CN109353252A - 一种具有体压感知的智能汽车座椅装置和应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有体压感知的智能汽车座椅装置，包括ECU、汽车座椅和体压感知层；体压感知层与所述ECU电性连接，所述体压感知层分别设置在所述汽车座椅的头枕、靠背、坐垫位置；本发明提供了一种具有体压感知的智能汽车座椅装置和应用方法，使汽车座椅不仅可以缓冲减震给驾驶员提供舒适的驾驶体验，而且带有体压感知能力的汽车座椅还可以获得驾驶员姿势信息，从而判断驾驶员状态，对于交通安全性起着积极重大作用。
Description
技术领域
本发明涉及智能汽车座椅技术领域，更具体的说是涉及一种具有体压感知的智能汽车座椅装置和应用方法。
背景技术
随着汽车产业的迅猛发展，整车内饰配置和品质均有很大的提升。而随着购车人群的年轻化，客户对人机交互也提出了更多的需求，希望能越来越便捷和智能化。如今，汽车已经不仅仅是个人交通工具，许多消费者将汽车视为智能移动空间，对车内活动有更高的要求。随着计算机技术的不断发展，用户开始倾向于更加高效、快捷、人性化的汽车人机交互设计。
人机交互是为了研究人与机器在系统中如何相互作用出现的技术。未来汽车人机交互技术的发展方向朝着更加人性化、安全化的方向发展。未来的交互形式不再过分依赖视觉信息，更强调多感官通道结合。从车内部件细分来看，主要包括照明单元、中控屏、方向盘等。由当前的研究进展来看驾车场景下，安全与效率仍然是重要的考量指标。
汽车座椅作为一种关乎驾驶的舒适性，安全性的汽车重要部件，目前的汽车座椅与驾驶员之间的交互程度极为有限。
因此，如何提供一种能够采集驾驶员姿态信息、智能人机交互、具有体压感知的智能汽车座椅装置和应用方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种具有体压感知的智能汽车座椅装置和应用方法，以解决上述背景技术部分所提到的问题，使汽车座椅不仅可以缓冲减震给驾驶员提供舒适的驾驶体验，而且带有体压感知能力的汽车座椅还可以获得驾驶员姿势信息，从而判断驾驶员状态，对于交通安全性起着积极重大作用。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种具有体压感知的智能汽车座椅装置，包括ECU、汽车座椅和体压感知层；体压感知层与所述ECU电性连接，所述体压感知层分别设置在所述汽车座椅的头枕、靠背、坐垫位置；
所述体压感知层由压敏单元阵列、表面凸起层、柔性基底组成；所述压敏单元阵列为若干个均匀排布的压敏单元，所述柔性基底内部设置有用来容纳所述压敏单元的圆柱形槽，并且所述表面凸起层扣合在所述柔性基底上；所述表面凸起层直接受压并压迫所述柔性基底和所述压敏单元，所述压敏单元阵列获得多个位置的压力信号，发送到所述ECU，经所述ECU处理后形成体压分布模型；
压敏单元由杠杆、触头、弹簧、敏感压块、顶盖、底座和电极导线组成；其中，所述底座上设置有与所述杠杆铰接的支架，所述顶盖底部设置有容纳所述敏感压块的压块安装槽，所述底座和所述顶盖通过螺钉固定连接形成容纳所述敏感压块和杠杆的空腔；所述弹簧通过弹簧安装槽固定于所述顶盖上端，所述顶盖中央开设有带有定位滑道的圆孔，所述圆孔与所述触头中央的柱体配合，以保证所述触头能够进行上下移动；所述杠杆一端与所述触头中央的圆柱底部接触为触头端，另一端与所述敏感压块的底部接触为敏感压块端；所述敏感压块的末端引出电极导线；
随着外界压力增加，所述触头下移，所述触头中央的柱体压迫所述杠杆的所述触头端，在杠杆作用下所述敏感压块端压迫所述敏感压块，所述敏感压块采用具有压阻效应的导电炭黑复合橡胶制备，在受压时电阻发生变化，所述电极导线输出的的电信号经调制解调后进入所述ECU；随着外界压力撤去，所述触头被所述弹簧顶起回位，所述敏感压块所承受的压力解除，再一次随着压力变化产生电信号经调制解调后进入所述ECU。
优选的，在上述一种具有体压感知的智能汽车座椅装置中，所述柔性基底采用柔性绝缘材料制备。
优选的，在上述一种具有体压感知的智能汽车座椅装置中，所述敏感压块为设置缺口的环状结构，并且所述敏感压块设置缺口处的两端连接有电极导线。
优选的，在上述一种具有体压感知的智能汽车座椅装置中，所述杠杆和所述杠杆支架设置有若干个，并且呈环状布置在所述底座上。
优选的，在上述一种具有体压感知的智能汽车座椅装置中，所述杠杆上设置有铰接孔，所述杠杆通过所述铰接孔与所述支架铰接，所述铰接孔距离所述敏感压块端的距离小于距离所述触头端的距离。
优选的，在上述一种具有体压感知的智能汽车座椅装置中，所述导电炭黑复合橡胶的制备过程如下：采用溶液共混法，填料为CB3100型炭黑，母体选GD401室温硫化硅橡胶，取质量分数3％的炭黑放于烧杯中并加入适量分散剂，使用超声波材料分散仪进行超声分散10min，并利用磁力搅拌机对悬浮液均匀搅拌20min，然后加入硅橡胶并均匀搅拌30min，使得炭黑均匀分散在母体中，分散剂充分挥发；经抽真空处理除去溶液因搅拌混入的气泡后，将复合材料注入基于3D打印技术制备的所需形状模具中，并置于恒温箱中固化成形，脱模后可获得所需形状的敏感压块。
一种具有体压感知的智能汽车座椅装置的应用方法，汽车座椅的头枕、靠背、坐垫位置设置有体压感知层，汽车上搭载的ECU接收车辆上安装的车速传感器、ABS传感器、碰撞传感器以及体压感知层的信号，并进行分析处理；
车速传感器、ABS传感器、碰撞传感器采集汽车的车辆信息，体压感知层采集驾驶员在座椅上的体压信息，ECU将车辆信息和体压信息进行计算处理，若ECU对信息分析处理后判断驾驶员处于不良好的驾驶状态，则通过多媒体显示屏或组合仪表或移动设备进行提醒。
不良好的驾驶状态中最主要的就是疲劳驾驶。所谓疲劳驾驶就是处于一种心理以及生理机能失调的状态下，仍然继续长时间地驾驶，进而加剧疲劳驾驶的产生；疲劳驾驶的表现有许多种，驾驶人疲劳时判断能力下降、反应迟钝和操作失误增加。驾驶人处于轻微疲劳时，会出现换档不及时、不准确；驾驶人处于中度疲劳时，操作动作呆滞，有时甚至会忘记操作；驾驶人处于重度疲劳时，往往会下意识操作或出现短时间睡眠现象，严重时会失去对车辆的控制能力。
通过采集体压信息可以部分的反应出驾驶员是否处于疲劳驾驶状态，当轻微疲劳时，驾驶员对外界信号反应变慢，相应的，坐姿调整频率下降，体压信息的改变频率降低，靠背受压程度增加。中度疲劳时，坐姿调整频率继续下降，体压信息的改变频率继续下降，甚至长时间不变，靠背受压程度进一步增加。重度疲劳时，驾驶员出现短时间睡眠现象，体压信息除去地面激励导致的噪声外基本维持不动，头枕处受压部位可能偏离中心处。
同时由于高速行驶时，驾驶员的姿态调整频率也会下降，所以通过采集速度信息，考虑速度对体压信息的影响，所以将车速传感器、ABS传感器采集的速度信息发送到所述ECU进行处理；
碰撞传感器能够检测到车辆的加速度大小，由于考虑车辆的加速度对驾驶员与汽车座椅之间的压力能够产生影响，所以将碰撞传感器采集的加速度信息发送到所述ECU进行处理；
将汽车座椅上体压感知层采集驾驶员对汽车座椅各部分的体压信息、车速传感器和ABS传感器采集的速度信息、碰撞传感器采集到的加速度信息通过上述判断方法在ECU中进行安全判断，通过ECU对采集的信息进行分析处理比对，进一步考虑车速的影响，当车速较高时取比较小的报警安全阈值，从而降低误报警对驾驶员的影响，从而准确判断驾驶人员是否处于疲劳驾驶状态，而提供行之有效的报警。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种具有体压感知的智能汽车座椅装置和应用方法，本申请中的压敏单元体积小，灵敏度高，能够与柔性基底一同组成柔性体压感知层，使汽车座椅具有体压感知能力，从而可以采集驾驶员的驾驶姿势信息，汽车座椅通过体压作用与驾驶员展开更加智能，安全，快捷的人机交互。
本发明可以用于与驾驶员展开更加智能，安全，快捷的人机交互，从而提高交通安全性，解决了目前的汽车座椅与驾驶员之间的交互程度极为有限的缺点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为体压感知层的结构示意图；
图2附图为压敏单元的剖视图；
图3附图为压敏单元的结构爆炸图；
图4附图为本发明的控制框图；
图5附图为体压感知层在汽车座椅上的安装示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种具有体压感知的智能汽车座椅装置和应用方法，使汽车座椅不仅可以缓冲减震给驾驶员提供舒适的驾驶体验，而且带有体压感知能力的汽车座椅还可以获得驾驶员姿势信息，从而判断驾驶员状态，对于交通安全性起着积极重大作用。
一种具有体压感知的智能汽车座椅2装置，包括ECU1、汽车座椅2和体压感知层3；体压感知层3与ECU1电性连接，体压感知层3分别设置在汽车座椅2的头枕、靠背、坐垫位置；通过有机硅胶粘剂将体压感知层3粘附于汽车座椅骨架上填充的发泡材料外，并处在布制或者皮制座套之内。
体压感知层3由压敏单元阵列31、表面凸起层32、柔性基底33组成；压敏单元阵列31为若干个均匀排布的压敏单元34，柔性基底33内部设置有用来容纳压敏单元34的圆柱形槽35，并且表面凸起层32扣合在柔性基底33上；表面凸起层32直接受压并压迫柔性基底33和压敏单元34，压敏单元阵列31获得多个位置的压力信号，发送到ECU1，经ECU1处理后形成体压分布模型；
压敏单元34由杠杆341、触头342、弹簧343、敏感压块344、顶盖345、底座346和电极导线347组成；其中，底座346上设置有与杠杆341铰接的支架348，顶盖345底部设置有容纳敏感压块344的压块安装槽349，底座346和顶盖345通过螺钉3410固定连接形成容纳敏感压块344和杠杆341的空腔；弹簧343通过弹簧安装槽3411固定于顶盖345上端，顶盖345中央开设有带有定位滑道的圆孔3412，圆孔3412与触头342中央的柱体配合，以保证触头342能够进行上下移动；杠杆341一端与触头342中央的圆柱底部接触为触头端，另一端与敏感压块344的底部接触为敏感压块端；敏感压块344的末端引出电极导线347；
随着外界压力增加，触头342下移，触头342中央的柱体压迫杠杆341的触头端，在杠杆341作用下，敏感压块端压迫敏感压块344，敏感压块344采用具有压阻效应的导电炭黑复合橡胶制备，在受压时电阻发生变化，电极导线347输出的的电信号经调制解调后进入ECU1；随着外界压力撤去，触头342被弹簧343顶起回位，敏感压块344所承受的压力解除，再一次随着压力变化产生电信号经调制解调后进入ECU1。
为了进一步优化上述技术方案，柔性基底33采用柔性绝缘材料制备。
为了进一步优化上述技术方案，敏感压块344为设置缺口的环状结构，并且敏感压块344设置缺口处的两端连接有电极导线347。
为了进一步优化上述技术方案，杠杆341和支架348设置有若干个，并且呈环状布置在底座346上。
为了进一步优化上述技术方案，杠杆341上设置有铰接孔3413，杠杆341通过铰接孔3413与杠杆341支架348铰接，铰接孔3413距离敏感压块端的距离小于距离触头端的距离。
为了进一步优化上述技术方案，导电炭黑复合橡胶的制备过程如下：采用溶液共混法，填料为CB3100型炭黑，母体选GD401室温硫化硅橡胶，取质量分数3％的炭黑放于烧杯中并加入适量分散剂，使用超声波材料分散仪进行超声分散10min，并利用磁力搅拌机对悬浮液均匀搅拌20min，然后加入硅橡胶并均匀搅拌30min，使得炭黑均匀分散在母体中，分散剂充分挥发；经抽真空处理除去溶液因搅拌混入的气泡后，将复合材料注入基于3D打印技术制备的所需形状模具中，并置于恒温箱中固化成形，脱模后可获得所需形状的敏感压块344。
一种具有体压感知的智能汽车座椅装置的应用方法，汽车座椅的头枕、靠背、坐垫位置设置有体压感知层3，汽车上搭载的ECU1接收车辆上安装的车速传感器4、ABS传感器4、碰撞传感器5以及体压感知层3的信号，并进行分析处理；
车速传感器4、ABS传感器5、碰撞传感器6采集汽车的车辆信息，体压感知层3采集驾驶员在座椅上的体压信息，ECU1将车辆信息和体压信息进行计算处理，若识别算法判断驾驶员处于不良好的驾驶状态，则通过多媒体显示屏7或组合仪表8或移动设备9进行提醒。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (7)
1.一种具有体压感知的智能汽车座椅装置，其特征在于，包括ECU、汽车座椅和体压感知层；体压感知层与所述ECU电性连接，所述体压感知层分别设置在所述汽车座椅的头枕、靠背、坐垫位置；
所述体压感知层由压敏单元阵列、表面凸起层、柔性基底组成；所述压敏单元阵列为若干个均匀排布的压敏单元，所述柔性基底内部设置有用来容纳所述压敏单元的圆柱形槽，并且所述表面凸起层扣合在所述柔性基底上；所述表面凸起层直接受压并压迫所述柔性基底和所述压敏单元，所述压敏单元阵列获得多个位置的压力信号，发送到所述ECU，经所述ECU处理后形成体压分布模型；
压敏单元由杠杆、触头、弹簧、敏感压块、顶盖、底座和电极导线组成；其中，所述底座上设置有与所述杠杆铰接的支架，所述顶盖底部设置有容纳所述敏感压块的压块安装槽，所述底座和所述顶盖通过螺钉固定连接形成容纳所述敏感压块和杠杆的空腔；所述弹簧通过弹簧安装槽固定于所述顶盖上端，所述顶盖中央开设有带有定位滑道的圆孔，所述圆孔与所述触头中央的柱体配合，以保证所述触头能够进行上下移动；所述杠杆一端与所述触头中央的圆柱底部接触为触头端，另一端与所述敏感压块的底部接触为敏感压块端；所述敏感压块的末端引出电极导线；
随着外界压力增加，所述触头下移，所述触头中央的柱体压迫所述杠杆的所述触头端，在杠杆作用下所述敏感压块端压迫所述敏感压块，所述敏感压块采用具有压阻效应的导电炭黑复合橡胶制备，在受压时电阻发生变化，所述电极导线输出的的电信号经调制解调后进入所述ECU；随着外界压力撤去，所述触头被所述弹簧顶起回位，所述敏感压块所承受的压力解除，再一次随着压力变化产生电信号经调制解调后进入所述ECU。
2.根据权利要求1所述的一种具有体压感知的智能汽车座椅装置，其特征在于，所述柔性基底采用柔性绝缘材料制备。
3.根据权利要求1所述的一种具有体压感知的智能汽车座椅装置，其特征在于，所述敏感压块为设置缺口的环状结构，并且所述敏感压块设置缺口处的两端连接有电极导线。
4.根据权利要求3所述的一种具有体压感知的智能汽车座椅装置，其特征在于，所述杠杆和所述支架设置有若干个，并且呈环状布置在所述底座上。
5.根据权利要求1所述的一种具有体压感知的智能汽车座椅装置，其特征在于，所述杠杆上设置有铰接孔，所述杠杆通过所述铰接孔与所述杠杆支架铰接，所述铰接孔距离所述敏感压块端的距离小于距离所述触头端的距离。
6.根据权利要求1所述的一种具有体压感知的智能汽车座椅装置，其特征在于，所述导电炭黑复合橡胶的制备过程如下：采用溶液共混法，填料为CB3100型炭黑，母体选GD401室温硫化硅橡胶，取质量分数3％的炭黑放于烧杯中并加入分散剂，使用超声波材料分散仪进行超声分散10min，并利用磁力搅拌机对悬浮液均匀搅拌20min，然后加入硅橡胶并均匀搅拌30min，使得炭黑均匀分散在母体中，分散剂充分挥发；经抽真空处理除去溶液因搅拌混入的气泡后，将复合材料注入基于3D打印技术制备的所需形状模具中，并置于恒温箱中固化成形，脱模后可获得所需形状的敏感压块。
7.一种具有体压感知的智能汽车座椅装置的应用方法，其特征在于，汽车座椅的头枕、靠背、坐垫位置设置有体压感知层，汽车上搭载的ECU接收车辆上安装的车速传感器、ABS传感器、碰撞传感器以及体压感知层的信号，并进行分析处理；
车速传感器、ABS传感器、碰撞传感器采集汽车的车辆信息，体压感知层采集驾驶员在座椅上的体压信息，ECU将车辆信息和体压信息进行计算处理，若ECU通过信息分析处理判断驾驶员处于不良好的驾驶状态，则通过多媒体显示屏或组合仪表或移动设备进行提醒。
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