专利名称：用于自动调整后视镜的方法和装置的制作方法
本申请是1995年1月10日提交的序列号为No.08/370,753申请的部分继续，后者是1994年11月25日提交的序列号为No.08/348,092申请的部分继续。
本发明涉及一种用于调整车辆后视镜的方法和装置。
大多数汽车(轿车或卡车)具有后视镜。在一些国家中，规章只要有一个中央内部镜，但是在许多国家中，要求必须具有三个后视镜中央内部镜以及在车辆两侧各有的一个外部后视镜。
为能够舒适地进行驾驶和为安全起见，重要的是保证后视镜被正确地定向，使驾驶员能够清楚地看到他后面的道路。镜的方位取决于在驾驶期间驾驶员的头的位置。上身长的驾驶员倾向于使头处于相对于后视镜较高的位置，同样，腿长的驾驶员则倾向于使其座位后移，以得到舒适的驾驶位置。因此，一般把后视镜以可调的安装方式安装在车辆上，以便使各种身体比例的驾驶员能够正确地对其进行调整。
当同一汽车被具有不同身体比例的若干人驾驶时，例如家庭成员、出租车用户、车队司机等，如果汽车先前已被具有不同身体比例的驾驶员驾驶过，则每位驾驶员必须调整后视镜的方向。
在只有一个中央后视镜的情况下，驾驶员调整后视镜的方向是相当容易的。当汽车也有驾驶员侧反射镜时，则这种调整就较为复杂而费时，尤其是如果需要摇下窗户进行调整时。在最现代化的汽车的情况下，能够通过手动操作一个杠杆或开关，从而从汽车内部调整驾驶员侧后视镜，但这是一种驾驶员不喜欢进行的操作。
在具有安装在汽车的乘客侧的第三个后视镜的情况下，则驾驶员必须走向乘客座位，打开窗户从而调整反射镜，如果汽车没有内部调整机构的话。即使在汽车具有装在乘客门的内部的调整装置的情况下，驾驶员也必须靠近乘客座位来操作所述装置。在两种情况下，反射镜的调整都是一种反复试验的过程，这非常花费时间，因为驾驶员必须通过端坐在其座位上来判断其调整的结果。在第一次尝试中便获得正确的反射镜是不容易的。
在汽车具有装在汽车的驾驶员侧的用于调整两个外部反射镜的电气或电子控制装置的情况下，频繁地调整三个后视镜的过程是一种麻烦的事情。
能够存储反射镜位置的反射镜系统一般只允许存储有限个(2-3个)用户的相应的调整，并在存储各自的位置之前需要调整所有的反射镜。此外，这种调整经常需要再调整，因为任何一位驾驶员的姿势可随时改变，这又会使得调整后视镜的过程变得麻烦。
因而需要一种自动调整后视镜的方法和装置。这些方法和装置在汽车由不同身体比例不同驾驶姿势和习惯的驾驶员共同使用的情况下尤其有用。
本发明直接地涉及一种用于使所选的反射镜自动定位的装置。该装置包括定位装置，用于检测和驾驶员的眼睛的位置有关的位置变量的当前值，控制装置，响应所述定位装置用来根据已知的汽车和已知的视线参数确定反射镜的所需方位，以及反射镜定位装置，响应所述控制装置，用于使远(remote)反射镜定位，从而达到所述方位。
定位装置可以采取头枕位置检测装置的形式，用于确定驾驶员座位的头枕的位置，或采取图象检测装置的形式，用于检测个人头的图象。
本发明的装置可被用于具有至少一个远反射镜和能够被驾驶员坐在其座位的驾驶位置上直接调整的近反射镜的汽车上。在这种情况下，定位装置可以采取距离传感器的形式，用于检测近反射镜和驾驶员眼睛之间的距离，并包括方位传感器，用于在近镜已被驾驶员调整之后检测其方位。
在具有可由驾驶员直接调节的第一近镜和第二近镜的情况下，定位装置可以包括第一方位传感器，用于检测第一近镜的方位，以及第二方位传感器，用于检测第二近镜的方位。然而，如果假定驾驶员直接坐在已知的横向位置的方向盘后面的驾驶员的座位中，则定位装置可以采取用于检测已被驾驶员调整之后的一个近镜的方位的方位传感器的形式。
控制装置最好是具有处理装置的微型计算机，其中包括(a)位置确定装置，响应由定位装置产生的位置信号和车辆参数以及视线参数，用来确定个人眼睛的坐标；(b)镜方位确定装置，响应位置确定装置，根据车辆参数、视线参数和人眼睛的坐标确定反射镜的所需方位；以及(c)镜伺服控制装置，响应镜方位确定装置，用来确定远镜所需的方位的调节量，从而达到所需的远镜的方位。
本发明还提供一种用于自动地调节选择的反射镜的方位的方法，所述反射镜具有已知坐标的中心点并可绕着选择的转动点转动，从而使得使用该反射镜的个人获得由在所述中心点和反射镜相交的反射视线矢量确定的镜中的预选反射视线，所述方法包括下述步骤(a)确定个人眼睛的坐标；(b)根据个人眼睛和反射镜的中心点的坐标以及反射视线矢量确定所需的反射镜的方位；以及(c)使所述反射镜定位，从而使得和所需方位一致。
本发明还提供一种在数据处理装置中实现的一种方法，用来确定具有已知坐标的中心点的并可绕一个选择的转动点转动的选择的反射镜的所需的方位，使得使用该反射镜的人获得由在所述中心点和反射镜相交的反射视线矢量确定的镜的预选反射视线，所述方法包括下列步骤(a)确定从人眼睛的坐标向镜的中心点延伸的直射视线矢量；(b)确定由在镜中心点相交的所述直射视线矢量和反射视线矢量形成的视线平面；以及(c)通过确定平分由在反射镜的中心点相交的直射视线矢量和反射视线矢量在视线平面上形成的角的平分矢量，确定所需的反射镜方位。
现在参照
本发明，其中图1是具有按照本发明的最佳实施例制成的反射镜调节装置的汽车示意顶视平面图；图2是最佳实施例的部件图；图3是用于图2所示的控制装置的程序流程图4是本发明另一个实施例的顶视平面图；图5是本发明第二个另外实施例的示意的顶视平面图；图6是本发明的第三个另外实施例的示意顶视平面图；图7是本发明的第四个另外实施例的示意顶视平面图；图8是可用来实现本发明的方法的装置的示意图；以及图9是说明本发明的方法的矢量图。
图1所示用于说明包括本发明最佳实施例的汽车10。具有手13的驾驶员12处在方向盘14后方的驾驶位置。中央内镜16用中央镜安装支架18安装在汽车10上。左外部后视镜20安装在位于驾驶员侧窗口的下前端下方的左镜壳体22内。右外部后视镜24被安装在位于乘客侧窗口的下前端外部的右外部镜壳体26内。
驾驶员的眼睛27的位置被模拟为一个镶嵌状的眼睛的位置，它位于当驾驶员12观察三个镜子16、20和24之一中的图象时，驾驶员的头28绕着转动的一点上。
在图1所示的坐标系统中，坐标系统的原点位于中央镜16的中心点30上。X轴沿汽车10的纵轴指向前方，Y轴垂直地指向上方，Z轴沿横向指向左方。矢量32是中央镜16的中心点30和驾驶员眼睛之间的矢量。矢量34是左镜20的中心点36和驾驶员眼睛之间的矢量。矢量38是右镜34的中心点40和驾驶员眼睛27之间的矢量。
在最佳实施例中，本装置包括定位装置，控制装置和镜定位装置。位置检测装置(定位装置)包括距离传感器42，方位传感器44和开关46。控制装置包括微型计算机62，镜定位装置包括伺服机构21和25。
距离传感器42一般是红外线传感器或超声传感器，位于中央镜16的镜安装架18上。距离传感器42确定中央镜16和驾驶员眼睛27之间的距离。中央镜方位传感器44位于镜安装架18上，用于在中央镜16被驾驶员手动地调整后检测它的方位。方位传感器44可以包括两个自由度的机电式的转动位置检测装置，它能够检测中央镜16沿Y轴和沿垂直于Y轴的转轴的转动。开关46位于镜安装架18上，用于启动距离传感器42和方位传感器44。另外，开关46可以启动微型计算机62，从而接收来自距离传感器42和方位传感器44的信号。
用于定位镜20和24的伺服机构21、25位于各自的镜壳体22、26内。每个伺服机构21、25可以包括一对互相耦连的并可以绕垂直的轴线旋转的伺服电机，利用联动装置31、33以机械方式和镜20、26连接。每个伺服电机可以包括一个电动机和位置传感器，例如和电动机的轴耦连的电位计。伺服电机的转动使镜20、24转动。
当光线50碰到镜16的中心点之后沿驾驶员的眼睛27的方向反射时，则认为中央镜16已被正确地定位。这一正确定位由单位矢量56确定，矢量56是垂直于镜16的平面的方向矢量。同样，镜20、24的调整正确分别由单位矢量58和60确定，矢量58和60是垂直于镜20、24的平面的方向矢量，当光线52、54碰到镜20、24的中心点36、40后沿驾驶员的眼睛27的方向反射时则认为调整正确。光线50、52和54代表所需的反射视线(Sightline)。一般地说，它们是平行于汽车10的纵轴线的水平光线，以单位矢量的形式表示。不过，这些光线可以是来自其它所需方向的光线，以便达到后视目的所要求的视野。光线50、52和54的方向一般由汽车制造者对于每种特定的汽车确定。
现在参看图2，本装置包括由微机62构成的控制装置，微机62位于汽车10中的方便位置上，通过电缆和其它的电连接装置和本装置的其它部件电气相连。微机62包括具有RAM存储器65和ROM存储器67的微处理器，ROM存储器中存储着汽车参数，例如由汽车的大小和镜的位置确定的所有反射镜16、20和24的中心点30、36和40的坐标。类似地，已知的视线参数例如光线52，50和54被存储在ROM存储器67中。微机62一旦被开关46启动，便接收来自距离传感器42的距离信号70和来自中心镜方位传感器44的方位信号72。微处理器以下面要说明的方式处理这些信号，并根据反馈信号76、77分别向镜伺服机构21、25输出控制信号78、79。
现在参见图3，包括微机62的控制装置用在ROM存储器67中存储的计算机软件编程，其操作过程如下。当开关46被触发时(块80)，包括微机62的控制装置被启动，并接收来自由距离传感器42和方位传感器44构成的定位装置的信号70和72。然后，控制装置确定中央镜16和驾驶员眼睛27之间的距离(块82)、中央镜的方位(块84)、垂直于中央镜的单位矢量56(块86)和确定驾驶员眼睛27的位置的矢量32(块88)。接着，控制装置确定垂直于处在所需方位下的左镜20和右镜24的单位矢量58和60(块90)，这些单位矢量分别确定这些镜的所需方位，从而确定左镜20和右镜24的新的伺服位置(块92)，并产生用于实现新伺服电机的位置的位置控制信号78和79(块94)。
通过执行下列算法，微机62确定外部镜的所需方位。已知(1)中心点36(左镜)、30(中央镜)和40(右镜)的坐标，(2)由距离传感器42提供的从点30到驾驶员眼睛27的距离，(3)由中央镜方位传感器44提供的中央镜的方位，和(4)光线52、50和54的单位方向矢量，垂直于处于所需方位的镜20的表面的单位矢量58和垂直于处于所需方位的镜24的表面的单位矢量60被确定如下(a)通过把用其坐标系统(例如旋转坐标系统)表示的镜方位传感器44提供的位置变换为X-Y-Z坐标系统，根据中央镜方位传感器44提供的中央镜16的方位来直接地计算垂直于中央镜16表面的单位矢量56。
(b)已知单位矢量56和单位矢量50，根据物理学(光的反射)这样确定矢量32的方向已知单位矢量56平分由在点30相交的矢量32和矢量50在它们形成的平面上形成的角A。
(c)确定矢量32的方向并且已知从中央镜中心点30到驾驶员眼睛27的距离之后，则矢量32被确定，从而得到驾驶员眼睛27的坐标。
(d)已知左镜中心点36的坐标和驾驶员眼睛27的坐标，便可直接确定连接这两点的矢量34。
(e)类似地，已知右镜中心点40的坐标和驾驶员眼睛27的坐标，便可直接确定连接这两点的矢量38。
(f)已知单位矢量34和单位矢量52，便可根据物理学(光的反射)这样确定垂直于左镜20的表面的单位矢量58单位矢量58平分在点36相交的由矢量34和矢量52在其形成的平面上所形成的角B。
(g)类似地，已知单位38和单位矢量54，便可根据物理学(光的反射)这样确定垂直于右镜24的平面的单位矢量60单位矢量60平分由在点40相交的单位矢量38和单位矢量54在其形成的平面上所形成的角C。
对于需要确定相应的垂直于镜表面的单位矢量的任何其它的镜，可以重复上述步骤。
在使用时，驾驶员12手动地调节中央镜16，从而启动开关46，从而又使控制装置启动。控制装置接收由距离传感器42和中央镜方位传感器44构成的定位装置的信号70和72。距离传感器42测量中央镜16和驾驶员眼睛27之间的距离，中央镜方位传感器44测量中央镜16的方位。来自距离传感器42和中央镜方位传感器44的信号被控制装置进行处理，从而确定用于确定驾驶员眼睛坐标的正交单位矢量56和矢量32。镜方位确定装置接着确定用于确定外部镜20，24的坐标的正交单位矢量58、60。镜伺服控制装置接着根据反馈信号76、77产生位置控制信号78、79，从而分别启动伺服机构21、25，使外部镜20、24重新定位，使得它们的表面分别和矢量58、60成为正交的。
现在参看图4，在第一个另外的实施例中，用标号100表示的本装置可以使驾驶员手动地调整第一近镜(一般在中央镜内部)和第二近镜(一般在驾驶员侧，驾驶员侧镜)。一旦这些调整完成，装置100便自动地调整一个或几个远方镜，例如乘客侧镜124。
装置100包括定位装置，控制装置和镜定位装置。定位装置包括中央镜方位传感器144和驾驶员侧镜方位传感器145。控制装置包括微机162。镜定位装置包括伺服机构125。汽车参数包括镜116，120和124的中心点130，136和140的位置。视线参数包括光线50、52和54。一旦镜116，120被手动调整好之后，方位传感器144，145便检测镜116，120的方位并启动开关146。微机162被编程，以实现三角测量算法，从而提供控制信号，使乘客侧镜124正确定位，并使在大型汽车例如卡车上装的另外的后视镜190正确定位。
在使用时，驾驶员调整中央镜116和驾驶员侧镜120，从而启动开关146，使装置100自动地调整远镜124和190。本发明的这个实施例的优点在于，装置100不需要用于检测中央镜和驾驶员眼睛27之间的距离的距离传感器或用于驾驶员侧镜的伺服机构，当然方位传感器总是需要的，用来确定驾驶员侧镜的方位。
微机162通过执行下述算法确定乘客侧镜124的方位。已知(1)中心点140(远镜)、130(第一近镜)和136(第二近镜)的坐标，(2)由中央镜方位传感器44提供的第一近镜的方位，(3)由第二镜方位传感器145提供的第二近镜的方位，以及(4)光线52，50和54的单位方向矢量，和乘客侧镜124(或其它远镜)的表面垂直的单位矢量60的确定方法如下(a)用由方位传感器144提供的第一近镜116的方位，通过把在其坐标系统中(例如旋转坐标系统)表示的方位传感器144的位置转换为X-Y-Z坐标系统便可直接计算和镜116的表面垂直的单位矢量56。
(b)用由第二镜方位传感器145提供的第二近镜120的方位，通过把在其坐标系统中(例如旋转坐标系统)表示的镜方位传感器145的位置转换为X-Y-Z坐标系统便可直接计算和镜120的表面垂直的单位矢量58。
(c)已知单位矢量56和单位矢量50，根据物理学(光的反射)便可确定矢量32的方向单位矢量56平分由在点130相交的矢量32和50在其形成的平面上所形成的角A。
(d)已知单位矢量58和单位矢量52，根据物理学(光的反射)便可确定矢量34的方向单位矢量58平分在点136相交的单位矢量34和52在其形成的平面上所形成的角B。
(e)算出矢量32和34的方向之后，通过求出具有原始中心点136和方向矢量34的线和具有原始中心点130和方向矢量32的线的交点，确定驾驶员眼睛27的坐标。如果第一近镜116和第二近镜120的调整稍微不准确，则具有原始中心点136和方向矢量34的线与具有原始中心点130和方向矢量32的线便不会准确地相交，这时则用连接两条线的最短线段的中点(标准的几何计算)近似作为驾驶员眼睛的坐标。
(f)已知另一个镜中心点140的坐标和驾驶员眼睛27的坐标，便可直接确定连接这两点的矢量58。
(g)已知矢量38和单位矢量54，根据物理学(光的反射)便可确定垂直于右镜124表面的单位矢量60单位矢量60平分由在点140相交的矢量38和54在其形成的平面上所形成的角C。
现在参见图5，在第二个另外的实施例中，用标号200表示的本装置包括由中央镜方位传感器244构成的定位装置，由微机262构成的控制装置和由伺服机构221、225构成的镜定位装置。
在这个第二另外的实施例中，假定驾驶员坐在已知的横向位置(一般对称地处在方向盘后面)。因此，驾驶员座位的Z坐标被认为是平面51和和Z轴的交点。平面51是垂直的，且平行于XY平面，并通过驾驶员座位的中心把驾驶员对称地分为两半，并包含驾驶员的眼睛27。汽车参数包括镜216、220和224的中心点230、236和240的位置，以及驾驶员座位的Z坐标。后视参数包括光线50、52和54。只简单地需要驾驶员手动调整一个近镜(一般为内部中央镜)。一旦完成这一调整，便确定了驾驶员眼睛27的位置。
方位传感器244检测镜216的方位，一旦镜216被手动地调整，开关246便被启动。微机262被编程以执行三角测量算法，从而提供使镜220和224以及任何其它附加的后视镜290正确定位的控制信号。
在使用时，驾驶员调整中央镜216并且启动开关246，从而使装置200自动地调整远镜220，224和290。本发明的这另一实施例的优点在于，装置200不需要用于检测中央镜和驾驶员眼睛27之间的距离的距离传感器。此外，只有一个近镜需要手动地调整。不过必须已知按上述确定的驾驶员座位的Z坐标，并作为一个汽车参数输入到微机262的存储器中。
微机262通过执行以下算法确定远方镜所需的方位。已知(1)中心点236(左镜)、230(中央镜)和240(右镜)的坐标，(2)由垂直平面51和Z轴的交点给出的驾驶员座位和眼睛的Z坐标，(3)由中央镜方位传感器244提供的中央镜的方位，以及
(4)对于光线52，50和54的单位方向矢量。
和镜220的表面垂直的单位矢量58以及和镜224的表面垂直的单位矢量60被确定如下(a)用由中央镜方位传感器244提供的中央镜216的方位，通过把在其坐标系统(例如旋转坐标)中表示的镜方位传感器244的位置转换为X-Y-Z坐标系统来直接计算和中央镜216的表面垂直的单位矢量56。
(b)已知单位矢量56和单位矢量50，根据物理学(光的反射)确定矢量32的方向单位矢量56平分由在点230相交的矢量32和50在其形成的平面上所形成的角A。
(c)已知矢量32的方向，便可以确定驾驶员眼睛27的坐标，因为驾驶员眼睛27构成通过中心点230的方向矢量32的线和垂直平面51的交点。
(d)已知左镜中心点236的坐标和驾驶员眼睛27的坐标，连接这两点的矢量34便可直接被确定。
(e)类似地，已知右镜中心点240的坐标和驾驶员眼睛27的坐标，连接这两点的矢量38便被直接地确定。
(f)已知单位矢量34和单位矢量52，根据物理学(光的反射)确定垂直于左镜220的表面的单位矢量58单位矢量58平分由在点236相交的矢量34和52在其形成的平面上所形成的角B。
(g)类似地，已知单位矢量38和单位矢量54，根据物理学(光的反射)确定垂直于右镜224的表面的单位矢量60单位矢量60平分由在点240相交的单位矢量38和54在其形成的平面上所形成的角C。
对于任何其它需要确定相应的垂直于镜表面的单位矢量的镜，可以类似地重复上述步骤。
现在参见图6，在本装置的第三另外的实施例中，本装置用标号300表示，假定驾驶员眼睛27将位于由矢量354相对于头枕356的位置355确定的已知位置。只简单地要求驾驶员启动开关346便可确定其眼睛的位置。
装置300包括定位装置，控制装置和位置检测装置。定位装置采取用于检测驾驶员座位357的头枕356的位置355的位置检测装置的形式。例如，头位置检测装置355可以包括在能够记忆其部件(座位，靠背，头枕等)的相互位置的动力调整的座位机构中使用的位置传感器。控制装置包括和最佳实施例的微机62相同的微机362。镜定位装置包括分别用于镜320，316和324的伺服机构321，323和325。汽车参数不仅包括镜316，320和324的中心点330，336和340的位置，而且包括和头枕位置355相关的估算的驾驶员眼睛位置矢量354。后视参数包括光线50，52和54。微机362被编程用于执行三角测量算法，通过执行如下的位置确定算法，确定驾驶员眼睛位置27。已知(1)以矢量352的形式表示的头枕356的位置355的坐标，以及(2)驾驶员眼睛的位置和头枕356的位置355有关，由矢量354限定，通过对矢量352和354进行矢量相加确定限定驾驶员眼睛27的位置的矢量32。然后，微机362通过执行和上述实施例中相类似的镜方位确定算法确定所有三个镜的所需方位。
参见图7，在第四个另外的实施例中，用标号400表示的本发明的装置包括呈图象检测装置458形式的定位装置，呈微机462形式的控制装置和分别呈用于镜420、416和424的伺服机构421，423和425形式的镜定位装置。汽车参数包括镜416，420和424的中心点430，436和440的位置。后视参数包括光线50，52和54。
只简单地需要驾驶员启动开关446，从而启动记录驾驶员头的图象的图象检测装置458，并产生和驾驶员的头相关的输出信号。然后把这一输出信号送到微机462，对此信号进行处理，并确定驾驶员眼睛的位置。一旦求得这一位置，微机462便可以通过执行和上述相同的算法确定镜416，420和424的所需方位。图象检测装置458可以包括视觉系统例如摄象机，或其它的利用声、超声、红外线或其它辐射场的成象装置或波束发射与检测装置，以便产生并记录驾驶员头的图象。
第三和第四另外实施例300、400的优点在于，它们不需要驾驶员手动地调整任何反射镜使其定位。当然，对于所有需要调整的反射镜，伺服机构是需要的，以便使控制装置和定位装置检测反射镜的当前位置并相应地使其重新定向。
参见图8，从以上对最佳实施例和各个另外的实施例的说明可以看出，本发明的定位装置500可以采取以下的几种形式(1)在最佳实施例的情况下，定位装置500包括方位检测装置，用于检测被驾驶员调整之后的近镜的方位，以及检测装置，用来确定近镜和驾驶员眼睛之间的距离，它最好是被安装在中央镜支架或其它合适位置上的红外线传感器或超声波传感器；(2)在第一另外的实施例100的情况下，定位装置500包括方位检测装置，用来检测近镜的方位(当它被驾驶员调整好之后)，以及第二方位检测装置，用于检测第二近镜的方位(当它也被驾驶员调整好之后)；(3)在第二另外的实施例200的情况下，定位装置500包括只用于检测近镜(在它被驾驶员调整好之后)的方位的方位检测装置，因为此时假定驾驶员会坐在方向盘后面的驾驶员座位中的已知的横向的驾驶位置上；(4)在第三另外的实施例300的情况下，定位装置500包括用来在驾驶员正确地调整好其驾驶时所坐位置之后检测驾驶员的座位和头枕的位置的位置检测装置，然后通过加上代表和头枕有关的驾驶员眼睛的估算的位置的矢量，提供驾驶员眼睛的位置；或(5)在第四另外的实施例400的情况下，定位装置500包括图象检测装置，用来在驾驶员处于其驾驶位置之后，通过视频、超声、红外线或其它成象装置记录驾驶员头的图象。
在上述每一实施例中，定位装置检测和驾驶员眼睛的位置有关的位置变量的当前值(例如在一个反射镜被驾驶员调整达到所需的后视视线之后该反射镜的方位)，并产生和其相关的位置信号。
还可以看出，本发明的控制装置502包括用于执行三种不同的功能的程序模块(1)位置确定模块504，根据由定位装置500提供的位置，已知的汽车参数514和视线参数516确定驾驶员眼睛的位置；(2)镜方位确定模块506，根据驾驶员眼睛的位置、已知的汽车参数514和视线参数516确定为后视目的要被调整的镜的所需方位；以及(3)镜伺服控制模块508，根据检测的镜方位和所需的镜方位，提供具有合适的定位信号的镜定位装置510，以便使镜512达到所需的镜方位。
本发明还提供一种自动调节具有已知坐标的中心点并可以绕选择的旋转点转动的所选的反射镜的方位的方法，使得使用该反射镜的人能够实现由在所述中心点和镜表面相交的反射视线矢量确定的镜中的预选反射视线。
在最佳实施例中，本方法包括下列步骤1.确定使用所述镜的人的眼睛的坐标；2.根据人的眼睛的坐标和镜的中心点以及反射视线矢量按下述步骤确定镜的所需方位(a)确定从人眼睛的坐标向镜的中心点延伸的直射视线矢量；(b)确定由在镜中心点相交的直射视线矢量和反射视线矢量形成的视线平面；(c)通过确定一个平分矢量确定所需的镜方位，所述平分矢量平分由在镜的中心点相交的直射视线矢量和反射视线矢量在视线平面上所形成的角；以及(d)以通过使所述平分矢量标准化而获得的单位矢量的形式确定所需的镜的方位；以及3.使镜定位，从而按所需的精度与所需方位一致。
本方法可以通过使用上述几个实施例中的一个定位装置500、控制装置502和定位装置510来实现。例如，在图5说明的第二另外实施例的情况下，其中汽车包括具有中心点的近镜和具有位于离开汽车纵轴一个已知横向距离处的中心的驾驶员座位，本方法的步骤1可用以下步骤实现(a)确定在近镜中心点和近镜表面正交的近镜法线矢量；(b)确定由在近镜中心点相交的反射视线矢量和近镜法线矢量构成的近镜视线平面；
(c)确定在近镜视线平面内的近镜直射视线矢量，它和反射视线矢量在近镜中心点相交，并和该矢量形成被近镜法线矢量平分的角；(d)确定由近镜直射视线矢量的方向和近镜中心点限定的近镜直射视线；以及(e)根据近镜直射视线和平行于汽车纵轴通过驾驶员座位的中心的垂直平面的交点确定驾驶员眼睛的位置。
此外，应该注意，在上述的步2中，镜的所需方位可以用在镜的中心点和镜表面正交的矢量的形式确定，或者用相应的转角的形式确定。
参见图9，在最佳实施例中，镜方位确定模块执行以下的步骤，其中O表示坐标系统的原点；E表示驾驶员眼睛的位置；C表示远镜中心点的位置；n表示和远镜平面正交的单位矢量；d代表单位直射视线矢量；以及r代表单位反射视线矢量。
已知坐标系统的原点O，驾驶员眼睛的位置E，远镜中心点的位置C，和单位反射视线矢量r，则模块执行下列步骤1.计算CECE＝OE-OC2.计算CE的模|CE|3.计算dd=CE|CE|]]>4.计算r-d，5.计算r-d的模|r-d|6.计算nn=r-d|r-d|]]>
7.根据n对于所讨论的旋转坐标系统计算远镜方位角。
对于任何选择的镜例如当不用于定位时的中央后视镜可以类似地重复上述步骤，从而确定和镜的表面正交的相应的单位矢量。
虽然本发明的方法和装置已通过最佳实施例和各个另外的实施例进行了说明，但应当理解(a)虽然在最佳实施例中，控制装置包括位置确定模块，用来根据用于检测中央内镜和驾驶员眼睛之间的距离的位置传感器确定驾驶员眼睛的位置，但位置确定模块也可以根据和一些其它位于汽车内或汽车外距驾驶员近的能方便地调整的镜相关的检测装置确定驾驶员眼睛的位置；(b)位置确定模块可以根据包括各种传感器的其它的检测装置确定驾驶员眼睛的位置；(c)虽然说明的近镜由驾驶员手动地调整，但这些镜可以由驾驶员操作一合适的接口进行调整，如键盘、机械式游戏棒或启动相应的伺服机构的开关装置；(d)后视参数可由驾驶员通过合适的接口例如键盘、机械式游戏棒或开关装置直接地进行调整；(e)驾驶员可以手动地或通过合适的接口例如键盘、机械式游戏棒或启动相应伺服机构的开关装置超控(override)任何镜的定位；(f)虽然各个实施例利用一种形式的定位装置，但本装置可以使用多种形式的定位装置的组合，以便确定驾驶员眼睛的位置；以及(g)控制装置可以包括误差检测模块，其目的是用来检测可能存在的不一致性，这些不一致性表现为按照位置确定模块的计算未必能或不可能确定驾驶员眼睛的位置或在物理上不能由定位装置实现的所需镜的方位。
因此，应当理解，不脱离其范围由所附权利要求中限定的本发明的构思，可以对上述的最佳实施例作出许多改型。
权利要求
1.一种用于自动调整装在汽车上的至少一个远镜的方位的装置，所述汽车具有可由坐在驾驶员座位中的驾驶位置上的驾驶员手动地调整的近镜，所述装置包括(a)定位装置，用于检测当驾驶员正在使用近镜时和驾驶员眼睛的位置相关的位置变量的当前值，并产生和其相关的位置信号；(b)控制装置，响应所述位置信号用来根据已知的汽车参数和视线参数确定远镜的所需的方位并产生和其相关的控制信号；以及(c)镜定位装置，响应控制信号用来使远镜定位于所需的方位。
2.如权利要求1所述的装置，其中定位装置包括距离检测装置，用来检测近镜和驾驶员眼睛之间的距离，以及方位检测装置，用来检测当近镜被驾驶员调整之后的方位。
3.如权利要求2所述的装置，其中距离检测装置包括安装在近镜附近的红外线传感器。
4.如权利要求2所述的装置，其中距离检测装置包括超声波传感器。
5.如权利要求2所述的装置，其中方位检测装置包括和近镜相连的位置传感器。
6.如权利要求1所述的装置，其中所述装置还包括由驾驶员触发的启动装置，用来启动定位装置和控制装置。
7.如权利要求1所述的装置，其中近镜包括位于汽车内部的中央镜，远镜包括位于汽车外部的乘客侧镜。
8.如权利要求1所述的装置，其中控制装置包括微型计算机，它包括存储装置，用来存储所述参数，输入装置，用来接收由定位装置和镜定位装置产生的输入信号，处理装置，用来根据输入信号和参数产生控制信号，以及输出装置，用来向镜定位装置输出控制信号。
9.如权利要求8所述的装置，其中处理装置包括(a)位置确定装置，响应由定位装置产生的位置信号和汽车参数以及视线参数，用来确定驾驶员眼睛的座标。(b)镜方位确定装置，响应位置确定装置，用来根据汽车参数、视线参数和驾驶员眼睛的座标对于远镜确定其所需的方位；以及(c)镜伺服控制装置，响应镜方位确定装置，用于确定远镜方位所需的调整量，从而达到所需远镜的方位。
10.如权利要求9所述的装置，其中镜定位装置包括和远镜相连的伺服机构，它具有至少一个电动机和用来向控制装置提供和远镜的当前方位相关的反馈信号的反馈装置。
11.如权利要求9所述的装置，其中镜方位确定装置包括(a)用于确定从驾驶员眼睛的座标向镜的中心点延伸的直射视线矢量的装置；(b)用于确定由在镜中心点相交的直射视线矢量和所需的反射视线矢量形成的视线平面的装置；以及(c)用于通过确定一个平分由在镜的中心点相交的直射视线矢量和反射视线矢量在视线平面上所形成的角的平分矢量来确定所需的镜的方位的装置。
12.一种汽车后视调节装置，包括(a)位于汽车上的并可由坐在驾驶员座位中的驾驶位置上的驾驶员手动地调整的近镜；(b)位于汽车上的远镜；(c)定位装置，用来检测当驾驶员正在使用近镜时和驾驶员眼睛的位置相关的位置变量的当前值，并产生和其相关的位置信号；(d)控制装置，响应所述位置信号用来根据已知的汽车参数和视线参数确定远镜的所需方位并产生和其相关的控制信号；以及(e)镜定位装置，响应控制信号用来使远镜定位于所需的方位。
13.一种汽车后视调整装置，包括(a)当驾驶员坐在汽车的驾驶员座位中的驾驶位置时可以手动地调整的第一近镜和第二近镜；(b)装在汽车外部远离驾驶员座位处的至少一个远镜；(c)定位装置，用于检测和驾驶员的眼睛的位置相关的位置变量的当前值，并产生和其相关的位置信号，其中定位装置包括第一方位检测装置，用于检测第一近镜的方位，和第二方位检测装置，用于检测第二近镜的方位；(d)控制装置，响应所述位置信号，用来根据已知的汽车参数和视线参数确定远镜的所需的方位并产生和其相关的控制信号；以及(e)镜定位装置，响应控制信号，用于把远镜定位于所需的方位。
14.一种用于汽车的后视调整装置，所述汽车具有纵轴、与纵轴垂直的竖轴以及和纵轴与竖轴垂直的横轴，并具有其中心处在离开纵轴一个已知横向距离处的驾驶员座位，所述装置包括(a)当驾驶员坐在驾驶员座位中时可由驾驶员手动调节的近镜；(b)位于汽车外面的至少一个远镜；(c)定位装置，当驾驶员正在使用近镜时，用来检测和驾驶员眼睛的位置相关的位置变量的当前值，并产生和其相关的位置信号，其中定位装置包括方位检测装置，当近镜被驾驶员调整过之后，用来检测近镜的方位；(d)控制装置，响应位置信号，用来根据汽车参数和视线参数确定远镜的所需方位，并产生和其相关的控制信号，其中已知的汽车参数包括驾驶员座位的中心和汽车纵轴之间的横向距离；以及(e)镜定位装置，响应控制信号，用于把远镜定位于所需的方位。
15.一种用于自动调整装在汽车上的至少一个动力调整的远镜的方法，所述汽车具有可由该汽车的驾驶员手动地调整的近镜，所述远镜具有已知座标的中心点，并可以围绕所选的旋转点转动，所述方法能够使驾驶员获得由在中心点和远镜相交的反射视线矢量确定的远镜中的预选反射视线，包括下列步骤(a)确定驾驶员眼睛的座标；(b)根据驾驶员眼睛和远镜中心点的座标以及反射视线矢量确定远镜的所需方位；以及(e)使远镜定位，使其和所需方位一致。
16.如权利要求15所述的方法，其中步骤(a)包括以下步骤检测近镜和驾驶员眼睛之间的距离，以及在驾驶员调整近镜以便看到近镜的预选后视视线之后，检测近镜的方位。
17.如权利要求15所述的方法，其中步骤(b)包括下列步骤(a)确定从驾驶员眼睛的座标向远镜中心点延伸的直射视线矢量；(b)确定由在远镜中心点相交的直射视线矢量和反射视线矢量形成的视线平面；以及(c)通过确定平分由在远镜中心点相交的直射视线矢量和反射视线矢量在视线平面上所形成的角的平分矢量确定所需的镜的方位。
18.如权利要求17所述的方法，还包括以通过使平分矢量标准化而获得的单位矢量的形式确定所需镜的方位的步骤。
19.如权利要求15所述的方法，其中的汽车包括第一近镜和第二近镜，并且步(a)包括在驾驶员调整第一近镜和第二近镜从而使得达到所需的后视视线之后，检测第一近镜和第二近镜的方位的步骤。
20.如权利要求15所述的方法，其中汽车具有纵轴、与其垂直的竖轴和与纵轴和竖轴垂直的横轴，其中近镜具有已知的中心，驾驶员座位具有位于离开纵轴一个已知的横向距离的中心线，并且其中步(a)包括在驾驶员调整近镜的方位从而使得达到预选的后视视线之后检测近镜方位的步骤。
21.如权利要求15所述的方法，其中步骤(c)包括比较远镜的当前测量的方位和远镜的所需方位，从而使以所选的精度与所选的方位相符的步骤。
22.如权利要求21所述的方法，其中步骤(c)还包括通过使用反馈控制使镜定位的步骤。
23.一种在数据处理装置中实现的方法，用于确定位于汽车上的所选的后视镜的所需方位，所述后视镜具有已知座标的中心点并可以围绕所选的转动点转动，能够使使用该镜的驾驶员获得由在中心点和镜相交的反射视线矢量确定的镜中的预选反射视线，所述方法包括下述步骤(a)确定从驾驶员眼睛的座标向镜的中心点延伸的直射视线矢量；(b)确定由在镜中心点相交的直射视线矢量和反射视线矢量形成的视线平面；以及(c)通过确定平分由在镜的中心点相交的直射视线矢量和反射视线矢量在视线平面上所形成的角的平分矢量确定所需的镜的方位。
24.如权利要求15所述的方法，其中汽车具有纵轴、和纵轴垂直的竖轴以及和纵轴与竖轴垂直的横轴，其中汽车包括具有位于离开纵轴一个已知横向距离处的中心的驾驶员座位，其中近镜具有已知的中心点，其中步(a)包括以下步骤(a)确定在近镜中心点垂直于近镜表面的近镜正交矢量；(b)确定由在近镜中心点相交的反射视线矢量和近镜正交矢量形成的近镜视线平面；(c)确定近镜视线平面内的近镜直射视线矢量，该矢量和反射视线矢量在近镜中心点相交，并和反射视线矢量形成由近镜正交矢量所平分的角；(d)确定由近镜直射视线矢量的方向和近镜中心点限定的近镜直射视线；以及(e)确定驾驶员眼睛的位置，所述位置是近镜直射视线和平行于汽车纵轴的通过驾驶员座位中心的垂直平面的交点。
25.一种用于汽车的镜系统，包括中央镜，其结构和位置使得它可以由坐在汽车驾驶员座位上的人手动地调整其方位，以达到最佳的中央后视能力；方位传感器，和所述可手动调整的中央镜相连，其结构和设置使得能够检测手动调整的所述中央镜的方位，并产生代表所述可手动调整的中央镜的检测的方位的信号；电子控制器，用来接收由所述和可手动调整的中央镜相连的方位传感器产生的所述信号，并根据由所述方位传感器产生的所述信号产生控制器输出信号；至少一个位于汽车外面的侧视镜，它可以被调整，以达到所需的沿汽车一侧的后视能力；以及和所述侧视镜相连的电气操作的电机机构，所述电机机构可以响应所述控制器输出信号进行操作，并且其结构和设置使得能够使坐在驾驶员座位上的人根据所述控制器输出信号自动地调整所述侧视镜的方位，以达到所需后视能力。
26.如权利要求25所述的镜系统，还包括距离传感器，其结构和设置使得可以检测所述中央镜和驾驶员眼睛之间的距离，并根据检测的距离产生信号，所述电子控制器接收由所述距离传感器产生的所述信号，并根据由所述距离传感器和所述方位传感器产生的所述信号产生所述的控制器输出信号。
27.如权利要求26所述的镜系统，其中所述的距离传感器包括红外线传感器。
28.如权利要求26所述的镜系统，其中所述的距离传感器包括超声波传感器。
29.如权利要求25所述的镜系统，还包括启动开关，用来选择地启动和禁止所述电子控制器。
30.如权利要求26所述的镜系统，还包括启动开关，用来选择地启动和禁止所述电子控制器。
31.如权利要求25所述的镜系统，其中所述电子控制器包括具有微处理器、RAM存储器和ROM存储器的微型计算机。
32.一种用于汽车的镜系统，包括中央镜，其结构和设置使得能够便汽车驾驶员手动地调整，以实现最佳的中央后视能力；和所述可手动调整的中央镜相连的中央镜方位传感器，其结构和设置使得能检测所述中央镜的手动定向的方位，并产生代表所述可手动调整的中央镜的检测方位的信号；装在汽车的外部的驾驶员侧的驾驶员侧视镜，其结构和设置使得能够使坐在座位上的汽车驾驶员进行调整从而实现汽车驾驶员侧的最佳后视能力；和所述驾驶员侧镜相连的驾驶员侧视镜方位传感器，其结构和设置使得能够检测所述驾驶员侧镜的方位，并产生代表所述驾驶员侧镜的检测方位的信号；电子控制器，用来接收由和所述可手动调整的中央镜相连的中央镜方位传感器产生的所述信号和由所述驾驶员侧镜产生的所述信号，并用来根据由所述中央镜方位传感器和所述驾驶员侧镜方位传感器产生的所述信号产生控制器输出信号；位于汽车外部乘客侧的乘客侧视镜，它可以被调整，以便达到在汽车乘客侧所需的后视能力；以及和所述乘客侧视镜相连的电气操作的电机机构，它可以响应所述控制器输出信号进行操作，并且其结构和设置使得坐在驾驶座位上的驾驶员能够根据所述控制器输出信号自动地调整所述乘客侧视镜，以达到所需的后视能力。
33.如权利要求32所述的镜系统，还包括启动开关，用来选择地启动和禁止所述电子控制器。
34.如权利要求33所述的镜系统，其中所述电子控制器包括具有微处理器、RAM存储器和ROM存储器的微型计算机。
35.如权利要求32所述的镜系统，还包括和所述驾驶员侧视镜相连的电气操作的电机机构，以及遥控装置，用于遥控所述和驾驶员侧视镜相连的电气操作的电机机构，以便调整所述驾驶员侧视镜达到汽车的驾驶员侧的最佳后视能力。
36.一种用于操作汽车镜系统的方法，包括由坐在汽车驾驶员座位上的人手动地调整中央镜，以达到最佳中央后视能力；检测所述中央镜的手动调整的方位；产生代表所述手动调整的中央镜的检测方位的方位信号；利用所述方位信号得到控制信号；根据所述控制信号由坐在汽车相对一侧的驾驶座位上的驾驶员自动地调整至少一个侧视镜，以便达到汽车相对侧的所需后视能力。
37.如权利要求36所述的用于操作汽车的镜系统的方法，还包括下列步骤检测所述中心镜和驾驶员眼睛之间的近似距离；根据检测的所述中心镜和驾驶员眼睛之间的近似距离产生信号；利用所述根据检测的所述中心镜和驾驶员眼睛之间的近似距离而产生的信号得到所述控制信号。
38.如权利要求37所述的用于操作汽车的镜系统的方法，还包括下列步骤利用所述代表所述可手动调整的中心镜的检测方位的方位信号确定和所述中心镜的表面垂直的矢量的方向；利用(i)从中央镜的中心点沿着预选的光路延伸的用来由驾驶员控制后视能力的预定反射视线矢量，和(ii)与所述中央镜的表面垂直的所述矢量，以及(iii)检测的所述中央镜和驾驶员眼睛之间的近似距离，从而导出在驾驶员眼睛和所述中央镜的中心点之间延伸的矢量的近似长度和方向，以便确定驾驶员坐在驾驶座位中时的眼睛的近似位置；利用所确定的所述驾驶员眼睛的近似距离完成由在汽车的相对侧的驾驶员自动调整所述侧视镜的步骤，从而达到所需的后视能力。
39.如权利要求38所述的用于操作汽车镜系统的方法，其中在完成自动调整所述侧视镜的步骤中的利用被确定的驾驶员眼睛的近似位置的步骤包括确定在驾驶员眼睛和每个所述侧视镜的中心点之间延伸的矢量的近似方向；以及利用i)在驾驶员眼睛和每个所述侧视镜的中心点之间延伸的所述近似的矢量ii)用于由驾驶员调整侧向后视能力的从一个所述侧视镜的中心点沿预选的光路延伸的每个预定的反射视线矢量，从而导出和所述的每个侧视镜各自的表面正交的各个矢量的方向；以及利用和每个所述的侧视镜的各自的表面正交的所述矢量方向，导出用于由驾驶员调整汽车相对侧的后视能力的侧视镜的所述方位。
40.如权利要求36所述的用于操作汽车镜系统的方法，还包括下列步骤利用代表所述可手动调整的中央镜的检测方位的所述方位信号，确定和所述中央镜的表面正交的矢量的方向；利用i)用于由驾驶员调整中央后视能力的沿一预选的光路从中央镜的中心点延伸的预定的反射视线矢量，和ii)和所述中央镜的表面垂直的所述矢量，以及iii)驾驶员眼睛的估算的横向位置，从而导出在驾驶员眼睛和中央镜的所述中心点之间延伸的矢量的近似长度和方向，以便确定所述驾驶员眼睛的近似位置；在完成由驾驶员调整汽车相对侧的后视能力而自动调整所述侧视镜的步骤中利用所述被确定驾驶员眼睛的近似位置。
41.如权利要求40所述的用于操作汽车镜系统的方法，其中在完成自动调整所述侧视镜的步骤中利用所述确定的驾驶员眼睛的近似位置的步骤包括检测在驾驶员眼睛和每个所述侧视镜的中心点之间延伸的矢量的近似方向；以及利用i)所述近似地在驾驶员眼睛和每个所述侧视镜的中心点之间延伸的矢量，和ii)用于由驾驶员调整侧向后视能力的沿预选的光路分别从每个所述侧视镜的中心点延伸的各个预定的反射视线矢量，从而导出和所述每个侧视镜的各自的表面正交的各个矢量的方向；以及利用和所述每个侧视镜的各自的表面正交的所述矢量方向导出由驾驶员调整汽车相对侧的后视能力所需的侧视镜的所述方位。
42.一种用来操作汽车镜系统的方法，包括由驾驶员手动地调整中央镜的方位，以便得到最佳中央后视能力；检测所述中央镜的手动调整的方位；产生代表所述可手动调整的中央镜的检测方位的信号；由驾驶员调整设置在汽车外部驾驶员侧的驾驶员侧视镜，以便得到汽车的驾驶员侧的最佳后视能力；检测所述驾驶员侧视镜的方位；产生代表所述驾驶员侧视镜的检测方位的信号；根据所述代表所述可手动调整的中央镜的检测方位的所述信号和所述代表所述驾驶员侧视镜的检测方位的信号产生控制信号；以及根据所述控制信号自动地调整所述乘客侧的侧视镜，从而达到驾驶员在汽车的所述乘客侧的所需后视能力。
全文摘要
一种用于自动地调整装在汽车上的选择的反射镜的方位的方法和装置,所述装置包括:用来检测驾驶员眼睛的位置的定位装置、计算机控制器和镜定位机构。所述定位装置可以包括各种类型的距离传感器和方位传感器。控制器根据驾驶员眼睛的位置、已知的汽车参数和视线参数确定所述镜的所需方位,并产生控制信号。镜定位机构接收控制信号并响应控制信号对镜进行定位。本发明的方法包括以下步骤:确定使用反射镜的人的眼睛的坐标,根据这些坐标和镜的中心点以及反射视线矢量确定镜的所需的方位,然后调整一个或几个所选镜的方位,使得驾驶员能够看见预选的反射视线。
文档编号B60R1/06GK1171085SQ95197059
公开日1998年1月21日 申请日期1995年11月24日 优先权日1994年11月25日
发明者伯迪尔·A·布兰丁 申请人:伯迪尔·A·布兰丁