一种挡位识别系统及方法
技术领域
本发明涉及线控换挡技术领域，具体涉及一种挡位识别系统及方法。
背景技术
随着乘用车技术的发展，顾客对乘用车的自动化、科技化要求越来越高，高科技的配置越来越普及，其中线控换挡的发展越来越快，越来越多的车型搭载了科技感十足的线控换挡。线控换挡相对于机械换挡能够明显降低换挡过程中的噪音，提高整车换挡品质，因此越来越受到消费者的认可和追捧。
现有的线控换挡的挡位识别一般通过霍尔传感器或者微动开关实现，通过一组或一个霍尔传感器及磁铁配合识别磁场变化，判断换挡器的目标挡位，从而识别驾驶员的换挡意图。这种挡位识别系统的设备成本高，且抗磁场干扰能力差，在强磁场环境中会受到极大影响。而另一方面，新能源车的整车磁场干扰相对于传统车型更大，随着新能源车的普及，有必要设计一种抗磁场干扰能力强的换挡识别系统。
发明内容
本发明的目的是提供一种设备成本低，且能够抗磁场干扰的挡位识别系统及方法。
为实现上述目的，本发明所提供的一种挡位识别系统，其包括换挡杆、与所述换挡杆相对固定连接的识别组件及参照构件，所述换挡杆及所述识别组件相对所述参照构件旋转或者平移，所述参照构件包括反射面板；所述识别组件包括发光元件、导光元件、光学传感器和图像分析芯片，所述发光元件和所述光学传感器固定设置于所述导光元件的同一侧，所述反射面板位于所述导光元件的另一侧，所述光学传感器与所述图像分析芯片信号连接。
优选地，所述反射面板上设有若干个用于协助所述图像分析芯片识别换挡挡位的特征标识。
优选地，所述导光元件包括平面透镜部和聚光透镜部，所述平面透镜部的入光面朝向所述发光元件，所述平面透镜部的出光面朝向所述反射面板；所述聚光透镜部的入光面朝向所述反射面板，所述聚光透镜部的出光面朝向所述光学传感器。
优选地，所述平面透镜部朝向所述聚光透镜部的主光轴倾斜设置，使所述平面透镜部与所述反射面板之间成一大于0°小于90°的夹角。
优选地，所述换挡杆上设有用于容纳安装所述发光元件、导光元件和光学传感器的容置腔，所述容置腔的开口朝向所述参照构件的反射面板，在所述容置腔的开口处设置所述导光元件。
优选地，所述换挡杆包括上杆段、下杆段及位于所述上杆段和下杆段之间的转动支点，所述识别组件固定连接于所述下杆段的侧壁上，所述参照构件位于所述识别组件的下方。
本发明还提供了一种利用上述挡位识别系统的挡位识别方法，其包括：
所述换挡杆带动所述识别组件移动；
所述发光元件发光，光线经所述导光元件和所述反射面板传输至光学传感器内成像，所述光学传感器记录与所述换挡杆的移动轨迹对应的一组连贯图像；
所述连贯图像传输至所述图像分析芯片，所述图像分析芯片判断所述换挡杆的移动方向和距离，以得到所述换挡杆的位置信号。
优选地，所述图像分析芯片根据所述连贯图像上的特征点的位置变化判断所述换挡杆的移动方向和距离。
优选地，通过在所述反射面板上设置若干个特征标识形成所述连贯图像上的特征点。
优选地，所述挡位识别系统还包括步骤：所述图像分析芯片将经所述换挡杆的位置信号发送至换挡器主板，所述换挡器主板根据所述位置信号识别驾驶员的换挡请求，并将所述换挡请求发送至变速箱。
上述技术方案所提供的一种挡位识别系统及方法，与现有技术相比，其有益技术效果包括：利用光学原理，通过光电设备来识别换挡杆的转动角度，不会受到磁场的干扰，且识别定位精度高，不会受装配误差影响；相对于常规的霍尔传感器，有明显的成本优势，应用前景广泛。
附图说明
图1是本发明实施例的挡位识别系统的结构示意图；
图2是本发明实施例的挡位识别系统的光学原理示意图；
图3是本发明实施例的挡位识别系统的使用状态示意图。
其中，1－换挡杆，11－容置腔，12－上杆段，13－下杆段，14－转动支点，2－识别组件，21－发光元件，22－导光元件，221－平面透镜部， 222－聚光透镜部，23－光学传感器，24－PCB板，3－参照构件，31－反射面板，32－特征标识，41－位置一，42－位置二，43－位置三，44－位置四，45－位置五，5－隔板。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
请参阅附图1－3，本发明所提供的一种挡位识别系统，其包括换挡杆1、与所述换挡杆1相对固定连接的识别组件2及作为参照系的参照构件3，所述换挡杆1及所述识别组件2相对所述参照构件3旋转或者平移，所述参照构件3包括反射面板31；所述识别组件2包括发光元件21、导光元件22、光学传感器23和图像分析芯片，所述发光元件21和所述光学传感器23固定设置于所述导光元件22的同一侧，所述反射面板31位于所述导光元件22的另一侧，所述光学传感器23与所述图像分析芯片信号连接。
基于上述技术特征的挡位识别系统，其工作原理是：通过发光元件将光线照射在反射面板31上进行反射，部分光线会通过导光元件 22后传输至光学传感器23成像；当换挡杆1移动时，换挡杆1带动发光元件21、导光元件22、光学传感器23一起移动，其移动轨迹便会被记录成一组高速拍摄的连贯图像，最后将移动轨迹上拍摄的图像通过图像分析芯片进行分析处理，通过对这些图像上的特征点位置的变化来判断换挡杆的移动方向和距离。所述挡位识别系统利用光学原理，通过光电设备来识别换挡杆的转动角度，其抗磁场干扰能力强，不会受到磁场的干扰，且识别定位精度高，不会受装配误差影响；相对于常规的霍尔传感器，有明显的成本优势，应用前景广泛。
为了所述图像分析芯片在图像分析处理的过程中更准确地判断换挡杆的移动方向和距离，所述反射面板31上设有若干个用于协助所述图像分析芯片识别换挡挡位的特征标识32。所述特征标识32可以采用不同的特征图案进行区别。较佳地，通过设置若干个与各挡位对应的特征标识32，使得所述图像分析芯片能够更加方便地识别换挡挡位。
本实施例中的所述发光元件21可采用发光二级管或者LED灯等，所述光学传感器23可采用微成像器，所述图像分析芯片可采用DSP 数字微处理器。较佳地，所述发光元件21与所述光学传感器23安装于PCB板24上，所述图像分析芯片集成于该PCB板24上。
所述导光元件22包括平面透镜部221和聚光透镜部222，所述平面透镜部221的入光面朝向所述发光元件21，所述平面透镜部221 的出光面朝向所述反射面板31；所述聚光透镜部222的入光面朝向所述反射面板31，所述聚光透镜部222的出光面朝向所述光学传感器23。较佳地，所述平面透镜部221和聚光透镜部222一体成型。所述发光元件21发出的光线经所述平面透镜部221折射后，部分光线经所述反射面板31反射至所述聚光透镜部222汇聚后，传输至所述光学传感器23。其光路设计简单合理，能够辅助所述光学传感器 23顺利实现图像采集。
所述平面透镜部221朝向所述聚光透镜部222的主光轴倾斜设置，使所述平面透镜部221与所述反射面板31之间成一大于0°小于90°的夹角。通过所述平面透镜部221倾斜设置，使经过所述平面透镜部 221的光线能够更多地投射向所述反射面板31并汇聚至所述聚光透镜部222，使所述光学传感器23实现更高质量的图像采集。
所述换挡杆1上设有用于容纳安装所述发光元件21、导光元件 22和光学传感器23的容置腔11，所述容置腔11的开口朝向所述参照构件3的反射面板31，在所述容置腔11的开口处设置所述导光元件22。在本实施例中，通过在所述容置腔11内设置隔板5形成两个独立的腔体，在两腔体内分别安装所述发光元件21和所述光学传感器23，从而避免所述发光元件21和所述光学传感器23之间的互相干扰。较佳地，所述PCB板24设置于所述容置腔11内侧，所述容置腔11上可设置PCB板24的穿线孔。通过在所述换挡杆1设置所述容置腔结构，使得所述识别组件2能够随所述换挡杆1同步移动，同步记录所述换挡杆1的移动轨迹。
所述换挡杆1包括上杆段12、下杆段13及位于所述上杆段12 和下杆段13之间的转动支点14，所述识别组件2固定连接于所述下杆段13的侧壁上，所述参照构件3位于所述识别组件2的下方，所述识别组件2能够随所述换挡杆1同步移动，并且与所述参照构件3 配合，同步记录所述换挡杆1的移动轨迹。
本发明还提供了一种利用上述挡位识别系统的挡位识别方法，其包括：
步骤一、所述换挡杆1带动所述识别组件2移动；
步骤二、所述发光元件21发光，光线经所述导光元件22和所述反射面板31传输至光学传感器23内成像，所述光学传感器23记录与所述换挡杆1的移动轨迹对应的一组连贯图像；
步骤三、所述连贯图像传输至所述图像分析芯片，所述图像分析芯片判断所述换挡杆1的移动方向和距离，以得到所述换挡杆1的位置信号。
基于上述技术特征的挡位识别方法，通过发光元件21将光线照射在反射面板31上进行反射，部分光线会通过导光元件22后传输至光学传感器23成像；当换挡杆1移动时，换挡杆1带动发光元件21、导光元件22、光学传感器23一起移动，其移动轨迹便会被记录成一组高速拍摄的连贯图像，最后将移动轨迹上拍摄的图像通过图像分析芯片进行分析处理，通过对这些图像上的特征点位置的变化来判断换挡杆的移动方向和距离。所述挡位识别方法利用光学原理，通过光电设备来识别换挡杆的转动角度，其抗磁场干扰能力强，不会受到磁场的干扰，且识别定位精度高，不会受装配误差影响。
具体地，驾驶员在转动换挡时，换挡杆会绕转动支点14转动，同时带动发光元件21、导光元件22、光学传感器23相对于所述参照构件3转动。在换挡杆的转动过程中，所述发光元件21发出的光照射在反射面板31上，跟随着换挡杆的运动轨迹，光学传感器23会通过导光元件22拍摄一组连贯的图像，然后可通过DSP分析换挡杆转动的角度及位置。
在所述步骤三中，所述图像分析芯片根据所述连贯图像上的特征点的位置变化判断所述换挡杆1的移动方向和距离。根据所述换挡杆 1的的移动轨迹与所述连贯图像上的特征点的位置变化之间的对应关系，判断所述换挡杆1的转动方向和角度，从而识别驾驶员的换挡请求。
进一步地，在所述步骤三中，通过在所述反射面板31上设置若干个特征标识形成所述连贯图像上的特征点。如图3所示，在本实施例中，对应换挡杆的位置一41、位置二42、位置三43、位置四44、位置五45，在所述反射面板31上设置共五个特征标识，根据所述换挡杆1的的移动轨迹与所述连贯图像上的五个特征标识的位置变化之间的对应关系，判断所述换挡杆1的转动方向和角度，从而识别驾驶员的换挡请求。
所述挡位识别系统还包括：步骤四、所述图像分析芯片将经所述步骤三判断得到的位置信号发送至换挡器主板，所述换挡器主板根据所述位置信号识别驾驶员的换挡请求，并将所述换挡请求发送至变速箱。在换挡杆的转动过程中，所述光学传感器23拍摄下连续的照片，图像分析芯片对比前后照片进行分析，以判断出换挡杆的转动角度，然后图像分析芯片将信号发送给换挡器主板，换挡器主板识别出驾驶员的换挡请求后将换挡请求发送变速箱，变速箱进行换挡，至此，顺利完成一次换挡操作。
以上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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
