1、学习情境 4 汽车信息娱乐系统的诊断与修复学习单元 4.1 汽车导航系统的诊断与修复 学习要求认识汽车导航系统的组成及工作原理，掌握汽车导航系统故障的的诊断与修复方法，能够排除汽车导航系统的故障。随着汽车工业的发展，道路交通中“有路行不通”的问题越来越严重，同时，汽车在生疏地带行驶时，会迷失方向。为此，世界各国先后开发了各式各样的导向行驶系统，即汽车导航系统，如图 4-1-1 所示。汽车导航系统具有导航、防盗、调度、监测报警等功能。图 4-1-1 汽车导航系统4.1.1 汽车导航系统的认识1汽车导航系统的特点（1）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，能实现实时位置测定。
2、（2）装备 CDROM 只读存储器，采用声控进行导航，使系统具有自动检索功能。（3）采用 GPS（Global Positioning System）全球定位系统 及先进的检测手段和传播技术，引入了具有自动修正车辆位置的地图匹配技术，实现了自动修正车辆位置的功能。（4）导航系统正在实现与地面交通管理网络的联机，成为“汽车一道路一人一环境一交通管理”系统中的重要组成部分，加快了未来交通向智能化发展的速度。2汽车导航系统的功能（1）具有路线检索功能该系统可以实时获得汽车自身所在位置和目的地的坐标，以及全部行驶的直线距离、速度、时间及前进方向。还可以直接输入地名、经纬度、电话号码等进行路线检索，快捷
3、地提供一条到达目的地的最佳路线。（2）具有瞬时再检索功能当最佳路线行不通时，系统可以进行瞬时自动再检索，重新提供出新的行车路线。因为该功能是在行驶中进行的，要求检索快速，所以 CPU 应具有高速运算能力。（3）提供丰富的菜单和记录功能为捡索方便，整个系统必须建立十分丰富的地名索引，可以用街道、胡同、门牌号数、电话号码检索。大约应记录 1000 万件住所地名，30 万人口以上城市的电子地图应分十层表示。电话号码可根据不同局号、类别应记录 l 100 万件以上，还应留有用户自行设置电话号码的地址空间，供用户随时调用存取。（4）可以新增兴趣点由于城市处于不断的建设和发展中，新的建筑物和道路会不断增多
4、，这就需要能够不断更新电子地图，可以将新的目标点或路线增加到电子地图上。这些新增的兴趣点与原有点一样，均可套用电子地图的各项功能。（5）提供实时语音提示为使驾驶员事先了解行驶中前方路面变化情况，系统应在适当时刻作出语音提示，一般道路在300700m 之前，高速公路按当前行驶速度在 2000m、1000m、500m 之前，分别向驾驶员说明前方路面情况及可更改的方向、十字交叉路口名称、高速公路分支点、进出口、禁止左拐、禁止驶人的单行线等提示，同时可进行中英文两种语音切换。配备语音识别单元，可以实现语音检索，例如用会话形式呼出“区街道胡同” ，电子地图上立即显示出汽车位置、到达目的地的时间、前进方向
5、等信息。（6）提供交叉路口全画面的扩大图系统通过开窗程序自动表示交叉路口全画面，扩大十字路口路周围建筑物和交通标志，这是汽车导航中的一项最主要功能。凡行驶在十字路口前 300m 处，高速公路进出口前 300m 处，系统自动显示扩大了的十字路口附近的全画面图，指示汽车位置、交叉点的名称、到交叉点的距离、拐弯后的道路名称及方向等。（7）具有扩展功能系统设有多种扩展接口，可以与交通管理部门、邮电部门、建筑部门的 VICS、ATIS、IIS 联网，以便及时了解路面车辆情况。VICS 专门收集和处理各方面交通信息和停车场空缺的信息，并不断生成新的信息，通过多路调频发射、一般道路上设置的远红外光标的发射和
6、高速公路上设置的无线电波光标发射这三种手段提供道路实时交通信息，然后由 VISC 专用接收机接收，在电子地图上分三层显示，第一层用文字表示，第二层用图形表示，第三层用图形表示。地图画面上用红色和橙色线路的亮灭表示道路的堵塞和拥挤状况，用绿色线路表示通畅的路线。帮助行驶车辆回避堵塞和拥挤的路段，实现自动选择道路和无阻挡行驶。交通信息通信系统框图如图 4-1-2 所示。图 4-1-2 交通信息通信系统框图（8）导航系统和娱乐系统部件共用许多导航部件可与娱乐设备集成为一体，导航系统中的导航信号接收机、控制系统、存储器、可视显示设备、声音设备可同时支持导航和娱乐。集成收放机可由 AMFM 收音机、GP
7、S、蜂窝电话和寻呼信号共用。CDROM、硬盘或内存卡可用来作为外部存储器，同时，CDROM 播放器可用来存储数字地图库和导航软件，也可播放音乐；内存卡可作为导航系统的存储设备，也可用于其他的移动办公设备。显示监视器可用于导航地图显示和商业 TV 台。扬声器可用于聆听引导指令、普通 AMFM 广播和免提蜂窝电话。3汽车导航系统的组成汽车导航系统的组成如图 4-1-3 所示，主要由 CDROM 驱动器、GPS 接收天线、GPS 接收机、计算机、液晶显示器、位置检测装置等组成。系统的工作原理如图 4-1-4 所示，系统根据 GPS 全球卫星定位装置确定绝对位置，根据方向传感器确定相对位置，根据轮速传
8、感器确定车辆行驶距离，由 CDROM 驱动器读取电子地图数据，经过导航计算机计算出车辆所在位置的准确经度和纬度以及速度和方向，并在显示器上显示出来，同时，可以通过语音电路实现语音导航和语音提示。图 4-1-3 汽车导航系统的组成图 4-1-4 汽车导航系统的工作原理（1）GPS 全球卫星定位装置全球定位系统（GPS）最初是由美国国防部开发的用于军事目的一种系统。出于军事原因，在将这个系统用于民用时，采取了特殊方法将发送的定位用卫星数据的准确度故意降低了，同时发送的用于军事目的的准确数据都带有密码，民用 GPS 接收器无法将这些数据解码。民用卫星数据定位精度只能达到100 米。如图 4-1-5
9、所示，GPS 目前总共由 24 颗卫星组成，这些卫星位于 21,000km 的高空，并均匀分布在六个轨道上，每 12 小时绕地球转一周，并发出无线电波。这种布置在理论上可以使得地球上的每一点都至少与四个卫星进行无线联系。要想精确定位，至少需要接收到三个卫星的信号。图 4-1-5 GPS 全球定位系统车用 GPS 全球卫星定位装置由 GPS 接收天线和 GPS 接收机组成，GPS 天线是工作频率为1575.42MHz 的圆环型微带有源天线，其增益按系统总体增益分配确定。GPS 接收机采用 8 通道（或 12通道）GPS 接收机。如图 4-1-6 所示，GPS 接收器根据从 4 个或更多 GPS
10、卫星（三维定向）所接收无线电波的时间差，来计算汽车的三维位置（纬度 /经度/ 高度） 。如果仅能够接收到来自三个 GPS 卫星的无线电波，GPS 接收器只能计算出二维位置（纬度 /经度） ，而高度位置是由先前从 4 个或更多 GPS 卫星（二维定向）所接收无线电波所计算出来的。图 4-1-6 GPS 确定汽车的位置（2）自律导航系统如图 4-1-7 所示，当汽车行驶在地下隧道、高架桥下、高层楼群、高山群间、密集森林等地段，与GPS 卫星失去联系，中断信号的瞬间，可自动导入自律导航系统。此时导航计算机根据轮速传感器检测汽车行驶的速度，进而根据车速和时间求出前进距离，方向传感器检测车辆行驶角速度变
11、化值，进而确定行驶方向及其变化。当汽车行驶在沟状山道、发夹式弯路、环状盘形桥、雪道原地打滑、轮渡过河等地段时，这些曲线距离与卫星导航的经纬度坐标产生了误差，通过陀螺传感器的检测和微处理器的运算才能得到汽车正确的位置。图 4-1-7 车辆与 GPS 卫星失去联系（3）地图匹配器由 GPS 卫星导航与自律导航所测得的汽车坐标位置数据及前进的方向与实际行驶轨迹存在一定误差。为修正此误差，确保二者在电子地图上路线坐标相统一，需采用地图匹配技术。即在导航系统控制电路中增加一个地图匹配电路，对该误差进行实时数字相关匹配，作出自动修正，得到汽车在电子地图上指示出的正确位置路线，从而可完成高精度导航。地图匹配
12、器修正路线如图 4-1-8 所示。图 4-1-8 地图匹配器修正路线（4）LCD 显示器平板显示器的发展趋势表明，薄膜晶体管有源矩阵液晶显示器（TFT AM LCD）是一个发展方向，因为它的每个像素都配置一个半导体开关器件来驱动，从而实现了高亮度视频图像显示，具有对比度好、扫描线多、视角宽、低反射等优点。日本已把三基色（RGB）TFT AM LCD 制定为导航用标准显示器。（5）CDROM 驱动器采用 4 倍速 650MB 的 CDROM 驱动器，使驱动器能够更快地从光盘上读取数据，快速送 CPU 进行处理，缩短 LCD 画面上频繁显示执行程序的时间和读取数据的等待时间，使 LCD 显示效果的
13、不连续性得到平滑，保持了声音和图像的同步。（6）方向传感器采用的方向传感器包括罗盘传感器、轮速传感器和陀螺仪。罗盘传感器是一个利用电磁感应原理工作的地磁矢量传感器，通过检测地球的磁场确定汽车的绝对行驶方向。轮速传感器与 ABS 系统中的轮速传感器共用，可以通过检测左右车轮转速传感器的输出脉冲差确定汽车转弯方向上的变化。陀螺仪通过检测汽车转向角速度确定汽车行驶方向。（7）RF 调制解调器和 RF 天线通过 RF 调制解调器和 RF 天线建立与交通信息系统（VICS）的联系，得到交通堵塞、道路障碍、施工、停车场情况以及交通规则变化等实时交通信息，使驾驶员快速反应，解决城市交通堵塞问题。（8）导航计
14、算机导航计算机能够根据 GPS 全球卫星定位装置接收到的卫星信号、方向传感器信号和存储器中的地图数据，经过计算处理和综合的图像协调，再通过显示器显示车辆的行驶信息。为满足汽车导航高精度快速数据处理的要求，导航计算机选用 32bit（或 64bit）嵌入式实时操作的CPU。因为嵌入式 CPU 适合于过程控制，如实时操作处理。尤其是正在兴起的仿 PC 结构的嵌入式微处理器，除具有嵌人式过程控制外，还具有 PC 机的丰富软件支持，这对于高速行驶的汽车快速处理数据是非常适用的。4汽车导航系统的分类（1）按汽车导航系统功能分类，可分为单一功能的导航系统和多功能的导航综合系统。汽车导航综合系统综合了汽车导
15、航、监控，防盗、旅游、交通控制与调度等系统。（2）按车辆信息是否实时返回控制中心分类，可分为汽车开环导航系统和汽车闭环导航系统。汽车开环导航系统：从控制中心或电台、卫星传感器等得到定位、方位、方向等信息，根据这些信息和电子地图可以定出起点到终点最短行驶距离，但汽车的信息不能返回控制中心。车辆无法获得前方道路的交通信息，控制中心无法获得车辆行驶信息。汽车闭环导航系统：车辆可以不断向控制中心返回行车实时信息。控制中心可以对车辆进行调度，使车辆在最短时间到达目的地；车辆可以将行驶状况报告控制中心使控制中心了解出现的问题和车辆方位，以便营救。（3）按有无引导功能分类，可以分为无引导功能的导航系统和有引
16、导功能的导航系统。无引导功能的导航系统只是简单的电子地图，无引导功能。驾驶员可以从车上 CDROM 存储器中调出本国城镇的方位、主干道、高速公路、桥梁等交通信息，也可以通过键盘方便地找到要到达的目的地，以及行驶路线的各种信息，帮助驾驶员选择行车路线。有引导功能的导航系统分为内部信息导航系统和无线电导航系统。内部信息导航系统利用车上的方向传感器检测汽车行驶方向和方位，无线电导航系统利用定位卫星或地面无线电检测汽车行驶方向和方位。内部信息导航系统分为地磁导航系统和惯性导航系统：无线电导航系统分为 GPS 导航系统和固定电台导航系统，固定电台导航系统又分为中心电台导航系统和路边电台导航系统。地磁导航
17、系统：利用地磁传感器（罗盘）检测汽车行驶方向，利用车速传感器检测行驶距离，利用计算机计算出汽车的行驶轨迹以及到达目的地的方向、剩余距离等，并在显示器上显示出来。惯性导航系统：利用陀螺仪检测汽车行驶方向，其他设备及功能和地磁导航系统一样。GPS 导航系统：利用 GPS 信息接收装置接收定位卫星发射的导航信息，经过计算机计算处理后。可以得到汽车行驶的方位、速度、到达目的地的直线距离和已行驶里程。中心电台导航系统：是一个集导向、车辆监控、防盗等功能为一体的综合系统。一般以几十到几百公里为半径设一个中心站，除接收 CPS 信息外，还收发各个车辆的导航、防盗等综合信息，可以显示任一个车辆的实时轨迹。较大
18、的系统设一个中心站，下设若干个子站，每个子站带若干个车辆，以扩大监控范围和导航的车辆数。路边电台导航系统：是一个集交通控制和导航为一体的综合系统。在高速公路的路边，每隔几百米到几公里设一个小功率电台，每到一个电台，汽车上的小功率收发机和交通控制中心交换一次信息，达到交通控制与导航的目的。4.1.2 汽车导航系统的诊断与修复1宝来轿车导航系统的诊断与修复宝来轿车的导航系统还带有高质量 RDS 轿车收音机，所以该系统不但具有卫星导航功能，还兼备收音机的功能。该系统配备有 RDS 无线电接收器、127mm (5in)彩色液晶显示屏、带有 GPS 卫星接收器的导航系统和 CDROM 驱动器。宝来轿车导
19、航系统的连接如图 4-1-9 所示，导航系统的故障码诊断如表4-1-1 所示。图 4-1-9 宝来轿车导航系统的连接表 4-1-1 宝来轿车导航系统的故障码诊断故障码 故障码含义 故障原因 故障排除00668接线柱 30 电压信号太弱；导航功能不全 蓄电池电压低于9.5；蓄电池不能充电；蓄电池损坏；交流发电机损坏检查蓄电池；必要时充电；检查交流发电机00854组合仪上收音机频率显示输出无法通信；在收音机/导航系统和组合仪表之间没有数据传递导线断路；收音机导航系统损坏；组合仪表损坏按电路检查导线；组合仪表自诊断；更换组合仪表；更环导航系统00862导航天线（GPS）R50/R52 断路/ 短路/
20、 对地短路；导航功能不正常导线断路；导航天线（GPS）损坏按电路检查导线；检查导航天线；更换导航系统00867连接 ABS 控制单元无信号；导航功能不正常导线断路；ABS 传感器损坏；ABS 控制单元损坏进行车轮脉冲系数轮胎自适应；进行 ABS 诊断；按电路检查导线01311数据总线信息无信号；音响系统（DSP）功能不正常导线断路；收音机导航系统损坏；音响系统（DSP）损坏按电路检查导线65535控制单元损坏；收音机导航系统功能不正常收音机导航系统损坏更换收音机导航系统2别克林荫大道轿车导航系统的诊断与修复别克林荫大道轿车导航系统电路图如图 4-1-10 所示，部件安装位置如图 4-1-11 所示，常见的故障症状及排除方法有以下几种情况。
