专利名称：一种倒车后视装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种新型的倒车后视装置。
背景技术：
目前，在现有的倒车后视装置中，其摄像头可以随着方向盘的转动而转动，并且将摄像头拍摄的影像传输到驾驶员面前的显示屏上，现有技术为日本专利，特许公开号为10-175482。
现有的倒车后视装置中的问题是，虽然其摄像头可以随着方向盘的转动而发生偏转，但是，从显示屏上显示的影像上，驾驶员难以判断车身方向与摄像头方向的相对位置关系，无法得到明确的车身方向的指示，不便于驾驶员提前判断进行驾驶操作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种倒车后视装置，使驾驶员能够容易地判断出车身方向与摄像头方向的相对位置关系，为驾驶员提供明确的车身方向的指示，方便驾驶员提前判断进行驾驶操作。
为达到上述的目的，本发明提供一种倒车后视装置，它包括安装在汽车尾部的摄像头，该摄像头与作动装置相连，可由所述作动装置带动进行转动，拍摄汽车后方的影像，将代表所述影像的影像信号向控制器发送；与控制器相连的转向信号传感器，接收代表汽车操舵方向的转向信号，并向所述控制器发送；控制器，其中包括影像控制单元，转向控制单元和模拟标志控制单元；所述影像控制单元接收摄像头发送的所述影像信号，之后向显示屏发送；所述转向控制单元对所述转向信号进行演算，得出所述摄像头转动的角度，将代表所述摄像头转动的角度的摄像头转向信号向所述作动装置和模拟标志控制单元发送；所述模拟标志控制单元对所述摄像头转向信号进行演算，得出代表车身方向的模拟标志，将代表所述车身方向模拟标志的车身方向模拟标志信号向所述显示屏发送；与控制器相连的作动装置，接收控制器转向控制单元发送的所述摄像头转向信号，带动所述摄像头转动相应的角度；与控制器相连的显示屏，接收所述影像信号和所述车身方向模拟标志信号，并显示相应的摄像头拍摄的影像和代表车身方向的模拟标志。
所述控制器进一步包括摄像头模拟控制单元，可以模拟摄像头方向，并将摄像头方向模拟标志信号向控制器内的模拟标志控制单元发送；所述模拟标志控制单元将接收到的摄像头方向模拟标志信号向显示屏发送，在显示屏上显示代表所述摄像头方向的模拟标志。
所述控制器进一步包括路线轨迹模拟控制单元，可以对控制器接收的转向信号进行演算，得出汽车将要运行的路线轨迹，将代表所述路线轨迹的路线轨迹模拟标志信号向所述模拟标志控制单元发送；所述模拟标志控制单元将接收到的所述路线轨迹模拟标志信号向显示屏发送，可以在显示屏上显示代表所述路线轨迹的路线轨迹模拟标志。
本发明还包括与控制器相连的档位信号传感器，可以接收汽车档位位置的信号向所述控制器发送；所述控制器接收到汽车位于倒车档位的信号时，所述显示屏显示所述摄像头拍摄的影像和代表车身方向的模拟标志。
本发明的上述技术方案具有如下有益效果当汽车处于倒车档位时，显示屏显示相应的摄像头拍摄的影像和代表车身方向的模拟标志、代表摄像头方向的模拟标志、代表汽车将要运行的路线轨迹的模拟标志，使驾驶员能够及时地了解汽车后部的状况、可以容易地判断出车身方向、明确车身方向与摄像头方向的相对位置关系，方便驾驶员提前判断进行驾驶操作。
图1为一个实施例的连接示意图；图2为本实施例中，显示屏上各模拟线的状态示意图；图3为本实施例中，方向盘左转时显示屏上各模拟线的状态示意图；图4为本实施例中，方向盘右转时显示屏上各模拟线的状态示意图；图5为本实施例的控制器工作流程图；图6为本实施例的摄像头的视野范围示意图；图7为本实施例的摄像头视野范围的法向平面直视示意图；图8为本实施例的摄像头视野范围的截面示意图；图9为本实施例中，由摄像头转动角度计算车身中心线偏转角度的计算图形；图10为本实施例的方向盘右转时，摄像头的转动情况；图11为本实施例的方向盘左转时，摄像头的转动情况。
具体实施例方式本发明的实施例为如图1所示的一种倒车后视系统，包括控制器3以及与控制器相连的摄像头1，转向信号传感器2，动作装置4，显示屏5，档位信号传感器6，汽车方向盘7和汽车换档杆8。
其中，摄像头1安装在汽车尾部，拍摄汽车后方的影像，将代表所述影像的影像信号向控制器3发送，与动作装置4直接相连，在动作装置4带动下，左右转动一定的角度。
动作装置4接收控制器3发送的代表摄像头1转动角度的摄像头转向信号，带动摄像头1转动。
转向信号传感器2接收代表汽车操舵方向的转向信号向控制器3发送。
档位信号传感器6接收汽车档位位置的信号向控制器3发送，自动档和手动档的汽车都分为倒车位置的档位信号和非倒车位置的档位信号。
控制器3接收到汽车换档杆8位于倒车档位的信号时，对所述转向信号进行一系列的计算，向动作装置4发送代表摄像头1转动角度的摄像头转向信号，向显示屏5发送代表车身方向模拟标志的车身方向模拟标志信号、代表摄像头1方向的摄像头方向模拟标志信号和代表路线轨迹的路线轨迹模拟标志信号；控制器3接收摄像头1发送的影像信号，并将此影像信号向显示屏5发送。本实施例中，以车身中心模拟线表示车身方向模拟标志，所述车身方向模拟标志信号相应是车身中心模拟线信号；以轮辐轨迹模拟线表示路线轨迹模拟标志，所述路线轨迹模拟标志信号相应是轮辐轨迹模拟线信号；以摄像头方向模拟线表示摄像头方向模拟模拟标志，所述摄像头方向模拟标志信号相应是摄像头方向模拟线信号。
显示屏5安装在驾驶员面前，接收车身中心模拟线信号、摄像头方向模拟线信号和轮辐轨迹模拟线信号，显示与上述三种信号相对应的车身中心模拟线、摄像头方向模拟线和轮辐轨迹模拟线；显示屏5接收控制器3发送的影像信号，显示摄像头1拍摄的影像。
根据上述构成，当汽车换档杆8位于倒车档位时，控制器3根据汽车方向盘7转向的操作角度使动作装置4转动，从而使摄像头1的角度发生变化。根据摄像头1的转动角度拍摄汽车后方的影像将影像信号发送给控制器3。
控制器3以摄像头1的转动角度为基准，计算汽车车身中心模拟线方向和汽车将要运行的路线轨迹，即本实施例的轮辐轨迹模拟线，得到车身中心模拟线信号和轮辐轨迹模拟标志信号。同时，在显示屏5上显示表示摄像头1方向的摄像头方向模拟线，摄像头1拍摄的影像，车身中心模拟线和轮辐轨迹模拟线。摄像头方向模拟线信号由控制器3向显示屏5发送。
显示屏5接收到上述信号后，如图2至图4所示，显示汽车后方的影像、车身中心模拟线，轮辐轨迹模拟线和摄像头方向模拟线。
如图5所示，在控制器3内运行如下程序A)控制器3接收档位信号传感器6发送的代表汽车换档杆8的档位位置的信号，如果汽车换档杆8位于倒车档位，则进入B)；如果汽车换档杆8位于非倒车档位，则结束本程序；B)控制器3从转向信号传感器2获得代表汽车方向盘7的转动角度β的信号，转动角度β的计算以操舵轮平行于车身方向时方向盘的位置为基准，方向盘实际的位置相对于此基准位置的角度为转动角度β，本实施例中，转动角度β的范围为-540°≤β≤540°；C)计算摄像头1应当转动的角度γ的大小，角度γ的最大值由具体的软件编制来控制，本实施例中，角度γ如图10、图11所示，角度γ与汽车方向盘7的转动角度角度β的计算关系式为γ＝β/18；D)计算车身中心模拟线与摄像头方向模拟线的夹角δ的大小，夹角δ的计算过程及相关说明如下所示，需要说明的是，夹角δ只是从角度γ计算出车身中心模拟线的一种方式，本领域技术人员还可以根据现有技术用其他算法得到车身中心模拟线；而且采用其他车身方向模拟标志，技术人员也可以通过公知技术中得到不同车身方向模拟标志图6、图7、图8和图9中各参数说明如下N点摄像头所在的位置点平面ABCD摄像头所照射空间的地面投影面平面A’B’C’D’垂直于摄像头中心线的截面平面A’B’C’D’(转动后)垂直于摄像头中心线偏转后的截面γ摄像头偏转的水平角度h投影平面的有效距离长度λ摄像头安装的垂直高度f截平面A’B’C’D’到N点的距离Φ摄像头与竖直方向的安装夹角点M摄像头中心线与平面ABCD的交点点M’摄像头中心线与转动后平面ABCD的交点点O摄像头中心线与截平面A’B’C’D’的交点点O’摄像头中心线与转动后截平面A’B’C’D’转动后的交点点F未转动前摄像头最远视宽的中心点点E转动后摄像头最远视宽的中心点点E’截面A’B’C’D’(转动后)上E点所对应中心线的投影点点F’截面A’B’C’D’上F点所对应中心线的投影点点T截面A’B’C’D’与摄像头中心线的交点点T’截面A’B’C’D’(转动后)与摄像头中心线的交点由于摄像头1的安装位置符合反映后车轮后部情况的要求，事实上摄像头1存在有限的水平视角以及垂直视角，因此摄像头1实际的视野范围不应该是矩形，而是如图6所示的棱锥形状。图8所示的是摄像头1的视野范围的截面示意图，实际上摄像头1所采集的图象信号应该是摄像头1的在角度角平分线的各法向平面的叠加，如图7所示。因此，驾驶员从显示屏5上看到的图象应该是图7实际影象在显示屏上的反映。所以，摄像头1转动的角度γ和车身中心线偏转的角度δ的关系如图9所示，计算过程如下如图9所示，摄像头1的实际安装角度为角Φ，而实际的可视面积(地面面积)为A BCD所示，当摄像头1未偏转时，其视角的角平分线与车身中心线都应为y轴方向，当摄像头1偏转角度γ时，计算如下设所有的方向向量为 的模都为1，即指示方向的单位矢量。
设摄像头1所在的位置为(0，0，λ)，而平面A BCD为照射面，平面A’B’C’D’为摄像头1视角的角平分线的垂面，此时OE所在的垂直于xoy平面的直线方程为Z=0x-tgγ·y=0]]>根据计算|OM|＝λ·tgΦ|OF|=λ·tgΦ+h2]]>|OE|=|OF|/cosγ=(λ·tgΦ+h2)/cosγ,]]>|EF|=|OF|·tgγ=(λ·tgΦ+h2)·tgγ]]>所以，E点的坐标应为[(λ·tgΦ+h2)·tgγ,(λ·tgΦ+h2)/cosγ,0].]]>设平面NOF的矢量为a→=i,]]>那么平面NOE的矢量为 则a→'=a'·x·i+a'·y·j+a'·z·k,]]>那么a→'=cosγ·i-sinγ·j]]>那么平面OEN所在的平面方程应为cosγ·[x-(λ·tgΦ+h2)·tgγ]-sinγ·[y-(λ·tgΦ+h2)/cosγ]=0]]>设未偏转前，截面A’B’C’D’的矢量方向为n→=-sinΦ·j+cosΦ·k]]>转动后的矢量为n→'=an·i+bn·j+cn·k,]]>其中n→'=1,an,bn,cn]]>为确定的数未转动时，截面A’B’C’D’的中心点的坐标应计算如下
x＝0，y＝f·sinΦ，z＝λ-f·cosΦ所以，T点的坐标应为{0，f·sinΦ，λ-f·cosΦ}当转动时，T点沿半径为f·cosΦ的圆轨迹运动到T’点，运动角度为γ，此时T’点坐标应为{f·sinΦ·tgγ，f·sinΦ，λ-f·cosΦ}所以，转动后的截面A’B’C’D’截方程应为an·(x-f·sinΦ·tgγ)+bn·(y-f·sinΦ)+cn·(z+f·cosΦ-λ)＝0那么此时二者的截面方程cosγ·[x-(λ·tgΦ+h2)·tgγ]-sinγ·[y-(λ·tgΦ+h2)/cosγ]=0an·(x-f·sinΦ·tgγ)+bn·(y-f·sinΦ)+cn·(z+f·cosΦ-λ)=0]]>解这个三元方程，并令z＝0x·cosγ-sinγ·(λ·tgΦ+h2)-y·sinγ+tgγ·(λ·tgΦ+h2)=0an·x-an·f·sinΦ·tgγ+bn·y-bn·f·sinΦ+cn·(f·cosΦ-λ)=0]]> (x0和y0的值可由这个二元一次方程解得)用矩阵形式表示为cosγ-sinγanbxy=sinγ·(λ·tgΦ+h2)-tgγ·(λ·tgΦ+h2)an·f·sinΦ·tgγ-cn·(f·cosΦ-λ)]]>也就是说该直线的对称式方程可表示为(x-x0)/m＝(y-y0)/n＝z/p＝t(参数方程)其中m，n，p的计算如下ijkcosγ-sinγ0=-cn·sinγ·i+bn·cosγ·k+an·sinγ·k-cn·cosγ·j]]>
anbncn＝-cn·sinγ·i-cn·cosγ·j+(an·sinγ+bn·cosγ)·k即直线的对称式方程为(x-x0)/-cn·sinγ＝(y-y0)/-cn·cosγ＝z/(an·sinγ+bn·cosγ)＝t此时，该直线的向量应为{-cn·sinγ，-cn·cosγ，an·sinγ+bn·cosγ}而此时y轴在未转动平面A’B’C’D’的投影线的矢量方向为{0，-cosΦ，-sinΦ}根据两向量间夹角的公式可以计算得出cosδ=[cncosγcosΦ-sinΦ(ansinγ+bncosγ)]/cn2+(ansinγ+bncosγ)2]]>对于向量分量an，bn，cn的补充计算如下如图9所示|OM|＝λ·tgΦ，|MM’|＝λ·tgΦ·tgγNM＝NM’＝λ/cosΦ在ΔMNM’中，设NM和NM’的夹角为ω，根据余弦定理可以算得|NM|2+|NM’|2-2|NM||NM’|cosω＝|M’M|2(λ/cosΦ)2+(λ/cosΦ)2-2(λ/cosΦ)2cosω＝λ2·tg2Φ·tg2γ得出cosω＝1-(sin2Φ·tg2γ)/2因为已经设定平面A’B’C’D’为截面且N点到该面的距离为f，那么当截面A’B’C’D’转动后，N点到平面A’B’C’D’(转动后)的距离仍然应为f，而A’B’C’D’(转动后)的平面方程为an·(λ-f·sinΦ·tgγ)+bn·(y-f·sinΦ)+cn·(z+f·cosΦ-λ)＝0根据点到平面的距离公式d=|Ax0+By0+Cz0+D|/A2+B2+C2]]>其中A·x+B·y+C·z+D＝0为任一平面的方程，{A，B，C}为该平面的方向矢量那么，根据如上所述f=[anx0+bny0+cnz0-(anfsinΦtgγ+bnfsinΦ+cnλ-cnfcosΦ)]/an2+bn2+cn2an2+bn2+cn2=11-(sin2Φ·tg2γ)/2=-bn·sinΦ+cn·cosΦ]]>由以上三式，可以得出an，bn，cn确定的值。
{x0，y0，z0}＝{0，0，λ}
综上，计算所得的相关结果如下所示E点的坐标为[(λ·tgΦ+h/2)·tgγ，(λ·tgΦ+h/2)/cosγ，0]。由方程组f=-anfsinΦtgγ-bnfsinΦ+cnfcosΦan2+bn2+cn2=11-(sin2Φ·tg2γ)/2=-bn·sinΦ+cn·cosΦ]]>由以上三式，可以算出an，bn，cn的值。
该三值代入最后的式子，即cosδ=[cncosγcosΦ-sinΦ(ansinγ+bncosγ)]/cn2+(ansinγ+bncosγ)2]]>可得到δ与γ之间的关系式。
E)显示屏5接收控制器发送的车身中心模拟线信号，并显示车身中心模拟线；F)控制器3根据角度γ计算，得到汽车将要运行的路线轨迹，在本实施例中以轮辐轨迹线表示，过程说明如下以两主动轮的垂线的交点为圆心，到两个被动轮的距离为半径，从两个被动轮开始，沿着汽车运动方向所做的两道弧线为汽车将要运行的轮辐轨迹线。而后进行轮辐轨迹模拟线的计算，方法同车身中心模拟线与摄像头方向模拟线的夹角δ计算所使用的坐标变换计算方法；G)控制器3接收摄像头1发送的影像信号，向显示屏5发送所述影像信号，通过镜面效应，显示屏5上显示摄像头1所拍摄的影像；H)控制器3将代表摄像头1转动的角度γ的摄像头转向信号向动作装置4发送，动作装置4接收所述摄像头转向信号，带动摄像头1做相应角度γ的转动；I)控制器3将代表车身中心模拟线与摄像头方向模拟线的夹角δ的车身中心模拟线信号及摄像头方向模拟线信号向显示屏5发送，显示屏5接收所述车身中心模拟线偏转信号及摄像头方向模拟线信号，根据镜面效应，显示车身中心模拟线、摄像头方向模拟线及所述δ角，如图3、图4所示；J)控制器3将代表轮辐轨迹模拟线的轮辐轨迹模拟线信号向显示屏5发送，显示屏5接收所述轮辐轨迹模拟线信号，根据镜面效应，显示轮辐轨迹模拟线；K)如果汽车方向盘7的转动角度β≠0，则进入B)如果汽车方向盘7的转动角度β＝0，则进入L)；
L)如果汽车换档杆8依然位于倒车档位，则进入B)；如果汽车换档杆8由倒车档位变换至非倒车档位，则进入M)；M)控制器3向动作装置4发送摄像头1转动的角度γ＝0的信号，动作装置4接收所述角度γ＝0的信号，带动摄像头1转动，直至摄像头1的方向与车身方向平行，同时关闭显示屏5。
以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例而已，不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，如显示屏上仅显示汽车后部影像和车身中心模拟线的倒车后视装置；显示屏上仅显示汽车后部影像、车身中心模拟线和轮辐轨迹模拟线的倒车后视装置等等，仍属本发明所涵盖的范围。
权利要求
1.一种倒车后视装置，其特征在于，该装置包括a)安装在汽车尾部的摄像头，该摄像头与作动装置相连，可由所述作动装置带动进行转动，拍摄汽车后方的影像，将代表所述影像的影像信号向控制器发送；b)与控制器相连的转向信号传感器，接收代表汽车操舵方向的转向信号，并向所述控制器发送；c)控制器，其中包括影像控制单元，转向控制单元和模拟标志控制单元；所述影像控制单元接收摄像头发送的所述影像信号，之后向显示屏发送；所述转向控制单元对所述转向信号进行演算，得出所述摄像头转动的角度，将代表所述摄像头转动的角度的摄像头转向信号向所述作动装置和模拟标志控制单元发送；所述模拟标志控制单元对所述摄像头转向信号进行演算，得出代表车身方向的模拟标志，将代表所述车身方向模拟标志的车身方向模拟标志信号向所述显示屏发送；d)与控制器相连的作动装置，接收控制器转向控制单元发送的所述摄像头转向信号，带动所述摄像头转动相应的角度；e)与控制器相连的显示屏，接收所述影像信号和所述车身方向模拟标志信号，并显示相应的摄像头拍摄的影像和代表车身方向的模拟标志。
2.如权利要求1所述的倒车后视装置，其特征在于所述控制器还包括摄像头模拟控制单元，该摄像头模拟控制单元模拟摄像头方向，并将摄像头方向模拟标志信号向控制器内的模拟标志控制单元发送；所述模拟标志控制单元将接收到的摄像头方向模拟标志信号向显示屏发送，在显示屏上显示代表所述摄像头方向的模拟标志。
3.如权利要求1或2所述的倒车后视装置，其特征在于所述控制器还包括路线轨迹模拟控制单元，该路线轨迹模拟控制单元对控制器接收的转向信号进行演算，得出汽车将要运行的路线轨迹，将代表所述路线轨迹的路线轨迹模拟标志信号向所述模拟标志控制单元发送；所述模拟标志控制单元将接收到的所述路线轨迹模拟标志信号向显示屏发送，在显示屏上显示代表所述路线轨迹的路线轨迹模拟标志。
4.如权利要求1或2所述的倒车后视装置，其特征在于所述车身方向模拟标志可以是车身中心模拟线，所述车身方向模拟标志信号相应是车身中心模拟线信号。
5.如权利要求3所述的倒车后视装置，其特征在于所述路线轨迹模拟标志可以是轮辐轨迹模拟线，所述路线轨迹模拟标志信号相应是轮辐轨迹模拟线信号。
6.如权利要求1或2所述的倒车后视装置，其特征在于还包括与控制器相连的档位信号传感器，该档位信号传感器接收汽车档位位置的信号向所述控制器发送；所述控制器接收到汽车位于倒车档位的信号时，所述显示屏显示所述摄像头拍摄的影像和代表车身方向的模拟标志。
7.如权利要求3所述的倒车后视装置，其特征在于还包括与控制器相连的档位信号传感器，该档位信号传感器接收汽车档位位置的信号向所述控制器发送；所述控制器接收到汽车位于倒车档位的信号时，所述显示屏显示所述摄像头拍摄的影像和代表车身方向的模拟标志。
8.一种倒车后视装置，其特征在于包括控制器以及与控制器连接的摄像头、转向信号传感器、档位信号传感器、动作装置、显示屏，控制器内运行如下程序，A)控制器接收档位信号传感器发送的代表汽车换档杆的档位位置的信号，如果汽车换档杆位于倒车档位，则进入B)；如果汽车换档杆位于非倒车档位，则结束本程序；B)控制器从转向信号传感器获得代表汽车方向盘的转动角度β的信号；C)控制器通过汽车方向盘的转动角度β计算摄像头应当转动的角度γ；D)控制器根据角度γ计算，得出代表车身方向的模拟标志；E)显示屏接收控制器发送的车身方向模拟标志信号，并显示该车身方向模拟标志；F)控制器根据角度γ计算，得到汽车将要运行的路线轨迹；G)控制器接收摄像头发送的影像信号，向显示屏发送所述影像信号，显示屏上显示摄像头所拍摄的影像；H)控制器将代表摄像头转动的角度γ的摄像头转向信号向作动装置发送，并控制动作装置带动摄像头做相应角度γ的转动；I)控制器将代表车身方向模拟标志与摄像头方向模拟标志的关系的车身方向模拟标志信号及摄像头方向模拟标志信号向显示屏发送，在显示屏上显示车身方向模拟标志、摄像头方向模拟标志；J)控制器将代表路线轨迹的路线轨迹模拟标志信号向显示屏发送，在显示屏上显示路线轨迹模拟标志；K)如果汽车方向盘的转动角度β≠0，则进入B)；如果汽车方向盘的转动角度β＝0，则进入L)；L)如果汽车换档杆依然位于倒车档位，则进入B)；如果汽车换档杆由倒车档位变换至非倒车档位，则进入M)；M)控制器向作动装置中的动作装置发送摄像头1转动的角度γ＝0的信号，动作装置接收所述角度γ＝0的信号，带动摄像头转动，直至摄像头的方向与车身方向平行，同时显示屏关闭。
全文摘要
本发明公开了一种倒车后视装置，它包括控制器以及与控制器连接的摄像头、转向信号传感器、档位信号传感器、动作装置、显示屏。当汽车处于倒车档位时，显示屏显示相应的摄像头拍摄的影像和代表车身方向的模拟标志、代表摄像头方向的模拟标志、代表汽车将要运行的路线轨迹的模拟标志，使驾驶员能够及时地了解汽车后部的状况、可以容易地判断出车身方向、明确车身方向与摄像头方向的相对位置关系，方便驾驶员提前判断进行驾驶操作。
文档编号B60R1/00GK1801889SQ20051003759
公开日2006年7月12日 申请日期2005年9月29日 优先权日2005年9月29日
发明者刘杰 申请人:东风汽车有限公司