汽车仪表信息系统_5分析

当出现接受信息时钟误差使三个球面无法相交时，则可 利用第4个卫星的信息进行修正。
7.5.3汽车GPS导航系统的组成
图7-61 汽车导航系统的组成和布置
7.5.4典型汽车导航系统简介 1. 汽车导航系统的分类
车载卫星导航系统按照安装方式可以分为内置式和外置 式两大类。 ①内置式车载卫星导航系统。内置式车载卫星导航系统一般 由汽车生产厂在生产环节安装，外形经过专门设计，固定在 汽车仪表台内，与汽车内饰浑然一体。 ②外置式车载导航系统。外置式车载导航系统多为后期安装， 安装简便，适合于各类汽车的后期改装。 车载导航系统按照功能丰富与否分为三大类。 ①DVD导航系统。DVD导航系统融导航和娱乐功能于一体， 功能丰富。 ②HDD硬盘导航系统。HDD硬盘导航系统可存储大量信息， 满足三维立体图像的存储要求，而且它的地图显示性能相当 好，在欧美高档车中已有应用。
2. 荣威ROEWE 550汽车信息系统的功能
荣威ROEWE 550汽车信息系统将传统的汽车仪表指针 式显示全面转变为数字化电子显示，车速表和发动机转速表 的显示更加清晰、醒目。
图7-50 车速表
图7-51 发动机转速表
布置在仪表盘右侧的车辆保养、导航信息显示区域可以显 示丰富的行车状态信息，也可以在行车前、后对汽车状态信息 进行设置和显示。 主要内容包括：建议保养公里数（能折算出日期）、当前 阶段行驶里程、行驶总里程、当前挡位、瞬时油耗显示等，甚 至可以预先设置限速报警、行程计算等选项。 通过按压布置在方向盘左右两侧盘辐上的滚轮式手控按 钮，可以采用电脑化的操作，来实现各种信息的显示。
Ri
X i X 0 2 Yi Y0 2 Z i ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱZ 0 2
（7-1） （7-2）
Ri C ti
式中 ， Ri ——各卫星到汽车的距离，单位为m； C ——无线电波传播速度，与光速相等； t i ——各卫星电波传到汽车所用时间，单位为s。
求解方程组（式7-1和7-2联立）后就可以得出汽车的位 置坐标。
卫星的分布使得在全球任何地方、任何时刻都可观测到4 颗以上的卫星。目前，民用GPS的定位精度已达到10m以内。
图7-59 GPS系统卫星的分布
2）地面控制系统
地面控制系统由监测站（Monitor Station）、主控制站 （Master Monitor Station）、地面天线（Ground Antenna） 等组成。主控制站位于美国科罗拉多州春田市（Colorado Spring）。地面控制站负责收集由卫星传回的信息，并计算 卫星星历、相对距离、大气校正等数据。
7.4.2 典型汽车信息系统简介
下面以上汽荣威ROEWE 550轿车为例，介绍汽车信息系 统的基本构成。
1. 荣威ROEWE 550汽车信息系统主界面
图7-49 荣威ROEWE 550汽车信息系统主界面 1-左侧报警灯和指示灯显示区域；2-行车速度显示区域；3-水温表； 4-发动机转速表；5-环状分布的报警灯显示区域；6-燃油表； 7-右侧报警灯和指示灯显示区域；8-车辆保养、导航信息显示区域
图7-56 雪铁龙C6汽车的HUD系统
2. HUD系统的工作原理
在汽车HUD系统中，位于仪表台后端的HUD显示屏将重要 信息(如车辆速度、导航提醒等信息)投射到风挡玻璃上,通过 风挡玻璃再将其反射给给驾驶员。由于驾驶员看到的是HUD 显示屏的虚像,所以HUD所显示的信息仿佛是浮在前方发动机 盖上一样。 HUD系统严格说来并不是单一的电子系统，其成像依赖 光学技术和材料学技术两个方面，透明的高折射率镀膜是成 像的关键。 一般采用浸渍法和网印法等方法将这种高折射率镀膜镀 到前风挡玻璃的表层。 由于含有氧化的Ti和Si，高折射率镀膜的折射率介于1.8 至2.2之间，大于普通前风挡玻璃1.52的折射率，所以表面的 反射率就可以增大，再经过多次光干涉就可在远处成像。
全球定位系统（Global Positioning System，简称GPS）是 以人造卫星做定位基础，向全球各地全天候地提供三维位置、 三维速度等信息的一种无线电导航和定位系统。
1. GPS系统的组成
GPS系统主要由空间部分、地面控制系统、用户设备部 分三部分组成。
1）空间部分
GPS的空间部分由24 颗人造地球卫星组成（图7-59）。 卫星位于距地表20200km的上空，均匀分布在6个轨道面上 （每个轨道面4 颗），轨道倾角为55°。此外，还有4 颗有 源备份卫星在轨运行。
③通信导航系统。通信导航系统应用无线通信技术接收地图 等各种信息，具有上述两种产品的各项功能，它虽然前期投 入较少，但每月仍需支付通信费。
2.车载内置式卫星导航系统
丰田威驰（VIOS）汽车的原装内置式卫星导航仪安装在 仪表台内，位于方向盘的右侧，如图7-62所示。
图7-62 丰田威驰（VIOS）的原装卫星导航系统
3）用户设备部分
用户设备部分即GPS 信号接收机。其主要功能是能够捕 获到按一定卫星截止角所选择的待测卫星，并跟踪这些卫星 的运行。 当接收机捕获到跟踪的卫星信号后，就可测量出接收天线 至卫星的伪距离和距离的变化率,解调出卫星轨道参数等数据。 根据这些数据，接收机中的微处理计算机就可按定位解算方 法进行定位计算，计算出用户所在地理位置的经纬度、高度、 速度、时间等信息。
同时，通过汽车导航系统，还可以随时监控汽车的运行 状态（行驶轨迹、行车速度等），防止汽车被盗或对被盗汽 车进行追踪定位。 要对汽车进行导航，必须实时了解汽车所在位置，汽车 行驶状态和路网、交通信息。而这些信息的获取则依赖于全 球定位技术、计算机技术和无线网络通信技术。
7.5.2 GPS全球定位系统
图7-52 续驶里程
图7-53 瞬时油耗
图7-54 限速报警
图7-55 建议保养里程
7.4.3 汽车信息抬头显示（HUD）系统 1. HUD系统的作用
HUD是英文Head Up Display的缩写,意为抬头显示,亦称 平视显示器。最早装备HUD系统是法国的幻影战斗机。 在汽车上装备HUD系统,可以将有关信息显示在前风挡玻 璃的驾驶员平视范围上,且显示位置、显示亮度可调。
目前的HUD投影载体膜都增加了膜厚，能支持整个可见 光区域反射，从而实现HUD的多彩色显示和与角度无关的均 匀外观，当然它需要高亮度的光源支持。
图7-58 透明放大反射膜膜厚增大后的HUD显示（清晰、醒目）
7.5 汽车导航系统
7.5.1汽车导航系统的作用
汽车导航系统（Automobile Navigation System）也 称汽车行驶导向系统，其主要功能是引导汽车在繁忙交通状 态或复杂的道路网络中，选择最佳的路径，使其能在尽可能 短的时间和路程内安全、快捷地到达目的地。
在HUD上使用的透明放大反射膜，最初光透射率在70% 左右，膜厚多在530nm（namometer，纳米）左右，这个厚 度正是绿色的选择性反射的峰值波长，这也是大多数早期汽 车HUD显示多为绿色的原因所在。
图7-57 早期的汽车HUD显示（字符为绿色）
透明放大反射膜的缺点不仅仅是颜色单调，观测方向不 同还会造成光线干涉，引起字符外观的变化。
7.4 汽车信息系统
7.4.1汽车信息系统的特点
目前，汽车仪表技术发展很快。传统的机电式模拟仪表已 经落伍，在电子仪表基础开发出来的，基于网络技术的汽车信 息系统已经在奔驰、宝马、奥迪、荣威等汽车上应用，代表着 汽车仪表技术的发展方向。 （1）采用网络通信。 （2）信息显示中心。 （3）更大的记忆容量。 （4）低功耗及高整合度（高度集成）。 （5）传感器的运用。 （6）个性化设置。
3.车载外置式卫星导航系统
目前，国内开发的车载外置式卫星导航系统很多，比较典 型的产品有新科VM-680TV型车载DVD/GPS导航系统（图763）、STPⅢ任我行语音车载导航系统等。
图7-63 新科VM-680TV型车载DVD/GPS导航系统
GAME OVER
2. GPS的定位原理
汽车接收到GPS卫星发出的精确电波发射时刻和位置信息， 8 获取电波传播时间，根据无线电波传播速度3×10 m／s，就 可以计算出汽车与三个卫星之间的距离，以三个不同卫星为 中心的球面相交点就是汽车所处的位置。
图7-60 GPS汽车位置定位原理
设汽车的坐标为（ X 0 ， Y0 ， Z 0 ），三个卫星位置分 别为（ X i ， Yi ， Z i ）， i =1、2、3，则有方程：