CN112477707B - 一种基于tof的可自动调节的汽车座椅控制系统及方法 - Google Patents

一种基于tof的可自动调节的汽车座椅控制系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及汽车座椅智能化设计和控制领域，其公开了一种基于tof的可自动调节的汽车座椅控制系统及方法，可根据驾驶人员不同身高和位置信息进行座椅自动调节，实现座椅的方便快速调节，保证调节后座椅位置的合适性和驾驶员的舒适性。本发明采用tof摄像头采集驾驶人员深度信息；根据驾驶人员深度信息计算驾驶人员身高和驾驶人员当前位置信息，根据驾驶人员身高计算对应的标准驾驶位置；将驾驶人员当前位置信息与该驾驶人员对应的标准驾驶位置进行比较，向座椅控制模块发送比较结果；最后，根据比较结果控制座椅进行位置调节。

Description

一种基于tof的可自动调节的汽车座椅控制系统及方法
技术领域
本发明涉及汽车座椅智能化设计和控制领域，具体涉及一种基于tof的可自动调节的汽车座椅控制系统及方法。
背景技术
随着汽车工业的不断发展和人们消费水平的不断提高，汽车智能化水平不断提升，同时我国私有汽车保有量也不断增加，自驾出行已是很多人的不二选择。而在很多家庭中，一辆汽车需要提供给不同人员进行日常使用，在不同的驾驶人员使用汽车时，由于人员身高不同，需要对驾驶座椅进行各个方向的调节。传统汽车采用手动调节方式，调节过程中需要驾驶人员反复确认调节位置是否合适，使得调节过程变得复杂和困难。而驾驶座椅位置的适当与否，则会直接影响到整个驾驶过程的驾驶质量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提出一种基于tof的可自动调节的汽车座椅控制系统及方法，可根据驾驶人员不同身高和位置信息进行座椅自动调节，实现座椅的方便快速调节，保证调节后座椅位置的合适性和驾驶员的舒适性。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：
一种基于tof的可自动调节的汽车座椅控制系统，包括：tof摄像头、tof判断模块、tof控制模块和座椅控制模块；
所述tof摄像头，用于采集驾驶人员深度信息；
所述tof判断模块，用于根据驾驶人员深度信息计算驾驶人员身高和驾驶人员当前位置信息，根据驾驶人员身高计算对应的标准驾驶位置；
所述tof控制模块，用于将驾驶人员当前位置信息与该驾驶人员对应的标准驾驶位置进行比较，向座椅控制模块发送比较结果；
所述座椅控制模块，用于根据比较结果控制座椅进行位置调节。
作为进一步优化，所述tof摄像头置于驾驶座椅靠前极限位置斜前方的车顶内部，tof摄像头法线正对于驾驶座椅中心线，摄像头扫描角度保证覆盖驾驶人员整个上半身。
作为进一步优化，所述驾驶人员当前位置信息包括：驾驶人员与tof摄像头的水平方向距离和在竖直方向的竖直高度。
此外，基于上述控制系统，本发明还提供了一种基于tof的可自动调节的汽车座椅控制方法，其包括以下步骤：
A、汽车点火，tof摄像头启动并初始化，座椅控制模块将座椅倾斜角度调至预设的常用角度；
B、tof摄像头扫描驾驶人员上半身，获取驾驶人员深度信息；
C、tof判断模块根据驾驶人员深度信息计算驾驶人员身高和驾驶人员当前位置信息，根据驾驶人员身高计算对应的标准驾驶位置；
D、tof控制模块将驾驶人员当前位置信息与该驾驶人员对应的标准驾驶位置进行比较，向座椅控制模块发送比较结果；
E、座椅控制模块根据比较结果控制座椅进行位置调节。
作为进一步优化，步骤C中，所述tof判断模块根据驾驶人员深度信息计算驾驶人员身高的具体方法包括：
根据上半身的上极限位置和下极限位置返回的激光夹角θ，上极限位置与tof摄像头的距离L1和下极限位置与tof摄像头的距离L2，利用三角函数计算驾驶人员上半身身高h:
Figure BDA0002838638690000021
然后结合人体上半身、下半身的身高比例范围推算出驾驶员身高H：
Figure BDA0002838638690000022
其中，0.6～0.65为人体上半身、下半身的身高比例范围。
作为进一步优化，步骤C中，所述tof判断模块根据驾驶人员深度信息计算驾驶人员当前位置信息的方法具体包括：
根据上半身的上极限位置反射回的激光与水平方向的夹角β计算驾驶员离tof摄像头的实际水平距离为L1cosβ，驾驶员竖直离tof摄像头的距离为L1sinβ。
作为进一步优化，步骤C中，所述tof判断模块内预设根据不同身高获取对应标准驾驶位置的算法，具体包括：在安装tof摄像头后，进行实车测量建模，根据实车测得不同身高驾驶人员最佳驾驶位置对应的水平距离和竖直高度，进而模拟出不同高度驾驶人员标准水平距离和竖直高度的线性算法，算法预设于tof判断模块内。
作为进一步优化，步骤C中，所述tof判断模块根据驾驶人员身高计算对应的标准驾驶位置具体为：tof判断模块将计算出来的计算驾驶人员身高作为输入，采用内置的不同高度驾驶人员标准水平距离和竖直高度的线性算法计算出相应驾驶人员水平方向的标准距离Ls和竖直方向的竖直标准高度Hs。
作为进一步优化，步骤D中，tof控制模块将驾驶人员当前位置信息与该驾驶人员对应的标准驾驶位置进行比较，具体包括：计算驾驶员离tof摄像头的实际水平距离与标准距离的差值，即(L1cosβ-Ls)，以及驾驶员竖直离tof摄像头的距离与竖直标准高度的差值，即(L1sinβ-Hs)。
本发明的有益效果是：
利用tof摄像头采集驾驶人员的深度信息，通过深度信息计算驾驶人员身高和驾驶人员当前位置信息，将驾驶人员当前位置信息与通过驾驶人员身高获取的对应驾驶标准位置信息进行比对，从而通过座椅控制模块对座椅进行自动调节。该方案不需要驾驶员手动调节，座椅调节效率高，采用算法根据驾驶员身高进行自适应调节，能够保证调节后座椅位置的合适性和驾驶员的舒适性。
附图说明
图1为本发明中的汽车座椅控制系统结构框图；
图2为本发明实施例中的汽车座椅控制方法流程图；
图3为本发明实施例中的tof摄像头测量驾驶人员身高和当前位置的示意图；
图中标记：1为tof摄像头，2为上极限位置，3为下极限位置。
具体实施方式
本发明旨在提出一种基于tof的可自动调节的汽车座椅控制系统及方法，可根据驾驶人员不同身高和位置信息进行座椅自动调节，实现座椅的方便快速调节，保证调节后座椅位置的合适性和驾驶员的舒适性。
在具体实施上，本发明中的汽车座椅控制系统结构如图1所示，包括tof摄像头、tof判断模块、tof控制模块和座椅控制模块；
所述tof摄像头，用于采集驾驶人员深度信息；
所述tof判断模块，用于根据驾驶人员深度信息计算驾驶人员身高和驾驶人员当前位置信息，根据驾驶人员身高计算对应的标准驾驶位置；
所述tof控制模块，用于将驾驶人员当前位置信息与该驾驶人员对应的标准驾驶位置进行比较，向座椅控制模块发送比较结果；
所述座椅控制模块，用于根据比较结果控制座椅进行位置调节。
作为一种优化，tof摄像头安装到驾驶座椅靠前极限位置斜前方车顶内部，摄像头法线与驾驶座椅中心位置对齐，保证tof摄像头扫描角度应能覆盖驾驶员上半身。
为了进行不同身高的驾驶员对应的标准驾驶位置，tof判断模块内预设根据不同身高获取对应标准驾驶位置的算法。驾驶人员身高与驾驶位置有直接相关性，而驾驶人员座位水平方向(X轴)的距离与驾驶员竖直方向(Y轴)的竖直高度呈线性相关。因此，在安装tof摄像头模块后，可进行实车测量建模，根据实车测得不同身高驾驶人员对应的水平距离和竖直高度，进而模拟出不同高度驾驶人员标准水平距离和竖直高度的线性算法，预置于tof判断模块内。
在tof摄像头采集到驾驶人员的深度(距离)信息后，tof判断模块根据深度信息判断驾驶人员上半身轮廓，计算驾驶人员上半身高度并推算身高，根据身高计算该驾驶人员适合的标准水平距离和竖直高度，同时计算出驾驶人员相对于tof摄像头的实际水平距离和竖直高度；tof控制模块将驾驶人员实际位置与标准驾驶位置比较计算的差值组织成通信数据格式发送到座椅控制模块，座椅控制模块根据距离增量先后进行座椅的水平方向和竖直方向的调节。
实施例：
本实施例中，首先将tof摄像头1安装到驾驶座椅靠前极限位置的斜前方内部车顶上，如图3所示，摄像头法线与驾驶座椅中心位置对齐，然后以tof摄像头1安装位置为原点O,汽车车头的反方向为X轴，竖直于汽车底盘方向的向下方向为Y轴，同时应保证tof摄像头1扫描角度应能覆盖驾驶员上半身。
因为驾驶人员人高与驾驶坐姿有直接相关性，而驾驶人员座位水平方向(X轴)的距离与驾驶员竖直方向(Y轴)的竖直高度呈线性相关。在安装tof摄像头模块后，可进行实车测量建模，根据实车测得不同身高驾驶人员对应的水平距离和竖直高度，进而模拟出不同高度驾驶人员水平距离和竖直高度的线性算法，算法预设于tof判断模块内。
本实施例实现的汽车座椅控制方法流程如图2所示，包括以下步骤：
1、汽车点火，tof摄像头启动并初始化，座椅控制模块将座椅倾斜角度调至预设的常用角度；这里调整座椅倾斜角度是为了保证摄像头采集数据的统一性，因为在前期模拟不同高度驾驶人员水平距离和竖直高度的线性算法时也采用这个倾斜角度，当然，为了保证驾驶的舒适性，这个倾斜角度要满足驾驶的舒适性要求。
2、tof摄像头采集驾驶人员数据：
tof摄像头发射激光束扫描驾驶人员上半身，识别驾驶人员上半身轮廓。
3、tof判断模块计算驾驶人员高度以及驾驶人员水平和竖直位置：
tof判断模块根据上半身的上极限位置2(头顶位置)与下极限位置3(肚脐位置)返回的激光夹角θ，上极限位置2离tof摄像头的距离L1，下极限位置3离tof摄像头的距离L2，利用三角函数可计算驾驶人员上半身身高h：
Figure BDA0002838638690000041
人体上半身、下半身的身高比例范围在0.6～0.65之间，也由此可推算驾驶员身高H:
Figure BDA0002838638690000051
根据计算出的驾驶人员身高，tof判断模块查出该身高对应的水平方向标准距离Ls和竖直方向驾驶人员竖直标准高度Hs。
同时，tof摄像,1接收从驾驶人员上极限位置2反射回的激光与水平方向方向(X轴)夹角β可以计算，进一步可计算驾驶员竖直离摄像头的水平距离为L1cosβ和驾驶员竖直距摄像头的竖直高度为L1sinβ。
4、tof控制模块将测量的位置与标准驾驶位置比较计算的差值(L1cosβ-Ls)和(L1sinβ-Hs)组织成通信数据格式发送到座椅控制模块，座椅控制模块根据距离增量先后进行座椅的水平方向和竖直方向的调节。

Claims (7)

1.一种基于tof的可自动调节的汽车座椅控制系统，其特征在于，
包括：tof摄像头、tof判断模块、tof控制模块和座椅控制模块；
所述tof摄像头，用于采集驾驶人员深度信息；
所述tof判断模块，用于根据驾驶人员深度信息计算驾驶人员身高和驾驶人员当前位置信息，根据驾驶人员身高计算对应的标准驾驶位置；所述tof判断模块根据驾驶人员深度信息计算驾驶人员身高的具体方法包括：
根据上半身的上极限位置和下极限位置返回的激光夹角θ，上极限位置与tof摄像头的距离L1和下极限位置与tof摄像头的距离L2，利用三角函数计算驾驶人员上半身身高h:
Figure FDA0003539118680000011
然后结合人体上半身、下半身的身高比例范围推算出驾驶员身高H：
Figure FDA0003539118680000012
其中，0.6～0.65为人体上半身、下半身的身高比例范围；
所述tof判断模块根据驾驶人员深度信息计算驾驶人员当前位置信息的方法具体包括：
根据上半身的上极限位置反射回的激光与水平方向的夹角β计算驾驶员离tof摄像头的实际水平距离为L1cosβ，驾驶员竖直离tof摄像头的距离为L1sinβ；所述tof控制模块，用于将驾驶人员当前位置信息与该驾驶人员对应的标准驾驶位置进行比较，向座椅控制模块发送比较结果；
所述座椅控制模块，用于根据比较结果控制座椅进行位置调节。
2.如权利要求1所述的一种基于tof的可自动调节的汽车座椅控制系统，其特征在于，
所述tof摄像头置于驾驶座椅靠前极限位置斜前方的车顶内部，tof摄像头法线正对于驾驶座椅中心线，摄像头扫描角度保证覆盖驾驶人员整个上半身。
3.如权利要求1所述的一种基于tof的可自动调节的汽车座椅控制系统，其特征在于，
所述驾驶人员当前位置信息包括：驾驶人员与tof摄像头的水平方向距离和在竖直方向的竖直高度。
4.一种基于tof的可自动调节的汽车座椅控制方法，应用于如权利要求1-3任意一项所述的系统，其特征在于，该方法包括以下步骤：
A、汽车点火，tof摄像头启动并初始化，座椅控制模块将座椅倾斜角度调至预设的常用角度；
B、tof摄像头扫描驾驶人员上半身，获取驾驶人员深度信息；
C、tof判断模块根据驾驶人员深度信息计算驾驶人员身高和驾驶人员当前位置信息，根据驾驶人员身高计算对应的标准驾驶位置；
D、tof控制模块将驾驶人员当前位置信息与该驾驶人员对应的标准驾驶位置进行比较，向座椅控制模块发送比较结果；
E、座椅控制模块根据比较结果控制座椅进行位置调节；
步骤C中，所述tof判断模块根据驾驶人员深度信息计算驾驶人员身高的具体方法包括：
根据上半身的上极限位置和下极限位置返回的激光夹角θ，上极限位置与tof摄像头的距离L1和下极限位置与tof摄像头的距离L2，利用三角函数计算驾驶人员上半身身高h:
Figure FDA0003539118680000021
然后结合人体上半身、下半身的身高比例范围推算出驾驶员身高H：
Figure FDA0003539118680000022
其中，0.6～0.65为人体上半身、下半身的身高比例范围；
步骤C中，所述tof判断模块根据驾驶人员深度信息计算驾驶人员当前位置信息的方法具体包括：
根据上半身的上极限位置反射回的激光与水平方向的夹角β计算驾驶员离tof摄像头的实际水平距离为L1cosβ，驾驶员竖直离tof摄像头的距离为L1sinβ。
5.如权利要求4所述的一种基于tof的可自动调节的汽车座椅控制方法，其特征在于，
步骤C中，所述tof判断模块内预设根据不同身高获取对应标准驾驶位置的算法，具体包括：在安装tof摄像头后，进行实车测量建模，根据实车测得不同身高驾驶人员最佳驾驶位置对应的水平距离和竖直高度，进而模拟出不同高度驾驶人员标准水平距离和竖直高度的线性算法，算法预设于tof判断模块内。
6.如权利要求5所述的一种基于tof的可自动调节的汽车座椅控制方法，其特征在于，
步骤C中，所述tof判断模块根据驾驶人员身高计算对应的标准驾驶位置具体为：tof判断模块将计算出来的计算驾驶人员身高作为输入，采用内置的不同高度驾驶人员标准水平距离和竖直高度的线性算法计算出相应驾驶人员水平方向的标准距离Ls和竖直方向的竖直标准高度Hs。
7.如权利要求4所述的一种基于tof的可自动调节的汽车座椅控制方法，其特征在于，
步骤D中，tof控制模块将驾驶人员当前位置信息与该驾驶人员对应的标准驾驶位置进行比较，具体包括：计算驾驶员离tof摄像头的实际水平距离与标准距离的差值，即(L1cosβ-Ls)，以及驾驶员竖直离tof摄像头的距离与竖直标准高度的差值，即(L1sinβ-Hs)。
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