CN112977188A - 一种智能调节汽车座椅及其调节方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种智能调节汽车座椅及其调节方法，属于汽车座椅技术领域。一种智能调节汽车座椅及其调节方法，其方法与智能调节汽车座椅相匹配，使用过程中，通过ST VL53L0X飞行时间测距传感器和薄膜压力传感器实现对使用者状态的检测和判断，通过根据检测数据，控制角度调节电机、水平调节电机和竖直调节电机对座椅的角度、高度以及距离方向盘的水平距离进行调整，自动将座椅调节至最适合驾驶者的状态，既节约了驾驶者手动调节座椅的不便，同时还能更好的保证驾驶者座椅设定的科学性和安全性。本发明解决了现有设计无法实现座椅自动调节，不便于操作且无法对驾驶者错误的座椅设定习惯进行纠正的问题。

Description

一种智能调节汽车座椅及其调节方法
技术领域
本发明涉及汽车座椅技术领域，尤其涉及一种智能调节汽车座椅及其调节方法。
背景技术
随着生活水平的提高，汽车在我们日常生活中越来越常见；在日常驾驶中，汽车座椅是影响人们驾驶体验的一个很重要的因素，随着科技的发展，汽车座椅也在持续的创新发展中，电动座椅开始变得越来越普及。
目前常见的汽车电动座椅，往往只能通过手动控制调节按钮来实现座椅的调节，对于不熟悉的用户来说操作不便，同时部分客户在调节电动座椅时，可能会存在一些不正确的座椅设定习惯，错误的设定对驾驶者的坐姿以及行车安全也存在一定的安全隐患；为了解决上述问题，我们提出了一种智能调节汽车座椅及其调节方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种智能调节汽车座椅及其调节方法，以解决上述背景技术中提出的问题：
现有设计无法实现座椅自动调节，不便于操作且无法对驾驶者错误的座椅设定习惯进行纠正的问题。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种智能调节汽车座椅，包括有电动汽车座椅骨架，所述电动汽车座椅骨架上安装有调节电机组，所述调节电机组包括有角度调节电机、水平调节电机和竖直调节电机，所述角度调节电机、水平调节电机和竖直调节电机上分别集成安装有调角电机驱动板、水平电机驱动板和竖直电机驱动板；所述电动汽车座椅骨架的下方固定安装有野火STM32F103ZET6开发板，所述电动汽车座椅骨架的正上方固定安装有ST VL53L0X飞行时间测距传感器，所述电动汽车座椅骨架底部靠前端固定安装有两个薄膜压力传感器；所述电动汽车座椅骨架的下方还安装有直流电源，所述直流电源与调角电机驱动板、水平电机驱动板和竖直电机驱动板的输入端电性连接，所述所述角度调节电机、水平调节电机和竖直调节电机分别与调角电机驱动板、水平电机驱动板和竖直电机驱动板的输出端电性连接。
一种智能调节汽车座椅调节方法，包括以下步骤：
S1、运行上电自检程序，检查智能调节汽车座椅的各部件是否存在故障；
S2、微控制器利用通用定时器输出三路占空比恒定的PWM波，通过调角电机驱动板、水平电机驱动板和竖直电机驱动板分别驱动角度调节电机、水平调节电机和竖直调节电机分别运行一定时间，直到电动汽车座椅骨架调节至座椅靠背与底部夹角最小，相对于方向盘位置最近，竖直高度最低的状态；
S3、微控制器输出一路PWM波，驱动角度调节电机运转一定时间，直至靠背倾角α0＝25°，驱动角度调节电机运转的PWM波的持续时间为：
Figure BDA0003019829390000031
式中，ω1表示角度调节电机转速，α0表示角度调节电机行程；
S4、利用位于车内顶部的测距传感器对乘坐者头部距离车顶的高度进行测量，多次测量，取平均值，即：
Figure BDA0003019829390000032
式中，hk为第k次测量结果(k＝1、2、...、n)；
S5、在100mm<h1<1000mm的有效测距范围内，微控制器输出另一路PWM波，驱动竖直调节电机动作，持续时间为：
Figure BDA0003019829390000033
式中，v2表示竖直调节电机转速，h0表示竖直调节电机行程；
S6、当h1<100mm或h1>1000mm时，无法进行测距，t2＝0，竖直调节电机不进行任何动作；
S7、微控制器输出第三路PWM波，驱动水平调节电机后移，直至位于座椅前端的压力传感器感受到腿部压力为止，此时经过的时间为t3，检测此时的膝部角A44是否位于推荐值95°～135°之间；
S8、当膝部角A44＝135°时，水平调节电机对应的运行时间为
Figure BDA0003019829390000034
式中，hs eat表示初始位置时座椅前端离地高度，βs eat表示座椅前端与水平面的夹角；
S9、若膝部角A44>135°，输出反相PWM波驱动水平调节电机前移，直至A44＝135°；
S10、若膝部角A44<135°，继续输出PWM波驱动水平调节电机后移，直至A44＝95°；
S11、当膝部角A44调节至95°～135°之间时，座椅调节工作完成。
优选地，所述S7中提到的膝部角A44的计算方法为：
已知座椅抬升高度为
Δh＝v2·t2
座椅的水平位移为
ΔL＝v3·t3
则乘坐者的小腿与竖直平面的夹角即为
Figure BDA0003019829390000041
可求得膝部角
A44＝β+90°-βs eat。
优选地，所述S9中所提到的通入反向PWM波的时间为：
Figure BDA0003019829390000042
式中，hs eat表示初始位置时座椅前端离地高度，βs eat表示座椅前端与水平面的夹角。
优选地，所述S10中所提到的通入PWM波的持续时间为：
Figure BDA0003019829390000051
式中，hs eat表示初始位置时座椅前端离地高度，βs eat表示座椅前端与水平面的夹角。
与现有技术相比，本发明提供了一种智能调节汽车座椅及其调节方法，具备以下有益效果：
本发明提出了一种智能调节汽车座椅及其调节方法，使用过程中，通过STVL53L0X飞行时间测距传感器和薄膜压力传感器实现对使用者状态的检测和判断，通过根据检测数据，控制角度调节电机、水平调节电机和竖直调节电机对座椅的角度、高度以及距离方向盘的水平距离进行调整，自动将座椅调节至最适合驾驶者的状态，既节约了驾驶者手动调节座椅的不便，同时还能更好的保证驾驶者座椅设定的科学性和安全性，有效解决了现有设计无法实现座椅自动调节，不便于操作且无法对驾驶者错误的座椅设定习惯进行纠正的问题。
附图说明
图1为本发明提出的一种智能调节汽车座椅调节方法的方法流程示意图；
图2为本发明提出的一种智能调节汽车座椅调节方法的人体坐姿角度示意图。
图号说明：
1、下支架；2、可调节装置；3、编码器A；4、步进电机A；5、激光探测装置；6、上支架；7、平键；8、保护壳；9、轴承；10、转动轴；11、激光雷达；12、电源；13、步进电机B；14、编码器B。
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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例1：
请参阅图1，一种智能调节汽车座椅，包括有电动汽车座椅骨架，电动汽车座椅骨架上安装有调节电机组，调节电机组包括有角度调节电机、水平调节电机和竖直调节电机，角度调节电机、水平调节电机和竖直调节电机上分别集成安装有调角电机驱动板、水平电机驱动板和竖直电机驱动板；电动汽车座椅骨架的下方固定安装有野火STM32F103ZET6开发板，电动汽车座椅骨架的正上方固定安装有ST VL53L0X飞行时间测距传感器，电动汽车座椅骨架底部靠前端固定安装有两个薄膜压力传感器；电动汽车座椅骨架的下方还安装有直流电源，直流电源与调角电机驱动板、水平电机驱动板和竖直电机驱动板的输入端电性连接，角度调节电机、水平调节电机和竖直调节电机分别与调角电机驱动板、水平电机驱动板和竖直电机驱动板的输出端电性连接。
一种智能调节汽车座椅调节方法，包括以下步骤：
S1、运行上电自检程序，检查智能调节汽车座椅的各部件是否存在故障；
S2、微控制器利用通用定时器输出三路占空比恒定的PWM波，通过调角电机驱动板、水平电机驱动板和竖直电机驱动板分别驱动角度调节电机、水平调节电机和竖直调节电机分别运行一定时间，直到电动汽车座椅骨架调节至座椅靠背与底部夹角最小，相对于方向盘位置最近，竖直高度最低的状态；
S3、微控制器输出一路PWM波，驱动角度调节电机运转一定时间，直至靠背倾角α0＝25°，驱动角度调节电机运转的PWM波的持续时间为：
Figure BDA0003019829390000071
式中，ω1表示角度调节电机转速，α0表示角度调节电机行程；
S4、利用位于车内顶部的测距传感器对乘坐者头部距离车顶的高度进行测量，多次测量，取平均值，即：
Figure BDA0003019829390000072
式中，hk为第k次测量结果(k＝1、2、...、n)；
S5、在100mm<h1<1000mm的有效测距范围内，微控制器输出另一路PWM波，驱动竖直调节电机动作，持续时间为：
Figure BDA0003019829390000081
式中，v2表示竖直调节电机转速，h0表示竖直调节电机行程；
S6、当h1<100mm或h1>1000mm时，无法进行测距，t2＝0，竖直调节电机不进行任何动作；
S7、微控制器输出第三路PWM波，驱动水平调节电机后移，直至位于座椅前端的压力传感器感受到腿部压力为止，此时经过的时间为t3，检测此时的膝部角A44是否位于推荐值95°～135°之间；
S8、当膝部角A44＝135°时，水平调节电机对应的运行时间为
Figure BDA0003019829390000082
式中，hs eat表示初始位置时座椅前端离地高度，βs eat表示座椅前端与水平面的夹角；
S9、若膝部角A44>135°，输出反相PWM波驱动水平调节电机前移，直至A44＝135°；
S10、若膝部角A44<135°，继续输出PWM波驱动水平调节电机后移，直至A44＝95°；
S11、当膝部角A44调节至95°～135°之间时，座椅调节工作完成。
S7中提到的膝部角A44的计算方法为：
已知座椅抬升高度为
Δh＝v2·t2
座椅的水平位移为
ΔL＝v3·t3
则乘坐者的小腿与竖直平面的夹角即为
Figure BDA0003019829390000091
可求得膝部角
A44＝β+90°-βs eat。
S9中所提到的通入反向PWM波的时间为：
Figure BDA0003019829390000092
式中，hs eat表示初始位置时座椅前端离地高度，βs eat表示座椅前端与水平面的夹角。
S10中所提到的通入PWM波的持续时间为：
Figure BDA0003019829390000093
式中，hs eat表示初始位置时座椅前端离地高度，βs eat表示座椅前端与水平面的夹角。
本发明提出了一种智能调节汽车座椅及其调节方法，使用过程中，通过STVL53L0X飞行时间测距传感器和薄膜压力传感器实现对使用者状态的检测和判断，通过根据检测数据，控制角度调节电机、水平调节电机和竖直调节电机对座椅的角度、高度以及距离方向盘的水平距离进行调整，自动将座椅调节至最适合驾驶者的状态，既节约了驾驶者手动调节座椅的不便，同时还能更好的保证驾驶者座椅设定的科学性和安全性，有效解决了现有设计无法实现座椅自动调节，不便于操作且无法对驾驶者错误的座椅设定习惯进行纠正的问题。
实施例2：
请参阅图2，基于实施例1又有所不同之处在于；
(1)人体坐姿的推荐值
1)、躯干角A40＝15°～40°；
2)头部与车顶距离h≥50mm；
3)膝部角A44＝95°～135°；
(2)电机的运行参数
通过对座椅电机的多次试验，确定了最合适的转速，并测量了电机的调节行程，并据此算出该速度下电机满行程的运行时间，数据如下表所示。
电机名称 行程 运行时间 速度
角度调节电机 57.00° 27.68s 2.059°/s
竖直调节电机 7.5cm 13.13s 0.571cm/s
水平调节电机 24.4cm 20.64s 1.182cm/s
(3)调节策略
智能座椅的调节目标如下:
1)躯干角A40≈25°；
2)头部与车顶距离h≈80mm＝8.0cm；
3)膝部角A44≈120°；
由于已知电机的速度，则在座椅三个电机都处于初始位置的情况下，向电机输入占空比一定的PWM波形一定时间，即可调节电机至所需位置。具体方案如下：
N1、三个电机通电，移至初始位置(角度最小，水平位置最靠前，竖直位置最靠下)；
N2、角度调节电机以既定速度运行
Figure BDA0003019829390000111
N3、位于车内顶部，驾驶员头部正上方的VL53L0X测距传感器读取驾驶员头部距离车内顶部的距离h1，为保证准确，应多次测量取平均值。如果h1<80mm，则竖直调节电机不进行任何动作；如果h1>100mm，则竖直调节电机以既定速度运行
Figure BDA0003019829390000112
N4、座椅底部靠前端位置设有压力传感器，水平调节电机以既定速度持续后移一段时间，直至前端压力传感器感受到压力为止(此时乘坐者的膝部角A44约为120°)。
以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种智能调节汽车座椅，其特征在于，包括有电动汽车座椅骨架，所述电动汽车座椅骨架上安装有调节电机组，所述调节电机组包括有角度调节电机、水平调节电机和竖直调节电机，所述角度调节电机、水平调节电机和竖直调节电机上分别集成安装有调角电机驱动板、水平电机驱动板和竖直电机驱动板；所述电动汽车座椅骨架的下方固定安装有野火STM32F103ZET6开发板，所述电动汽车座椅骨架的正上方固定安装有ST VL53L0X飞行时间测距传感器，所述电动汽车座椅骨架底部靠前端固定安装有两个薄膜压力传感器；所述电动汽车座椅骨架的下方还安装有直流电源，所述直流电源与调角电机驱动板、水平电机驱动板和竖直电机驱动板的输入端电性连接，所述所述角度调节电机、水平调节电机和竖直调节电机分别与调角电机驱动板、水平电机驱动板和竖直电机驱动板的输出端电性连接。
2.根据权利要求1所述一种智能调节汽车座椅所述使用的一种智能调节汽车座椅调节方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、运行上电自检程序，检查智能调节汽车座椅的各部件是否存在故障；
S2、微控制器利用通用定时器输出三路占空比恒定的PWM波，通过调角电机驱动板、水平电机驱动板和竖直电机驱动板分别驱动角度调节电机、水平调节电机和竖直调节电机分别运行一定时间，直到电动汽车座椅骨架调节至座椅靠背与底部夹角最小，相对于方向盘位置最近，竖直高度最低的状态；
S3、微控制器输出一路PWM波，驱动角度调节电机运转一定时间，直至靠背倾角α0＝25°，驱动角度调节电机运转的PWM波的持续时间为：
Figure FDA0003019829380000021
式中，ω1表示角度调节电机转速，α0表示角度调节电机行程；
S4、利用位于车内顶部的测距传感器对乘坐者头部距离车顶的高度进行测量，多次测量，取平均值，即：
Figure FDA0003019829380000022
式中，hk为第k次测量结果(k＝1、2、...、n)；
S5、在100mm<h1<1000mm的有效测距范围内，微控制器输出另一路PWM波，驱动竖直调节电机动作，持续时间为：
Figure FDA0003019829380000023
式中，v2表示竖直调节电机转速，h0表示竖直调节电机行程；
S6、当h1<100mm或h1>1000mm时，无法进行测距，t2＝0，竖直调节电机不进行任何动作；
S7、微控制器输出第三路PWM波，驱动水平调节电机后移，直至位于座椅前端的压力传感器感受到腿部压力为止，此时经过的时间为t3，检测此时的膝部角A44是否位于推荐值95°～135°之间；
S8、当膝部角A44＝135°时，水平调节电机对应的运行时间为
Figure FDA0003019829380000031
式中，hs eat表示初始位置时座椅前端离地高度，βs eat表示座椅前端与水平面的夹角；
S9、若膝部角A44>135°，输出反相PWM波驱动水平调节电机前移，直至A44＝135°；
S10、若膝部角A44<135°，继续输出PWM波驱动水平调节电机后移，直至A44＝95°；
S11、当膝部角A44调节至95°～135°之间时，座椅调节工作完成。
3.根据权利要求2中所述一种智能调节汽车座椅调节方法，其特征在于，所述S7中提到的膝部角A44的计算方法为：
已知座椅抬升高度为
Δh＝v2·t2
座椅的水平位移为
ΔL＝v3·t3
则乘坐者的小腿与竖直平面的夹角即为
Figure FDA0003019829380000032
可求得膝部角
A44＝β+90°-βs eat。
4.根据权利要求2所述一种非接触式地表粗糙度测量方法，其特征在于，所述S9中所提到的通入反向PWM波的时间为：
Figure FDA0003019829380000041
式中，hs eat表示初始位置时座椅前端离地高度，βs eat表示座椅前端与水平面的夹角。
5.根据权利要求2所述一种非接触式地表粗糙度测量方法，其特征在于，所述S10中所提到的通入PWM波的持续时间为：
Figure FDA0003019829380000042
式中，hs eat表示初始位置时座椅前端离地高度，βs eat表示座椅前端与水平面的夹角。
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