一種微慣性測(cè)量系統(tǒng)的汽車檔位信息采集裝置及采集方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種汽車檔位信息采集裝置，特別是涉及一種微慣性測(cè)量系統(tǒng)的汽車 檔位信息采集裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 車輛行駛信息采集廣泛應(yīng)用于駕駛?cè)伺嘤?xùn)及考試領(lǐng)域中，目的是培訓(xùn)駕駛?cè)笋{駛 車輛規(guī)范和對(duì)其進(jìn)行考核，對(duì)于提高道路安全及保障生命有著重要的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)意義。
[0003] 其中，現(xiàn)有的汽車檔位信息采集裝置分兩種，第一種：分解發(fā)動(dòng)機(jī)變速箱體來(lái)取得 檔位信息，這樣的做法破壞了變速箱體的密封性，產(chǎn)生駕駛不安全性；第二種：在檔位操縱 機(jī)構(gòu)內(nèi)，加裝霍爾傳感器件及磁性材料，這樣導(dǎo)致安裝復(fù)雜，而且要在變速箱內(nèi)部機(jī)械結(jié)構(gòu) 上加裝傳感器件，破壞原有結(jié)構(gòu)體，磁性材料的時(shí)間過(guò)程磁化會(huì)由于環(huán)境影響而失效，無(wú)法 提供準(zhǔn)確的汽車檔位信息。
[0004] 目前市場(chǎng)上汽車檔位信息采集裝置存在的缺陷是：要對(duì)變速箱及其他結(jié)構(gòu)體總成 進(jìn)行分解和加裝傳感器件，不僅改變了變速箱和換擋機(jī)構(gòu)的完整性，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且使用不 安全、壽命短。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種微慣性測(cè)量系統(tǒng)的 汽車檔位信息采集裝置及采集方法，用于解決現(xiàn)有的汽車檔位信息采集裝置和方法較為復(fù) 雜且具有破壞性、危險(xiǎn)性的技術(shù)問(wèn)題。
[0006] 技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0007] -種微慣性測(cè)量系統(tǒng)的汽車檔位信息采集方法，包括順序執(zhí)行的以下步驟：
[0008] 步驟1、事先學(xué)習(xí)和存儲(chǔ)好汽車檔位操縱桿檔位位置信息；
[0009] 步驟2、分別測(cè)出在大地坐標(biāo)系下當(dāng)前汽車車體姿態(tài)角和汽車檔位操縱桿姿態(tài)角， 以汽車檔位操縱桿姿態(tài)角減去相應(yīng)的汽車車體姿態(tài)角獲得當(dāng)前汽車檔位操縱桿相對(duì)于汽 車車體的姿態(tài)角；
[0010] 步驟3、結(jié)合當(dāng)前汽車檔位操縱桿相對(duì)于汽車車體的姿態(tài)角與汽車檔位操縱桿上 已知點(diǎn)的初始位置，獲得當(dāng)前上述已知點(diǎn)相對(duì)于汽車車體的位置；
[0011] 步驟4、將當(dāng)前上述已知點(diǎn)相對(duì)于汽車車體的位置與事先存儲(chǔ)好的檔位操縱桿檔 位位置信息做對(duì)比，獲得當(dāng)前汽車檔位操縱桿的檔位信息。
[0012] 本發(fā)明方法以大地坐標(biāo)系為過(guò)渡，消除了汽車車體運(yùn)動(dòng)時(shí)對(duì)汽車檔位操縱桿的姿 態(tài)角的影響，獲得汽車檔位操縱桿相對(duì)于汽車車體的姿態(tài)，進(jìn)而獲得已知點(diǎn)的當(dāng)前位置并 進(jìn)一步得到檔位信息。
[0013] 上述方法在具體應(yīng)用時(shí)，可選用如下裝置：
[0014] 一種微慣性測(cè)量系統(tǒng)的汽車檔位信息采集裝置，包括第一陀螺儀模塊、第二陀螺 儀模塊和微處理器MCU以及自學(xué)習(xí)和校準(zhǔn)電路模塊；
[0015] 所述第一陀螺儀模塊安裝在車體內(nèi)并測(cè)量當(dāng)前汽車車體運(yùn)動(dòng)的三軸加速度和三 軸角速度，由第一陀螺儀模塊進(jìn)行DMP解算并得到相對(duì)于大地坐標(biāo)系的汽車車體姿態(tài)角， 即橫滾角（K俯仰角0和偏航角也，并將汽車車體姿態(tài)角度傳遞給微處理器MCU;
[0016] 所述第二陀螺儀模塊固定在汽車檔位操縱桿上并測(cè)量當(dāng)前汽車檔位操縱桿的三 軸加速度和三軸角速度，由第二陀螺儀模塊進(jìn)行DMP解算并得到相對(duì)于大地坐標(biāo)系的汽車 檔位操縱桿姿態(tài)角，即橫滾角巾'、俯仰角0 '和偏航角f，并將汽車檔位操縱桿姿態(tài)角度 傳遞給微處理器MCU;
[0017] 這里的DMP是由上述相應(yīng)的陀螺儀模塊和加速度計(jì)形成的傳感器模塊，可以直接 輸出加速度、角速度和各軸的傾斜角的一種現(xiàn)有的姿態(tài)融合模塊。
[0018] 所述第二陀螺儀模塊固定在汽車檔位操縱桿上并測(cè)量當(dāng)前汽車檔位操縱桿的三 軸加速度和三軸角速度，由第二陀螺儀模塊進(jìn)行DMP解算并得到相對(duì)于大地坐標(biāo)系的汽車 檔位操縱桿姿態(tài)角，包括橫滾角巾'、俯仰角0 '和偏航角丨'，并將汽車檔位操縱桿姿態(tài)角 傳遞給微處理器MCU;
[0019] 所述自學(xué)習(xí)和校準(zhǔn)電路模塊與微處理器MCU連接，通過(guò)自學(xué)習(xí)和校準(zhǔn)過(guò)程，確認(rèn) 和存儲(chǔ)不同汽車車型及對(duì)應(yīng)的檔位信息的特征值；所述微處理器MCU根據(jù)接收到的汽車車 體姿態(tài)角和汽車檔位操縱桿姿態(tài)角進(jìn)行姿態(tài)算法判定得出當(dāng)前汽車檔位操縱桿的位置信 息；結(jié)合當(dāng)前汽車檔位操縱桿的位置信息與自學(xué)習(xí)和校準(zhǔn)電路模塊中存儲(chǔ)的檔位信息的特 征值，對(duì)比獲得當(dāng)前汽車檔位操縱桿的檔位信息。
[0020] 進(jìn)一步的，在本發(fā)明中，所述第二陀螺儀模塊通過(guò)線纜與微處理器MCU連接。
[0021] 進(jìn)一步的，在本發(fā)明中，按照下式進(jìn)行坐標(biāo)變換完成姿態(tài)算法判定
[0022] (x1;Yj,Zj) = (x〇,y〇,z〇)Cn
[0023] 上式中：
[0024] (Xl，yi，Zl)為待求的當(dāng)前汽車檔位操縱桿的位置信息；
[0025] (x。，y。，z。）為汽車檔位操縱桿上已知點(diǎn)的初始位置，且坐標(biāo)值不同時(shí)為0 ;
[0026] (x。，y。，z。）以汽車檔位操縱桿坐標(biāo)系為基準(zhǔn)，汽車檔位操縱桿坐標(biāo)系的定義如下： 該坐標(biāo)系與汽車檔位操縱桿固連，其原點(diǎn)位于第二陀螺儀模塊的質(zhì)心，當(dāng)汽車檔位操縱桿 位于空檔時(shí)，x軸水平指向車體前方、y軸水平指向車體右方、z軸相對(duì)于x軸、y軸組成的 平面垂直向上，三軸互相垂直形成右手坐標(biāo)系標(biāo)系；
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[0028] 為姿態(tài)矩陣，這里巾"表示汽車檔位操縱桿相對(duì)于汽車車體的橫滾角，0 "表示汽 車檔位操縱桿相對(duì)于汽車車體的俯仰角、丨"表示汽車檔位操縱桿相對(duì)于汽車車體的偏航 角。
[0029] 進(jìn)一步的，在本發(fā)明中，為了便于計(jì)算，定義大地坐標(biāo)系的原點(diǎn)與汽車檔位操縱桿 坐標(biāo)系的原點(diǎn)重合以消除兩個(gè)坐標(biāo)系的原點(diǎn)漂移，則可以通過(guò)如下計(jì)算式計(jì)算出來(lái)的角度 帶入姿態(tài)矩陣中進(jìn)行計(jì)算= 4>'_巾，9" = $" = $'-也。
[0030] 有益效果：
[0031] 本發(fā)明的微慣性測(cè)量系統(tǒng)的汽車檔位信息采集裝置及其采集方法不需對(duì)汽車變 速箱及其他結(jié)構(gòu)體總成進(jìn)行分解，不需在換擋軸上安裝霍爾傳感器件及磁性材料，從而保 證了變速箱和換擋機(jī)構(gòu)的完整性。而且本裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高、集成度高，便于在檔位 桿上的安裝，并且成本低，提高易用性和設(shè)備兼容性，具有更佳的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性。
【附圖說(shuō)明】
[0032] 圖1是本發(fā)明微慣性測(cè)量系統(tǒng)的汽車檔位信息采集裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033] 圖2是本發(fā)明微慣性測(cè)量系統(tǒng)的汽車檔位信息采集裝置工作原理模塊圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0035] 如圖1所示，一種微慣性測(cè)量系統(tǒng)的汽車檔位信息采集裝置包括固定卡箍1、第一 微慣性測(cè)量組件2、第二微慣性測(cè)量組件3和線纜4。
[0036] 所述第二微慣性測(cè)量組件3中包括第二陀螺儀模塊并且第二微慣性測(cè)量組件3通 過(guò)固定卡箍1或者其他固定方式固定在汽車檔位操縱桿上。
[0037] 所述第一微慣性測(cè)量組件2安裝在車體內(nèi)并且所述第一微慣性測(cè)量組件2包括用 于供電的電源模塊、微處理器MCU和與微處理器MCU分別連接的第一陀螺儀模塊、自學(xué)習(xí)和 校準(zhǔn)電路模塊以及接口電路。第二陀螺儀模塊與微處理器MCU通過(guò)線纜4連接，接口電路 通過(guò)數(shù)據(jù)線纜5或者無(wú)線等其他連接方式連接外部數(shù)據(jù)采集單元。
[0038] 所述自學(xué)習(xí)和校準(zhǔn)電路模塊專為本裝置設(shè)計(jì)的功能模塊，包括與微處理器MCU的 信號(hào)接口連接的數(shù)碼顯示器、輕觸開(kāi)關(guān)、撥碼開(kāi)關(guān)以及內(nèi)部的自學(xué)習(xí)和校準(zhǔn)電路，其中，撥 碼開(kāi)關(guān)作用為設(shè)置汽車檔位數(shù)，輕觸開(kāi)關(guān)提供自學(xué)習(xí)和校準(zhǔn)觸發(fā)信號(hào)使得內(nèi)部的自學(xué)習(xí)和 校準(zhǔn)電路進(jìn)行工作，內(nèi)部的自學(xué)習(xí)和校準(zhǔn)電路可以根據(jù)不同的汽車車型和檔位結(jié)構(gòu)，通過(guò) 自學(xué)習(xí)和校準(zhǔn)過(guò)程，確認(rèn)和存儲(chǔ)不同汽車檔位信息的特征值，數(shù)碼顯示器用于顯示當(dāng)前檔 位信息，上述自學(xué)習(xí)和校準(zhǔn)過(guò)程為現(xiàn)有技術(shù)。利用上述功能模塊可以適用于實(shí)現(xiàn)任何汽車 車型檔位信息采集。
[0039] 所述接口電路，采用二進(jìn)制數(shù)字編碼邏輯，將當(dāng)前汽車檔位信息通過(guò)4位編碼 (Dl、D2、D3、D4)輸出。也可根據(jù)需求，選擇多種數(shù)據(jù)信息輸出模式，如：RS232、RS485等通 信模式。
[0040] 所述微慣性測(cè)量系統(tǒng)的汽車檔位信息采集裝置的檔位信息采集方法具體步驟如 下：
[0041 ] 第一微慣性測(cè)量組件2的第一陀螺儀模塊測(cè)量得到汽車車體運(yùn)動(dòng)的三軸加速度 和三軸角速度，由此獲得汽車車體姿態(tài)角，包括橫滾角巾、俯仰角0、偏航角也；
[0042] 第二微慣性測(cè)量組件3的第二陀螺儀模塊測(cè)量得到汽車檔位操縱桿運(yùn)動(dòng)的三軸 加速度和三軸角速度，由此獲得汽車檔位操縱桿姿態(tài)角，包括橫滾角巾'、俯仰角9'、偏航 角V;
[0043] 第一微慣性測(cè)量組件2獲得的汽車車體姿態(tài)角并結(jié)合第二微慣性測(cè)量組件3中獲 得的汽車檔位操縱桿姿態(tài)角進(jìn)行姿態(tài)算法判定，以確認(rèn)汽車檔位操縱桿的準(zhǔn)確位置，結(jié)合 自學(xué)習(xí)和校準(zhǔn)電路模塊中存儲(chǔ)的不同汽車檔位信息的特征值得出當(dāng)前汽車檔位操縱桿的 位置信息。
[0044] 下面對(duì)本裝置的慣性測(cè)量原理進(jìn)行說(shuō)明：
[0045] 首先建立以下2種坐標(biāo)系：
[0046] 汽車檔位操縱桿坐標(biāo)系：該坐標(biāo)系與汽車檔位操縱桿固連，其原點(diǎn)位于第二陀螺 儀模塊的質(zhì)心，當(dāng)汽車檔位操縱桿位于空檔時(shí)，x軸水平指向車體前方、y軸水平指向車體 右方、z軸相對(duì)于x軸、y軸組成的平面垂直向上，三軸互相垂直形成右手坐標(biāo)系；
[0047] 大地坐標(biāo)系：原點(diǎn)與汽車檔位操縱桿坐標(biāo)系的原點(diǎn)重合，x軸水平指向北，y軸與x 軸垂直且水平向東，z軸與x軸、y軸垂直形成右手坐標(biāo)系。
[0048] 上述兩坐標(biāo)系的原點(diǎn)重合，均定義在第二微慣性測(cè)量組件3的質(zhì)心，從而消除坐 標(biāo)原點(diǎn)的漂移。
[0049] 第一微慣性