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Principio di Navigazione
Un sistema di navigazione consente di effettuare, sulla base di differenti criteri (quali: percorso più veloce - strade statali - strade con pagamento pedaggio - ecc.), una pianificazione del percorso da un punto ad un'altro (in alcuni sistemi si può definire anche per quali "Tappe" intermedie desideriamo "passare").
Condizione fondamentale per pianificare un percorso è l'informazione relativa alla posizione del veicolo; bisogna disporre inoltre di una "carta stradale elettronica" (MAPPA) e di un'unità di comando (necessaria per impostare la destinazione e i criteri per calcolare il percorso) e visualizzazione/emissione (necessaria per visualizzare il percorso, la posizione del veicolo e le istruzioni vocali).
La posizione del veicolo viene determinata sulla base dei dati GPS.
GPS: breve panoramica
Il GPS è un sistema di posizionamento su base satellitare, a copertura globale e continua, gestito dal dipartimento della difesa statunitense. Il GPS è stato creato in sostituzione del precedente sistema, il "Transit". Nel 1991 gli USA aprirono al mondo il servizio con il nome SPS (Standard Positioning System), con specifiche differenziate da quello militare denominato PPS (Precision Positioning System). In pratica veniva introdotta la cosiddetta "Selective Availability" (SA) che introduceva errori intenzionali nei segnali satellitari allo scopo di ridurre l'accuratezza della rilevazione, consentendo precisioni solo nell'ordine di 100-150 metri.
Tale "degradazione del segnale" è stata disabilitata dal mese di maggio 2000, grazie a un decreto del Presidente degli Stati Uniti Bill Clinton, mettendo così a disposizione degli usi civili la precisione attuale di circa 10-20 m. Nei modelli per uso civile devono essere presenti delle limitazioni: massimo 18 km per l'altitudine e 515 m/s per velocità, per impedirne -ad esempio- il montaggio su missili da Parte di Paesi ostili.
Come funziona il GPS?
Il GPS si "basa" su dei satelliti artificiali: attualmente ci sono 31 satelliti attivi nella "costellazione GPS".
I satelliti supplementari migliorano la precisione del sistema permettendo misurazioni ridondanti. Al crescere del numero di satelliti, la costellazione è stata modificata secondo uno schema non uniforme che si è dimostrato maggiormente affidabile in caso di guasti contemporanei a più satelliti.
Il sistema di navigazione si articola nelle seguenti componenti:
* un complesso di minimo 24 satelliti, divisi in gruppi di quattro su ognuno dei sei piani orbitali (distanti 60° fra loro e inclinati di 55° sul piano equatoriale)
* 2 cicli al giorno
* una rete di stazioni di tracciamento (tracking station)
* un centro di calcolo (computing station)
* due stazioni di soccorrimento (injection stations)
* un ricevitore GPS
Ciascun satellite emette sulle frequenze di 1,5 e 1,2 GHz derivate da un unico oscillatore ad alta stabilità di clock pari a 10,23 MHz che viene moltiplicato per 154 e 120 per ottenere la frequenza delle due portanti.
Lo scopo della doppia frequenza è quello di eliminare l'errore dovuto alla rifrazione atmosferica. Su queste frequenze portanti, modulate in fase, viene modulato il messaggio di navigazione che ha un bit-rate pari a 50 bps, contenente effemeride, almanacco e stato della costellazione, tempo GPS e parametri di correzione ionosferica. Ogni satellite trasmette l'almanacco (parametri orbitali approssimati) dell'intera costellazione, ma esclusivamente le effemeridi relative a se stesso. La parte relativa alle effemeridi dura 18 secondi e viene ripetuta ogni 30 secondi. Per scaricare completamente l'almanacco dell'intera costellazione sono necessari invece 12,5 minuti.
In tal modo il ricevitore GPS, mentre effettua il conteggio doppler, riceve i parametri dell'orbita da cui deriva la posizione del satellite: viene così a disporre di tutti gli elementi necessari a definire nello spazio la superficie di posizione.
In orbita vi sono un minimo di 24 satelliti per la trasmissione di dati GPS, più 3 di scorta. Da questo si evince che da un punto del globo terrestre il ricevitore riesce a vedere solo la metà di essi, quindi 12. Ma non li vedrà mai tutti e 12 per via della loro inclinazione rispetto all'equatore. In più il ricevitore GPS stesso fa una discriminazione dei satelliti in base alla loro geometria e alla stima degli errori su ciascuno privilegiando quelli che forniscono maggior precisione.
Ricevitore GPS: nozioni di base
Il principio di funzionamento si basa su un metodo di posizionamento sferico, che consiste nel misurare il tempo impiegato da un segnale radio a percorrere la distanza satellite-ricevitore.
Poiché il ricevitore non sa quando è partito il segnale dal satellite per il calcolo della differenza dei tempi il segnale inviato dal satellite è di tipo orario grazie all'orologio presente sul satellite e il ricevitore calcola l'esatta distanza di propagazione dal satellite a partire dalla differenza (dell'ordine dei microsecondi) dell'orario pervenuto con quello del proprio orologio perfettamente sincronizzato.
Conoscendo il tempo impiegato dal segnale per giungere al ricevitore e l'esatta posizione di almeno 3 satelliti per avere una posizione 2D (bidimensionale), e 4 per avere una posizione 3D (tridimensionale), è possibile determinare la posizione nello spazio del ricevitore stesso . Tale procedimento, chiamato trilaterazione, utilizza solo informazioni di distanza ed è simile alla triangolazione, dal quale tuttavia si differenzia per il fatto di fare a meno di informazioni riguardanti gli angoli.
La modalità Differential-GPS (DGPS) utilizza un collegamento radio per ricevere dati DGPS da una stazione di terra e ottenere un errore sulla posizione di un paio di metri. La modalità DGPS-IP sfrutta, anziché onde radio, la rete Internet per l'invio di informazioni di correzione.
Esistono in commercio ricevitori GPS ("esterni"), interfacciabili mediante porta USB o connessioni senza fili come il Bluetooth, che consentono di realizzare navigatori GPS su vari dispositivi: palmari, PC, computer portatili, e, se dotati di sufficiente memoria, anche telefoni cellulari. Per la navigazione esistono software appositi, proprietari o open source che utilizzano una cartografia, anch'essa pubblica o proprietaria.
TMC: cos'è
Il servizio TMC permette di visualizzare il traffico direttamente sul proprio navigatore e in tempo reale, consentendo, ad esempio, di avvertire chi guida di un'improvvisa coda che si è creata qualche chilometro più avanti rispetto al percorso impostato sul proprio navigatore; le informazioni vengono trasmesse sulle frequenze FM ed utilizzano un particolare sistema di codifica, il protocollo TMC appunto, per cui è necessario che il navigatore lo preveda, ovvero sia dotato di un'antenna TMC e di un sistema di decodifica delle informazioni.
Alcuni modelli di navigatori sono già abilitati al TMC, per altri è invece necessario l'acquisto di un'apposita antenna.
Per ricevere le informazioni TMC bisogna che l'autoradio del veicolo (che è una "doppia banda" FM, ovvero ha due distinti ricevitori incorporati 88-108 Mhz) sia sintonizzato sulla frequenza di una emittente radio che trasmetti informazioni TMC. Questo non ha alcun impatto sul dunzionamento dell'autoradio, che può essere sintonizzata su un'altra stazione (per ascoltare musica, oppure essere in riproduzione di un CD) o anche essere spenta.
Alcuni ricevitori TMC per navigatori portatili invece incorporano già ricevitore FM e decodificatore, mentre per l'antenna si affidano al collegamento dell'antenna radio in dotazione al veicolo.
I SISTEMI DI NAVIGAZIONE PER AUTO: l'esempio BMW
Far pervenire al conducente di un'auto (ma anche di moto e veicoli commerciali) informazioni esatte sul percorso da seguire, o informazioni per eventuali varianti dettate dalla necessità di un'improvviso e non previsto cambio di percorso, oppure informazioni sul traffico (TMC) sono condizione essenziale per incrementare la sicurezza di guida, la concentrazione e l'attenzione sul traffico, la riduzione dei consumi e delle emissioni e, non in ultimo, per aumentare il piacere di guida riducendo stress e nervosismo.
Sin dal 1994 BMW offre sui propri veicoli un sistema di navigazione integrato.
Il sistema è stato numerosissime volte migliorato e perfezionato: ad esempio, a partire da Marzo 1998, il sistema è stato dotato della possibilità di ricezione ed elaborazione dei dati TMC provenienti dalle emittenti radiofoniche.
Analizziamo le versioni Mk1 e la successiva Mk2:
Come si può notare dalle immagini, il sistema Mk1 è composto da:
- Un'antenna GPS (GPSA)
- Un ricevitore GPS (GPSE)
- Un computer di navigazione (Mk-1)
- Una sonda di campo magnetico (MAFS)
- Un modulo video (VM)
- Una interfaccia grafica dedicata (GT)
- Un Monitor di bordo per la visualizzazione e i comandi (BM)
Con il sistema Mk2 l'interfaccia grafica (GT) e il sensore gyroscopico (Gyro) sono stati integrati nel Computer di Navigazione (Mk-2).
Ulteriore evoluzione è rappresentata dal sistema di navigazione Mk3:
Nel sistema Mk3, rispetto al precedente Mk2, il ricevitore GPS è integrato nel Computer di navigazione: ne risulta così un sistema semplificato e dalle maggiori prestazioni.
Il sistema Mk1 è stato "il pioniere" ed è stato utilizzato nell'alto di gamma (serie 7).
Come si nota esso contiene numerosi componenti non integrati: la "bussola magnetica"...
Decisamente di maggiore definizione il sistema Mk2 in accoppiata al monitor 4:3 (montato su serie 5 e serie 7).
DESCRIZIONE E FUNZIONAMENTO SISTEMA DI NAVIGAZIONE Mk3
Analizziamo con maggior dettaglio il funzionamento del sistema, prendendo in esame il sistema Mk3.
Il sistema si compone di:
- ANTENNA GPS:
L'antenna GPS provvede a ricevere i segnali GPS ed è direttamente collegata al Computer di Navigazione. Per il suo corretto funzionamento è ubicata in modo che la sua superdice veda "il cielo" (come si usa dire in gergo). Facile quindi intuire che è ubicata in prossimità del lunotto posteriore (sotto la cappelliera) o in prossimità del parabrezza (sotto il cruscotto).
- SENSORI VELOCITA':
Per migliorare la precisione di calcolo della posizione del veicolo viene analizzato il segnale velocità veicolo proveniente dal sistema ABS attraverso la Rete Can (il segnale è su K-Bus per BMW).
- INFORMAZIONE RETROMARCIA:
L'informazione inserimento retromarcia, come per il segnale velocità veicolo, serve ad aumentare la precisione nel calcolo del posizionamento veicolo. Su veicoli con cambio meccanico il segnale giunge dall'interruttore retromarcia che giunge al Modulo Luci (LCM). Il Modulo Luci invia l'informazione di retromarcia inserita al Computer di navigazione. Se la vettura è dotata di cambio automatico il prelievo del segnale avviene direttamente dall'interruttore posizione leva cambio.
INTERFACCE BUS:
Il Computer di Navigazione dialoga con la rete di bordo attraverso il Bus "I" e il Bus "K".
Su questi due bus (I= Bus Informazione - K= Bus Carrozzeria) viaggiano informazioni quali:
* Stato dispositivi
* Dati di Navigazione
* Dati TMC
* Dati di Codificazione
* Dati Telematici
* Stati/Parametri provenienti da altre centraline
* Azioni di comando
- RGB:
Attraverso la linea RGB viene gestita tutta la struttura dello schermo. I dati provenienti dal Computer di Navigazione arrivano al Monitor di Bordo attraverso il Modulo Video. Nelle vetture per gli Stati Uniti non è installato il Modulo Video e quindi i segnali del Computer di Navigazione arrivano direttamente al Monitor di Bordo.
- BUS NAV (Sistema di Radionavigazione MIR):
Nelle varianti con Radionavigatore (ossia senza il Monitor di Bordo ma con la sola Radio), il Computer di Navigazione invia i dati all'unità display radio attraverso il Bus di Navigazione (NAV Bus)
Il NAV Bus è una linea bus del tipo "monofilo".
- MONITOR DI BORDO:
Nel sistema Mk3 al posto di uno schermo quasi quadrato (4:3) è stato impiegato uno schermo "widescreen" (16:9).
PANORAMICA DEL SISTEMA DI NAVIGAZIONE
Prendiamo in esame gli schemi del sistema installato su: E38 e E39, E46 e E52:
Queste 2 immagini "fotografano" lo schema funzionale del Sistema di Navigazione Mk3 BMW a seconda della variante Veicolo in cui è installato.
NOTE E INFO PER INTERVENTI SERVICE SU SISTEMI DI NAVIGAZIONE Mk3
- INTERVENTI SUL COMPUTER DI NAVIGAZIONE:
Nella sostituzione di un Computer di Navigazione occorre prestare attenzione se si tratta di un montaggio orizzontale o verticale dello stesso: esistono infatti due distinti categorici da rispettare per un buon funzionamento del sistema !
Lo stacco/riattacco (o sostituzione) deve essere eseguito con chiave di accensione in posizione "0".
Dopo il montaggio chiudere tutte le porte, il cofano, il baule e attendere circa 2 minuti per il reset del K-Bus !! Il reset serve per assicurare una corretta calibrazione del sensore Gyroscopico !!
In caso di sostituzione del Computer di Navigazione lo stesso và codificato presso un autorizzato della Rete Service BMW !!
- CONFIGURAZIONE:
I dati di configurazione del sistema sono contenuti nel codice ZCS della vettura e comprendono:
* Modello
* Variante sistema di navigazione
* Variante Paese
* Equipaggiamento speciale
* Data
* Tipo di schermo installato
La codifica della configurazione va effettuata presso la Rete BMW !!
- CARICAMENTO SOFTWARE:
Al termine della codifica/configurazione deve essere caricato il software: per far questo è necessario avere a disposizione l'ultimo CD aggiornato e inserirlo nel Computer di Navigazione che provvederà autonomamente a caricare e aggiornare il software.
- MODALITA' SERVICE:
Tramite il display è possibile procedere ad una prima diagnosi del sistema.
E' sufficente attivare la "Modalità Service" nel sistema; procedere così:
* Inserire morsetto "R" (non il 15/54 che è il secondo "scatto" !!)
* Selezionare la voce di Menù "REGOLAZIONI" e confermare pigiando la manopola "Navigazione"
* Premere e mantenere premuto il tasto "MENU'" per circa 8 secondi
* Dall'elenco del display selezionare la voce del Menù di Servizio desiderata e confermare premendo la manopola "Navigazione"
Per uscire dal Menù di Servizio disinserire il morsetto "R" o premere semplicemente il tasto "MENU"
Mi auguro che questo Tutorial vi sia utile
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