专利名称：一种智能车辆导航装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及车辆的附加装置，确切地说是一种车辆自动导航、定位的导航装置。
为弥补GPS卫星定位系统先天性的不足，可加入类似惯性导航的装置，如电子陀螺仪可辅助导航系统计算程序推估车辆行进路线，电子陀螺仪需参考车辆的车速讯号，才能计算出推估的行进方向及行进距离，若车辆的车速讯号有误差存在，则电子陀螺仪不仅会计算产生误差，而且此误差是以累计的方式存在，会造成使用的时间愈久，误差将愈来愈大。
在日本导航系统的应用中，为了修正GPS定位卫星讯号的误差，在一已知精确经纬度坐标的地点设置基地台，基地台接收GPS定位卫星讯号后，解算出GPS定位卫星讯号的误差值，再将误差值资料转换成DGPS差分定位的格式，而日本为了达到ITS智能型运输系统的效果，利用道路底下所掩埋的感应线圈，收集道路上车辆流动速率的资料，由道路行控中心整理后，透过调频副载波广播系统及同构型装置，将DGPS差分定位资料及实时道路信息，发送给行驶中的导航系统接收，用以让导航系统使用者得知何处道路是属于壅塞、封闭等状况。
然而上述的汽车卫星导航系统是单纯依赖卫星来定位、导航，卫星传输信号虽然占有特殊的频段，在无线通信发达的今天，无线频率之间的干扰是不可避免的，这必然会给导航系统带来误差，加上卫星本身传输过程中的误差，一般只能根据卫星导航系统确定大概的方位，准确的方位是难以判断的，尤其是在交通网络比较密集的区域，这种误差就会带来很大的不便，同时，导航系统中仅依靠卫星，缺乏必要的地理、交通资料，即使驾驶者判定了自己所在的位置，仍无法明确下一步行驶的途径。
本发明的另一个目的，除自主性导航外，并可透过无线电传输资料的方式，取得相关单位提供的实时路况信息，以使导航系统能自动化的参酌道路实况信息，有效地避开拥塞、封闭等状况。
本发明的另一个目的，在于本发明可以提供车辆直线加速度和转向角、俯仰角及倾斜角四个车辆方位姿态变化的信息，让导航系统根据此数据结合卫星数据运算控制，做出更为准确的方位计算结果。
本发明的另一个目的，在于包含一无线通讯单元，可通过无线通讯单元，与远程装置进行数据传输与交换的功能。
本发明的另一个目的，在于包含一语音指令遥控单元，可提供直接以语音方式输入的操作指令，来操作导航系统，让车辆驾驶者在操作本系统时，不需将手离开方向盘，以保障行车的安全。
本发明的另一个目的，在于包含一安全间距检测单元，可以微波雷达的方式，检测与前方物体的距离，并配合自我车辆的车速，计算出应保持的安全距离。
本发明的另一个目的，在于包含一影音娱乐单元，随时提供使用者多方向的影音娱乐效果。
一种智能车辆导航装置，其包括有电源装置、中央处理单元、显示装置、GPS全球卫星定位单元、资料存储单元，电源装置给中央处理单元和GPS全球卫星定位单元提供动力，GPS全球卫星定位单元和该电源装置及中央处理单元连接，用以接收定位卫星之定位讯号，并传送至中央处理单元；由中央处理单元计算、对比所传输的卫星信号，并从资料存储单元调取相应的地理、交通数据，输出至显示装置。
中央处理单元包括CPU中央处理器、运算内存、标准数据传输接口及图形显示处理器，其中该中央处理器通过标准数据传输接口，用以对GPS全球卫星定位单元及其它功能单元之数据进行交换、处理及控制，再经由图形显示处理器将导航系统运算控制软件的画面资料，送达显示器。
三向行驶状态及加速度检测单元，包括直线加速度测量电路、俯仰角测量电路、转向角测量电路、倾斜角测量电路、微处理器和数据传输接口，其和电源装置及中央处理单元连接，用以检测及计算出车辆行进的速度和俯仰角、水平角的角度变化，并传送至中央处理单元，由中央处理单元将数据运算、处理，对比GPS接收器接收到卫星信号的数据，计算出GPS卫星信号的误差，并修正该误差。
无线通讯单元，包含无线通讯模块、通讯天线、数据传输接口，其和电源装置及中央处理单元连接，接收远端传输装置传送的DGPS差分定位的误差修正值，以及道路状况，如施工、交通堵塞等实时路矿信息，经数据传输接口输出到中央处理单元，由中央处理单元运算，计算出最佳的行驶途径。
上述的无线通讯单元还可设置能接入GSM等无线通讯系统的无线接收装置，从网络上下载交通及其他信息。
语音指令遥控单元，包含声音对比数码信号处理器、软件存储内存、声音数据存储器、麦克风及数据传输接口，其和电源装置及中央处理单元连接；语音指令由麦克风记录输出到声音对比数码信号处理器，声音对比数码信号处理器对比记录的声音信号和声音数据存储器存储的数据比较，并将对比出的相应数码数据指令，通过数据传输接口输出至中央处理单元。
安全间距检测单元，包括微处理器、超高频振荡电路、功率放大器、前置放大器、检波电路、电子开关、微波天线及数据传输接口，其和电源装置及中央处理单元连接，通过微处理器控制，超高频振荡电路产生震荡讯号，并通过功率放大器、电子开关，由微波天线发射出去，折射回来的回波由微波天线转换成电信号，经前置放大器、检波电路，将信号传输至微处理器，微处理器计算出车辆与前方物体的距离，通过显示器及蜂鸣器通知驾驶者注意。
影音娱乐单元，包括电子开关、计算机游戏解码电路、DVD解码电路、TV解调电路、CD声音解码电路、AM/FM解调电路、前后级放大电路、微处理器和喇叭，其和该电源装置及中央处理单元之标准数据传输界面连接，中央处理单元控制微处理器选择任意项影音娱乐设备，由微处理器控制该设备输出音频或视频信号。
本发明，是提供一种智能车辆导航装置，利用GPS全球卫星定位接收器，配合数字电子地图资料及显示器，利用中央处理单元对搜集到的信息进行计算、处理，并从资料存储单元调出相应的地理、交通数据，在显示器上显示出车辆在地图上相对的所在位置，并能由使用者自行设定出发地与目的地，再由本发明计算出最佳的行驶路线，导引使用者到达其所设定的目的地。
本发明除自主性导航外，并可利用无线通讯单元透过无线电传输资料的方式，与相关单位取得联系，获取相关单位提供的实时路况信息，像道路施工情况、车流量情况、车辆限行等情况，这些信号通过中央处理单元运算，使本发明能自动化的参照前方交通的实况信息，有效地避开拥塞、封闭等状况，选择最佳的行驶途径。
本发明设置了直线加速度测量装置、俯仰角测量装置、转向角测量装置、倾斜角测量装置，可以实时检测车辆行驶时上述的状况，使得本发明可以提供车辆直线加速度和转向角、俯仰角及倾斜角四个车辆方位姿态变化的信息，让导航系统根据此数据结合卫星数据运算控制，做出更为准确的方位计算结果。
本发明包含之无线通讯单元，可以GSM/GPRS/CDMA移动电话作为无线数据通讯之传输，除了可接收DGPS卫星差分信号修正值及道路状况的实时路况信息，以使导航系统能自动化的参酌道路实况信息，有效地避开拥塞、封闭等状况外，亦可透过行动通讯业者的MSC数据交换机、SMSC短信息中心的交换机设备和互联网连接，即可透过无线通讯单元接收及传递信息，在导航系统运算控制软件的使用画面上，收发个人电邮和用网络浏览器去浏览网络上的信息。本发明亦可包括一组移动电话免持听筒功能的配件，以确保使用者的行车安全。
本发明包含的语音指令遥控单元，是以数码信号处理器DSP来达到声音比对的功能，将语音指令转换为数字指令讯号，以遥控导航系统运算控制的操作，只要发出想要操作的语音指令，无需使用到双手的操作，可以为驾驶者提供更有安全性的保障，若搭配红外线的遥控装置同时操作，亦能达到方便其他座位乘客的使用。
本发明包含的安全间距检测单元，利用微波具有直线性及远距离的特点，可以在任何天候及环境下，检测车辆与前方物体的距离，经由导航系统运算控制的事先设定，加上比对由三向行驶状态及加速度检测单元所检测计算出来的车速，在不同车速时给予不同安全间距的提示警告。
图7为本发明实施例安全距离检测单元的组成结构图，图8为本发明实施例影音娱乐单元的组成结构图，图9为本发明实施例具体安装的结构示意图，图中，11为电源装置，20为中央处理单元，21为中央处理器，22为运算内存，23图形处理器，24为标准数据传输接口，30为GPS卫星定位单元，31为GPS接收天线，32为GPS接收器，33为数据传输接口，40为三向行驶状态检测单元，41为微处理器，42为直线加速度测量电路，43为俯仰角测量电路，44为转向角测量电路，45为倾斜角测量电路，46为数据传输接口，50为无线通讯单元，51为无线通讯模块，52为通讯天线，53为数据传输接口，60为语音指令遥控单元，61为声音对比DSP数码信号处理器，62为软件存储内存，63为声音数据存储器，64为麦克风，65为数据传输接口，70为安全距离检测单元，71为微处理器，72为超高频振荡电路，73为功率放大器，74为前置放大器，75为检波电路，76为电子开关，77为微波天线，78为数据传输接口，80为影音娱乐单元，81为视频电子开关，82为音频电子开关，83为计算机游戏解码电路，84为DVD解码电路，85为TV解调电路，86为CD音频解码电路，87为AM/FM解调电路，88为前后级放大电路，89为微处理器，90为资料存储单元，100为彩色显示器，也为前座显示器，101为后座显示器，102为汽车音响喇叭，其中，在车辆的两侧设置四个(A、B、C、D)喇叭。
三向行驶状态及加速度检测单元40，其和该电源装置11及中央处理单元20连接，用以检测及计算出车辆行进的速度和角度变化，并传送至中央处理单元20；无线通讯单元50，其和该电源装置11及中央处理单元20连接，用以在需要时，将传送及接收的资料，由该无线通讯单元50与外界沟通；语音指令遥控单元60，其和该电源装置11及中央处理单元20连接，用以接收语音指令及将其转换为数字讯号，并传送至中央处理单元20安全间距检测单元70，其和该电源装置11及中央处理单元20连接，用以测量车辆与前方物体间相距之距离，并传送至中央处理单元20；影音娱乐单元80，其和该电源装置11及中央处理单元20之标准数据传输界面24连接，用以提供多项的影音视听娱乐；资料存储单元90，其和该电源装置11及中央处理单元20连接，用以储存记忆导航系统运算控制软件、数字电子地图资料及使用者及或导航系统的自建资料；彩色显示器100，其和该电源装置11及中央处理单元20连接，用以接收中央处理单元20传送来的地图画面及或图形界面等资料，并将资料显示于屏幕上；
图1所示，本发明其包括的电源为任意的直流电源，可直接连接于使用车辆的电池为电源，为使电源管理更为有效率，及不影响车辆原始电气电路的运行，以连接一电源管理单元为更佳；该电源管理单元可采用电源管理IC或传统电源管理电路。
图2所示为中央控制单元，其中包含一CPU中央处理器21、一运算内存22、一标准数据传输接口24及一图形显示处理器23，其中该中央处理器21通过标准数据传输接口24，用以对GPS全球卫星定位单元30、三向行驶状态及加速度检测单元40、无线通讯单元50、语音指令遥控单元60、安全间距检测单元70及影音娱乐单元80等各单元间之数据进行交换、处理及控制，再经由图形显示处理器23将导航系统运算控制软件的画面资料，送达彩色显示器100显示。
图3所示为GPS全球卫星定位单元，其中包含一GPS接收天线31、一GPS接收器32及一数据传输接口33，由GPS接收天线31接收到卫星讯号，经GPS接收器32计算出经纬度等资料，透过数据传输接口33，交由中央控制单元20执行导航系统运算控制软件，将经度坐标资料及纬度坐标资料经过计算分析，得知该坐标资料属于那个相对应范围的数字电子地图，再从资料存储单元90中读取出该相对应的数字电子地图档案，于彩色显示器100屏幕上显示出车辆的所在位置。
图4所示为三向行驶状态及加速度检测单元，其中包含一直线加速度测量电路42、一俯仰角测量电路43、一转向角测量电路44、一倾斜角测量电路45、一微处理器41及一数据传输接口46，由四组不同的测量电路，将量测到之数据传送给微处理器41，计算车辆行进中的直线加速度、转向角度及俯仰角度等惯性导航的参数，透过数据传输接口46，交由中央控制单元20执行导航系统运算控制，比对GPS接收器32所提供车速及行进方向的资料，计算出GPS定位卫星讯号有多大范围的误差值，来辅助修正GPS定位卫星讯号的误差，及当GPS定位卫星讯号微弱而无法得知定位坐标值，则导航系统运算控制软件以方位推估的模式进行导航程序，不会出现停1滞的状况。图5所示为无线通讯单元，其中包含一无线通讯模块51(如GSM/GPRS/CDMA移动电话)、一通讯天线52及一数据传输接口53，透过无线数据通讯之传输，可接收远程装置传送之DGPS差分定位的误差修正值，以及道路的施工或是路口壅塞等状况的实时路况信息，经过数据传输接口53，交由中央控制单元20执行导航系统运算控制软件，依据接收到的信息，自动化更改原本的预计行驶路径，重新计算出最佳的推荐行驶路径。
图6所示为语音指令遥控单元，其中包含一声音比对DSP数码信号处理器61、一软件存储内存62、一声音数据存储器63、一麦克风64及一数据传输接口65，语音指令由麦克风64收录至声音比对DSP数码信号处理器61，声音比对DSP数码信号处理器61执行比对软件程序，将收录的声音与声音数据存储器63内的资料做逐一比对，再将比对出的相对应数字资料指令，透过数据传输接口65，交由中央控制单元20遥控导航系统运算控制软件之操作。
图7所示为安全间距检测单元，其中包含一微处理器71、一超高频振荡电路72、一功率放大器73、一前置放大器74、一检波电路75、一电子开关76、一微波天线77及一数据传输接口78，通过微处理器71的控制，超高频振荡电路72产生约24.125GHz之振荡讯号，由功率放大器73将讯号放大，讯号经过微处理器71控制的电子开关76，控制切换发射与接收的时间，在微波天线77将振荡讯号转换成直束状的电磁波，电磁波朝车辆前方发射，使其讯号在碰到前方的物体或车辆时，能反弹回电磁波由微波天线77接收转换为电子讯号，前置放大器74将接收后的微弱讯号放大，经过检波电路75把实际有效的讯号送到微处理器71，计算出车辆前方物体的距离资料，透过数据传输接口78，交由中央控制单元20执行导航系统运算控制软件，比对计算本身车辆的车速与前方物体的距离，当小于事先设定于导航系统运算控制软件的行车安全距离时，实时透过彩色显示器100画面及声响警告驾驶者，随时确保行车安全。
图8所示为影音娱乐单元，其中包含一视频电子开关81、一音频电子开关82、一计算机游戏解码电路83、一DVD解码电路84、一TV解调电路85、一CD音频解码电路86、一AM/FM解调电路87、一前后级放大电路88、一微处理器89及一汽车音响喇叭102，由中央控制单元20透过标准数据传输界面24，通知微处理器89控制视频电子开关81及音频电子开关82选择任一影音娱乐设备，再由微处理器89控制该设备输出视频及或音频，视频的部份是将画面传送至前座显示器100及或后座显示器101，音频的部份是将音频讯号传送至前后级放大电路88，再经由汽车音响喇叭102发出声音。本发明兼具通讯、双向信息传递和安全与娱乐功能的智能车辆导航装置，其中所包含的三向行驶状态及加速度检测单元，可直接检测出直线加速度、转向角度、俯仰角度及车辆倾斜角度，是比电子陀螺仪更为精准及更为详细的方位推估资料，可提供导航运算控制软件做出更为确实的定位导航及地图比对显示效能。
图9所示具体组装图，一主机机箱内置有中央控制单元20、影音娱乐单元80、GPS全球卫星定位单元30、无线通讯单元50、语音指令遥控单元60及安全距离检测单元70，而此机箱可安置仪表板内或置于前座椅下方，亦可如图标置于后行李箱内。
当系统是在执行地图导航画面时，中央控制单元20执行导航系统运算控制，将GPS接收天线31接收到的GPS卫星定位讯号，放大后传送到GPS全球卫星定位单元30，经GPS接收器32计算出所在地的经纬度等资料，透过数据传输界面33，交由中央控制单元20执行导航系统运算控制，再从资料存储单元90中读取出相对应的数字电子地图，于彩色显示器100之画面上显示出车辆的所在位置；三向行驶状态及加速度检测单元40，将量测后计算出的车辆行进中的直线加速度、转向角度及俯仰角度，透过数据传输界面46，传递给中央控制单元20，导航系统运算控制软件运用接收到的车辆行驶状态资料，辅助修正定位卫星讯号的误差，若GPS卫星定位讯号是处于无法接收的状态，导航系统运算控制软件则自动切换到自我导航的模式，直接采用三向行驶状态及加速度检测单元40所计算传送的数据，暂时以方位推估的惯性导航模式运行，以达到导航运算控制软件不会出现停滞的状况。
无线通讯单元50使用之通讯天线52，可使用任何符合无线通讯单元50频率规格的现有天线产品，本实例采用架设于后行李箱上的外接天线，透过通讯天线52接收到远程装置所传送的无线数据通讯，无线通讯单元50经过数据传输界面53，交由中央控制单元20执行导航系统运算控制软件，依据接收到的DGPS卫星差分讯号的误差修正值，以及道路的施工或是车行壅塞状况的信息，立即自动计算出最佳的推荐行驶路径，再重新于彩色显示器100的屏幕上显示此推荐行驶路径。驾驶者在车辆行驶中，若想要操作导航运算控制，可以透过语音指令遥控单元60的麦克风64，讲出对应的语音指令，语音指令遥控单元60将声音讯号比对转换为数字讯号，经由数据传输界面65把数字讯号传送给导航系统运算控制，导航系统运算控制则依照指令执行程序，在本实施例中若搭配触摸屏控制或红外线遥控，也可让车辆内其它乘客同时操作导航系统运算控制及其它功能项目。
安全间距检测单元70的微波天线77可置放于车辆引擎室靠近水箱罩及保险杆或其它适当的位置，置于此处可以直接发射微波至车辆前方，接收到反射回来的回波，立即由安全间距检测单元70计算出距离，中央控制单元20在收到距离资料后，执行导航系统运算控制软件比对车速，若是小于该车速所设定应保持的距离，即在彩色显示器100的屏幕上显示出提示警告的画面。
影音娱乐单元80可选择如AM/FM频道、音乐CD、TV、DVD/VCD影片及计算机游戏的影音娱乐设备，而所选娱乐设备送出的声音讯号，透过四个汽车音响喇叭102A、102B、102C及102D，可以达到环绕音场的效果，娱乐设备的影像讯号，则可选择由置于前中控台上的前座彩色显示器100，或是置于前座椅头枕后方的后座彩色显示器101，或同时来加以显示。
权利要求
1.一种智能车辆导航装置，其包括有电源装置、中央处理单元、显示装置、GPS全球卫星定位单元、资料存储单元，电源装置给中央处理单元和GPS全球卫星定位单元提供动力，GPS全球卫星定位单元和该电源装置及中央处理单元连接，用以接收定位卫星之定位讯号，并传送至中央处理单元；由中央处理单元计算、对比所传输的卫星信号，并从资料存储单元调取相应的地理、交通数据，输出至显示装置。
2.如权利要求1所述的智能车辆导航装置，其特征在于中央处理单元包括CPU中央处理器、运算内存、标准数据传输接口及图形显示处理器，其中该中央处理器通过标准数据传输接口，用以对GPS全球卫星定位单元及其它功能单元之数据进行交换、处理及控制，再经由图形显示处理器将导航系统运算控制的画面资料，送达显示器。
3.如权利要求1所述的智能车辆导航装置，其特征在于所述三向行驶状态及加速度检测单元，包括直线加速度测量电路、俯仰角测量电路、转向角测量电路、倾斜角测量电路、微处理器和数据传输接口，其和电源装置及中央处理单元连接，用以检测及计算出车辆行进的速度和俯仰角、水平角的角度变化，并传送至中央处理单元，由中央处理单元将数据运算、处理，对比GPS接收器接收到卫星信号的数据，计算出GPS卫星信号的误差，并修正该误差。
4.如权利要求1所述的智能车辆导航装置，其特征在于所述无线通讯单元，包含无线通讯模块、通讯天线、数据传输接口，其和电源装置及中央处理单元连接，接收远端传输装置传送的GPS差分定位的误差修正值，以及道路状况，如施工、交通堵塞等实时路矿信息，经数据传输接口输出到中央处理单元，由中央处理单元运算，计算出最佳的行驶途径。
5.如权利要求1所述的智能车辆导航装置，其特征在于所述上述的无线通讯单元还可设置能接入GSM等无线通讯系统的无线接收装置，从网络上下载交通及其他信息。
6.如权利要求1所述的智能车辆导航装置，其特征在于所述语音指令遥控单元，包含声音对比数码信号处理器、软件存储内存、声音数据存储器、麦克风及数据传输接口，其和电源装置及中央处理单元连接；语音指令由麦克风记录输出到声音对比数码信号处理器，声音对比数码信号处理器对比记录的声音信号和声音数据存储器存储的数据比较，并将对比出的相应数码数据指令，通过数据传输接口输出至中央处理单元。
7.如权利要求1所述的智能车辆导航装置，其特征在于所述安全间距检测单元，包括微处理器、超高频振荡电路、功率放大器、前置放大器、检波电路、电子开关、微波天线及数据传输接口，其和电源装置及中央处理单元连接，通过微处理器控制，超高频振荡电路产生震荡讯号，并通过功率放大器、电子开关，由微波天线发射出去，折射回来的回波由微波天线转换成电信号，经前置放大器、检波电路，将信号传输至微处理器，微处理器计算出车辆与前方物体的距离，通过显示器及蜂鸣器通知驾驶者注意。
8.如权利要求1所述的智能车辆导航装置，其特征在于所述影音娱乐单元，包括电子开关、计算机游戏解码电路、DVD解码电路、TV解调电路、CD声音解码电路、AM/FM解调电路、前后级放大电路、微处理器和喇叭，其和该电源装置及中央处理单元之标准数据传输界面连接，中央处理单元控制微处理器选择任意项影音娱乐设备，由微处理器控制该设备输出音频或视频信号。
全文摘要
本发明涉及车辆的附加装置，确切地说是一种车辆自动导航、定位的导航装置。其包括有电源装置、中央处理单元、显示装置、GPS全球卫星定位单元、资料存储单元，电源装置给中央处理单元和GPS全球卫星定位单元提供动力，GPS全球卫星定位单元和该电源装置及中央处理单元连接，用以接收定位卫星之定位讯号，并传送至中央处理单元；该装置利用GPS全球卫星定位接收器，配合数字电子地图资料及显示器，在显示器上显示出车辆在地图上相对的所在位置，并能由使用者自行设定出发地与目的地，再由导航系统运算出合适的推荐路线，导引使用者到达其所设定的目的地。
文档编号G01C21/26GK1417557SQ0113449
公开日2003年5月14日 申请日期2001年11月6日 优先权日2001年11月6日
发明者张炎竹, 林家成, 蔡荣华, 黄志佳, 瑞门·孙贵明 申请人:深圳麦士威科技有限公司