来源:中国汽车工业信息网

前景无限的现代汽车电子导航技术

杨忠敏

　　1.汽车电子导航系统

　　随着现代电子技术的发展及在汽车领域的大量应用，一方面汽车的性能得到了相当程度的提高，比如，发动机电控系统的出现和完善，使燃油经济性能达到前所未有的水平；借助防抱死制动系统，车辆行驶安全性得到很大提高。另一方面汽车也能提供给人们越来越多的便利，汽车导航就是其中的一个典型的例子。随着经济水平的提高，人们自行驾驶车辆出行的机会越来越多，但因为对道路不熟悉，走弯路、走错路时常发生，而汽车导航系统的出现就能很大程度避免这种情况，驾驶员只要将目的地输入系统，导航系统就会根据电子地图自动计算出最合适的路线，并在车辆行驶中，驾驶员根本不用考虑该走哪条路线，就能轻松快捷地到达目的地。

　　汽车导航系统是指车辆道路交通信息通讯系统，包括微机及显示屏、同步卫星定位系统、雷达等。它在微机内存储有大量的与道路相关的系统资料，用安装在道路上的雷达测定车辆间距及数量等交通信息，传输到电脑控制中心并发射到通讯卫星上，卫星把交通信号发回汽车接收器，驾驶员便可从车内显示屏上掌握交通信息。当你把行程的起点，路线及目的地输人电脑后，电脑即可为你筹划最佳路线并提供详细资料，实现导航功能，甚至实现自动导航功能(自动加速或减速、自动变道或超车，遇到紧急情况，自动制动防撞)。该通讯系统在汽车发生故障时，还可作为维修服务系统和安全预警系统，因为这一切都可通过通讯卫星及地面服务中心实现。

　　电子导航装置开始用到汽车上，是在90年代。其主要目的是方便用户，使其能容易而快捷地到达目的地。另一个是缓解城市的交通拥挤与堵塞。这一装置不像其他汽车电子设备可以自成系统，而是除了车载电子设备外，还需要与全球定位系统、当地交通管理中心等联网，获取有关信息，才能完成实时路线规划及引导任务。因此，不仅结构较复杂，而且要求相应的基础结构相配合。一般汽车导航装置包括全球定位接收系统、微机、液晶显示屏、地图存储阅读装置等。其简单的工作原理就是根据定位系统(可以是全球定位系统，也可以是自律定位系统，或两者的结合)获得精确的汽车实时位置，结合存有的地图, 确定到达目的地的路线,并根据交通管理中心监测到的实时交通情况，给出最佳路线的修正，最后显示于显示屏上。可显示一条街到一条街，一个路口到一个路口的具体指引，有的还可同时发出语音引导。

　　早期的导航系统误差范围较大，且仅认液晶屏幕显示车辆与周边地图的相对位置，目前已发展到可通过服务中心查询信息,再结合电子地图显示，新系统误差小，引导操作方式有多样选择，且具有各种附加服务系统，完整的汽车导航系统，应该包括全球定位系统和车辆自动导航系统。它一般是由GPS天线，集成了显示屏幕和功能按键的主机，以及语音输出设备(利用汽车音响系统，输出语音提示信息)构成的。受车内空间的限制，多数汽车导航设备和汽车音响集成在一起。一些导航系统，为了避免分散驾车人对路面情况的注意力，有的可用荧光屏显示路线，并能用语音来提供导航信息，有的甚至只用语音就能指点驾车人怎样将汽车开往目的地。还有一些导航系统，不仅能为驾车人预定旅馆，而且还能跟电脑网络接通，收听天气预报、股市行情，以及提供公路前方是否堵车的信息并能指出避开堵车路线的其它行驶路线。

　　2.车用导航计算机

　　车用导航计算机：AVIC－D909和AVIC－D707两种汽车导航计算机由日本先锋电子公司研制。计算机均使用具有32位RISG芯片的DVD－ROM自动显示装置，能实现三位混合传感定位。这两款计算机都使用TV－W808型20cm宽屏液晶显示器。为定位更准确，三维定位还辅以水平垂直定位系统。另外，计算机随时准备着，以便与全球定位系统配用。其中，AVIC－D909计算机还配有音控系统和插件接口存储系统(AVIC－D707也可根据用户需要任选)。车用电脑(导航计算机)还能接收调频广播节目。

　　自80年代初期以来，电脑在汽车上的应用日益广泛，许多国家所生产的轿车上都装有计算机或微处理机，成为一种标准设备。电子计算机可以按需要，精确地控制在不同工况下的空气/燃料混合气比例和点火正时，用以改善汽车的燃油经济性和尾气的排放；同时车用计算机在制动防抱死装置、四轮转向装置、浮动悬架等技术上的应用也已日趋成熟，除机械部分外，计算机还用在空调设备的控制上，以及仪表的数字显示方面，电脑被广泛地应用于汽车的各个部分上，将是未来汽车的重要标志特征之一。

电脑在汽车上的广泛运用主要表现在"智能型"汽车上，日本在这方面的研究比其它国家更为先进，现在研制的智能汽车，可以方便地为驾驶者提供各种有用信息。未来的汽车将会出现更多的造型奇特、新颖别致、性能卓越的新成员。可以这样说，未来汽车将是超越我们现在的想象力和鉴赏力的科学技术与文化艺术的结晶，未来汽车的新纪元等待着我们去开创。

　　3.汽车GPS技术的应用与发展

　　GPS全球导航系统，也称全球卫星定位系统。它根据美国发射地球周围的24颗定位卫星提供的信号, 不断对地面发射并提供三维位置、三维速度的电子信息，使地球上安装的接收设备，接收到这些信息并用中转设备对这些信息进行分析，从而判定发射信息的物体所处方位的一种定位系统。车辆自动导航系统，是根据GPS接收机提供的车辆当前位置和用户输入的车辆目的地，参照电子地图计算合适的行驶路线，并在行驶中以适当的方式给驾驶员提供必要的信息。

　　GPS的功能主要有:及时显示汽车在预先制定的电子地图中的位置、行驶速度以及与目的地距离。输入目的地后自动生成一条去目的地的最佳行驶路线，并在转弯时用语言提醒用户，使其去任何地方不用问路就可直接到达。随时可查询沿途的酒店、商店、加油站、修理厂、车站、码头等处的最新路况信息，为用户提供方便。可在汽车遭遇抢劫后，在指定范围内停止发动机的运行，并把汽车所处的位置报告警察。停车后可用其播放音乐或VCD。

　　汽车GPS导航系统主要由2部分组成，一部分是由安装在原车上的GPS接收机和显示设备组成;另一部分是由计算机控制中心组成。2部分通过卫星定位进行联系。目前世界上应用较多的是自主导航，其主要特征是每套车载导航设备都自带电子地图，定位和导航功能全部由车载设备完成。它的工作过程主要有以下几个步骤：

　　① 用户输入目的地：在出发前，用户通过系统提供的输入方法将目的地输入到导航设备中。除了在系统显示的电子地图上直接点击选取地点外，更多时候是借某种输入方法，将目的地名称输入到系统中。国内汽车自主导航产品基本都是基于PC结构，或者借助外接键盘，以类似PC机的中文输入法作为地名输入方法的汽车导航系统，或者利用触摸屏借助日益成熟的手写识别技术进行中文输入。依靠键盘或触摸屏同时也可以实现几乎所有的功能按键的功能。基于"以人为本"的设计思想，特别是考虑到安全性能要求，目前人们也在开发基于语音技术的产品。

　　② 行驶路线：汽车导航主机从GPS接收机得到经过计算确定的当前点经纬度，通过与电子地图数据的对比，就可以随时确定车辆当前所在的地点。一般汽车导航系统将车辆当前位置默认为出发点，在用户输入了目的地之后，导航系统根据电子地图上存储的地图信息，就可以自动算出一条最合适的推荐路线，作为新的路线。

　　③ 行驶中的导航：汽车自动导航系统的输出设备包括显示屏幕和语音输出设备。在行驶过程中，驾驶员必须全神贯注于驾驶，而不能经常查看显示屏幕，因此，一个实用而人性化的车辆自动导航系统利用语音输出，在必要的时刻向驾驶员提供提示信息。比如，车辆按照系统推荐路线行驶到应该转弯的路口前，语音输出设备会提示驾驶员："300m后请向左转"，这样驾驶员根本不必要关注屏幕的显示，也可以按照推荐路线正确快捷地到达目的地。目前世界几大著名汽车公司的导航系统已经达到一个相当完善而且很实用的程度了。

　　国内自主开发的带有局部地图的汽车导航产品；国内一些大城市的公安系统、出租车公司以及其它公共调度系统中，还开发出另外一种车辆定位导航系统，以满足集中调度，快速反映的要求。在这些公共调度系统中的车辆上，除GPS天线和接收机外，并不需要车辆自主导航设备，车辆通过车载通讯设备和总部保持联系。车辆上的通讯发射机可以随时把本车GPS接收机计算出的车辆位置经纬度传送回总部。总部收到每辆外出车辆的位置经纬度信息后，可随时掌握他们的准确位置。通过与外出车辆之间建立的语音通讯信道准确、快速地作出调度。

　　车载导航系统的GPS导航功能突出，可以帮助驾驶员在错综复杂的城市交通道路网中及时迅速地到达目的地，运用多层引导式菜单方便地按地区、城市、设施功能份类选定目标，导航系统立刻测算出最短的行车路线，图文并茂地展示在二维或三维电子地图上，汽车一旦启动，代表实时位置的标志会自动沿着已设定的路线行进。当遇到前方道路堵车或意外情况需改变行车路线时，卫星导航系统会自动复位，并于数秒后自动设置新的行车路线，重新恢复导航功能。

　　汽车导航装置应用于汽车的时间虽不长，但发展很快。尤其在日本，目前全球汽车导航系统的市场以日本为领先,1998年生产达140万套。各大汽车公司纷纷将其作为选装件向顾客提供，1998年为新车配套就占总产量的64%。日本在这方面发展很快，据报载,目前日本有600万车辆汽车使用了电子导航系统，占全部汽车保有量的10%，而2000年以来出产的新车中的30%安装了电子导航系统;通用汽车公司投放美国的绝大部分车型现在都已将车辆智能信息系统当作了标准装置。另据报道，标致公司已将所有LX级406型和607车都已安装了卫星导航装置，成为车内标准设备。丰田公司正计划将电子导航系统作为天津丰田新车型的选装部件。主要是他们很早就开始了数字地图的准备，投入了15亿日元，制作了一套较完整的数字化公路与街区地图。另外，日本一些城市街道比较复杂难认，以及日本人对电子产品的爱好，故这类新产品的市场发展很快。

　　欧洲也开始了这方面的发展，1994年奔驰公司就在其SLK系列跑车上装用导航系统。1997年又在东京与日本电报电话公司合作开发了智能交通引导系统ITGS，采用了城市交通信息服务中心的实时交通信息，帮助驾驶员避开拥挤和堵塞的路段，选择最佳路线，同时还可提供天气预报。当时的停车场空位情况，甚至火车时刻表等。企图在此领域取得领先地位。西门子公司为保时捷汽车开发了集成驾驶员信息系统，将导航装置与先进的无线通信系统(蜂窝电话)结合起来，既可以进行逐个路口的行驶路线引导，又可以及时提供实时交通信息，还可以在发生事故或车辆故障时呼唤紧急救援。这种系统还可以不必自备数字地图，而是从当地信息服务中心调用数据。这不仅简化结构减小系统尺寸，降低成本，还可以使地图数据库的更新维护集中在"中心"进行，以保证地图数据的准确性。Philips公司开发了CARIN车载导航系统，宝马汽车公司己决定将其装用于其5系列及7系列车型上。这是一种多功能控制系统，可将移动电话、音响系统、车载计算机、保安系统及自动空气调节系统及导航系统的操作集成于一体。这种产品在欧洲很受欢迎。在英国导航系的应用也在迅速增加。沃尔沃公司也开发了道路交通信息系统RIT。这也是一种将导航与交通信息集成在一起的系统。它不仅可以帮助驾驶者找到要去的地方，并进行一个路口到一个路口的引导，而且，可以提供医院、饭店、旅馆、机场等一些重要的地点。还可实时收到交通状况的信息。如何处发生交通事故、何处在进行道路维修、那些路段发生堵塞等信息，使驾驶员可以绕开这些路段，以缩短行驶时间。这种系统还可以有7种语言进行路线指导。

　　日本先锋公司及三下公司于1997年首先推出在车用导航系统中用DVD代替CD-ROM作为存储器。它比CD-ROM可多存储7.5倍信息。配备了较宽的显示屏，并具有多画面显示，可使驾驶员看到不同比例尺的地图，还可以看到现时车速及估计到达的时间。西门子公司则研制了一种独特的导航系统，称为自动车辆定位系统。它是在街道或公路上行驶时，通过摄像机每秒拍摄几帧景像，然后与数据库中的景像对比，以判别其所在位置而进行导航。

　　目前美国汽车导航系统的销售量只占全球的2%，但人们认为随着价格的下降，电子地图的完善，以及国家在数字化服务方面的进展，将会很快推广。一种用GPS(全球定位系统)卫星及软件帮助追踪汽车及给出到达目的地的最佳路线的图示及语音引导系统。此系统包括一台带有CD-ROM驱动器的计算机，彩色液晶显示器，远红外线操纵及GPS卫星接收天线，价格为2399美元，包括安装及7个CARIiNCD-ROM盘(电子地图、存有美国30个主要城市的街道及全国大部分公路网)。安装仅需不到2h，走出商店就可打开地图，选择目的地，即可得到精确的一个路口到一个路口的图示及语音引导。预期此系统将会成为电子技术在汽车上应用的一个新的增长点。