Применение систем круиз-контроль и ГЛОНАСС в современных автомобилях

 Исполнительный механизм  может быть двух типов: вакуумный  или с электродвигателем. Принцип работы первого - вакуумного - базируется на использовании разрежения во впускном коллекторе. Подключают его к трубопроводу, идущему к вакуумному регулятору системы зажигания, при этом какого-либо влияния на работу системы зажигания такой отбор давления (разрежения) не оказывает. Работает механизм аналогично вакуумному корректору угла опережения зажигания - создаваемое разрежение в одной полости механизма вытягивает диафрагму, которая связана с тросом привода дроссельной заслонки. Разрежение используется не постоянно, а только когда появляется надобность изменить положение дроссельной заслонки. Управление вакуумным приводом осуществляется с помощью электромагнитного клапана, который регулирует давление (разрежение) в диафрагменной полости. При выключении системы круиз-контроль давление в диафрагменных полостях с помощью электроклапана выравнивается с атмосферным, за счет чего не создается помех управлению дроссельной заслонкой в «ручном» режиме. В другой конструкции исполнительного механизма - с электродвигателем - тяговое усилие на перемещение троса газа создается электродвигателем. Команды на электроклапан или электродвигатель поступают от блока управления [8].

Датчики, дающие информацию блоку управления, по назначению можно  разделить на два типа: основные и вспомогательные. Основные датчики  непрерывно информируют блок управления о скорости движения или режиме работы двигателя. В зависимости от типа электрооборудования автомобиля они  могут устанавливаться в различных  местах. Показания скорости можно  «снимать» путем установки специального переходника на трос спидометра. Если же эти данные поступают прямо  с катушки зажигания или прерывателя, то автоматика будет регулировать уже  не скорость, а обороты двигателя, от постоянства которых напрямую зависит и поддержание заданной скорости. Вспомогательные датчики-выключатели  подключаются к педалям тормоза, сцепления. Их назначение - отключать систему круиз-контроль при экстренном переходе в ручной режим управления.

Управляется система круиз-контроль с помощью одной ручки с  несколькими кнопками. После того, как питание системы включено, можно фиксировать текущую скорость автомобиля, кратковременно нажав на кнопку «запоминание скорости». После  этого скорость будет поддерживаться автоматически, и водитель может снять ногу с педали газа. Если скорость необходимо уменьшить или увеличить, можно воспользоваться тормозом или педалью газа и снова нажать на ту же кнопку - автомобиль будет ехать с новой скоростью. Можно изменить скорость и иначе. Если удерживать кнопку «запоминания скорости» нажатой, то скорость начнет плавно уменьшаться. Для увеличения скорости используют другую кнопку — «восстановление»: при её удержании скорость будет плавно нарастать. Название кнопки «восстановление» объясняется следующим. «Электронный мозг» запоминает скорость автомобиля, и он помнит ее даже после ее отключения, нажав на тормоз (или сцепление в машинах с ручной КПП). После торможения вернуться к прежней скорости движения можно - нажав кнопку «восстановление». Во многих системах данного типа есть также и функция дискретного изменения скорости. Короткое нажатие одной из кнопок ведет к увеличению скорости автомобиля, а другой - к уменьшению на 1 мил/час или на 1,6 км/ч.

 Круиз-контроль может устанавливаться на автомобили, как с бензиновыми, так и с дизельными двигателями. На многих автомобилях наиболее эффективно система работает в интервале скорости от 60 до 160 км/ч независимо от вида трансмиссии, при более низких скоростях появляются колебания оборотов двигателя, из-за чего автомобиль «дергается». У некоторых таких систем скоростные ограничения заложены в программу управления, при этом ниже определенной скорости, например, 30 км/ч, система автоматического поддержания скорости не включается. Выключение системы происходит в нескольких случаях: при нажатии педали тормоза или сцепления и при выключении питания или «массы».

2. Российская система навигации ГЛОНАСС

2.1 Основные элементы системы ГЛОНАСС и принцип её работы

 Основные элементы спутниковой системы навигации:

- Орбитальная группировка, состоящая из нескольких (от 2 до 30) спутников, излучающих специальные радиосигналы;

- Наземная система управления и контроля, включающая блоки измерения текущего положения спутников и передачи на них полученной информации для корректировки информации об орбитах;

- Приёмное клиентское оборудование («спутниковых навигаторов»), используемое для определения координат;

- Опционально: информационная радиосистема для передачи пользователям поправок, позволяющих значительно повысить точность определения координат.

Принцип работы спутниковых  систем навигации основан на измерении  расстояния от антенны на объекте (координаты которого необходимо получить) до спутников, положение которых известно с  большой точностью. Таблица положений  всех спутников называется альманахом, которым должен располагать любой  спутниковый приёмник до начала измерений. Обычно приёмник сохраняет альманах в памяти со времени последнего выключения и если он не устарел — мгновенно  использует его. Каждый спутник передаёт в своём сигнале весь альманах. Таким образом, зная расстояния до нескольких спутников системы, с помощью  обычных геометрических построений, на основе альманаха, можно вычислить  положение объекта в пространстве.

Метод измерения расстояния от спутника до антенны приёмника  основан на определённости скорости распространения радиоволн. Для  осуществления возможности измерения  времени распространения радиосигнала каждый спутник навигационной системы  излучает сигналы точного времени  в составе своего сигнала используя  точно синхронизированные с системным  временем атомные часы. При работе спутникового приёмника его часы синхронизируются с системным временем, и при дальнейшем приёме сигналов вычисляется задержка между временем излучения, содержащимся в самом  сигнале, и временем приёма сигнала. Располагая этой информацией, навигационный  приёмник вычисляет координаты антенны. Дополнительно накапливая и обрабатывая  эти данные за определённый промежуток времени, становится возможным вычислить  такие параметры движения, как  скорость (текущую, максимальную, среднюю), пройденный путь и т. д. [1]

В реальности работа системы  происходит значительно сложнее. Ниже перечислены некоторые проблемы, требующие специальных технических  приёмов по их решению: 
           - Отсутствие атомных часов в большинстве навигационных приёмников. Этот недостаток обычно устраняется требованием получения информации не менее чем с трёх (2-мерная навигация при известной высоте) или четырёх (3-мерная навигация) спутников; (При наличии сигнала хотя бы с одного спутника можно определить текущее время с хорошей точностью); 
           - Неоднородность гравитационного поля Земли, влияющая на орбиты спутников; 
           - Неоднородность атмосферы, из-за которой скорость и направление распространения радиоволн может меняться в определённых пределах; 
          - Отражения сигналов от наземных объектов, что особенно заметно в городе; 
          - Невозможность разместить на спутниках передатчики большой мощности, из-за чего приём их сигналов возможен только в прямой видимости на открытом воздухе.

2.2 Точность системы ГЛОНАСС

Определению правильного  псевдорасстояния погрешности мешают следующие факторы для ГЛОНАСС  системы: 

         2.3_Технические детали работы систем ГЛОНАСС 
         Некоторые особенности основных систем спутниковой навигации ГЛОНАСС:  
система имеют двойное назначение — военное и гражданское, поэтому излучает два вида сигналов: один с пониженной точностью определения координат (~100 м) для гражданского применения и другой высокой точности (~10-15 м и точнее) для военного применения. Для ограничения доступа к точной навигационной информации вводят специальные помехи, которые могут быть учтены после получения ключей от соответствующего военного ведомства. В настоящее время эти помехи отменены, и точный сигнал доступен гражданским приёмникам, однако в случае соответствующего решения государственных органов стран-владельцев военный код может быть снова заблокирован

Спутники ГЛОНАСС (шифр «Ураган») находятся в трёх плоскостях на высоте примерно 19 100 км. Номинальное количество спутников в обеих системах — 24. Группировка ГЛОНАСС была полностью  развёрнута в декабре 1995-го, но с  тех пор значительно деградировала [2].

Система использует сигналы на основе т. н. «псевдошумовых последовательностей», применение которых придаёт ей высокую помехозащищённость и надёжность при невысокой мощности излучения передатчиков.

В соответствии с назначением, в системе есть две базовые  частоты — L1 (стандартной точности) и L2 (высокой точности). В ГЛОНАСС используется частотное разделение сигналов, т. е. каждый спутник работает на своей частоте и, соответственно, L1 находится в пределах от 1602,56 до 1615,5 МГц и L2 от 1246,43 до 1256,53. Сигнал в L1 доступен всем пользователям, сигнал в L2 — только военным (то есть, не может быть расшифрован без специального секретного ключа).

Каждый спутник системы, помимо основной информации, передаёт также вспомогательную, необходимую  для непрерывной работы приёмного  оборудования. В эту категорию  входит полный альманах всей спутниковой  группировки, передаваемый последовательно  в течение нескольких минут. Таким  образом, старт приёмного устройства может быть достаточно быстрым, если он содержит актуальный альманах (порядка 1-й минуты) - это называется «тёплый старт», но может занять и до 15-ти минут, если приёмник вынужден получать полный альманах -т. н. «холодный старт». Необходимость в «холодном старте» возникает обычно при первом включении приёмника, либо если он долго не использовался.

Для подавления сигналов спутниковых  навигационных систем используются передатчики активных помех. Впервые  широкой общественности передатчики разработки российской компании «Авиаконверсия» были представлены в 1997 году на авиасалоне МАКС-1997.

2.4 Дифференциальное измерение

 Отдельные модели спутниковых приёмников позволяют производить т.н. «дифференциальное измерение» расстояний между двумя точками с большой точностью (сантиметры). Для этого измеряется положение навигатора в двух точках с небольшим промежутком времени. При этом, хотя каждое такое измерение имеет точность порядка 10-15 метров без наземной системы корректировки и 10-50 см с такой системой, измеренное расстояние имеет погрешность намного меньшую, так как факторы, мешающие измерению (погрешность орбит спутников, неоднородность атмосферы в данном месте Земли и т. д.) в этом случае взаимно вычитаются. Кроме того, есть несколько систем, которые посылают уточняющую информацию («дифференциальную поправку к координатам»), позволяющую повысить точность измерения координат приёмника до десяти сантиметров. Дифференциальная поправка основана либо на геостационарных спутниках либо на наземных базовых станциях, может быть платной или бесплатной [4].

2.5 Классификация антенн ГЛОНАСС-навигаторов

По конструкивному исполнению антенны ГЛОНАСС-навигаторов бывают двух видов:

         - внутренняя (встроенная) антенна - находится внутри корпуса навигатора; 
           - внешняя аненна - устанавливается снаружи навигатора и соединяется с ним кабелем.

Независимо от конструктивного исполнения, антенны всех ГЛОНАСС-навигаторов различаются по принципу приёма  радиосигналов и  бывают двух типов: 
          плоская (Patch) антенна;  
          спиралевидная (Helix) антенна.

Название плоской антенны (Helix) связано с особенностью ее конструкции. Она представляет собой диэлектрик цилиндрической формы с навитой на него спиралью [5]. Если антенна внутренняя, то тип антенны можно определить визуально - плоская антенна располагается внутри корпуса навигатора и снаружи её не видно, а спиралевидная – выступает за пределы корпуса навигатора.

2.6 Характеристики разных типов антенн ГЛОНАСС-навигаторов

В действительности на качество приема сигнала влияет не тип конструкции, а усиление антенны и ее диаграмма  направленности. Эти параметры в  свою очередь зависят от размеров антенны.

Плоская антенна (Patch) – более предпочтительна для использования в автомобильных ГЛОНАСС-навигаторах, поскольку более приспособлена для приёма сигнала от спутников, располагающихся вверху, а не у горизонта, что более важно в условиях гористой или лесистой местности. Кроме того, согласно алгоритму работы приемник выбирает спутники, которые расположены под большим углом к горизонту, т.е. вверху. Вместе с новейшими высокочувствительными чипсетами плоская антенна обеспечивает непрерывное позиционирование, поскольку принимает даже отраженные сигналы. Хотя точность будет уменьшаться, но в любой момент времени пользователь будет иметь рассчитанное значение координат.

Спиралевидная антенна (Helix) - более предпочтительна для использования в туристических навигаторах. Благодаря выступающей спиралевидной конструкции стержневого типа, спиралевидная антенна имеет диаграмму направленности 180 градусов и способна принимать сигнал даже от спутников, находящихся возле горизонта, также она имеет большие размеры и поэтому обеспечивает лучшее усиление, чем плоская антенна. Следовательно, приемник со спиралевидной антенной способен отслеживать большее количество спутников. Спиралевидные антенны намного лучше работают в вертикальном положении, а значит они больше подходят для портативного оборудования (трекеров, навигаторов для туристов), так как в таких ситуациях вертикальное положение более вероятно.

Опыт различных пользователей  показал, что спиралевидная антенна  в целом намного лучше принимает  радиосигнал в лесистой местности  или при высокой облачности. Из-за особенности поверхности, выступающая  спиралевидная антенна обеспечит  лучший прием во время дождя, поскольку  капли воды не собираются на ней.  Испытания современных устройств  со спиралевидной антенной показало, что они способны принимать сигнал даже в помещении с окнами и  в поезде, хотя, конечно, погрешность  в этом случае возрастает.