CN108674268B - 一种嵌入sbr传感器的加热控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种嵌入SBR传感器的加热控制方法，其特征是利用一支撑在金属骨架上的加热装置上的温度传感器判断环境温度，在温度合适时，通过一加热控制模块侦测人体部位的占用信息并根据的人体部位的占用信息自动开始加热功能。本发明还公开了实现上述嵌入SBR传感器的加热控制方法的系统。本发明取消现有安全带提醒装置SBR中的传感器组件，利用人体这个特殊介质与加热装置贴近时会影响特定电路的振荡频率，根据特定的控制算法来检测乘员的人体部位状态。实现比当前SBR传感器更可靠的应用，并可以通过总线或是硬线方式与SBR的其它组件一起完成SBR功能。

Description

一种嵌入SBR传感器的加热控制方法及系统

技术领域

本发明涉及加热系统,特别涉及一种嵌入SBR传感器的加热控制方法及系统。

背景技术

针对人们身体部位的加热系统一般定义为调节贴近人体空调环境温度的微循环；如：汽车座椅加热系统，马桶座垫加热系统，汽车方向盘加热系统等，在冬季非常受人们喜爱，提高了人们生活的舒适性，同时也间接地提高了出行的安全性；现有的产品功能实现都是手动的方式开启加热功能，不能适时的实施加热，有时还会忘记使用加热功能，或是即将到达目的地时才启动加热功能，这些都会人们使用加热功能的舒适度变差。

现在也有车型可以实现座椅自动加热功能：气温低时乘员坐在座椅后可以实现自动加热功能；这个方案使用SBR来探测座椅上是否有效载荷，再结合车内温度传感器数据进行综合判断，再启动座椅加热功能；这个方案中必须有SBR这个零组件，成本较高；SBR易误触发，可能会引起座椅上没有人也会启动座椅加热；控制方式需要涉及加热系统，SBR安全系统，车内温度传感器空调系统；控制策略复杂，开发成本高。

SBR是安全带提醒装置(Safety Belt Reminder)的简称，驾乘员坐在座椅上有时候会忘记系安全带，为了解决这个问题，现代汽车上多配有安全带提醒装置SBR(SafetyBelt Reminder)，以提醒驾乘人员系安全带。安全带作为汽车发生碰撞过程中保护驾乘人员的基本防护装置，是乘员约束装置的一种。汽车安全带是公认的最廉价也是最有效的安全装置，在车辆的装备中很多国家是强制装备安全带的。

现有安全带提醒装置(Safety Belt Reminder)是由座椅安全带触发开关、座椅位置占用传感器、档位触发开关、扬声电路、控制装置以及电源组成。当有乘客坐到汽车座椅上之后，被座椅位置占用传感器监测，信号发给控制装置，控制装置检测安全带是否插好(接通座椅安全带触发开关)(汽车启动，挂挡行驶)。其中的座椅位置占用传感器是一个压力式传感开关，当乘客坐上座椅后，开关闭合，表现出的特征为电阻的变化，SBR另外一个作用是检测副驾有没有人，以便在汽车发生碰撞时，确认副驾的安全气囊是否弹出保护乘客。装配在座椅上的座椅位置占用传感器需要一定的成本，同样用于检测手是否握住方向盘的传感器组件也是需要成本的。

现有的安全带提醒装置(Safety Belt Reminder)所用的座椅位置占用传感器是由压力效应产生的开关信号，很容易受到座椅骨架钢丝的硬度，座椅发泡的硬度，面套材料种类(真皮，人造革，布料等)，面套的吊紧程度因素的影响。另外座椅位置占用传感器在座椅上布局时又与座椅座垫上的加热垫产生干涉：如果所用传感器放置在加热垫上，加热垫上的加热丝加热时会影响占用传感器的灵敏度；如果布置的区域不放加热丝，则座垫加热又不均匀；

虽然目前的SBR系统的传感器在结构上及物理原理上比较简单，但由于所用传感器受影响的因素太多，不同的座椅项目很难共用相同的产品，同一个项目的不同配置的座椅也要反复进行参数标定，才能满足不同的配置下的传感器一致性；造成的开发费用及验证费用都比较高。

发明内容

本发明的目的之一旨在解决贴身小环境的加热系统自动加热的问题而提供一种嵌入SBR传感器的加热控制方法，该嵌入SBR传感器的加热控制方法可以实现环境温度低于设定温度时，自动启动加热功能；同时兼容手动操作模式，更加人性化满足人们对加热系统的舒适度。

本发明的目的之二在于提供一种实现上述嵌入SBR传感器的加热控制方法的系统。

作为本发明第一方面的一种嵌入SBR传感器的加热控制方法，其利用一支撑在金属骨架上的加热装置上的温度传感器判断环境温度，在温度合适时，通过一加热控制模块侦测人体部位的占用信息并根据的人体部位的占用信息自动开始加热功能。

在本发明的一个优选实施例中，所述人体部位的占用信息为人体的平均相对介电常数。

在本发明的一个优选实施例中，所述通过侦测人体部位的占用信息是通过以下方法来实现的：在所述加热控制模块内设置一振荡电路，所述振荡电路包括一固定电阻R1和一固定电容C2以及一所述加热装置与金属座椅骨架间的等效电容C1，所述等效电容会随人体部分介入情况的变化而变化；其计算公式如下：

C＝ε*ε0*S/d (1)

式中:电容C，单位F；相对介电常数；ε0真空介电常数8.86×10(-12方)单位F/m；面积S，单位平方米；极板间距d，单位米；ε为人体部位平均相对介电常数；

所述振荡电路产生的方波的频率计算公式如下：

f＝1/[0.7R1(C1+C2)] (2)

所述振荡电路产生的方波信号用所述加热控制模块中的MCU采样，在一定时间内对方波进行计数，计数的数值与频率，再根据公式(1)(2)，计数值与所述加热装置与金属骨架间的介质特征参数直接相关，通过标定可以得到人体的介质特征参数与人体部位的占用信息的对应关系，因此依据的计数值大小就可以侦测到人体部位的占用信息。

作为本发明第二方面的一种实现上述嵌入SBR传感器的加热控制方法的系统，包括加热装置和用以支撑所述加热装置的金属骨架以及设置在所述加热装置与所述金属骨架之间的绝缘部，所述加热装置同通过一加热控制装置控制开启，所述加热控制装置与SBR安全系统一起完成SBR功能；所述加热控制装置包括一MCU和一振荡电路，所述振荡电路包括一固定电阻R1、一固定电容C2、一所述加热装置与金属骨架间的等效电容C1和一振荡电路产生方波信号模块IC1，所述固定电容C2的一端、所述等效电容C1的一端、所述固定电阻R1的一端共同与所述振荡电路产生方波信号模块IC1的一输入端连接，所述固定电容C2的另一端、所述等效电容C1的另一端和所述振荡电路产生方波信号模块IC1的另一输入端均接地，所述等效电容C1的另一端还接电压VCC，所述固定电阻R1的另一端和所述MCU的电压输入端接电压VCC，所述振荡电路产生方波信号模块IC1的输出端与所述MCU的信号输入端连接。

在本发明的一个优选实施例中，所述金属骨架为座椅金属骨架或方向盘金属骨架。

由于采用了如上的技术方案，本发明具有以下特点：

1.取消现有安全带提醒装置SBR中的传感器组件，利用人体这个特殊介质与加热装置贴近时会影响特定电路的振荡频率，根据特定的控制算法来检测乘员的人体部位状态。实现比当前SBR传感器更可靠的应用，并可以通过总线或是硬线方式与SBR的其它组件一起完成SBR功能。

2.充分利用加热垫上的加热丝，发泡，面套，骨架等现有资源组成等效电容的，通过侦测及计算，判断此电容的介质变化来判断驾乘人员信息；

3.本发明提供的解决方案可以在具有加热功能的装置又有座椅人体占用信息需求的场境下使用，可以实现在没有人体占用座椅的情况下自动取消加热功能；利用加热装置上温度传感器判断环境温度，在温度合适时，根据的人体部位的占用信息自动打开加热功能，实现更加人性化的智能应用，提高舒适性；

3.只需在加热控制装置中增加低成本的电子器件，利用加热控制装置内MCU资源，通过软件算法来计算等效电容的介质特征，侦测驾乘人员的占用信息，并把信息传给车身中SRB系统中的控制单元；

4.取消了原有的SBR传感器，大幅降低了SBR系统的成本；

5.本发明侦测的是人体作为电容介质的特征，与原有的SBR传感器依据压力效应的物理原理有着本质的区别，从而根本地解决了原有的SBR传感器灵敏度受影响因素太多的缺点；

6.本发明提供的解决方案把加热垫上的电热丝作为传感器的有机组成部分，也就不存在加热垫与SBR传感器相互干涉的矛盾；

7.本发明提供的解决方案中SBR传感器并不是一个实际的零件，只是充分利用了加热垫上加热丝的分布介质特征，开发验证及耐久测试基本上可以由原来的加热系统验证来实现，大幅节省了开发及验证费用；

附图说明

图1为本发明应用于座椅中的加热装置与座椅金属骨架的组成等效电容示意图。

图2为本发明应用于方向盘中的加热装置与方向盘金属骨架的组成等效电容示意图。

图3为本发明加热控制装置的电原理示意图。

图4为本发明加热装置与加热控制装置之间的电连接示意图。

具体实施方式

如图1所示，展示了具有加热功能的汽车座椅的加热装置布局结构：加热装置10放置在绝缘体发泡20之上，面套30之下；绝缘体发泡20的下层为座椅金属骨架40。作为导体的加热装置10与座椅金属骨架40之间是绝缘体发泡20，可以把这个结构形状等效成一个电子零件—电容器；这个电容器除了发泡之外，还有另外一个回路介质是空气，如果人体坐在座椅上时，这个回路的介质变为以人体介质特征为主体,少许的介质为间隙空气；电容计算公式:

C＝ε*ε0*S/d(1)

式中:电容C，单位F；相对介电常数；ε0真空介电常数8.86×10(-12方)单位F/m；面积S，单位平方米；极板间距d，单位米；ε为人体部位平均相对介电常数

由电容计算公式可知，对座椅的座垫中的加热装置10与座椅金属骨架40来说，面积S及极间距d来说变化不大，这个等效电容的容量主要与介电常数ε相关，空气的相对真空的介质常数为1.000585，而人体的介质特性相当复杂，但人体的平均相对介电常数与空气相比，也是空气的数十倍。

如图4所示，加热装置10由加热控制装置50控制连接。参见图3，加热控制装置50内部设计一个简单的振荡电路，振荡电路包括一固定电阻R1、一固定电容C2、一加热装置10与金属座椅骨架40间的等效电容C1和一振荡电路产生方波信号模块IC1，固定电容C2的一端、等效电容C1的一端、固定电阻R1的一端共同与振荡电路产生方波信号模块IC1的一输入端连接，固定电容C2的另一端、等效电容C1的另一端和振荡电路产生方波信号模块IC1的另一输入端均接地，等效电容C1的另一端还接电压VCC，固定电阻R1的另一端和MCU的电压输入端接电压VCC，振荡电路产生方波信号模块IC1的输出端与MCU的信号输入端连接。

等效电容C1会随座椅上有没人体等情况的变化而变化；这个振荡电路产生的方波的频率计算公式：

f＝1/[0.7R1(C1+C2)](2)

振荡电路产生方波信号模块IC1产生的方波信号用MCU采样，在一定时间内对方波进行计数，计数的数值与频率，再根据公式(1)(2)，计数值与加热丝和骨架间的介质特征参数直接相关，通过标定可以得到人体的介质特征参数与驾乘人员占用信息的对应关系。因此依据的计数值大小就可以判断驾乘人员是否坐在座椅上。

本发明把人体介质特征的探测电路整合到加热控制装置50内部，利用加热控制装置50自有的MCU资源，再配合增加的为探测介质特征专用电路，来实现对人体介质的探测，把获取的数据进行分析处理，判断座椅上乘员的姿态；判断的结果通过总线通信的方式与车身控制系统进行交互；

本发明内部预留了模似现有的SBR传感器的电路实现原理，接通及断开的阻值可以与SBR传感器的阻值匹配，外部预留了与车身端对接的连接器，可以直接取代原有的SBR传感器，实现整车原有的SBR功能。

由于加热装置上有温度传感器，可以感知车身的环境温度，MCU可以依据车内温度和乘员的乘座状态，符合条件时主动开启加热功能，乘员离开后，自动关闭加热功能，实现更加智能的加热模式。

汽车上方向盘具体座椅相似的结构模型，加热丝与方向盘金属骨架间也有绝缘体，参见图2，也具有电容效应，依此专利，方向盘加热模块也可以实现手握方向盘的状态判断及方向盘的主动加热。

汽车上的扶手位置有座椅上，门板上，中央通道上也具有座椅相似的结构模型，加热丝与下方的金属骨架间也有绝缘体，也具有电容效应，依此专利，扶手加热模块也可以实现肘部的状态判断及的主动加热。

公共汽车上的座椅上如果有配置有加热垫，依此专利，也可实现主动加热，可以避免乘客上车不知道开启加热功能，下车不知道关闭加热功能；又节能，增加产品寿命，又体现对人们的关怀。

Claims (3)

1.一种嵌入SBR传感器的加热控制方法，其特征是利用一支撑在金属骨架上的加热装置上的温度传感器判断环境温度，在温度合适时，通过一加热控制模块侦测人体部位的占用信息并根据的人体部位的占用信息自动开始加热功能；所述人体部位的占用信息为人体的平均相对介电常数；

所述通过侦测人体部位的占用信息是通过以下方法来实现的：在所述加热控制模块内设置一振荡电路，所述振荡电路包括一固定电阻R1和一固定电容C2以及一所述加热装置与金属座椅骨架间的等效电容C1，所述等效电容会随人体部分介入情况的变化而变化；其计算公式如下：

C＝ε*ε0*S/d (1)

式中:电容C，单位F；相对介电常数；ε0真空介电常数8.86×10(-12方)单位F/m；面积S，单位平方米；极板间距d，单位米；ε为人体部位平均相对介电常数；

所述振荡电路产生的方波的频率计算公式如下：

f＝1/[0.7R1(C1+C2)] (2)

所述振荡电路产生的方波信号用所述加热控制模块中的MCU采样，在一定时间内对方波进行计数，计数的数值与频率，再根据公式(1)(2)，计数值与所述加热装置与金属骨架间的介质特征参数直接相关，通过标定可以得到人体的介质特征参数与人体部位的占用信息的对应关系，因此依据的计数值大小就可以侦测到人体部位的占用信息。

2.一种实现权利要求1所述的嵌入SBR传感器的加热控制方法的系统，其特征在于，包括加热装置和用以支撑所述加热装置的金属骨架以及设置在所述加热装置与所述金属骨架之间的绝缘部，所述加热装置同通过一加热控制装置控制开启，所述加热控制装置与SBR安全系统一起完成SBR功能；所述加热控制装置包括一MCU和一振荡电路，所述振荡电路包括一固定电阻R1、一固定电容C2、一所述加热装置与金属骨架间的等效电容C1和一振荡电路产生方波信号模块IC1，所述固定电容C2的一端、所述等效电容C1的一端、所述固定电阻R1的一端共同与所述振荡电路产生方波信号模块IC1的一输入端连接，所述固定电容C2的另一端、所述等效电容C1的另一端和所述振荡电路产生方波信号模块IC1的另一输入端均接地，所述等效电容C1的另一端还接电压VCC，所述固定电阻R1的另一端和所述MCU的电压输入端接电压VCC，所述振荡电路产生方波信号模块IC1的输出端与所述MCU的信号输入端连接。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述金属骨架为座椅金属骨架或方向盘金属骨架。