«Уральский завод дорожных машин»

Навигационные системы

Навигационные системы

СОДЕРЖАНИЕ:

  • Общие сведения
  • Определение местоположения и расчет маршрута
  • Компоненты и техника в автомобиле
  • Возможные функции
  • Возможные сбои и их причины

Общие сведения

Система навигации рассчитывает правильный путь к выбранной цели и ведет автомобиль посредством соответствующих рекомендаций относительно направления движения.

Для реализации этой задачи еще в конце 70-х годов были начаты поиски решений. Но только в середине 90-х годов на рынке появились первые пригодные для использования, системы навигации, чьи рекомендации по движению были четкими, надежными и поддерживались хорошей картографией. Количество систем навигации с тех пор заметно возросло. При этом их ассортимент включает как простые приборы, которые объединяют в себе радиофункции и навигацию по стрелке в одном корпусе, так и системы, которые полностью встроены в функции автомобиля и наряду с указаниями относительно направления движения, предлагают детальную картографию и обширную дополнительную информацию, различные функции телематики, например, передачу координат местоположения при автоматическом экстренном вызове, или могут управляться посредством голосовых команд.

Определение местоположения и расчет маршрута

Основным условием для расчета маршрута движения и ведения к цели, прежде всего, является определение собственного местоположения. Это осуществляется посредством глобальной системы позиционирования (GPS = Global Positioning System). При этом речь идет о 24 спутниках, которые на расстоянии прибл. 20200 км от Земли вращаются вокруг нее по шести орбитам. Орбиты расположены относительно друг друга под углом 60 градусов (6 х 60° = 360°).

Рисунок. Орбиты GPS-спутников

На каждой орбите расположено по 4 спутника с одинаковым расстоянием друг от друга. Все спутники вращаются по своим орбитам под углом 55 градусов к экватору, и для полного оборота им требуется 12 часов. Благодаря шести различным орбитам и равномерному распределению всех спутников с любой обитаемой точки Земли обеспечивается видимость, по меньшей мере, 4 спутников. В большинстве случаев прием сигналов идет с большего количества спутников (максимум восьми). Все спутники через равные промежутки времени 50 раз в секунду на двух частотах передают сигналы идентификации, местоположения и времени. Для точного определения местоположения одновременно должны приниматься, по меньшей мере, 3 спутника. Определение местоположения основывается на разном времени распространения сигнала от отдельных спутников к приемнику. На основании этих сигналов может быть рассчитано местоположение. Вся система GPS основывается на точных сигналах времени и, тем самым, на точных часах.

Для использования в гражданских целях (системы GPS, которая первоначально использовалась только в военных целях) точность составляла сначала прибл. 100 м по горизонтальной оси, прибл. 150 м по вертикальной оси и прибл. 0,3 миллисекунды отклонения по времени. Сегодня (с 5/2000) и для применения в гражданских целях используются сигналы, которые обеспечивают точность ±10 м.

На основании данных о собственном местоположении и введенной водителем цели навигационный компьютер рассчитывает маршрут движения. При этом компьютер использует CD-ROM или все чаще DVD и жесткий диск, на котором в цифровой форме сохранены карты дорог и много дополнительной информации. Координаты местоположения преобразуются в положение на карте, а затем по векторам суммируются разные дороги, пока не будет достигнута необходимая цель поездки. Расчет выполняется за несколько секунд. После этого система может выдавать соответствующие рекомендации относительно направления движения для ведения до цели назначения.

Прием сигналов со спутников GP5 иногда может нарушаться в долинах, туннелях или из-за высоких зданий. Однако для обеспечения дальнейшей навигации система получает другие входные сигналы, такие как сигнал скорости/участка пути, а для изменения направления сигнал датчика угловой скорости рыскания автомобиля, который также называется гирометром, гироскопом или G-датчиком. При помощи таких сигналов и оцифрованных дорожных карт навигационный компьютер может продолжать определение местоположения и ведение до цели поездки. Это называется еще навигацией счислением пути или «dead reckoning» (dead reckoning = англ. приблизительный расчет, калькуляция). На основании этих входных сигналов с дорожными картами дополнительно сравниваются и корректируются возникающие неточности или незначительные отклонения от текущего местоположения.

Рисунок. Самонаведение по карте

Так называемое самонаведение по карте (Map-Matching: тар = англ. географическая карта; matching = англ. согласовывать, подгонять) наглядно представлено на рисунке а — с После первого грубого расчета местоположения системой GPS через несколько метров выполняется распознавание дороги, по которой в данное время движется автомобиль. При повороте, который фиксируется гирометром, может быть определено точное местоположение. На сегодняшний день благодаря постоянному взаимодействию и расчетам всех входных сигналов возможны точное определение местоположения и ведение по маршруту к цели назначения.

Компоненты и техника в автомобиле

Системам навигации требуется GPS-приемник, антенна, навигационный компьютер, панель управления и дисплей, гироскоп/датчик угловой скорости рыскания автомобиля, CD/DVD и сигнал скорости/участка пути. Зачастую в современных автомобилях встраивается ТМС-приемник (Traffic Message Channel = англ. канал передачи сообщений о маршрутах движения), в результате чего используемый в первых системах навигации датчик геомагнитного поля сегодня больше не нужен. Существуют различные варианты и комбинации отдельных упомянутых выше компонентов навигационной системы.

Основным элементом системы навигации является навигационный компьютер, который обрабатывает различные входные сигналы, рассчитывает соответствующий маршрут до пункта назначения, а затем выдает необходимые рекомендации относительно направления движения. В него всегда встроен GPS-приемник, который обрабатывает сигналы антенн.

Навигационный компьютер может быть выполнен в виде отдельного блока, в этом случае он размещается в багажнике или в области вещевого ящика в салоне.

Особенно в системах радионавигации со стрелочным представлением без карты маршрута навигационный компьютер, GPS-приемник и радио образуют один единый блок. Панель управления и индикации также встроена в такой блок, а сам блок находится в шахте для радио.

Однако уже существуют новые системы, в которых навигационный компьютер вместе с GPS-приемником, радио и головным блоком шинной системы MOST с межсетевым интерфейсом образуют единый блок, размещенный в средней консоли.

Панели индикации и правления при этом разделены. Это касается, в частности, автомобилей с информационно-развлекательными системами, которые наряду с графическими и голосовыми подсказками относительно направления движения предлагают подробную картографическую информацию. Для выполнения расчетов и возможности считывания электронных карт с CD-ROM, DVD или жесткого диска все навигационные приборы требуют наличия программного обеспечения. Программное обеспечение, в большинстве случаев отличается в зависимости от производителя и подлежит постоянной доработке/актуализации. На это следует обратить особое внимание в связи с использованием CD-ROM/DVD. CD-ROM/DVD должны подходить для автомобиля и соответствующего уровня программного обеспечения, в противном случае, работа навигационной системы обеспеченна не будет.

Ha CD-ROM или DVD сохранены все дорожные карты в электронном, цифровом виде. В первых навигационных системах на CD-ROM были записаны только автомагистрали, дороги федерального значения и основные соединительные дороги. На сегоднлшний день (по состоянию на 2005 г.) среднеевропейские страны Германия, Австрия, Швеция, Бельгия, Люксембург и Нидерланды оцифрованы на 100%, то есть на картах представлены все дороги. Все остальные европейские страны имеют еще незначительную степень оцифровывания, но с каждым годом доля оцифрованной информации увеличивается. По причине ограниченной емкости памяти на CD-ROM для разных стран и регионов существуют разные CD, которые необходимо менять в случае, если навигационная система используется в другой стране или регионе. Намного больший объем памяти DVD позволяет сохранить на одном DVD карты нескольких стран и регионов. DVD в качестве носителя инфор-

мации пришел на смену CD-ROM и в навигационных системах. В современных навигационных системах все данные сохранены на жестком диске. Наряду с сетью автомобильных дорог на CD- ROM и еще больше на DVD отображены и другие так называемые полезные объекты (Points of Interest) и особые цели. При этом речь может идти о заправках, стоянках, гостиницах и ресторанах, достопримечательностях и, например, о дилерах/сервисных центрах производителя. Поскольку сеть дорог и полезные объекты постоянно меняются, до 10% ежегодно, то CD-ROM/DVD постоянно теряет свою актуальность.

Другим важным компонентом навигационной системы для счисления пути наряду с CD-ROM/DVD является датчик угловой скорости рыскания автомобиля, также называемый датчиком угла поворота, гирометром или гироскоп. Датчик угловой скорости рыскания автомобиля регистрирует вращение автомобиля вокруг вертикальной оси при прохождении поворотов и предоставляет важный сигнал для постоянного самонаведения по карте. Датчик угловой скорости рыскания автомобиля всегда установлен в навигационном компьютере.

Рисунок. Пьезодатчик угловой скорости рыскания автомобиля

  • а Отклонение при движении по прямой
  • b Отклонение при движении на повороте
  1. Получающееся направление колебания камертона при движении на повороте
  2. Направление вращения автомобиля
  3. Получающееся направление колебания камертона при движении по прямой
  4. Сила Кориолиса
  5. Верхние пьезоэлементы (распознавание)
  6. Нижние пьезоэлементы (привод)
  7. Возбуждающее направление колебаний

Вторым важным входным сигналом для самонаведения по карте является сигнал скорости/участка пути. В современных системах почти всех производителей он передается через шинную систему к навигационному компьютеру в виде датаграммы. Для дооснащаемых радионавигационных приборов достаточным будет сигнал скорости, предоставляемый для радио.

Но чтобы, определить местоположение, требуются входные сигналы GPS-антенны. GPS-антенна должна иметь «визуальный контакт» с GPS-спутниками во избежание потерь при приеме из-за экранирования. Поэтому в большинстве случаев она находится на крыше автомобиля или крышке багажника. Однако возможными местами установки GPS-антенны могут быть также пространство между спинкой заднего сиденья и задним стеклом кузова или место для хранения на панели приборов.

GPS-антенна все чаще вместе с другими антеннами для радиоприема и телефона встраивается в комбинированные антенны.

Рисунок. Навигационная антенна для GPS-приема

Рисунок. Навигационная патч-антенна

  1. Сверхгибкий, защищенный от разрыва стержень
  2. Диплексер
  3. АМ-ЯМ-усилитель
  4. GPS-патч и усилитель
  5. Стандартный крепеж

Рисунок. Комбинированная антенна для GPS-, GSM- и радиоприема со встроенным активным антенным разветвителем

  1. Комбинированная антенна
  2. GPS-прием со спутников
  3. Мобильный GMS-телефон
  4. Авторадио с фантомным 12-В-питанием

Возможные функции

Условием навигации к намеченной цели после определения местоположения системой навигации является ввод цели водителем. Выполняется это, как правило, посредством функции пишущей машинки.

Для этого в меню навигации выбирается пункт «Ввод цели» и затем, в основном, посредством поворотно-нажимного переключателя вводится цель. Ввод посредством сенсорного дисплея (монитора) не используется. В большинстве систем с каждым вводом возможные цели ограничиваются. Условием ввода цели является возможность доступа системы навигации к соответствующему CD/DVD, на котором находится цель. Ввод цели может выполняться также посредством перекрестия на карте с изменяющимся масштабом.

Кроме того, ввод цели может выполняться посредством указания информации о пункте назначения, отдельных целей (POI), сохраненных адресов, возврата к исходному пункту назначения и т.д.

После ввода цели и подтверждения происходит расчет маршрута, который в зависимости от расстояния и мощности компьютера может длиться от нескольких секунд до одной минуты. Расчет маршрута происходит на основе выбранного водителем маршрута. Критерии маршрута для расчетов будут изменены только тогда, когда водитель сделает новый выбор маршрута.

После того, как маршрут до пункта назначения был рассчитан, выполняется сопровождение до цели с голосовыми подсказками, стрелками и, если предусмотрено, дополнительно при помощи отображения карт. При отображении карты можно изменять масштаб и направление карты (на север или по направлению движения). Маршрут показывается на карте и может быть вызван также из списка маршрутов.

Как правило, при активном сопровождении по маршруту также выдается информация об оставшемся участке пути до цели и ориентировочном времени прибытия. При отклонениях от рассчитанного участка пути выполняется новый расчет.

На основании сообщений о ситуации на дорогах может понадобиться новый расчет, если система навигации оснащена так называемым динамическим сопровождением по маршруту. Условием динамического сопровождения по маршруту является прием сообщений о ситуации на дорогах посредством FM-приемника с RDS-декодером или кодированной SMS-радиосвязью (радиослужба оповещения о ситуации на автомобильных дорогах) через телефон и, конечно, активация этой функции. В системе передачи данных по радио (RDS) наряду с именами радиостанций, альтернативными частотами передатчика и т.п. передаются ТМС-коды. При этом речь идет о стандартных сообщениях о ситуации на дорогах, которые передаются постоянно и по возможности актуально по цифровому каналу данных. Навигационная система постоянно оценивает сигналы ТМС или кодированные SMS и проверяет их влияние на рассчитанный маршрут движения. Если помехи движению касаются рассчитанного маршрута, то водитель информируется о месте возникновения помех, продолжительности и ориентировочном времени задержки.

В этом случае водитель может принять решение о расчете объездного маршрута и следовании по новому маршруту. Однако существуют навигационные системы, которые не оставляют выбора водителю и автоматически изменяют маршрут, выдают соответствующие указания по маршруту, если было выбрано динамическое сопровождение до цели. Динамическое сопровождение по маршруту обеспечивает, как правило, объезд дорожных пробок, поскольку информация о заторах учитывается заблаговременно, и расчет альтернативного маршрута может быть выполнен соответствующим образом. Таким образом, обеспечивается, что при объезде пробки вы не попадете в пробку на другом маршруте. При этом учет и актуализация данных о ситуации на дорогах в отдельных случаях является еще слабым местом системы динамического сопровождения по маршруту.

Объезды или альтернативные маршруты в некоторых навигационных системах могут быть введены самим водителем, когда знаешь, что на определенном участке пути ведется стройка или на определенном месте всегда возникает затор и т.п. Следующей функцией навигационной системы может быть отправка сообщения о текущем местоположении автомобиля в случае аварии. Для этого, однако, потребуется подключение навигационной системы к телефону и другим системам автомобиля.

Возможные сбои и их причины

В навигационных системах при поиске неисправностей в первую очередь следует считывать память ошибок и следовать предоставленным там указаниям. Существуют также некоторые мнимые неисправности, которые система не распознает как таковые.

В целом, задача навигационной системы заключается в сопровождении пользователя, не знакомого с данной местностью, до указанной цели, при этом система рассчитывает благоприятный маршрут на основании введенных критериев. Если человек, знающий местность, может указать более быстрый или короткий путь, чем рассчитывает навигационная система, то это не является ошибкой. Навигационная система может опираться только на имеющиеся программы, цифровой картографический материал и другие входные данные. Объезд уже отсутствующей дорожной пробки при динамическом сопровождении по маршруту также не является ошибкой навигационной системы.

Другие частые рекламации касаются функций CD/DVD. Как говорилось ранее, данные на CD/DVD теряют свою актуальность ежегодно прибл. на 10%. Это часто приводит к ошибкам в сопровождении по маршруту. Устаревший или поврежденный CD/DVD также может стать причиной сбоя системы, особенно если такие сбои появляются при вводе цели или изменении маршрута. Если при вставленном CD/DVD навигационная система требует установку CD/DVD, то причиной этого, чаще всего, является поврежденный CD/DVD. То же самое касается сообщений о том, что CD/DVD загрязнен, поцарапан или неправильно установлен, если он на самом деле установлен правильно. Несовместимые CD/DVD, в том числе с несоответствующей версией программного обеспечения, также могут вызывать уже упомянутые выше сообщения о неисправностях и ошибках. Устаревшие данные также могут привести к тому, что невозможно будет ввести цели, во время сопровождения по маршруту перед поворотами не будет указаний или сопровождение по маршруту будет неточным. Перед тем как использовать CD/DVD с новыми данными, при необходимости следует загрузить новое программное обеспечение на навигационный компьютер. Более детальную и точную информацию можно получить только в документации производителя.

Помехи при GPS-приеме или отсутствие GPS-приема вследствие постоянного самонаведения по карте проявляются не сразу. Только при отсутствии приема GPS-сигналов в течение длительного времени сопровождение по маршруту и особенно голосовые подсказки будут неточными. Невозможно будет запросить точное местоположение. Отсутствие GPS-сигналов опознается по тому, что надпись GPS или логотип GPS на дисплее не виден. Причиной кратковременного отсутствия GPS-приема могут быть экранирование из-за зданий, туннелей или атмосферных явлений и т.п. Помехи в GPS-приеме могут возникнуть также вследствие установленного дополнительного оборудования в зависимости от места установки GPS-антенны. Они могут быть вызваны, например, багажником на крыше при установке GPS-антенны на крыше или предметами между спинкой заднего сиденья и задним стеклом, если GPS-антенна установлена в этом месте. Разумеется, причина может крыться в неисправности GPS-антенны, порванных проводах, штекерных контактах и помехах при неблагоприятном размещении или проводке проводов.

Неточное сопровождение по маршруту с несовпадающими подсказками относительно направления движения могут быть также вызваны неверным сигналом участка пути. Причиной может быть использование неправильных размеров колес или ошибки программного обеспечения.

Если навигационная система полностью вышла из строя, причиной этому может быть неисправность навигационного компьютера. Перед заменой компьютера всегда следует проверить классические источники неисправностей, например, провода, штекеры, подачу напряжения и предохранители. После отсоединения навигационной системы от источника питания, например, после замены батареи или отсоединения аккумуляторной батареи автомобиля, потребуется несколько минут, пока система снова будет готова к работе.

Если автомобиль перевозили на длинное расстояние, то также потребуется несколько минут до приведения навигационной системы в состояние готовности. В экстремальных случаях может потребоваться прохождение длинного участка пути (макс, до 50 км), пока система сопровождения по маршруту полностью не восстановится.

В навигационных системах, которые являются частями интегрированных информационных систем для водителя, причиной сбоев могут быть также соседние системы. Поэтому при поиске неисправностей и считывании памяти ошибок также следует учитывать взаимосвязи систем.

Более старые навигационные системы, которые оснащены еще датчиком геомагнитного поля, чувствительны к статическим зарядам автомобиля, которые нарушают работу датчика. Накоплению статического заряда могут способствовать сильное солнечное излучение и неблагоприятные погодные условия, а также колеса с традиционной сегодня силикатной смесью. В этом случае автомобиль должен размагничиваться. Проще всего, однако, снять датчик геомагнитного поля и установить в навигационную систему новое программное обеспечение. Благодаря более точным GPS-сигналам, новым версиям программного обеспечения и использованию CD/DVD функция датчика больше не нужна.

Метки: Навигация

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>