CN110871714B - 扰动消除和生成座椅 - Google Patents

Abstract

一种扰动消除和生成座椅系统，包括安装到车辆结构上的座椅。因该结构中接收到的、且被传递到座椅的扰动加速度，座椅被加速。座椅控制单元产生力消除指令信号。致动装置与该结构相连并且与座椅控制单元通信。致动装置响应于接收到的力消除指令信号而在座椅中引起消除加速度运动，该消除加速度运动与由扰动加速度引起的座椅的加速度运动相等但相反，因此抵消了该加速度运动。

Description

扰动消除和生成座椅

技术领域

本发明涉及识别和响应车辆中乘员感受到的扰动的系统和方法，所述扰动由动力传递系统变档、车辆系统起伏和不同道路状况所引起。

背景技术

对于乘员驾驶车辆和自动驾驶车辆，存在由动力传递系统、车辆系统操作和道路基础设施产生的一个或多个车辆乘员能感受到的不期望的扰动。这些扰动包括变速器换档事件、包括颠簸和坑洼的路面波动以及诸如转弯和制动的运动引起的力。这些扰动产生加速力和减速力，该加速力和减速力作用在乘员身上，并且可能对乘员的旅行事件产生不利影响。

许多已知的电动或燃气/电气动力车辆通常提供单速变速器，其不会引起显著的换档扰动，但不能提供优化的动力装置性能。因此，为了最小化和优化电池和电动机的尺寸，现在将多速变速器结合到这种车辆中，因此将重新引入换档扰动。

此外，自动操作车辆提供了多个传感器和系统，这些传感器和系统需要连续监测未来的道路和天气状况，以向车辆提供导航输入。因此，这种系统增强了预测即将发生的扰动的能力，但是当前尚未利用这种能力所提供的最大优势。

因此，虽然当前的车辆系统实现了其预期目的时，但需要一种新的和改进的系统和方法来减少机动车辆乘员感受到的扰动加速度。

发明内容

根据若干个方面，一种扰动消除和生成座椅系统包括安装到车辆结构上的座椅。因结构中接收到的、且被传递到座椅的扰动加速度，座椅被加速。座椅控制单元产生力消除指令信号。致动装置与该结构相连并且与座椅控制单元通信。致动装置响应于接收到的力消除指令信号在座椅中引起消除加速度运动，该消除加速度运动与由扰动加速度引起的座椅加速度运动相等但相反，因此抵消了该加速度运动。

在本发明的另一个方面，与座椅相连的力传感器产生对应于座椅乘员重量的力信号。

在本发明的另一个方面，来自力传感器的力信号在座椅控制单元中被转换为乘员的质量。

在本发明的另一个方面，在座椅控制单元中计算与使作用在乘员上的净力保持基本为零所需的扰动加速度相等但相反的加速度。

在本发明的另一个方面，通信链路将座椅控制单元连接到致动装置。

在本发明的另一个方面，车辆控制单元从包括加速度传感器、速度传感器和环境条件传感器的多个车辆传感器中接收数据。

在本发明的另一个方面，控制器区域网络总线提供车辆控制单元和座椅控制单元之间的通信。

在本发明的另一个方面，扰动加速度限定了多个加速度值，每个加速度值限定了一变速器换档事件。

在本发明的另一个方面，加速度值保存在查找表中。

在本发明的另一个方面，扰动加速度限定了多个加速度，这些加速度通过从一个或多个车轮到结构的路径传递到座椅并由此传递给乘员。

根据若干个方面，一种消除车辆座椅中的扰动加速度的方法，包括：测量作用在安装在车辆结构上的座椅上并使其移位的扰动加速度；在座椅控制单元中生成力消除指令信号；将致动装置连接到所述结构并与座椅控制单元通信以接收力消除指令信号；以及响应于力抵消信号，通过致动装置的操作在座椅中引起消除加速度运动，该消除加速度运动与由扰动加速度引起的座椅加速度运动相等但相反，因此抵消了该加速度运动。

在本发明的另一个方面，该方法包括：将力传感器连接到座椅；并生成对应于座椅乘员重量的力信号。

在本发明的另一个方面，该方法包括将乘员的重量转换为乘员的质量。

在本发明的另一个方面，该方法包括在座椅控制单元中应用乘员的质量对与使作用在乘员上的净力保持基本为零所需的扰动加速度相等但相反的加速度进行计算。

在本发明的另一个方面，该方法包括从包括加速度传感器、速度传感器和环境条件传感器的多个车辆传感器中收集数据；并将数据转发到车辆控制单元。

在本发明的另一个方面，该方法包括将数据从车辆控制单元转发到座椅控制单元。

在本发明的另一个方面，该方法包括在生成步骤之前使用由座椅控制单元产生的数据执行估计步骤，该估计步骤并入了加速度的估计值以抵消扰动力。

根据若干个方面，一种扰动消除和生成座椅系统包括载车辆结构上安装的座椅，因所述结构中接收到的、且被传递到座椅的扰动加速度，座椅被加速。与座椅相连的力传感器产生对应于座椅乘员重量的力信号。座椅控制单元将乘员的重量转换为乘员的质量。车辆控制单元从包括加速度传感器、速度传感器和环境条件传感器的多个车辆传感器中接收数据并将数据转发到座椅控制单元。致动装置与该结构相连并与座椅控制单元通信。致动装置响应于接收到的由座椅控制单元的生成的力消除指令信号在座椅中引起消除加速度运动，该消除加速度运动与由扰动加速度引起的座椅的加速度运动相等但相反，因此抵消了该加速度运动。

在本发明的另一个方面，所述致动装置包括向外延伸以接触座椅并使座椅移位的接触构件，该接触构件使座椅以双向、向外和返回位移的方式移位。

在本发明的另一个方面，致动装置包括与座椅接触并使座椅以多向、翻滚、俯仰和偏转运动的方式移位的接触构件。

根据本文提供的描述，其他适用领域将变得显而易见。应该理解的是，描述和具体实例仅用于说明的目的，并不旨在限制本发明的范围。

附图说明

本文所描述的附图仅用于说明目的，并不旨在以任何方式限制本发明的范围。

图1是根据示例性实施例的具有扰动消除和生成座椅系统的车辆的侧视图；

图2是图1的车辆的侧视图，进一步示出了用于操作扰动消除和生成座椅系统的控制单元和致动装置；

图3是本发明的扰动消除和生成座椅系统的流程图；

图4是已知设计的车辆双速变速器的示意图；

图5是示出图4的变速器的扭矩-加速度曲线的曲线图；

图6是示出使用本发明的扰动消除和生成座椅系统产生的加速度-时间曲线的曲线图，该曲线叠加在图5中示出的加速度-时间曲线上；

图7是结合了本发明的扰动消除和生成座椅系统的示例性变速器换档事件的平滑加速度-时间曲线的曲线图；以及

图8是根据图3的流程图进行修改进而添加了估计步骤的流程图。

具体实施方式

以下描述本质上仅是示例性的，并不旨在限制本发明、应用或用途。

参照图1，一种扰动消除和生成座椅系统10和操作方法包括致动器，该致动器限定了安装到车辆16的结构14上的致动装置12。车辆16可以是电池电动车辆、汽油或柴油发动机驱动车辆、燃气/电力混合动力车辆、乘员手动驾驶车辆或自动驾驶车辆。致动装置12连接到座椅18上，该座椅安装在车辆16的结构14上。车辆16包括变速器20，根据若干个方面，该变速器是具有两个、三个或更多个档位的多速变速器。变速器20连接到动力装置22上，该动力装置可包括电动机和电池、汽油发动机或柴油发动机。

通过在变速器20和动力装置22的运转期间发生的加速度的结构性传递，本文中定义为扰动加速度24的扰动可以被传递到座椅18上的乘员26上。扰动加速度24为，由于例如与车轮28接触的道路32的表面变形30或者车轮28与诸如坑洼等凹陷34的接触，通过从一个或多个车轮28到结构14的路径，同样被传递到座椅18从而被传递到乘员26的加速度。在行驶期间，例如在快速转弯、快速加速或快速制动期间，当重力发生改变时，扰动加速度24也被传递到座椅18。根据若干个方面，安装在车辆16的结构14上的致动装置12引入消除加速度35，该消除加速度35与扰动加速度24相反地作用，以最小化作用在座椅18上并因此作用在车辆16的乘员26上的力。

参照图2并再次参照图1，扰动消除和生成座椅系统10包括车辆控制单元36，其接收来自诸如加速度传感器、速度传感器和环境条件传感器的多个车辆传感器38的数据。车辆控制单元36控制车辆16各系统的工作，包括变速器20和动力装置22的运转。此外，扰动消除和生成座椅系统10还包括力传感器40，该力传感器40位于支撑座椅18的结构14下方或附接到该结构14上，该力传感器40产生指示感测到的乘员26的重量的输出信号。

车辆控制单元36经由控制器区域网络（CAN）总线44与座椅控制单元42通信。CAN总线44基于允许微控制器和装置互相通信的标准。来自力传感器40的输出信号被提供给座椅控制单元42。来自于力传感器40的力信号等于乘员重量并且在座椅控制单元42中被转换为乘员26的质量。基于从车辆控制单元36接收的加速度信号输入以及从力传感器40接收的力信号，座椅控制单元42产生力消除指令信号，该力消除指令信号经由连接座椅控制单元42的通信链路46转发到致动装置12。致动装置12生成进入座椅18的消除加速度运动，该消除加速度运动与由于扰动加速度24而由输入到座椅18的力引起的加速度运动相等但相反，因此抵消了该加速度运动。因此，座椅力传感器40根据不同乘员的质量提供不同的力信号，该力信号基于以下等式抵消扰动加速度：F = MA。由于基于座椅力传感器40的输出已知了（测量出）乘员的质量，并且加速度是感测的或已知的值，因此本发明的算法计算使作用在乘员26上的净力基本保持为零所需的相等但相反的加速度。

根据若干个方面，致动装置12可以是电动机、液压活塞、气动室或机电装置。致动装置12包括接触构件48，该接触构件48向外延伸以接触座椅18并使座椅移位。在换档事件期间，作用在乘员26上的主要作用力由前后运动产生。为简单起见，图2示出了通过接触构件48的位移引起的双向（向外和返回）致动。对于其他情况，例如巷道运动和引起晕动症的加速度，致动装置12的致动可以指向多个方向，包括x、y、z、翻滚、俯仰和偏转。接触构件48可以例如是传统的滚珠丝杠机构，例如以将致动装置12的电动机的旋转运动转换成平移运动。

座椅控制单元42可包括控制器50。控制器50是非通用的电子控制装置，其具有预编程的数字计算机或处理器52、用于存储数据（例如，控制逻辑、软件应用程序、指令、计算机代码、数据、查找表等）的存储器或非暂时性计算机可读介质54以及收发器56或输入/输出端口。计算机可读介质包括能够被计算机访问的任何类型的介质，例如，只读存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM）、硬盘驱动器、光盘（CD）、数字视频光盘（DVD）或任何其他类型的存储器。“非暂时性”计算机可读介质不包括传输瞬时电信号或其他信号的有线、无线、光学或其他通信链路。非暂时性计算机可读介质包括可以永久存储数据的介质和可以存储和稍后重写数据的介质，例如，可重写光盘或可擦除存储装置。计算机代码包括任何类型的程序代码，包括源代码、目标代码和可执行代码。处理器52被配置为执行代码或指令。收发器56还可以被配置为通过使用IEEE 802.11x下的Wi-Fi协议与热点无线通信。

参照图3并再次参照图1和图2，流程图58示出了扰动消除和生成座椅系统10所采用的示例性处理步骤。在初始输入步骤60中，从各种源收集输入，包括来自动力传动系统（包括变速器20和动力装置22）、车辆系统、车辆基础设施以及车辆乘员的输入信号。这样的输入包括但不限于换档事件、指示路面状况（例如，表面变形30和凹陷34）的信号、作用在乘员上的运动力（例如，例如从一个或多个车辆传感器38获得的车辆加速力、减速力和转向力）以及乘员输入（例如，乘员偏好）。乘员偏好可包括消除加速度35程度的变化，以实现不同的乘员“感觉”，例如，更平稳的乘坐感觉或更硬的运动乘坐感觉。

在初始输入步骤60中收集的数据被馈送到车辆控制单元36，该车辆控制单元36连续监测数据的变化。更新的信息从车辆控制单元36连续地馈送到座椅控制单元。如前所述，来自力传感器40的输出信号也被提供给座椅控制单元42，这些输出信号在座椅控制单元42中被转换为乘员26的质量。当感测到将产生扰动加速度24a的加速度事件时，执行指令力计算步骤64。基于加速度信号输入和从力传感器40接收的力信号，计算测量的力。此外，计算出具有加速度方面68的指令力66，该加速度方面与作用在座椅18上的扰动加速度24相等但相反。

在致动步骤70中，计算的指令力66被转换为指令力信号。指令力信号被发送到致动装置12，该致动装置产生消除加速度35，以使座椅18移位离开默认位置。变化的加速率是来自车辆16的校准加速度，其例如从参考图8描述的查找表获得，因此是已知的。因此，致动装置12的致动器将加速度乘以乘客重量以产生力指令。座椅18和车辆16之间的相对运动预计较小，例如1.0~3.0 mm，因此乘员26将仅感到非常有限的力抵消运动，系统响应时间约为100~200 ms或更短。

在确认步骤72中，进行查询以确定作用在座椅18上的测量力减去指令力66是否小于预定阈值74。如果对该查询产生否定响应76，则指令力66不足以消除测量力，并且产生调谐命令信号78并且重复指令力计算步骤64。

如果对该查询产生肯定响应80，则指令力66足以消除测量力，并且产生座椅返回命令82，以使座椅18返回到默认位置。然后，生成监测命令信号84，并将其发送到车辆控制单元36，指示座椅位移事件的结束并使车辆控制单元36返回到其正常信号监测状态。

参照图4，示出了一种已知的双速变速器系统86，其具有电动机88，该电动机连接到由同步器92致动的双速变速器90。产生最终的减速94。

参照图5并再次参照图4，曲线图96示出了图4所示变速器90的示例性换档的加速度98与时间100的关系。加速度曲线102识别出初始或先前档位104的加速度，其在加速度减小部分106中过渡到脱离扭矩108。然后，同步扭矩部分110发生，该部分发生在目标齿轮啮合时的啮合扭矩部分112之前。随后是加速度上升部分114，当达到目标档位扭矩116时，结束。由于加速度变化，扰动加速度24中的示例性扰动加速度出现在加速度曲线102的过渡部分118期间。在从先前档位到目标档位的换档事件期间，在座椅18处感觉到这些扰动加速度24。

参照图6并再次参照图1~5，曲线图120示出了加速度曲线126的加速度122与时间124的关系，该扭矩曲线具有对应于参考图3所讨论的加速度方面68的过渡部分128，并叠加在图5的加速度曲线102上。过渡部分128提供与过渡部分118的加速度值基本相等但相反的加速度值。给定车辆16的乘员26的已知质量，使用过渡部分128的加速度值产生的指令力将等于并抵消将相同的乘员质量应用于图5的扭矩曲线102的加速度值所观察到的测量力。

参照图7并再次参照图6，曲线图130示出了“平滑”曲线132的加速度122与时间124的关系，该曲线示出了加速度过渡部分134，该加速度过渡部分134通过对利用图3中识别出的步骤计算的过渡部分128和来自实际换档的过渡部分118进行重叠获得。加速度过渡部分134使先前档位部分136和目标档位部分138之间的加速度平滑地过渡，从而抵消了本该传递给座椅18上的乘员26的扰动加速度24。

参照图8并再次参照图3，根据流程图58修改流程图140，并且示出了扰动消除和生成座椅系统10的另一方面采用的示例性处理步骤。因为流程图58的许多步骤在流程图140中重复，因此仅讨论不同之处。在执行指令力计算步骤64之前，使用由座椅控制单元42生成的数据来执行估计步骤142。估计步骤142合并加速度的估计值以抵消预测的扰动力。例如，来自给定变速器档位的已知加速度值，例如第一档位和第二档位之间在不同发动机扭矩值下的已知加速度值，保存在查找表144中。当在车辆控制单元36中要求在第一档位和第二档位之间换档时，座椅控制单元42要求从查找表144中提取预期的加速度值，该预期的加速度值用于确定抵消通常在换档事件中发生的扰动加速度24所需的计算的指令力66。

估计步骤142可以应用于例如可获得前进传感器数据的自动驾驶车辆中。前进传感器数据可以例如从全球定位系统（GPS）高清地图中获得，其指示当车辆16行进到预定目的地时，道路32将发生已知表面变形30。可以在到达已知表面变形30之前确定通过与已知表面变形30的相互作用而预期的抵消扰动加速度24所需的计算的指令力66。

如本文所用，术语“向前”、“向后”、“内”、“向内”、“外”，“向外”、“在......之上”和/或“在......之下”是相对于本申请的附图中所示的机动车辆16的方位而使用的术语。因此，“向前”是指朝向机动车辆的前部的方向，“向后”是指朝向机动车辆的后部的方向，“内部”和“向内”是指朝向机动车辆的内部的方向，“外”和“向外”是指朝向机动车辆的外部的方向、“在......之下”是指朝向机动车辆的底部的方向，“在……之上”是指朝向机动车辆的顶部的方向。

本发明的扰动消除和生成座椅系统和方法提供了若干个优点。这些优点包括提供连接到车辆结构的致动装置，该致动装置在座椅中引起消除加速度运动，该消除加速度运动与由扰动加速度引起的座椅的加速度运动相等但相反，因此抵消了该加速度运动。座椅控制单元产生力消除指令信号，该力消除指令信号启动致动装置的操作。可以识别和抵消包括来自变速器换挡事件和道路扰动的扰动加速度。

本发明的描述本质上仅是示例性的，并且不脱离本发明的主旨的变型旨在落入本发明的范围内。不应将这些变型视为脱离本发明的精神和范围。

Claims (7)

1.一种扰动消除和生成座椅系统，包括：

座椅，安装在车辆结构上，所述座椅因所述结构中接收到的并被传递到所述座椅的扰动加速度而被加速；

座椅控制单元，生成力消除指令信号；以及

致动装置，与所述结构相连并与所述座椅控制单元通信，所述致动装置响应接收到的力消除指令信号而在所述座椅中引起消除加速度运动，所述消除加速度运动与由扰动加速度引起的座椅的加速度运动相等但相反，因此消除所述座椅的加速度运动；

与所述座椅相连的力传感器，产生对应于所述座椅的乘员重量的力信号；

其中，来自所述力传感器的力信号在座椅控制单元中被转换为乘员的质量，与使作用在乘员上的净力保持大体上为零所需的扰动加速度相等但相反的加速度在所述座椅控制单元中计算。

2.根据权利要求1所述的扰动消除和生成座椅系统，还包将所述座椅控制单元连接到致动装置的通信链路。

3.根据权利要求1所述的扰动消除和生成座椅系统，还包括从包括加速度传感器、速度传感器和环境条件传感器的多个车辆传感器中接收数据的车辆控制单元。

4.根据权利要求3所述的扰动消除和生成座椅系统，还包括转发所述车辆控制单元和座椅控制单元之间的通信的控制器区域网络总线。

5.根据权利要求1所述的扰动消除和生成座椅系统，其中所述扰动加速度限定了多个加速度值，每一加速度值限定了一变速器换档事件。

6.根据权利要求5所述的扰动消除和生成座椅系统，其中所述加速度值保存在查找表中。

7.根据权利要求1所述的扰动消除和生成座椅系统，其中所述扰动加速度限定了多个加速度，这些加速度通过从一个或多个车轮到所述结构的路径传递到所述座椅并由此传递给所述座椅的乘员。

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