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1、BMW Navigation System基础知识篇,TitleBeijingMarch 2004,键,目录,II. 陀螺传感器,III. GPS,IV. 地图数据,V. 车速脉冲,VII. 路线引导,VI. 地图匹配,I. 导航系统概要,第03页,第11页,第17页,第27页,第35页,第41页,第47页,检测用压电陶瓷器(右),检测用压电陶瓷器(右),反馈用压电陶瓷器,振子,检测用压电陶瓷器,反馈用压电陶瓷器,检测用压电陶瓷器,磁环,键,I. 导航系统概要,Margin column Type size: 11 pt.Line spacing:0.95 lines.,Margin colu
2、mn Type size: 11 pt.Line spacing:0.95 lines.,什么是导航系统 (Navigation System),关于导航系统的目的及其社会意义,通知驾驶员现在位置和路径。 (引路)减少因迷路而造成的时间和燃油的损失。 (缓解交通堵塞、爱护环境)引导到交通通畅的道路、停车场。 (有效利用社会资本)车内信息系统的高度化 (提供旅游向导、休闲设施信息),导航仪的普及,缓解交通堵塞,减少时间损失,减少排废,减少交通事故,贡献于 经济效果 节省能源 环境问题的解决 交通安全,Margin column Type size: 11 pt.Line spacing:0.95
3、 lines.,构成部件,主要功能,导航仪天线,导航仪接收器GPS接收器,车速传感器,车轮速度传感器,方向盘位置传感器,NAVI ECU,*ECU : Equipment Control Unit,DVD-ROM DISC,DVD-ROM驱动器,接收来自GPS卫星的信号。 GPS : 是Global Positioning System的缩写,将来自导航仪天线的信号解调，将计算现在位置所需的数据 (位置信号)输出至NAVI ECU。,将车速信号输出至NAVI ECU。,将左右前轮的转速信号输出至NAVI ECU。,将转向系的操舵角信号输出至NAVI ECU。 振动陀螺传感器 (主流为振动型),
4、利用GPS接收器的信号检测现在位置。 利用车速传感器或车轮速度传感器的信号计算行驶距离。 利用车轮速度传感器或方向盘位置传感器 (振动陀螺)的信号检测行进方向。 利用磁场传感器的信号检测车辆的行进方向。从而在显示器上显示现在位置和至目的地的路径。并具有地图匹配功能，将计算的轨道和地图数据进行比较，并进行计算和修正，以保证始终在道路上行驶。,磁场传感器 (地磁气传感器),检测地球的地磁气并输出至NAVI ECU。,光盘内存储有地图信息的画面数据。存储声音引导数据。,将DVD-ROM光盘内的地图信息数据和声音信息输出至NAVI ECU。,Navigation System的形式,路径引导型位置型携
5、带型 (电视导航仪 / 便携式导航仪),定位方法的分类-I,电波航法GPS 【参考】日本: FM多重 / VICS / 信标自律航法地磁气传感器定位传感器陀螺光缆/振动转向传感器,定位方法的分类-II,分类独立型 非独立型并用型,方式,特点,例,地磁气方式振动陀螺方式,GPS方式,陀螺GPS方式,能推测现在位置,无需初始设定安装简单,精度高,安装十分麻烦需要初始设定,受接收条件影响,安装较麻烦价格昂贵,汽车生产厂家,市售品厂家,汽车生产厂家,陀螺,VP (现在位置), (地图匹配),计算移动距离,计算现在位置,计算角速度,GPS,GPS卫星,车速,例: 振动陀螺,获得定位位置,有地图匹配,无地
6、图匹配,现在位置,自己的行进方向,磁环,检测用压电陶瓷器(右),振子,键,检测用压电陶瓷器,检测用压电陶瓷器(左),反馈用压电陶瓷器,检测用压电陶瓷器,反馈用压电陶瓷器,高精度计算现在位置,II. 陀螺传感器,Margin column Type size: 11 pt.Line spacing:0.95 lines.,实现混合汽车导航仪，检测车辆在转弯等时的旋转也是提高位置精度的一个非常重要的因素。而检测车辆旋转所用的就是陀螺传感器。本节说明现已被广为使用的振动陀螺。,1. 哥氏力,振动陀螺利用“哥氏力”。那么，什么是哥氏力呢？我们用下面的图例来说明。,将一个球在一块可旋转的圆盘 (类似旋转
7、木马的圆盘)上滚动。你把球从圆盘的一头沿直径笔直地滚到另一头。,(1) 如果旋转板是停止的,球的轨迹,转盘,(2) 如果旋转板是向左旋转的,球的轨迹,哥氏力的影响,哥氏力的影响,【结果】,(1) 的情况下:球在直径上笔直地滚动。 (2) 的情况下:球向右弯。,哥氏力向旋转方向相反的方向作用，致使球向右弯。,哥氏力是作用于在旋转的坐标系上运动的物体的力之一，是根据旋转方向作用力的方向变化的向量。,哥氏力:Fc = -2mv m:移动物体的质量 V:移动物体的速度 :旋转坐标的旋转角速度,那么振动陀螺是如何利用刚才所说的哥氏力的呢？如果我们将例中的球和转盘的关系换成振动陀螺的话，那么,在转盘上来回
8、的球的动作=振动陀螺的振动转盘的旋转角速度=车辆转向时的旋转角速度,振动陀螺按下面的步骤感知车辆的转向。,(1) 振动陀螺以一定的振幅振动。 (球的来回运动) (2) 车辆转向，产生角速度。 (转盘旋转) (3) 在振动部分施加哥氏力。 (球的轨迹变弯) (4) 检测哥氏力，变换成电信号。,2. 信号检测方法,振动陀螺利用上面1. 所述的哥氏力就是给予振子一定的振动，需要检测哥氏力的机构。,振动陀螺使用“压电元件”，用其在给予振动能的同时检测信号。,【压电元件的特性】,(1) 对某种陶瓷进行电解，产生压电特性，成为压电元件。 (2) 加温到一定温度以上 (居里温度)后压电特性消失。 (3) 对
9、压电体施加应力会发生电荷。 (4) 对压电体施加应力会发生歪斜变形。,振动陀螺的信号检测方法可归纳如下。 (为了方便，我们用振动陀螺中广为使用的音叉型来说明。),(1) 将压电体贴在音叉的振动面上。 (2) 对压电体外加交流电压后发生歪斜变形，使音叉振动。 - 电能转换为机械能 - (3) 将压电体贴于振动的音叉上。 (4) 发生旋转时，音叉的振动部发生哥氏力。 (5) 哥氏力使压电体发生电荷。 - 电能转换为机械能 -,3. 音叉型振动陀螺的结构,上面2. 所说明的汽车导航仪中广为使用的音叉型振动陀螺的结构如下所示。,实际的音叉型振动陀螺,4. 振动陀螺的特性,项目,标准,项目,标准,1.
10、动作保证温度,2. 保存保证温度,3. 电源电压范围,4. 消耗电流,5. 灵敏度,6. 0点电位 (25C),7. 0点电位温度特性 (- 40C 85C),8. 输出时间范围,9. 频率特性 (-3dB),- 40 85C,- 40 85C,4.75 5.25V,25mV/deg/s,2.1 2.9V,40mV / 7.5C,70deg/s,25mA以下,- 4 0dB,哥氏力,哥氏力,旋转检测轴,振动方向,检测元件 (陶瓷),驱动元件(压电陶瓷),无旋转(固定状态),旋转时(产生角速度),角速度,什么是陀螺/车速传感器陀螺传感器是一种计测飞机、船舶等移动体的方向变化的仪器，用于汽车导航仪
11、时，与车速传感器一起使用 陀螺传感器检测方向，车速传感器检测行驶距离，计算现在位置,车速脉冲,距离,方向,DVD NAVI,有关开始使用时的现在位置精度陀螺/车速传感器不积累(学习)车辆的行驶信息就不能 发挥原有的性能刚安装了没有任何信息的系统后和 换胎后等，不能利用现有信息时，有时不能正确显示 现在位置继续行驶后，掌握了从传感器信息计算的 位置和来自GPS的位置的误差量，渐渐地会提高精度可在“距离系数”画面查看学习程度,Margin column Type size: 11 pt.Line spacing:0.95 lines.,III. GPS,(Global Positioning Sy
12、stem),关于GPS,GPS (Global Positioning System)导航仪 GPS是美国国防部耗时约20年费用超过100亿美元的巨大项目，是用地面天线接收配置在高度约20,200Km的宇宙空间的GPS卫星发出的信号，求出现在位置的系统。 GPS导航仪利用该GPS使用电波航法测定现在位置 在CD / DVD-ROM的地图画面上显示现在位置的同时，进行路径引导，从现在位 置引导到目的地附近。 导航仪接收器的接收方式采用多通道方式，提高了接收精度。 导航仪天线为一根GPS天线的接收方式。关于GPS的历史 1978年经过地面模拟试验后，发射了第一颗人造卫星。 1980年美国国防部和美
13、国交通部之间签订协议，开放作为民用航法装置。,寿命,重量,525kg,844kg,扩大了太阳电池板的宽幅,533cm,578cm,同上输出, 400W,700W,发送频率,一直发送2波的电波,1,575.42MHz,1,227.60MHz,L1带,L2带,(C / A码和P码),(P码),实验卫星,实用卫星,4 5年,6 7.5年, C / A码: 一般导航仪用 P码: 军用,GPS卫星介绍,GPS卫星 轨道高度约20,200km 周期约11小时58分57秒 6个轨道面上各有4颗，共24颗 (+备用3颗),在地球上的任何地方24小时都能观测到至少4颗以上的卫星,一直发送轨道信号和信号发送时间。
14、,卫星的配置图,GPS卫星的轨道,GPS定位原理3颗卫星发出的信号到达接收机所花的时间和根据电磁波的搬运速度计算距离。并基于距另一颗卫星的距离，计算精确的时间。GPS能接收到4颗以上GPS卫星电波时，能够进行高度、纬度、经度3维定位，这时，与实际的现在位置的误差范围是0m100m。只能接收3颗GPS卫星电波时，为仅纬度、经度2维定位，因高度是基于3维定位的值，故误差较大。只能接收不到3颗GPS卫星电波时，GPS无法测定现在位置。此外，GPS卫星是由美国国防部管理的，有时会被故意降低精度。,GPS测距原理,定位,定位状态,3维定位,接收到4颗以上的卫星发出的电波,2维定位,接收到3颗卫星发出的电波，或能接收到4颗以上卫星但精度差,定位精度GPS定位根据接收到的卫星数目，有3维定位和2维定位。,3维定位时纬度、经度、高度基本正确。只能接收2颗以下卫星的电波时，无法定位。,关于修正如果现在位置有误差，最初开始GPS定位时首先修正现在位置，然后边陆续进行GPS定位边行驶数百米左右后，修正车的方向。,
