Navigační systém automobilu

Transkript

1 TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií Navigační systém automobilu Bakalářský projekt Jan Tomsa Liberec 2010 Tento materiál vznikl v rámci projektu ESF (CZ.1.07/2.2.00/ ) Ref lexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření, KTERÝ JE SPOLUFINANCOVÁN EVROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A STÁTNÍM ROZPOČTEM ČESKÉ REPUBLIKY

2 2

3 TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií Ústav mechatroniky a technické informatiky Studijní program: B2612 Elektrotechnika a informatika Studijní obor: 2612R011 Elektronické informační a řídicí systémy Navigační systém automobilu ROČNÍKOVÝ PROJEKT Autor: Jan Tomsa Vedoucí projektu: Ing. Jan Koprnický, Ph.D. V Libereci

4 TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií Ústav mechatroniky a technické informatiky Akademický rok: 2009/10 ZADÁNÍ ROČNÍKOVÉHO PROJEKTU Jméno a příjmení: Jan Tomsa Studijní program: B 2612 Elektrotechnika a informatika Název tématu: Navigační systém automobilu Vedoucí učitel projektu: Ing. Jan Koprnický, Ph.D. Zásady pro vypracování: 1. Zpracujte rešerši mapující navigační systémy použité v automotive aplikacích. 2. V praktické části zprovozněte laboratorní navigační jednotku. 3. Svůj postup náležitě zdokumentujte. 4. Závěrečnou technickou zprávu napište v sázecím systému L A TEX. Seznam odborné literatury: [1] Bauer, H.; Dietsche, K.-H.; Crepin, J.; aj. (editoři): Bosch Electronic Automotive Handbook. Stuttgart : Robert Bosch GmbH, první vydání, [2] Rybička, J.: L A TEXpro začátečníky. Brno : Konvoj, 1999, ISBN [3] Škoda Auto a.s., Mladá Boleslav: SP 31 Radionavigační systém Konstrukce a funkce. Dílenská učební pomůcka. [4] Škoda Auto a.s., Mladá Boleslav: SP 61 Radionavigační systémy ve vozech Škoda , dílenská učební pomůcka. Rozsah závěrečné zprávy o řešení projektu: 10 až 15 stran V Liberci dne 29. září 2009 Vedoucí učitel projektu (podpis)

5 Prohlášení Byl jsem seznámen s tím, že na můj ročníkový projekt se plně vztahuje zákon č. 121/2000 o právu autorském, zejména 60 (školní dílo). Beru na vědomí, že TUL má právo na uzavření licenční smlouvy o užití mého ročníkového projektu a prohlašuji, že s o u h l a s í m s případným užitím mé diplomové práce (prodej, zapůjčení apod.). Jsem si vědom toho, že užít svůj ročníkový projekt či poskytnout licenci k jejímu využití mohu jen se souhlasem TUL, která má právo ode mne požadovat přiměřený příspěvek na úhradu nákladů, vynaložených univerzitou na vytvoření díla (až do jejich skutečné výše). Ročníkový projekt jsem vypracoval samostatně s použitím uvedené literatury a na základě konzultací s vedoucím projektu. Datum: Podpis: 5

6 Abstrakt Následující práce bude o funkci navigačního systému v automobilu. První část je zaměřena na to, jak navigační systémy vlastně fungují a na jakém principu pracují. Další část směřuje ke konkrétní navigaci radionavigační systém DX od firmy Škoda Auto. V této části se dozvíme, jak se tato navigace ovládá a obsluhuje. Klíčová slova Automobilová navigace, systém GPS, radionavigační systém DX, Škoda Auto. Abstract Next work will about function navigation system in car. First part is sight at it, how navigation system functioning and on what principle working. Next part is headed to concrete navigation Radionavigation system DX from firm Škoda Auto. In those part we get wind, how this navigation is controls and attendanting. Keywords Automobile navigation, system GPS, radionavigation system DX, Škoda Auto. 6

7 Obsah Obsah Prohlášení 5 Abstrakt 6 Obsah 7 1 Úvod 8 2 Základy navigačního systému v automobilu GPS Výpočet polohy Rušení signálů Zpřesňování navigace Komponenty radionavigačního systému Radionavigační přístroj Snímač úhlu natočení vozidla Snímač otáček ABS Spínač couvacích světel Navigační mapa na CD-ROM Reproduktory Střešní GPS anténa Radionavigační systém Škoda Auto DX Schéma přístroje s popisem Zapojení přístroje Závěr 16 Literatura 17 7

8 2 Základy navigačního systému v automobilu 1 Úvod Ve snaze ulehčit a zjednodušit orientaci řidičů v dnešní stále se rozvíjející automobilové dopravě, se začínají čím dál více používat navigační systémy v automobilech. Místo složitého vyhledávání cílového místa v mapách, bloudění v nám neznámém prostředí, si tak můžeme pohodlně nastavit, odkud a kam jedeme a navigace nám vypočítá nejoptimálnější cestu k našemu cíli. Dále nám např. mohou poskytnout aktuální dopravní informace a pomáhat tak lépe zvládnout nepředvídané okolní změny. Navigační systémy je určitě téma, které nás více a více obklopuje a oblíbenost u lidí stále vzrůstá. Proto je toto téma jistě zajímavé a zkusím vysvětlit nějaké základní informace o tom, jak navigace fungují a jak se ovládají. Poté bych se měl pokusit i o zprovoznění konkrétní navigace od firmy Škoda Auto, jenž mi byla k projektu dodána. 2 Základy navigačního systému v automobilu Navigační přístroje fungují jako přijímače signálu GPS. Signál poté vyhodnocují pro získání potřebných dat. Dá se tedy říct, že signál GPS je základním potřebným prvkem navigačního systému. Kromě GPS exituje ještě systém GLONASS (Globalnaja navigacionnaja sputnikovaja sistěma) vyvinutý v SSSR a nyní provozovaný ruskou armádou. Je obdobou amerického vojenského GPS. Další alternativou k GPS je Galileo evropský satelitní navigační systém. Jeho spuštění je ale stále oddalováno. Původně měl být spuštěný v roce 2010, podle nových plánů je nejbližší rok spuštění GPS Princip navigace [1] [2] je založený na stanovení polohy objektu pomocí družicového systému GPS (Global Positioning System). Jedná se o vojenský polohový družicový systém provozovaný Ministerstvem obrany Spojených států amerických. Od roku 2000, kdy bylo přerušeno záměrné vysílání rušivého signálu, který měl za účel znepřesnit určení výsledné polohy ( m), je možné určit polohu s přesností m. Systém je tedy globální, spolehlivý, výkonný a dnes jediný plně a bez problémů fungující. 8

9 2 Základy navigačního systému v automobilu 2.2 Výpočet polohy Při každém zapnutí se systém GPS pokouší o příjem rádiových signálů z družic. Pro určení polohy je nutné přijímat signál nejméně od 3 družic (vzhledem k uspořádání družic na oběžných drahách, je teoreticky z každého místa na zeměkouli možné spojení s nejméně čtyřmi družicemi). Rádiový přijímač GPS přijme data z družice a vypočítá vzdálenosti jednotlivých družic od přijímače. Tato metoda určování polohy se nazývá dálkoměrná a spočívá v určování vzdálenosti uživatel družice na základě rozdílu času vyslání a příjmu signálu. 2.3 Rušení signálů K rušení příjmu rádiových signálů z družic, může dojít, pokud se mezi družicí a přijímačem GPS nachází nějaká překážka. Spojení tak může být rušeno nebo přerušeno v např. v těchto situacích: v tunelech, v podzemních garážích, v hlubokých údolích, někdy i mezi velmi vysokými budovami. Tyto výpadky může systém GPS krátkodobě odstranit. Toho se dosáhne tak, že směr jízdy vozidla se určuje pomocí snímače úhlů natočení vozidla a ujetá vzdálenost pomocí snímače otáček ABS na kolech vozidla. Pokud je výpadek příjmu signálu ale delší, tak dochází k narůstání nepřesnosti vypočítané polohy vozidla. Když se příjem signálů obnoví, tak dojde k úpravě nepřesně vypočítané polohy. 2.4 Zpřesňování navigace Zpřesnění určení polohy nám zajistí doplňková navigace automobilu (systémové komponenty vozidla). To se zajistí tak, že řídicí jednotka navigace vypočítává profil dráhy a vzdálenost ujetou vozidlem ze signálů, které dostává od snímače úhlu natočení vozidla (vpravo/vlevo) 9

10 2 Základy navigačního systému v automobilu a od snímače otáček ABS. Takto vypočítaný profil dráhy je několikrát za sekundu porovnáván s informacemi z automapy, která je uložena na CD-ROM. Tento úkon je znán jako Map-Matching. Díky tomuto upřesnění, dochází ke zvýšení přesnosti aktuální pozice automobilu (cca 10 m). Takže kompletní navigace vozidla = družicová navigace (řídicí jednotka navigace, GPS přijímač, GPS anténa, družice) + doplňková navigace vozidla (snímač otáček ABS, snímač úhlů natočení vozidla, CD-ROM s navigační mapou, řídicí jednotka navigace). 2.5 Komponenty radionavigačního systému Radionavigační přístroj Základem radionavigačního systému v automobilu je tedy radionavigační přístroj, ve kterém se zpracovávají informace ze signálů obdržených od družic a informace od systémových komponentů. Přístroj je složen z: 1. obslužný panel s displejem 2. rádio 3. přijímač GPS 4. mechanika CD-ROM (popř. DVD-ROM) 5. snímač úhlu natočení vozidla Snímač úhlu natočení vozidla Snímač je umístěn přímo v radionavigačním přístroji a slouží pro zpřesnění navigace. Snímač úhlu vyhodnocuje pouze změnu úhlu směru jízdy když vozidlo změní směr jízdy, otočí se kolem své svislé osy (na kmitající raménka snímače působí tzv. Coriolisova síla). Tuto informaci předá do řídicí jednotky, která vypočítá úhel změny jízdy. Dále řídicí jednotka zjistí pomocí snímače otáček délku ujeté dráhy a vypočítá poloměr zatáčení. Informaci o směru jízdy (vpřed/vzad) zajistí signál od spínače couvacích světel. Nakonec následuje Matchmaping porovnávání s daty mapy. 10

11 3 Radionavigační systém Škoda Auto DX Snímač otáček ABS Snímač je umístěn na kole vozu a zjišťuje počet otáček příslušného kola. Tyto informace jsou předány do řídicí jednotky systému ABS a ta je předá řídicí jednotce navigace, která vypočítá ujetou vzdálenost automobilu Spínač couvacích světel Díky spínači couvacích světel řídicí jednotka pozná, jestli automobil jede vpřed nebo vzad. Při zařazení zpětného rychlostního stupně je řídicí jednotce navigace poslán signál Navigační mapa na CD-ROM Na CD-ROM jsou uloženy mapy (dvakrát do roka aktualizováno) dálnic, silnic a ulic i řídicí software Reproduktory Akustické pokyny pro navádění k cíli jsou vydávány pomocí reproduktorů umístěných v automobilu Střešní GPS anténa Anténa je umístěna na střeše vozidla v tzv. Triplex anténě. Slouží i pro rádio a telefon. 3 Radionavigační systém Škoda Auto DX Tato radionavigace se používala dříve ve vozech [3] Škoda Octavia, Fabia a Superb. Dnes jsou do vozů Škoda osazovány již novější radionavigační systémy. Poslední model automobilu, ve kterém byl radionavigační systém DX použit je Škoda Octavia Tour (červen 2009). O výrobu těchto systémů se starala německá firma Blaupunkt. 11

12 3 Radionavigační systém Škoda Auto DX Obrázek 1: Popis funkcí tlačítek pro obsluhu audia a navigace 3.1 Schéma přístroje s popisem Popis funkcí jednotlivých tlačítek: 1 Tlačítko TIM je určeno k volbě až 9 automaticky do paměti uložených dopravních hlášení o celkové délce záznamu max. 4 minuty, k aktivování funkcí záznamu a Tlačítko TIM je určeno k volbě 2 Rádio spínač pro automatické a manuální ladění rozhlasových stanic 3 Tlačítko INFO k zobrazení kompletní cílové adresy, k opakování posledního aktuálního zvukového výstupu u aktivovaného vedení k cíli 12

13 3 Radionavigační systém Škoda Auto DX 4 Tlačítko pro vysunutí CD 5 Obrazovka 6 Prostor pro CD 7 Tlačítko NAVI k volbě základní nabídky navigace a přerušení vedení k cíli 8 Displej - tlačítko k manuálnímu přepínání mezi denním a nočním displejem 9 Tlačítko zpět k volbě předchozí nebo základní nabídky a k přerušení operačních kroků 10 Tlačítko k zapnutí a vypnutí systému (stiskem), Regulátor hlasitosti (otáčením) 11 Tlačítko AS k automatickému ukládání a vyvolávání vždy šesti nejsilnějších rozhlasových stanic TP, FM a AM na paměťové rovině 2 12 Tlačítka stanic 1 až 6 k ukládání vždy dvanácti rozhlasových stanic TP, FM a AM do paměti vždy na 2 paměťových rovinách a jejich volbě 13 Tlačítko k uložení stanoviště do paměti (aktuální poloha vozidla) 14 Tlačítko SCAN ke krátkodobému (10sekundovému) přehrání všech rozhlasových stanic uložených v paměti (TP, FM a AM) 13

14 3 Radionavigační systém Škoda Auto DX 15 Tlačítko AUDIO k vyvolání nabídky Volba zdroje (volba zdroje zvuku TP, FM, AM, CD, TV) nebo k přepínání na obrazovku s audiofunkcemi 16 Tlačítko k volbě vyhodnocování dopravních zácp, k vypočítání alternativní trasy 17 Tlačítko zvuku: k volbě nabídky Nastavení zvuku (nastavení basů, výšek, balance a fader) a Nastavení hlasitosti u systému, který je vybaven digitálním zvukovým zařízením (DSP Digital Sound Paket) navíc nastavení typu zvuku 18 Tlačítko nabídek: ovládací knoflík k označení (otáčením) a potvrzení (stiskem) jednotlivých položek nabídky volba podnabídek, volba základního nastavení zvuku a hlasitosti v nabídce zvuku 3.2 Zapojení přístroje V další fázi projektu je zapotřebí zapojit Radionavigační systém DX firmy Škoda auto, který byl dodán. Nejprve bylo zapotřebí si opatřit potřebné příslušenství: napájení, konektory, reproduktor, GPS anténa, anténa pro rádio a CD pro analýzu navigace. Jako napájení sloužila autobaterie. Na autobaterii se pomocí konektorů připojil vývody viz obr. 2 plné rámečky (SAFE musí být zapojen minimálně na 12 V, protože funguje jako ochrana navigace, takže bychom plně nemohli spustit přístroj). Dále byl připojen ještě reproduktor viz obr. 2 puntíkové rámečky, abychom mohli později otestovat, zda je funkční rádio. Nyní se již může zapnout přístroj. Bude po nás vyžádán PIN, který je u tohoto přístroje Po zadání tohoto čísla se úspěšně dostaneme do celého ovládání navigace. 14

15 3 Radionavigační systém Škoda Auto DX Obrázek 2: Schéma konektorů pro příslušnou navigaci Dále se nám objeví na displeji informace: Es ist keine CD eingelegt, viz obr. 3. Legen Sie bitte eine geeignete CD-ROM ein., což v překladu znamená: Není vložen disk CD. Prosím vložte správný CD-ROM disk. Je tedy jasné, že GPS anténa a CD pro analýzu již k ničemu nebudou, protože bez CD (obsahující řídicí software a mapy) je navigace nepoužitelná. Obrázek 3: Úvodní informace o chybějícím CD Zbývá tedy alespoň vyzkoušet, zda funguje rádio. Připojíme anténu pro rádio a tlačítkem Audio se přepneme na obrazovku s audiofunkcemi. Navigace by měla automaticky vyhledat stanice a uložit je do své paměti, což se také stalo, viz obr. 4. Po tomto aktu by se nám již měla z reproduktoru linout hudba ze zvolené stanice. Dále ještě můžeme v podmenu upravovat např. basy, výšku a mnoho dalších. 15

16 3 Radionavigační systém Škoda Auto DX Obrázek 4: Fotografie funkční navigace Závěr V ročníkovém projektu Navigační systém automobilu jsem měl za úkol zjistit a sepsat, na jakém principu navigační systémy pracují. Dále mi byl dodán radionavigační systém DX od firmy Škoda Auto, u kterého jsem měl popsat jeho ovládání a následně zjistit jeho funkčnost. Zapojení jsem konzultoval s odborníkem, který navigace zapojuje a zapůjčil jsem si od něho i potřebné příslušenství. Po zapojení se zjistilo, že v navigaci chybí CD obsahující mapy a řídicí software. Přístroj byl v německém jazyce, bez možnosti změny na jiný jazyk. Tato navigace má nevýhodu, že jde prakticky instalovat jen do určitých modelů aut od firmy Škoda Auto, které mají pro tuto navigaci již z výroby připraveny všechny odpovídající konektory a také místo v palubní desce. Dnes již používá Škoda Auto ve svých vozech zmodernizovanou verzi této navigace. Jelikož navigace nepatří mezi ty nejlehčí a nejmenší, tak bychom asi těžko v jiném autě dělali pro ni místo a zajišťovali potřebné konektory. Pro jiné automobily je tedy lepší koupit menší GPS navigaci, která se dá připevnit např. na přední sklo a která jde použít v různých typech motorových vozidel. Rešerši jsem tedy úspěšně zpracoval a přístroj částečně zprovoznil. Pokud by bylo k dispozici i CD, bylo by i možné po zkonstruování testovacího modulu nebo při instalaci do konkrétního typu vozidla vyzkoušet plnou funkčnost přístroje. 16

17 Literatura Literatura [1] Škoda Auto a.s., Mladá Boleslav. SP 61 Radionavigační systémy ve vozech Škoda, Dílenská učební pomůcka. [2] Škoda Auto a.s., Mladá Boleslav. SP 31 Radionavigační systém Konstrukce a funkce. Dílenská učební pomůcka. [3] Škoda Auto a.s., Mladá Boleslav. OctaviaTour DX Navigation System Obsluha a funkce. Manuál. [4] ŠUNKEVIČ, Martin.Česká kosmická kancelář [online] [cit ]. Ruský globální družicový navigační systém GLONASS. URL: < [5] MD ČR Odbor kosmických technologií a družicových systémů [online] [cit ]. Galileo - Globální družicový polohový systém. URL: < Poděkování: Tento materiál vznikl v rámci projektu ESF (CZ.1.07/2.2.00/ ) Ref lexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření. Formát zpracování originálu: titulní list barevně, další listy včetně příloh černobíle. 17