سیستم ناوبری خودرو

سیستم ناوبری خودرو، بخشی از کنترل‌های خودرو یا ابزار مکمل شخص ثالث است که از آن برای یافتن جهت در یک خودرو استفاده می‌شود. در این سیستم‌ها به طور معمول از یک دستگاه ناوبری ماهواره‌ای برای دریافت داده‌های مکانی استفاده می‌شود. سپس این داده‌ها با مکان خودرو بر روی جاده مرتبط می‌شوند. در صورتی که نیاز به جهت‌یابی باشد، می‌توان مسیر را محاسبه نمود. از اطلاعات ترافیک هوایی می‌توان برای تنظیم مسیر استفاده نمود.

در صورتی که سیگنال GPS از بین برود یا در حالتی که چند مسیر به واسطه محل‌های بسته در شهرها یا تونل‌ها وجود داشته باشد، می‌توان با استفاده از سنسورهایی که به گیربکس، ژیروسکوپ و یک شتاب‌سنج وصل می‌شوند، ناوبری کور انجام داد. بدین ترتیب، قابلیت اطمینان این سیستم‌ها بیشتر می‌شود. استفاده از سیستم‌های ناوبری خودکار برای توسعه خودروهای خودران، بسیار مهم و ضروری به حساب می‌آید.

بیشتر بخوانید: کروز کنترل 

تاریخچه سیستم ناوبری

سیستم‌های ناوبری خودرو در واقع، ترکیبی از بسیاری از سیستم‌های مختلف است که سال‌های سال است که وجود داشته‌اند، اما بسیار هزینه‌بر بوده یا قابل دسترسی نبوده‌اند. محدودیت‌هایی از جمله باتری، نمایشگر و توان مورد نیاز برای پردازش باید تأمین می‌شد تا پیش از آن‌که این سیستم‌ها در مقیاس تجاری عرضه شوند، بر این مشکلات غلبه شود.

• 1961: Hidetsugu Yagi یک سیستم ناوبری بی‌سیم طراحی نمود. این سیستم هنوز بسیار اولیه بود و فقط در صنایع نظامی از آن استفاده می‌شد.
• 1966: مرکز تحقیقات جنرال موتورز (GMR) بر روی سیستم‌های ناوبری غیرماهواره‌ای و یک سیستم کمکی دیگر به نام DAIR (کمک‌راننده، اطلاعات و مسیریابی) کار می‌کرد. جنرال موتورز پس از تست‌های اولیه خود به این نتیجه رسید که این روش، یک روش مقیاس‌پذیر یا عملی برای کمک به ناوبری خودرو نیست. چند دهه بعد، این مفهوم تحت عنوان OnStar مجدداً مطرح شد (در سال 1996 پا به عرصه وجود گذاشت).
• 1973: وزارت صنعت و تجارت ژاپن (MITI) و صنایع سنگین فوجی به عنوان حامی مالی، یک پروژه تحقیقاتی به نام CATC (کنترل ترافیک جامع خودروها) در خصوص سیستم‌های ناوبری خودروها انجام دادند.
• 1979: وزارت صنعت و تجارت ژاپن (MITI)، JSK (انجمن فناوری‌های برقی برای ترافیک و رانندگی خودروها) را در ژاپن تأسیس کرد.
• 1980: از قطب‌نمای برقی با یک مکانیزم جدید بر روی خودروی تویوتا مدل Crown استفاده شد.
• 1981: تحقیقات اولیه بر روی CATC منجر به تولید اولین نسل از سیستم‌های ناوبری خودرو توسط شرکت‌های ژاپنی مانند هوندا، نیسان و تویوتا شده است. آن‌ها از فناوری ناوبری کور استفاده کرده‌اند.
• 1981: از سیستم ژیروکیتور هوندا برای اولین بار بر روی سیستم‌های ناوبری موجود خودروها استفاده شد. در این سیستم، از سیستم‌های ناوبری مبتنی بر اینرسی استفاده می‌شد که فاصله پیموده‌شده، اولین نقطه و جهت پیش رو را رصد می‌کرد. این سیستم همچنین اولین سیستمی بود که نقشه بر روی آن نشان داده می‌شد.
• 1983: Etak پا به عرصه وجود گذاشت. این سیستم به گونه‌ای ارتقا داده شده بود که می‌توانست نقشه را تطبیق دهد و از ابزار ناوبری کور نیز استفاده می‌کرد. اطلاعات نقشه‌های دیجیتالی بر روی نوارهای کاست استاندارد ضبط می‌شد.
• 1987: شرکت تویوتا اولین سیستم ناوبری خود مبتنی بر CD-ROM را بر روی خودروی Crown خود به کار گرفت.
• 1989: گِرِگ هاو از شرکت دیزاین ورکس در ایالات متحده، از سیستم‌های هانتر با کامپیوترهای ناوبری در خودروی مفهومی مگنا توررو استفاده نمود. این سیستم اساساً به این منظور توسعه داده شده بود که مکان شیرهای آتش‌نشانی را به آتش‌نشان‌ها نمایش دهد. در این سیستم، هم از سیگنال‌های ماهواره‌ای و هم سیستم ناوبری کور استفاده نموده و بدین ترتیب، دقت کلی سیستم به واسطه محدودیت‌های GPS در شهر را افزایش می‌دهد. در این سیستم همچنین به جای مدل‌های قدیمی‌تر که در آن‌ها از نمایشگرهای نقشه با بردار تک‌رنگ استفاده می‌شد، از مانیتورهای اسکن تصاویر رنگی بهره گرفته شده است.
• 1990: Mazda Eunos Cosmo به عنوان اولین خودروی تولید انبوهی مطرح شد که در آن از سیستم ناوبری مبتنی بر GPS به صورت تعبیه‌شده در داخل آن استفاده شده بود.
• 1991: شرکت تویوتا از سیستم ناوبری خودرو بر اساس GPS بر روی مدل Soarer خود استفاده کرد.
• 1991: شرکت میتسوبیشی نیز از سیستم ناوبری GPS بر روی مدل Deboniar خود استفاده کرد (MMCS: سیستم ارتباطی مولتی در میتسوبیشی)
• 1992: استفاده از سیستم ناوبری GPS با صوت در خودروی Toyota Celsior.
• 1993: کانال ORF در استرالیا نمایشی از شرکت نرم‌افزاری bitmap و اختراع شاخص Werner Leibig را منتشر ساخت. این اختراع، یک نقشه الکترونیکی از شهر بود که در آن، نام خیابان‌ها و شماره خانه‌ها نیز با استفاده از سیستم ناوبری ماهواره‌ای نمایش داده می‌شد. bitmap در همان سال در Comdex نیز شرکت کرد، اما نتوانست به خوبی برای خود بازاریابی کند.
• 1994: در اولین مدل اروپایی سری 7 شرکت BMW، از سیستم ناوبری GPS استفاده شد. این سیستم ناوبری با همکاری شرکت فیلیپس (Philips CARIN) طراحی شده بود.
• 1995: اولدزموبیل، اولین سیستم ناوبری GPS خود را بر روی خودروهای تولیدی خود در ایالات متحده ارائه نمود. این سیستم، GuideStar نام داشت.
• 1995: دستگاهی به نام «دستیار موبایل» یا به اختصار، MASS توسط یک شرکت در مونیخ به نام ComRoad AG تولید شد و برنده عنوان «بهترین محصول در محاسبات موبایل» بر روی CeBit را در مجله Byte به خود اختصاص داد. این سیستم دارای ناوبری دور به دور از طریق اتصال اینترنت بود که هم با GPS و هم با سنسور سرعت در خودرو کار می‌کرد.
• 1995: آکورا اولین سیستم ناوبری خود مبتنی بر هارد دیسک در مدل RL سال 1996 را مورد بهره‌برداری قرار داد.
• 1997: سیستم ناوبری با استفاده از سیستم GPS تفاضلی به عنوان یک آپشن کارخانه‌ای بر روی تویوتا پریوس قرار گرفت.
• 1998: از اولین سیستم ناوبری مبتنی بر DVD بر روی Toyota Progres استفاده شد.
• 2000: ایالات متحده یک سیستم سیگنال GPS دقیق‌تر برای استفاده در شهر توسعه داد.
• 2003: شرکت تویوتا اولین سیستم ناوبری صنعتی دارای هارد دیسک و اولین سیستم ناوبری دارای DVD را با کنترل تراکم برقی معرفی نمود.
• 2007: شرکت تویوتا سیستم نقشه بر اساس تقاضای خود را معرفی کرد. این گزینه، یک فناوری برای توزیع به روز رسانی‌های نقشه در سیستم‌های ناوبری خودرو بود که به عنوان اولین سیستم در نوع خود توسعه داده شده بود.
• 2008: اولین سیستم کمکی ترمز متصل به سیستم ناوبری و سیستم ناوبری متصل به سیستم تعلیق متغیر سازگارشونده (NAVI/AI-AVS) بر روی تویوتا Crown قرار داده شد.

فناوری سیستم های ناوبری

پایگاه داده جاده به صورت یک نقشه برداری است. نام یا شماره خیابان‌ها و شماره خانه‌ها و همچنین نقاط مورد علاقه (نقاط مسیر) به صورت مختصات جغرافیایی کدبندی شده‌اند. این کار به کاربران اجازه می‌دهد تا بتوانند مقصد دلخواه خود را بر اساس آدرس خیابان یا به صورت مختصات جغرافیایی پیدا کنند.

قالب پایگاه داده‌ نقشه‌ها به صورت کاملاً اختصاصی و مربوط به هر یک از شرکت‌ها است. این قالب‌ها هیچ استاندارد صنعتی خاصی برای نقشه‌های ناوبری ماهواره‌ای ندارند، اما در هر صورت برخی از شرکت‌ها سعی می‌کنند تا از SDAL و استاندارد داده‌های ناوبری (NDS) استفاده کنند. فروشندگان داده‌های نقشه مانند Tele Atlas و Navteq مبنای نقشه‌های خود را در قالب GDF (فایل‌های داده جغرافیایی) ارائه کرده‌اند، اما هر یک از سازندگان قطعات الکترونیکی آن را معمولاً به صورت بهینه و معمولاً به شکلی اختصاصی تفسیر می‌کنند. GDF یک استاندارد CD برای سیستم‌های ناوبری به حساب نمی‌آید. GDF در قالب داخلی یک سیستم ناوبری بر روی یک CD-ROM مورد استفاده قرار گرفته و به آن تبدیل می‌شود. CDF (قالب پایگاه داده CARiN) نیز یک قالب اختصاصی برای نقشه‌های ناوبری است که توسط شرکت فیلیپس تولید شده است.

SDAL یک قالب نقشه اختصاصی است که توسط شرکت Navteq توسعه داده شده است. این قالب به صورت مستقل از حکومت پادشاهی منتشر شده است و امید دارد تا به یک استاندارد صنعتی برای نقشه‌های دیجیتال برای ناوبری تبدیل شود، اما استقبال چندانی از آن در صنعت صورت نگرفته است. فروشندگانی که از این قالب استفاده می‌کنند، به شرح زیر هستند:

• مایکروسافت
• ماگلان
• پایونیر
• پاناسونیک
• کلاریون
• اینفوگیشن
• InfoGation

سیستم GPS طراحی‌شده توسط شرکت فیلیپس بر روی خودرو اپل امگا مدل سال 1995

استاندارد داده‌های سیستم ناوبری (NDS)

مبدأ استاندارد داده‌های ناوبری (NDS) یک گروه صنعتی از خودروسازان، سازندگان سیستم‌های ناوبری و تأمین‌کنندگان داده‌های نقشه هستند که هدف آن‌ها، استانداردسازی برای قالب داده‌های مورد استفاده در سیستم‌های ناوبری خودرو است. این گروه همچنین بر آن هستند تا قابلیتی را برای به روزرسانی نقشه فراهم آورند. تلاش برای NDS در سال 2004 آغاز شده است و در سال 2009 به صورت یک انجمن ثبت شده در آمد. استانداردسازی می‌تواند کمک کند تا سیستم‌ها بتوانند با هم کار کنند، به خصوص این‌که اجازه می‌دهد تا از یک سری نقشه‌های واحد در سیستم‌های ناوبری تولیدشده توسط 20 سازنده استفاده شود. این شرکت‌ها عبارتند از: BMW، فولکس‌واگن، دایملر، رنو، ADIT، Aisin AW، Alpine Electronics، Navigon، Navis-AMS، بوش، دنسو، میتسوبیشی، صنایع بین‌المللی هارمان، پاناسونیک، Preh Car Connect که قبلاً TechniSat نام داشته است، PTV، کانتیننتال AG، کلاریون، Navteq، TomTom و زنرین.

رسانه‌های سیستم ناوبری

پایگاه داده جاده‌ها را می‌توان بر روی یک حافظه صرفاً خواندنی (ROM) حالت جامد، رسانه نوری (CD یا DVD)، فلش مموری، رسانه مغناطیسی (هارد دیسک) یا ترکیبی از آن‌ها ذخیره نمود. یکی از روش‌های مرسوم این است که یک نقشه مبنا به صورت دائم بر روی یک ROM ذخیره شود. سپس می‌توان از این نقشه با جزئیات بیشتر بر اساس نیازمندی‌ها و علایق کاربر استفاده نمود. حافظه ROM را همیشه در کارخانه برنامه‌نویسی می‌کنند؛ رسانه دیگر را هم می‌توان برنامه‌نویسی کرد. همچنین می‌توان برنامه‌های مورد نظر را از طریق یک CD یا DVD یا از طریق یک کامپیوتر با اتصال به یک شبکه بی‌سیم (مانند بلوتوث یا وایفای) مورد استفاده قرار داد. علاوه بر این، می‌توان این برنامه‌ها را به صورت مستقیم از روی یک کارت‌خوان برداشت.

برخی از تولیدکنندگان دستگاه‌های ناوبری، نقشه‌های خود را به صورت رایگان برای مشتریان خود به روز می‌کنند. این به روزرسانی‌ها را می‌توان از وب‌سایت فروشندگان به دست آورد که برای این کار لازم است تا دستگاه ناوبری به یک کامپیوتر شخصی متصل شود.

داده‌های لحظه‌ای سیستم ناوبری

برخی از سیستم‌ها می‌توانند اطلاعات مورد نیاز خود را از طریق TMC، RDS یا با استفاده از انتقال داده‌های GPRS/3G از طریق گوشی‌های موبایل دریافت کرده و نمایش می‌دهند.

در عمل، شرکت گوگل در سال 2014، Google Maps را برای سیستم‌های اندروید و iOS به روزآوری کرده است تا به کاربران خود هشدار دهد که می‌توانند از مسیرهایی سریع‌تر استفاده کنند. این تغییر کمک کرده است تا داده‌های لحظه‌ای با اطلاعات مربوط به بخش‌های دورتر مسیر یکپارچه شوند.

یکپارچه‌سازی و سایر کارکردهای سیستم ناوبری

• از صفحات LCD رنگی بر روی برخی از سیستم‌های ناوبری می‌توان برای نمایش کانال‌های تلویزیونی یا فیلم‌های سینمایی روی DVD نیز استفاده نمود.
• تعداد اندکی از این سیستم‌ها هم هستند که می‌توان آن‌ها را با گوشی‌های موبایل یکپارچه ساخته (یا با آن‌ها ارتباط برقرار کرد). با این کار می‌توان از هندزفری استفاده کرد و پیامک ارسال نمود (مثلاً با استفاده از بلوتوث یا وایفای).
• سیستم‌های ناوبری خودرو می‌توانند دارای مدیریت اطلاعات شخصی برای جلسات هم باشند که می‌توان آن‌ها را با سیستم اطلاعات ترافیکی و حمل و نقل عمومی ترکیب کرد.

ارائه سیستم ناوبری به صورت آپشن بر روی خودروها

بسیاری از خودروسازان، دستگاه ناوبری GPS را به صورت یک آپشن برای خودروهای خود ارائه می‌نمایند. مشتریانی که خودروهای آن‌ها بدون سیستم GPS به آن‌ها ارائه می‌شوند، می‌توانند دستگاه‌های اصلی GPS که توسط سازنده خودروی آن‌ها ارائه شده است را خریداری کرده و بر روی خودروی خود نصب نمایند. در برخی از موارد که جای این سیستم‌ها به همراه سیم‌های مخصوص آن‌ها در خودرو تعبیه شده باشد، به راحتی می‌توان این دستگاه‌ها را در خودرو جا زده و به آسانی نصب کرد. اما در برخی دیگر از خودروها برای نصب این سیستم‌ها لازم است تا سیم‌کشی‌های جدیدی ایجاد شود و بنابراین، نصب آن‌ها دشوارتر است.

مزیت اصلی این روش، همان نصب یکپارچه و کارخانه‌ای به صورت استاندارد است. بسیاری از سیستم‌های اصلی دارای یک قطب‌نمای ژایرویی و یک شتاب‌سنج هستند. این سیستم‌ها می‌توانند ورودی خود را از طریق سنسورهای سرعت خودرو و خروجی سیگنال دیفرانسیل عقب دریافت کنند. بنابراین زمانی که سیگنال GPS هم وجود نداشته باشد، این سیستم از طریق ناوبری کور کار خود را انجام می‌دهد. با این حال، هزینه‌های این سیستم‌ها بسیار بیشتر از سایر گزینه‌های ممکن است.

پیامک سیستم ناوبری

تعیین نقاط دلخواه در لحظه و ارسال آن‌ها از طریق شبکه‌های گوشی‌های سلولی GSM با استفاده از سرویس پیام‌کوتاه (SMS) را Gps2sms می‌نامند. برخی از وسایل نقلیه و کشتی‌ها مجهز به سخت‌افزارهایی هستند که در صورت وقوع یک اتفاق مانند سرعت، انحراف لنگر یا شکسته‌شدن، به صورت خودکار پیامکی را ارسال می‌نمایند. طرف دریافت‌کننده پیامک (مثلاً کامیون یدک‌کش) نقطه مسیر را در سیستم کامپیوتر خود ذخیره می‌نماید، نقشه‌ای را به سمت محل مورد نظر ترسیم می‌کند یا این‌که آن را در سیستم ناوبری خود ملاحظه می‌نماید.