汽车定位和导航通信系统的分类

1.汽车导航罗盘

（1）汽车导航罗盘原理及应用 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，从而给驾驶人提供导航。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，就可以确定汽车的行驶方向，一般用LCD显示出来。地磁传感器结构与导向原理如图11-3所示。

汽车导航罗盘的应用实例如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11-4所示。

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11-5所示。

图11-4 欧蓝德车带罗盘和温度显示的车内后视镜机构图

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。

（2）汽车罗盘的校正

1）欧蓝德汽车罗盘校正程序与步骤。

图11-5 存在强磁场干扰时的显示

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。再一次按下“COMP”按钮将关闭可视罗盘显示。

②如果显示读数“C”，如图11-5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。

③以大约8km/h或低于此车速开车转圈，直到读出方向。

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11-6所示。

②在图11-7所示的校正地图上找到当前的位置以及偏差区域号。

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。

图11-6 显示器上显示当前区域号

图11-7 显示给出的校正地图

2.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（角速度方向），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，相互平行布置。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11-8所示。

图11-8 导航陀螺仪构造图

汽车导航陀螺仪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（F_c=-2mvω）的影响，运动轨迹将不再是一条直线，而要发生偏转，如图11-9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11-10所示。根据偏转力公式，在明确汽车行驶速度和行驶时间的情况下，就可检测出汽车的方位（旋转角速度ω）和转弯行驶的距离。如果与地图结合再加上显示装置，就可进行汽车导航并描绘汽车行驶的路径。

图11-9 汽车导航陀螺仪的原理图

a）转盘静止 b）转盘以角速度ω旋转

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轮胎打滑造成行驶偏差。

图11-10 监视压电零件弯曲的俯视图

③轮胎滚动直径变化，如胎压异常、轮胎规格不正确造成行驶偏差。

④在笔直或几乎没有弯道的高速公路上连续行驶造成导航发生偏差。(www.xing528.com)

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。

3.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。图11-11所示为别克君威倒车雷达辅助系统控制电路。

图11-11 别克君威倒车雷达辅助系统控制电路

（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11-12和图11-13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）。图11-14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11-12 T8224倒车雷达模块

1—复位 2—数字地 3—防扒车功能开关 4—四只探头探测到的距离数据包输出 5—蜂鸣音控制电平输出，分6级蜂鸣音 6—当用于LED三色灯指示时，本端接红色发光管 7—当用于LED三色灯指示时，本端接绿色发光管（注：当6脚和7脚同时为高，显示黄色） 8—数字+5V 9—模拟+5V 10—探头1（接1号探头正极） 11—探头2（接2号探头正极） 12—探头地（在使用时，可只与探头负极相连，也可并入模拟地） 13—探头3（接3号探头正极；T8222此脚悬空） 14—探头4（接4号探头正极；T8222和T8223此脚悬空） 15—探头驱动馈入（探头驱动升压电压馈入，与数字地形成回路） 16—模拟地 17、18—灵敏度调整（外接一个100Ω可调电阻，电阻值越大，灵敏度越高，反之，灵敏度变小）

图11-13 T8224第4脚数据格式示意图

A—帧同步字节 B、C—1号探头距离编码数据（单位：cm） D、E—2号探头距离编码数据（单位：cm） F、G—3号探头距离编码数据（单位：cm） H、I—4号探头距离编码数据（单位：cm） J—四个探头最近距离方位指示字节 K—校验字节

数据包每一帧共11个字节，88bit。发送周期：120ms。发送时从A→K，波特率5kb/s

图11-14 超声波距离探测探头

探头的构造如图11-15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11-15a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应电压，从而被电路接收，如图11-15b所示。

图11-15 探头的发射与接收工作原理

a）探头的发射 b）探头的接收

（2）倒车雷达的工作原理及电路 倒车雷达的工作原理电路如图11-16所示。倒车雷达利用超声波原理，由装置于车尾保险杠上的4个探头在倒车雷达模块T8224的控制下向外发送超声波撞击障碍物后，反射此声波回探头，探头将接收到的反射波信号送回控制模块。控制模块T8224将信号进行处理，计算出车体与障碍物之间的最近障碍距离的数据和方位，并用之控制输出指示，以提示驾驶人不至于撞上障碍物。

图11-16 倒车雷达探测器的工作原理电路

高档车的倒车雷达一般都带显示器，例如，液晶显示彩屏倒车雷达、图像加数字显示倒车雷达等。其原理是把倒车雷达主机的信号送到显示器。如图11-17所示为与倒车雷达主机（模块8224）连接的3色显示与蜂鸣提示电路。

倒车雷达模块T8224送出的数据包内容非常全面，这款显示器是3位数字+障碍物方位灯指示+10级变频蜂鸣音的较多应用的显示器。显示器与主机直接使用三根普通汽车电线相连。方框A和方框B任选一个。很多倒车雷达模块使用外置蜂鸣器，这类蜂鸣器一般都是有源的，多选择A框电路，T8224J2集成块第11脚送出的是音频音10级控制电平。不配外置蜂鸣器使用B方框电路。Y为无源蜂鸣器，调整R13可以改变蜂鸣音量，调整E3可以改变音质。T8224J2第3脚送出受T8224J2第11脚10级控制的800Hz音频音。

图11-17 3色显示与蜂鸣提示电路

显示器除了正常的倒车数据显示之外，在倒车状态下当车后没有障碍物时，流水显示三个“-”；障碍物距离小于30cm，闪烁显示“END”。方位指示灯同时指示障碍物在车后的方位。在防扒车状态下如果车后没有人扒车，闪烁显示“---”；如果车后有小偷扒车，闪烁显示“SEE”。方位指示灯同时指示小偷在车后的方位。如果主机损坏或主机到显示器电线连接不好，显示器显示故障码“E-1”。

如图11-18所示，显示器是3位数字显示+左右两个3色光条显示+10级蜂鸣音提示。Y为无源电磁蜂鸣器，T8224J3第3脚送出受10级控制的800Hz音频信号。其他功能与图11-17的显示器相同。

图11-18 3位数字+两个3色条显示+10级蜂鸣提示电路

图11-19所示为T8224J3集成块应用于较低档次倒车雷达。它们都是只有蜂鸣音没有显示的倒车雷达。图11-19a用的是电磁蜂鸣器，而图11-19b用的则是压电蜂鸣器。蜂鸣音控制信号直接由模块分6级送出。

图11-19 只有蜂鸣的倒车雷达电路

4.多媒体倒车雷达

多媒体倒车雷达的组成主要有4颗雷达探头、一个摄像头、一台倒车雷达主机（主要是倒车雷达模块）和一个液晶显示屏等。这种多媒体倒车雷达可以使驾驶人在不回头的条件下，实时了解车后的信息和监测车辆尾部的情况。不过，驾驶人能得到的信息与传感器和摄像头的安装位置和偏向的角度有关。4颗雷达探头安装在汽车尾部保险杠的左右和中间部分。

每个雷达探头的作用夹角是左右各35°。数码摄像头的安装位置一般在高处，并根据实际情况调校角度，以使探测到的视野在合适的范围内，克服侧面可能会形成的盲点，如果调整合适，那么液晶显示屏幕完全可以作为辅助倒车镜。因为倒车雷达在变速杆拨到倒档时才接通，因此还有一套转换开关来控制。数字显示给驾驶人提供一个处理后的有关障碍物距离的客观数据，避免由于依靠感觉而导致失误。

把音频线和视频线连接到车载液晶电视，此时，摄像头的影像数据即显示在显示屏上，而随着雷达探头的移动，屏幕上的数字也不断刷新，喇叭不停地报告最新的距离。例如，“左53，左57，右42，右41，左40……”等。左右两侧的雷达探头将探测到的数据传到处理器，处理器即对比各项数据，选择最近的一侧障碍物数据，在显示屏上显示并在喇叭上报读出来。这是非常人性化的，提醒驾驶人注意威胁最大的一侧，并采取相应的措施。当雷达探头探测到的距离缩小到30cm的时候，屏幕和喇叭不再提示当前数据，而屏幕将显示“STOP”、喇叭发出“停车”的声音警告驾驶人威胁已经临近，避免距离过小而来不及采取措施。

用变化的雷达探头移动速度对系统做测试，这样可以模拟车子的倒车速度对探测精度和灵敏度的影响。当速度足够慢的时候，在大约30cm/s的速度内，显示器的数据更新基本能跟上实时的距离变化，但是当速度过快或者不匀速变化时，显示器显示的数据与距离会有一点误差，但并不算太大，而报音系统也来不及报告当前的最近障碍物数据。当移动速度慢下来才报读出当前数据。不过，即使能迅速报读，由于机器和人的反应时间限制，报读出来的数据意义也不大。

总体来说，这种倒车雷达的实用性很强，精度较高，适合在复杂条件下辅助倒车，例如，夜晚、旁边车子排列较密集和车位较小的情况。