

 

Рис. 5.29.

 

Связь с компьютером водитель поддерживает с помощью блока управления. Этот блок принимает команды водителя и передает их в универсальный блок, а также осуществляет индикацию результатов работы компьютера на соответствующем элементе поля индикаторов.

С помощью бортового компьютера водитель может получать следующую информацию: средняя скорость движения; средний и мгновенный расход топлива; время суток; температура окружающей среды; расстояние до интересующего пункта; предполагаемое время прибытия; расстояние, которое может проехать автомобиль с имею­щимся в наличии запасом топлива. С помощью звукового сигнала бортовой компьютер предупреждает водителя о превышении мак­симальной скорости и о понижении температуры окружающей сре­ды ниже 3°С и опасности гололеда.

Бортовой компьютер может также выполнять функции противо­угонного устройства. Водитель выбирает код, состоящий из четырех цифр; если же перед пуском двигателя набрать неправильную комбинацию цифр, двигатель не заведется и будет включен звуко­вой сигнал.

Примером построения электронных панелей приборов может послужить панель приборов экспериментального автомобиля «Мерседес-Бенц Ауто 2000» (рис. 5.30). На панель приборов этого автомобиля выводится максимально возможное количество информа­ции, отражающей безопасность, экономичность, эксплуатационные ха­рактеристики и параметры вождения автомобиля без перегрузки и утом­ления водителя. На приборной панели постоянно представляется ин­формация о скорости движения, количестве топлива в баке, времени, пройденном пути и режиме движения. Остальные 25 параметров появ­ляются на индикаторах по требованию водителя (при нажатии соответ­ствующей клавиши на рулевом колесе) или в автоматическом режиме.

 

 

 

Рис. 5.30.

 

Панель приборов включает три зоны: постоянной информации (центральную); информации о состоянии автомобиля (левую); внешней информации (правую). В зоне постоянной информации расположены спидометр, указатель уровня топлива в баке, часы, одометр и индика­тор режима движения. Верхний индикатор зоны состояний автомобиля выполняет функции БСК.. При достижении одним из параметров, кон­тролируемых БСК, критического значения на индикаторе автоматиче­ски появляется соответствующий сигнал, который исчезает только по­сле устранения неисправности. Нижний левый индикатор представля­ет показания контрольных приборов, а также результаты расчета запа­са хода, расхода и интервалов обслуживания.

Интервалы обслуживания рассчитываются с учетом пробега авто­мобиля, расхода топлива, износа тормозных накладок, засоренности воздушных фильтров. Правый верхний индикатор зоны внешней ин­формации является указателем маршрута, в память которого заложе­на карта-атлас автомобильных дорог Германии. Информация индика­тора оказывает помощь водителю в ориентировке и выборе оптималь­ного маршрута. К внешней информации относятся также показания приборов, которым отведено место в правом нижнем углу панели.

Вопросы для самоконтроля

1. Какие конструкции контрольно-измерительных приборов применяют­ся на автомобиле?

2. Какими преимуществами обладают логометрические контрольно-измерительные приборы?

3. По какому принципу размещаются контрольно-измерительные при­боры и сигнализаторы на панели приборов автомобиля?

4. С какой целью на автомобиле применяется бортовая система кон­троля?

5. Какие диагностические параметры можно проверять с помощью сис­темы встроенной диагностики?

6. Какую информацию получает водитель с помощью бортового ком­пьютера?

7. Каковы перспективы развития автомобильных информационных систем?

8. Как устроены автомобильные навигационные системы?

⇐ Предыдущая25262728293031323334Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: