一种微惯性测量系统的汽车档位信息采集装置及采集方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种汽车档位信息采集装置，特别是涉及一种微惯性测量系统的汽车 档位信息采集装置。
【背景技术】
[0002] 车辆行驶信息采集广泛应用于驾驶人培训及考试领域中，目的是培训驾驶人驾驶 车辆规范和对其进行考核，对于提高道路安全及保障生命有着重要的社会、经济意义。
[0003] 其中，现有的汽车档位信息采集装置分两种，第一种：分解发动机变速箱体来取得 档位信息，这样的做法破坏了变速箱体的密封性，产生驾驶不安全性；第二种：在档位操纵 机构内，加装霍尔传感器件及磁性材料，这样导致安装复杂，而且要在变速箱内部机械结构 上加装传感器件，破坏原有结构体，磁性材料的时间过程磁化会由于环境影响而失效，无法 提供准确的汽车档位信息。
[0004] 目前市场上汽车档位信息采集装置存在的缺陷是：要对变速箱及其他结构体总成 进行分解和加装传感器件，不仅改变了变速箱和换挡机构的完整性，结构复杂，而且使用不 安全、寿命短。
【发明内容】
[0005] 发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种微惯性测量系统的 汽车档位信息采集装置及采集方法，用于解决现有的汽车档位信息采集装置和方法较为复 杂且具有破坏性、危险性的技术问题。
[0006] 技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
[0007] -种微惯性测量系统的汽车档位信息采集方法，包括顺序执行的以下步骤：
[0008] 步骤1、事先学习和存储好汽车档位操纵杆档位位置信息；
[0009] 步骤2、分别测出在大地坐标系下当前汽车车体姿态角和汽车档位操纵杆姿态角， 以汽车档位操纵杆姿态角减去相应的汽车车体姿态角获得当前汽车档位操纵杆相对于汽 车车体的姿态角；
[0010] 步骤3、结合当前汽车档位操纵杆相对于汽车车体的姿态角与汽车档位操纵杆上 已知点的初始位置，获得当前上述已知点相对于汽车车体的位置；
[0011] 步骤4、将当前上述已知点相对于汽车车体的位置与事先存储好的档位操纵杆档 位位置信息做对比，获得当前汽车档位操纵杆的档位信息。
[0012] 本发明方法以大地坐标系为过渡，消除了汽车车体运动时对汽车档位操纵杆的姿 态角的影响，获得汽车档位操纵杆相对于汽车车体的姿态，进而获得已知点的当前位置并 进一步得到档位信息。
[0013] 上述方法在具体应用时，可选用如下装置：
[0014] 一种微惯性测量系统的汽车档位信息采集装置，包括第一陀螺仪模块、第二陀螺 仪模块和微处理器MCU以及自学习和校准电路模块；
[0015] 所述第一陀螺仪模块安装在车体内并测量当前汽车车体运动的三轴加速度和三 轴角速度，由第一陀螺仪模块进行DMP解算并得到相对于大地坐标系的汽车车体姿态角， 即横滚角（K俯仰角0和偏航角也，并将汽车车体姿态角度传递给微处理器MCU;
[0016] 所述第二陀螺仪模块固定在汽车档位操纵杆上并测量当前汽车档位操纵杆的三 轴加速度和三轴角速度，由第二陀螺仪模块进行DMP解算并得到相对于大地坐标系的汽车 档位操纵杆姿态角，即横滚角巾'、俯仰角0 '和偏航角f，并将汽车档位操纵杆姿态角度 传递给微处理器MCU;
[0017] 这里的DMP是由上述相应的陀螺仪模块和加速度计形成的传感器模块，可以直接 输出加速度、角速度和各轴的倾斜角的一种现有的姿态融合模块。
[0018] 所述第二陀螺仪模块固定在汽车档位操纵杆上并测量当前汽车档位操纵杆的三 轴加速度和三轴角速度，由第二陀螺仪模块进行DMP解算并得到相对于大地坐标系的汽车 档位操纵杆姿态角，包括横滚角巾'、俯仰角0 '和偏航角丨'，并将汽车档位操纵杆姿态角 传递给微处理器MCU;
[0019] 所述自学习和校准电路模块与微处理器MCU连接，通过自学习和校准过程，确认 和存储不同汽车车型及对应的档位信息的特征值；所述微处理器MCU根据接收到的汽车车 体姿态角和汽车档位操纵杆姿态角进行姿态算法判定得出当前汽车档位操纵杆的位置信 息；结合当前汽车档位操纵杆的位置信息与自学习和校准电路模块中存储的档位信息的特 征值，对比获得当前汽车档位操纵杆的档位信息。
[0020] 进一步的，在本发明中，所述第二陀螺仪模块通过线缆与微处理器MCU连接。
[0021] 进一步的，在本发明中，按照下式进行坐标变换完成姿态算法判定
[0022] (x1;Yj,Zj) = (x〇,y〇,z〇)Cn
[0023] 上式中：
[0024] (Xl，yi，Zl)为待求的当前汽车档位操纵杆的位置信息；
[0025] (x。，y。，z。）为汽车档位操纵杆上已知点的初始位置，且坐标值不同时为0 ;
[0026] (x。，y。，z。）以汽车档位操纵杆坐标系为基准，汽车档位操纵杆坐标系的定义如下： 该坐标系与汽车档位操纵杆固连，其原点位于第二陀螺仪模块的质心，当汽车档位操纵杆 位于空档时，x轴水平指向车体前方、y轴水平指向车体右方、z轴相对于x轴、y轴组成的 平面垂直向上，三轴互相垂直形成右手坐标系标系；
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[0028] 为姿态矩阵，这里巾"表示汽车档位操纵杆相对于汽车车体的横滚角，0 "表示汽 车档位操纵杆相对于汽车车体的俯仰角、丨"表示汽车档位操纵杆相对于汽车车体的偏航 角。
[0029] 进一步的，在本发明中，为了便于计算，定义大地坐标系的原点与汽车档位操纵杆 坐标系的原点重合以消除两个坐标系的原点漂移，则可以通过如下计算式计算出来的角度 带入姿态矩阵中进行计算= 4>'_巾，9" = $" = $'-也。
[0030] 有益效果：
[0031] 本发明的微惯性测量系统的汽车档位信息采集装置及其采集方法不需对汽车变 速箱及其他结构体总成进行分解，不需在换挡轴上安装霍尔传感器件及磁性材料，从而保 证了变速箱和换挡机构的完整性。而且本装置结构简单，可靠性高、集成度高，便于在档位 杆上的安装，并且成本低，提高易用性和设备兼容性，具有更佳的实用性和经济性。
【附图说明】
[0032] 图1是本发明微惯性测量系统的汽车档位信息采集装置的结构示意图；
[0033] 图2是本发明微惯性测量系统的汽车档位信息采集装置工作原理模块图。
【具体实施方式】
[0034] 下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0035] 如图1所示，一种微惯性测量系统的汽车档位信息采集装置包括固定卡箍1、第一 微惯性测量组件2、第二微惯性测量组件3和线缆4。
[0036] 所述第二微惯性测量组件3中包括第二陀螺仪模块并且第二微惯性测量组件3通 过固定卡箍1或者其他固定方式固定在汽车档位操纵杆上。
[0037] 所述第一微惯性测量组件2安装在车体内并且所述第一微惯性测量组件2包括用 于供电的电源模块、微处理器MCU和与微处理器MCU分别连接的第一陀螺仪模块、自学习和 校准电路模块以及接口电路。第二陀螺仪模块与微处理器MCU通过线缆4连接，接口电路 通过数据线缆5或者无线等其他连接方式连接外部数据采集单元。
[0038] 所述自学习和校准电路模块专为本装置设计的功能模块，包括与微处理器MCU的 信号接口连接的数码显示器、轻触开关、拨码开关以及内部的自学习和校准电路，其中，拨 码开关作用为设置汽车档位数，轻触开关提供自学习和校准触发信号使得内部的自学习和 校准电路进行工作，内部的自学习和校准电路可以根据不同的汽车车型和档位结构，通过 自学习和校准过程，确认和存储不同汽车档位信息的特征值，数码显示器用于显示当前档 位信息，上述自学习和校准过程为现有技术。利用上述功能模块可以适用于实现任何汽车 车型档位信息采集。
[0039] 所述接口电路，采用二进制数字编码逻辑，将当前汽车档位信息通过4位编码 (Dl、D2、D3、D4)输出。也可根据需求，选择多种数据信息输出模式，如：RS232、RS485等通 信模式。
[0040] 所述微惯性测量系统的汽车档位信息采集装置的档位信息采集方法具体步骤如 下：
[0041 ] 第一微惯性测量组件2的第一陀螺仪模块测量得到汽车车体运动的三轴加速度 和三轴角速度，由此获得汽车车体姿态角，包括横滚角巾、俯仰角0、偏航角也；
[0042] 第二微惯性测量组件3的第二陀螺仪模块测量得到汽车档位操纵杆运动的三轴 加速度和三轴角速度，由此获得汽车档位操纵杆姿态角，包括横滚角巾'、俯仰角9'、偏航 角V;
[0043] 第一微惯性测量组件2获得的汽车车体姿态角并结合第二微惯性测量组件3中获 得的汽车档位操纵杆姿态角进行姿态算法判定，以确认汽车档位操纵杆的准确位置，结合 自学习和校准电路模块中存储的不同汽车档位信息的特征值得出当前汽车档位操纵杆的 位置信息。
[0044] 下面对本装置的惯性测量原理进行说明：
[0045] 首先建立以下2种坐标系：
[0046] 汽车档位操纵杆坐标系：该坐标系与汽车档位操纵杆固连，其原点位于第二陀螺 仪模块的质心，当汽车档位操纵杆位于空档时，x轴水平指向车体前方、y轴水平指向车体 右方、z轴相对于x轴、y轴组成的平面垂直向上，三轴互相垂直形成右手坐标系；
[0047] 大地坐标系：原点与汽车档位操纵杆坐标系的原点重合，x轴水平指向北，y轴与x 轴垂直且水平向东，z轴与x轴、y轴垂直形成右手坐标系。
[0048] 上述两坐标系的原点重合，均定义在第二微惯性测量组件3的质心，从而消除坐 标原点的漂移。
[0049] 第一微惯性