测量组件2固连在车体上并随车体的运动而运动；第二微惯性测量组 件3固连在汽车档位操纵杆上并随汽车档位操纵杆的运动而运动；第一微惯性测量组件2、 第二微惯性测量组件3以及汽车档位操纵杆的姿态均以大地坐标系为基准。
[0050] 对车体本身而言，通过其安装固定的第一微惯性测量组件2可以得到在大地坐标 系下的汽车车体运动的三轴加速度，同时也可以获得在同一坐标系下的当前汽车车体运动 的三轴角速度及姿态角，以此来表示车体当前的姿态，包括横滚角巾、俯仰角9和偏航角 也。即根据汽车车体上第一惯性测量组件2测得的数据可以推算当前汽车车体姿态角。
[0051] 对汽车档位操纵杆而言，根据其上安装的第二惯性测量组件3可以得到在大地坐 标系下的当前汽车档位操纵杆的三轴加速度，同时也可以获得在同一坐标系下的当前汽车 档位操纵杆的三轴角速度及姿态角，以此来表示当前汽车档位操纵杆当前的姿态，包括横 滚角巾'、俯仰角9'和偏航角也'。即根据车体档位操纵杆上的第二惯性测量组件3测得 的数据可以推算出当前汽车档位操纵杆姿态角。
[0052] 汽车档位操纵杆相对于大地坐标系的姿态可以看成汽车档位操纵杆相对于车体 姿态与车体相对于大地坐标系的姿态的合成。因此，基于上述相对运动关系，在知道表示车 体当前的姿态的横滚角巾、俯仰角9和偏航角也以及汽车档位操纵杆当前姿态的横滚角 小'、俯仰角9'和偏航角也'的情况下，为保证汽车档位操纵杆相对于大地坐标系的姿态 角度不受车体姿态影响，汽车档位操纵杆相对于车体的姿态满足以下关系式：
[0053]汽车档位操纵杆相对于汽车车体的横滚角巾"=巾' _小，
[0054] 汽车档位操纵杆相对于汽车车体的俯仰角0 " = 0 ' _ 0，
[0055] 汽车档位操纵杆相对于汽车车体的偏航角也"=f_也。
[0056] 比如，假设汽车沿着大地坐标系的x轴在水平路面上进行直线行驶，由第一惯性 测量组件2测量的车体姿态即横滚角巾=0、俯仰角0 =0、偏航角也=0,同时由第二惯 性测量组件3测量得到汽车档位操纵杆的姿态的横滚角巾'、俯仰角0'和偏航角也'。故 汽车档位操纵杆相对于汽车车体的姿态角度为：
[0057] (J>"= = (J>，，Q"=Q，_Q=Q，，ij)"= =ij)，
[0058] 上述情况为理解起来最为直观的一种，即汽车在水平路面行驶，汽车车体的姿态 角始终为〇,汽车档位操纵杆相对于汽车车体的姿态即为汽车档位操纵杆相对于大地坐标 系的姿态。
[0059] 再如，假设汽车沿着与大地坐标系的x轴成a角的斜坡行驶时，由第一惯性测量 组件2测量的车体姿态即横滚角巾=0、俯仰角0 =a、偏航角$ =0;同时由第二惯性 测量组件3测量的档位操纵杆的姿态的横滚角巾'、俯仰角0'和偏航角也'。为保证汽车 档位操纵杆相对于汽车车体的姿态角度不受车体姿态影响，故汽车档位操纵杆相对于汽车 车体的姿态角度为
[0060] (J>" = = (J>，，Q，_Q=Q，_a，也"=il)，一^ =也，
[0061] 进一步的，当车体姿态发生其他变化时，车体与汽车档位操纵杆的横滚角、俯仰 角、偏航角也会发生改变，上述计算式仍然适用。
[0062] 在换挡过程中，相应的汽车档位操纵杆相对于汽车车体的姿态角也发生相应变 化。这种变化可以分解3种转动形式的合成，而这三种转动形式的形成过程如下：固定x轴 和y轴于汽车档位操纵杆上然后使得汽车档位操纵杆绕Z轴旋转！T'角形成偏航角；固定 x轴和z轴于汽车档位操纵杆上然后使得汽车档位操纵杆绕y轴旋转0 "角形成俯仰角； 固定y轴和z轴于汽车档位操纵杆上然后使得汽车档位操纵杆绕x轴旋转巾"角形成横滚 角；因此上述三种转动形式可以表述成三个独立的方向余弦矩阵，定义如下：
[0063] 绕z轴转动角时的姿态矩阵C1:
[0064]
[0065] 绕y轴转动0 "角时的姿态矩阵C2:
[0066]
[0067] 绕x轴转动巾"角时的姿态矩阵C3:
[0068]
[0069] 因此，三种转动同时考虑，得到汽车档位操纵杆相对于汽车车体发生姿态变化前 后的方向余弦矩阵可以表示为：
[0070] V"=C'C冗
[0071] 艮P
[0073] 这样就得到了一个3X3的旋转矩阵Cn，根据汽车档位操纵杆上初始时刻某个已 知点的位置坐标乘以姿态矩阵Cn就可以得到一个新的位置坐标（xdyi，Zl)，即 为当前的汽车档位操纵杆上对应点处相对于汽车车体的坐标。
[0074] 便于计算起见，可以选取汽车档位操纵杆在空挡状态时为初始时刻，取点 (X。，y。，z。）= (a,b,c)，其中，a、b、c可以通过测量得至I」，可取除汽车档位操纵杆坐标系原点 以外的汽车档位操纵杆上的任一点。
[0075] 自学习和校准过程：通过以上原理得到的同一固定点（a，b，c)的位置坐标，进行 汽车档位的前期校准，并确认和存储各档位位置特征值。后期实时测量并计算得到当前该 点的位置坐标，与已经事先保存的各档位位置特征值在微处理器MCU中进行比较，从而获 得判断出当前汽车档位操纵杆所处位置。
[0076] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种微惯性测量系统的汽车档位信息采集方法，其特征在于：包括顺序执行的W下 步骤： 步骤1、事先学习和存储好汽车档位操纵杆档位位置信息； 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，W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； 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； 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。2. -种微惯性测量系统的汽车档位信息采集装置，其特征在于：包括第一巧螺仪模 块、第二巧螺仪模块、微处理器MCUW及自学习和校准电路模块； 所述第一巧螺仪模块安装在车体内并测量当前汽车车体运动的=轴加速度和=轴角 速度，经过DMP解算并得到相对于大地坐标系的汽车车体姿态角，包括横滚角（K俯仰角0 和偏航角4，并将汽车车体姿态角传递给微处理器MCU; 所述第二巧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=轴加 速度和=轴角速度，经过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d)'、俯仰角0'和偏航角，并将汽车档位操纵杆姿态角传递给微处理器MCU; 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。3. 根据权利要求1所述的微惯性测量系统的汽车档位信息采集装置，其特征在于：所 述第二巧螺仪模块通过线缆（4)与微处理器MCU连接。4. 根据权利要求2或3中所述的微惯性测量系统的汽车档位信息采集装置，其特征在 于：还包括接口电路，所述微处理器MCU与接口电路相连并将当前汽车档位操纵杆的档位 信息输出。5. 根据权利要求2至4中任意一条所述的微惯性测量系统的汽车档位信息采集装置， 其特征在于：按照下式进行坐标变换完成姿态算法判定 (xi, Yi, Zi) = (x〇, y〇, z〇)C" 上式中： (xi，yi，zi)为待求的当前汽车档位操纵杆的位置信息； (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O; (Xe，yc，z。）W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，其原点位于第二巧螺仪模块的质屯、，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，=轴互相垂直形成右手坐标系；为姿态矩阵，运里4"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、4 "表示汽车档位操纵杆相对于汽车车体的偏航角。6.根据权利要求5中任意一条所述的微惯性测量系统的汽车档位信息采集装置，其特 征在于：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，贝U (6"= (6,-(6,白，，=白，一白，(6"= 4，一4。
【专利摘要】本发明公开了一种微惯性测量系统的汽车档位信息采集装置及其采集方法，包括第一微惯性测量组件、第二微惯性测量组件和线缆；第二微惯性测量组件固定在档位操纵杆上，第一微惯性测量组件安装在车体内，并通过线缆与第二微惯性测量组件连接；第二微惯性测量组件包括第二陀螺仪模块；第一微惯性测量组件包括用于供电的电源模块、微处理器MCU和分别与微处理器MCU连接的第一陀螺仪模块、自学习和校准电路模块、接口电路。该装置结构简单、可靠性高、集成度高，便于安装。
【IPC分类】G01C21/16, G09B9/04
【公开号】CN105203105
【申请号】CN201510638785
【发明人】许宇飞
【申请人】南京多伦科技股份有限公司
【公开日】2015年12月30日
【申请日】2015年9月30日