CN103978915A - 汽车电动座椅的主动安全控制调节系统及主动调节方法 - Google Patents

Abstract

一种汽车电动座椅的主动安全控制调节系统及主动调节方法，有设置在电动座椅上分别与电动座椅控制ECU的信号输入端相连接的用于调节头枕、倾斜电动机、后垂直调节电动机、前垂直调节电动机和前后滑动调节电动机的各位置传感器，以及调节开关，设置在电动座椅上分别与电动座椅控制ECU的信号输出端相连接的前后滑动、前垂直、后垂直和倾斜调节电动机，以及头枕电动机和腰垫电动机，电动座椅控制ECU的信号输入端还连接汽车速度传感器和雷达测距传感器，电动座椅控制ECU的信号输出端还连接有前垂直调节电动机和后垂直调节电动机。本发明能自动对前排乘员座椅电动机进行快速调节，使座椅向后倾斜，通过增大座椅提供的支持力向后的分力以减小乘员的前冲动能。

Description

汽车电动座椅的主动安全控制调节系统及主动调节方法

技术领域

本发明涉及一种带电子控制调节系统(ECU)的电动座椅。特别是涉及一种汽车电动座椅的主动安全控制调节系统及主动调节方法。

背景技术

目前带电子控制调节系统(ECU)的汽车电动座椅的调节功能主要是为驾驶员与乘员提供便于操作、舒适又安全、不易疲劳的驾乘位置。

电动座椅是以电动机为动力，通过传动装置和执行机构来调节座椅的各种位置以满足乘员的舒适性需求。根据使用电动机的数量，电动座椅分为单电动机式：可实现座椅的前后调节，如图1中的前后滑动调节电动机2；多电动机式：实现座椅前后的高低调节、椅背的倾斜度调节，如图1中前垂直调节电动机3,后垂直调节电动机4和倾斜调节电动机5。有的电动座椅装配的电动机还可对头枕及腰垫高度等进行调节，如图1中头枕电动机6，腰垫电动机7。为了方便固定驾乘人员的座椅调节，有些座椅还通过传感器实现位置记忆存储的功能，如图1中位置传感器(头枕)8，倾斜电动机的位置传感器9，后垂直调节电动机位置传感器10，前垂直调节电动机位置传感器11，前后滑动调节电动机位置传感器12。

如图2所示，所述的位置传感器(头枕)8、倾斜电动机位置传感器9、后垂直调节电动机位置传感器10、前垂直调节电动机位置传感器11和前后滑动调节电动机位置传感器12分别连接所述的电动座椅控制ECU1的信号输入端，所述的前后滑动调节电动机2、前垂直调节电动机3、后垂直调节电动机4、倾斜调节电动机5、头枕电动机6和腰垫电动机7分别连接所述的电动座椅控制ECU1的信号输出端，由电动座椅控制ECU1根据所接收到的位置传感器(头枕)8、倾斜电动机的位置传感器9、后垂直调节电动机位置传感器10、前垂直调节电动机位置传感器11和前后滑动调节电动机位置传感器12所发过来的信号，去控制前后滑动调节电动机2、前垂直调节电动机3、后垂直调节电动机4、倾斜调节电动机5、头枕电动机6去驱动相应的部件调节座椅的位置。

但是目前汽车座椅位置的调整，都是由驾驶员或乘员手动调节相应开关，见图1中腰垫与头枕位置调节开关13,坐垫高低及座椅前后位置调节开关14，由控制电路驱动相应电动机来完成，以满足乘员在汽车行驶中对于舒适性的要求。当汽车紧急制动或刹车时，由于惯性的存在，尽管有安全带，车上人员身体仍会一定程度上前冲，可能在撞车事故中造成乘员的严重受伤。另外，紧急刹车或频繁刹车也会增加乘坐人员的不适感。由此可见，减小紧急制动或刹车时驾驶员或乘员的前冲动能，是避免人员伤害和减小乘员不适感的有效方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种在仍保留汽车电动座椅现有功能外，对其调节控制技术进行改进以提高汽车紧急制动情况下的驾驶员与乘员安全的汽车电动座椅的主动安全控制调节系统及主动调节方法。

本发明所采用的技术方案是：一种汽车电动座椅的主动安全控制调节系统，包括有，电动座椅控制ECU，设置在电动座椅上分别与所述的电动座椅控制ECU的信号输入端相连接的头枕位置传感器、倾斜电动机位置传感器、后垂直调节电动机位置传感器、前垂直调节电动机位置传感器、前后滑动调节电动机位置传感器、腰垫与头枕位置调节开关和坐垫高低及座椅前后位置调节开关，设置在电动座椅上分别与所述的电动座椅控制ECU的信号输出端相连接的前后滑动调节电动机、前垂直调节电动机、后垂直调节电动机、倾斜调节电动机、头枕电动机和腰垫电动机，所述的电动座椅控制ECU的信号输入端还分别连接用于测量车速的汽车速度传感器和用于测试位于本汽车前方的物体的距离的雷达测距传感器，所述的电动座椅控制ECU的信号输出端还分别连接有设置在所述的电动座椅上用于驱动电动座椅前部向上调节的前垂直调节电动机和设置在所述的电动座椅上用于驱动电动座椅后部向下调节的后垂直调节电动机。

所述的汽车速度传感器是采用设置在汽车变速箱输出轴上的汽车速度传感器。

所述的雷达测距传感器是采用设置在汽车车头上的雷达测距传感器。

座椅单端的上下调节量为30～50mm，当两端同时调节的调节量最大达100mm。

一种汽车电动座椅的主动安全控制调节系统的主动调节方法，包括如下步骤：

1)进入主动调节状态；

2)判断座椅是否已调节到设定位置，是则返回步骤1)，否则进入下一步骤；

3)判断车速度V是否大于90km/h，是则进入下一步骤，否则返回步骤1)；

4)判断与前方障碍物距离L是否小于90米，是则输出座椅调节信号，否则进入下一步骤；

5)判断加速度a是否大于a_max×80％m/s²，是则输出座椅调节信号，否则返回步骤1)。

步骤4)和步骤5)所述的输出调节信号包括输出驱动前垂直调节电动机工作的调节信号和输出驱动后垂直调节电动机工作的调节信号。

本发明的汽车电动座椅的主动安全控制调节系统及主动调节方法，在汽车电动座椅的调节控制系统中引入变速箱输出轴处安装的汽车速度传感器及安装在汽车车头的雷达测距传感器的测量数据，综合这些数据分析得到汽车是否处于即将碰撞、紧急刹车或正常行驶等状态。在汽车紧急制动刹车或汽车即将与前方障碍物进行碰撞而驾驶员未能及时反应的情况下，自动对前排乘员座椅电动机进行快速调节，使座椅向后倾斜，通过增大座椅提供的支持力向后的分力以减小乘员的前冲动能，从而在不可避免的撞车事故中减小驾驶员与乘员的受伤害程度，提高汽车行驶的安全性。本发明可应用于带电子控制调节系统的各种汽车电动控制座椅，具有实用性与推广性。

附图说明

图1是现有技术的汽车电动座椅安全调节控制系统的构成结构示意图；

图2是现有技术的汽车电动座椅安全调节控制系统的电路框图；

图3是本发明的汽车电动座椅安全调节控制系统的构成结构示意图；

图4是本发明的汽车电动座椅安全调节控制系统的电路框图；

图5是本发明的控制流程图。

图中

1：电动座椅控制ECU              2：前后滑动调节电动机

3：前垂直调节电动机             4：后垂直调节电动机

5：倾斜调节电动机               6：头枕电动机

7：腰垫电动机                   8：头枕位置传感器

9：倾斜电动机位置传感器         10：后垂直调节电动机位置传感器

11：前垂直调节电动机位置传感器  12：前后滑动调节电动机位置传感器

13：腰垫与头枕位置调节开关      14：坐垫高低及座椅前后位置调节开关

15：汽车速度传感器              16：雷达测距传感器

17：前垂直调节电动机            18：后垂直调节电动机

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的汽车电动座椅的主动安全控制调节系统及主动调节方法做出详细说明。

本发明的汽车电动座椅的主动安全控制调节系统及主动调节方法，通过在汽车电动座椅的调节控制系统中引入汽车速度传感器及安装在汽车车头的雷达测距传感器的测量数据，综合这些数据分析得到汽车是否处于即将碰撞、紧急刹车等状态信息。在汽车紧急制动刹车或汽车即将与前方障碍物进行碰撞而驾驶员未能及时反应的情况下，进行对前排乘员座椅的快速向后倾斜调节，通过增大座椅提供的支持力向后的分力减小乘员的前冲动能，从而在不可避免的撞车事故中减小驾驶员与乘员的受伤害程度；因此，本发明在汽车紧急制动或刹车时，提高了汽车行驶的安全性，也减小了乘坐人员的不适感。

如图4所示，本发明的汽车电动座椅的主动安全控制调节系统，包括有电动座椅控制ECU1，设置在电动座椅上分别与所述的电动座椅控制ECU1的信号输入端相连接的头枕位置传感器8、倾斜电动机位置传感器9、后垂直调节电动机位置传感器10、前垂直调节电动机位置传感器11和前后滑动电动机位置传感器12，腰垫与头枕位置调节开关(13),坐垫高低及座椅前后位置调节开关(14)，以及设置在电动座椅上分别与所述的电动座椅控制ECU1的信号输出端相连接的前后滑动调节电动机2、前垂直调节电动机3、后垂直调节电动机4、倾斜调节电动机5、头枕电动机6和腰垫电动机7，所述的电动座椅控制ECU1的信号输入端还分别连接用于测量车速的汽车速度传感器15和用于测试位于本汽车前方的物体的距离的雷达测距传感器16，所述的汽车速度传感器15是采用设置在汽车变速箱输出轴上的汽车速度传感器。所述的雷达测距传感器16是采用设置在汽车车头上的雷达测距传感器。即所述的汽车速度传感器15和雷达测距传感器16是与汽车原有配置共用。为了实现汽车紧急制动刹车或汽车即将与前方障碍物进行碰撞而驾驶员未能及时反应的情况下的主动调节，需要把变速箱输出轴处安装的汽车速度传感器15输出的数据信号和雷达测距传感器16输出的数据信号传送给电动座椅控制ECU1，由电动座椅控制ECU1计算并综合速度、加速度及汽车与障碍物距离，决定是否驱动座椅前垂直调节电动机17和后垂直调节电动机18进行座椅的调节。

所述的电动座椅控制ECU1的信号输出端还分别连接有设置在所述的电动座椅上用于驱动电动座椅前部向上调节的前垂直调节电动机17和设置在所述的电动座椅上用于驱动电动座椅后部向下调节的后垂直调节电动机18。座椅单端(前端或后端)的上、下调节量为30～50mm，两端(前后端)同时调节的调节量最大可达100mm。

前垂直调节电动机17和后垂直调节电动机18是采用双向永磁式电动机(内装有短路器)，即电枢的旋转方向随电流的方向改变而改变，使电动机按不同的电流方向进行正转或反转，以达到座椅双向调节的目的。为防止电动机过载，电动机内装有熔断丝，以确保电器设备的安全。现有汽车的座椅调节方式采用乘员手动操作，控制回路自动执行，其优点是可由乘员灵活找到适宜个人的舒适感觉。本发明的实现不改变现有的驾驶员与乘员操作习惯，只是在原有座椅控制电路的基础上，另外增加前垂直调节电动机17和后垂直调节电动机18。前垂直调节电动机17和后垂直调节电动机18分别装在座椅前端和后端，如图2所示，而电机的驱动方式与其他电机相同。

前垂直调节电动机17和后垂直调节电动机18所驱动的座椅传动调节执行机构是与汽车原有的座椅传动调节执行机构共用。座椅传动调节执行机构的作用是将电动机的动力传给座椅调节机构，把电动机的旋转运动，通过传动机构实现座椅的空间位置移动。本发明只涉及电动座椅的高度调节，所以其传动与调节机构可与汽车原有的座椅高度调节机构共用(其调整机构由蜗杆轴、蜗轮、心轴等组成。调整时，蜗杆轴在电动机的驱动下，带动蜗轮转动，从而保证心轴旋进或旋出，实现座椅的上升与下降)。座椅的上下调节量约为30～50mm。由于座椅上下调节的范围有限，现有电机的调节速度不满足紧急情况下的调节速度要求，所以，本发明增加两台较大功率的电动机(前垂直调节电动机17和后垂直调节电动机18)，对座椅前后的高度同时进行调节。

本发明用于汽车电动座椅的主动安全控制调节系统及主动调节方法的主动调节控制方法是根据汽车速度得到其加速度数值，计算公式如下：

其中a为汽车加速度，△t为两个测量速度v₁,v₂的时间间隔。

由速度、加速度及汽车与前方障碍物距离，可对应得到汽车的五种运行状态：

1、汽车高速行驶即将碰撞而驾驶员未采取减速措施时：

汽车与前方障碍物距离较小且速度很高，但加速度数值较小。

2、汽车高速行驶而驾驶员已采取紧急刹车时：

汽车速度与加速度数值都很大。

3、汽车在复杂路况低速行驶时：

汽车速度较低。

4、汽车前方无临近障碍物时：

汽车正常车速，测距值很大。

5、驾驶员低速柔和刹车时：

汽车正常车速，加速度较小。

在上述5种运行状态下，只有第1、2种状态需要座椅的调节，即进入主动调节状态。这时主动调节座椅前垂直调节电动机17和后垂直调节电动机18，使得座椅前端抬高、座椅的后端下降。这里不只是调节座椅一端(例如前端)的目的是希望尽可能快速增加座椅的倾斜角，减小乘员前冲动能，而只调节一端的调节量是有限的(可调范围为30-50mm)，相比之下，两端同时调节的调节量最大可达100mm。

如图5所示，本发明的用于汽车电动座椅的主动安全控制调节系统及主动调节方法的主动调节控制方法，包括如下步骤：

1)进入主动调节状态；

2)判断座椅是否已调节到设定位置，是则返回步骤1，否则进入下一步骤；

3)判断车速度V是否大于90km/h，是则进入下一步骤，否则返回步骤1)；

4)判断与前方障碍物距离L是否小于90米，是则输出座椅调节信号，否则进入下一步骤；所述的输出调节信号包括输出驱动前部垂直调节电动机17工作的调节信号和输出驱动后部垂直调节电动机18工作的调节信号；

5)判断加速度a是否大于a_max×80％m/s²，是则输出座椅调节信号，否则返回步骤1；，所述的输出调节信号包括输出驱动前部垂直调节电动机17工作的调节信号和输出驱动后部垂直调节电动机18工作的调节信号。

本发明对汽车电动座椅控制电路只做很小的改变，附加的功能却对提高驾驶员和乘员安全意义重大。

下面给出具体例子：

1.把汽车速度传感器(设置在变速箱输出轴处)数据引至电动座椅ECU，把安装在车头的雷达测速传感器数据也引到电动汽车的ECU。

2.计算汽车的加速度，加速度的近似计算公式如下：

$a=\frac{|v_2-v_1|}{\mathrm{\Δt}}$

其中a为汽车加速度，△t为两个测量速度v₁,v₂的时间间隔。

3.依据ECU加速度的计算值、汽车的瞬时速度和雷达测距的数值，驱动电动座椅前端与后端的电动机。调节的方式是座椅前端抬高，座椅后端下降。调节命令发出时参数的选择依据为：《交通安全法》，规定高速公路上汽车时速不得低于90公里；当时速为90公里时，两车间距不少于90米。在汽车的不同行驶情况下，座椅的调节情况如下：

1、汽车高速行驶即将碰撞而驾驶员未采取减速措施时：

判据条件：速度V大于90km/h，汽车与前方障碍物距离L小于90m

调节方式：主动调节

2、汽车高速行驶而驾驶员已采取紧急刹车时：

判据：加速度大于a_max×80％m/s²(不同车型加速度不同。例如：2014奥迪A6L30FSI，以100km/h减速到静止的刹车距离为39.34m，经计算而得到的加速度为9.8m/s2，此数据可作为汽车的最大刹车加速度a_max)，速度大于90km/h

调节方式：主动调节

3、.汽车在复杂路况低速行驶时：

速度小于或等于90km/h

调节方式：不调节

4、汽车前方无临近障碍物时：

汽车与前方障碍物距离大于90m且加速度小于a_max×80％m/s²

调节方式：不调节

5、驾驶员低速柔和刹车时：

加速度小于a_max×80％m/s²，速度小于或等于90km/h

调节方式：不调节。

Claims (6)

1.一种汽车电动座椅的主动安全控制调节系统，包括有，电动座椅控制ECU(1)，设置在电动座椅上分别与所述的电动座椅控制ECU(1)的信号输入端相连接的头枕位置传感器(8)、倾斜电动机位置传感器(9)、后垂直调节电动机位置传感器(10)、前垂直调节电动机位置传感器(11)、前后滑动调节电动机位置传感器(12)、腰垫与头枕位置调节开关(13)和坐垫高低及座椅前后位置调节开关(14)，设置在电动座椅上分别与所述的电动座椅控制ECU(1)的信号输出端相连接的前后滑动调节电动机(2)、前垂直调节电动机(3)、后垂直调节电动机(4)、倾斜调节电动机(5)、头枕电动机(6)和腰垫电动机(7)，其特征在于，所述的电动座椅控制ECU(1)的信号输入端还分别连接用于测量车速的汽车速度传感器(15)和用于测试位于本汽车前方的物体的距离的雷达测距传感器(16)，所述的电动座椅控制ECU(1)的信号输出端还分别连接有设置在所述的电动座椅上用于驱动电动座椅前部向上调节的前垂直调节电动机(17)和设置在所述的电动座椅上用于驱动电动座椅后部向下调节的后垂直调节电动机(18)。

2.根据权利要求1所述的汽车电动座椅的主动安全控制调节系统，其特征在于，所述的汽车速度传感器(15)是采用设置在汽车变速箱输出轴上的汽车速度传感器。

3.根据权利要求1所述的汽车电动座椅的主动安全控制调节系统，其特征在于，所述的雷达测距传感器(16)是采用设置在汽车车头上的雷达测距传感器。

4.根据权利要求1所述的汽车电动座椅的主动安全控制调节系统，其特征在于，座椅单端的上下调节量为30～50mm，当两端同时调节的调节量最大达100mm。

5.一种用于权利要求1所述的汽车电动座椅的主动安全控制调节系统的主动调节方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)进入主动调节状态；

2)判断座椅是否已调节到设定位置，是则返回步骤1)，否则进入下一步骤；

3)判断车速度V是否大于90km/h，是则进入下一步骤，否则返回步骤1)；

4)判断与前方障碍物距离L是否小于90米，是则输出座椅调节信号，否则进入下一步骤；

5)判断加速度a是否大于a_max×80％m/s²，是则输出座椅调节信号，否则返回步骤1)。

6.根据权利要求5所述的汽车电动座椅的主动安全控制调节系统的主动调节方法，其特征在于，步骤4)和步骤5)所述的输出调节信号包括输出驱动前垂直调节电动机(17)工作的调节信号和输出驱动后垂直调节电动机(18)工作的调节信号。