[发明专利]一种用于汽车后视镜的头动控制调节系统及方法

权利要求书

1.一种用于汽车后视镜的头动控制调节系统及方法，其特征在于：该系统包括头动检测部分(1)和驱动控制部分(2)；

所述头动检测部分(1)包括：发带(1-1)、装置外壳(1-2)、机械电源开关(1-3)和数据采集与传输模块(1-4)组成，发带(1-1)部分用于戴在驾驶员头部，与装置外壳(1-2)连接，在装置外壳(1-2)的右上角，存在一个开孔，机械电源开关(1-3)在装置外壳(1-2)的下方，控制头动检测部分(1)的电路通断，数据采集与传输模块(1-4)安装在装置外壳(1-2)内部；

所述数据采集与传输模块(1-4)包括：第一控制单元(1-4-1)、无线发送单元(1-4-2)、头动检测单元(1-4-3)、LED指示单元(1-4-4)和第一电源单元(1-4-5)；所述数据采集与传输模块(1-4)的头动检测单元(1-4-3)为由陀螺仪与加速计组合的六轴传感器；所述数据采集与传输模块(1-4)的LED指示单元(1-4-4)为RGB指示灯，可发出红、绿和蓝三种颜色光，每种颜色分别用来指示系统的不同状态，数据采集与传输模块(1-4)的LED指示单元(1-4-4)安装在装置外壳(1-2)的右上角开孔处；

所述数据采集与传输模块(1-4)中，第一电源单元(1-4-5)分别连接LED指示单元(1-4-4)、头动检测单元(1-4-3)、无线发送单元(1-4-2)和第一控制单元(1-4-1)，并给各单元提供电源，第一控制单元(1-4-1)连接LED指示单元(1-4-4)，控制LED的亮灭状态，第一控制单元(1-4-1)连接头动检测单元(1-4-3)，从头动检测单元(1-4-3)读取头部姿态数据，第一控制单元(1-4-1)连接无线发送单元(1-4-2)，控制数据的无线传输；

所述驱动控制部分(2)包括第二控制单元(2-1)、无线接收单元(2-2)、右后视镜驱动单元(2-3)、左后视镜驱动单元(2-4)和第二电源单元(2-5)；所述驱动控制部分(2)的后视镜为在普通汽车后视镜的基础上，在底座内部增加步进电机来驱动后视镜转动；

所述驱动控制部分(2)中，第二电源单元(2-5)分别连接左后视镜驱动单元(2-4)、右后视镜驱动单元(2-3)、无线接收单元(2-2)和第二控制单元(2-1)，并给各单元提供电源，第二控制单元(2-1)连接左后视镜驱动单元(2-4)和右后视镜驱动单元(2-3)，分别控制调节左后视镜驱动单元(2-4)和右后视镜驱动单元(2-3)，第二控制单元(2-1)连接无线接收单元(2-2)，控制数据的无线传输；

头动检测单元(1-4-3)采集头部姿态数据并传输到第一控制单元(1-4-1)，第一控制单元(1-4-1)分析处理数据后并将相应指令通过无线发送单元(1-4-2)发送出去，无线接收单元(2-2)接收指令后将其发送到第二控制单元(2-1)，第二控制单元(2-1)对接收的指令判断后将相应驱动信号发送到后视镜驱动单元来驱动步进电机转动，从而控制后视镜转动，以此调节后方视野。

2.基于权利要求1所述一种用于汽车后视镜的头动控制调节系统及方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤a、头动检测单元采集原始数据；

步骤b、对采集的原始数据进行低通滤波处理；

步骤c、使用四元数法进行数据融合解算处理；

步骤d、利用四元数进行姿态数据转换，得到头部当前姿态的欧拉角；

步骤e、结合欧拉角和原始数据判断是否有头动指令；

步骤f、蓝牙发送与接收指令；

步骤g、第二控制单元控制后视镜驱动单元；

所述步骤a中头动检测单元中六轴传感器采集原始数据，即三轴加速度数据和三轴角速度数据；

所述步骤b中对采集的原始数据进行低通低通滤波处理，目的是去除数据中噪声干扰；

所述步骤c中使用四元数法进行数据融合解算处理，其中四元数法包含以下步骤：

1)根据公式(1)将加速计的数据进行归一化处理，将a_i的数值范围变成-1到+1之间，i＝0,1,2，式中a₀，a₁，a₂分别代表加速计在x轴，y轴和z轴三个轴上的加速度分量；

2)根据公式(2)将四元数的姿态值估算出各个轴上重力分量，用于和加速计实际测量出来的各重力分量进行对比，从而实现对头部姿态的修正，式中v_x，v_y，v_z分别代表三个轴上的重力分量，q₀，q₁，q₂，q₃即为四元数；

3)根据公式(3)使用叉积来计算估算的重力分量和实际测量的重力分量之间的误差，e₀,e₁,e₂分别是三个轴向上的计算出来的误差；

4)把步骤3)中计算得到的误差根据公式(4)进行积分运算，最后积分的结果将被累加陀螺仪的数据中，用于修正陀螺仪数据，其中K_I为积分系数，E_i为计算积分后的结果，i＝0,1,2；

E_i＝E_i+e_iK_I (4)

5)将步骤4)中计算得到的误差根据公式(5)再进行比例运算，最后将比例的结果同积分的结果一起累加到陀螺仪的数据中，一同用于修正陀螺仪数据，其中K_P为比例系数，g_i分别代表陀螺仪在三个轴上的分量，i＝0,1,2；

g_i＝g_i+e_iK_P+E_i (5)

6)通过以上步骤的运算，则可得到了由加速计修正过后的陀螺仪数据，接下来将修正过后的陀螺仪数据通过计算四元数的微分方程整合到四元数中，四元数微分方程本来只是基于陀螺仪数据的，也就是说根据本次测量得到的陀螺仪数据和上个周期的姿态，可得到本周期的姿态，在陀螺仪数据里加入误差反馈，来调节姿态，公式如(6)所示，其中h_f为采样周期的一半；

7)根据公式(6)得到的四元数进行归一化处理，则可得到物体经过旋转运动后新的四元数，公式如(12)所示；

所述步骤d中根据公式(8)利用四元数进行姿态数据转换，得到头部当前姿态的欧拉角，即俯仰轴P、横滚轴R和偏航轴Y之间的角度数据；

所述步骤e中结合欧拉角和原始数据进行判断是否有头动指令，公式如(9)所示，式中θ₁代表某一轴向上一周期计算得到的欧拉角，θ₂为本周期计算得到的欧拉角，λ₁代表某一轴向上一周期采集到的角速度，λ₂为本周期采集得到的角速度，Δθ为两个周期之间欧拉角的变化量，λ为两个周期角速度变化的平均值，当同一轴向的角速度和欧拉角的变化Δθ和λ分别同时满足公式(10)时，则判断为一次头动，其中T₁，T₂为设置的阈值，再分别判断三个轴向的角速度数据和欧拉角数据来区分头向不同轴向的头动状态；

所述步骤f中为所述步骤e中得到头动指令后，通过头动检测部分(1)的无线发送单元(1-4-2)发送出去，无线接收单元(2-2)接收指令后将其传输到第二控制单元(2-1)；

所述步骤g中为所述步骤f中将指令传输到第二控制单元(2-1)后，第二控制单元(2-1)对接收的指令判断后将相应驱动信号发送到后视镜驱动单元来驱动步进电机转动，从而控制后视镜转动。