CN114771381B - 汽车电动脚托自适应调节系统及调节方法 - Google Patents

汽车电动脚托自适应调节系统及调节方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种汽车电动脚托自适应调节系统，包括摄像装置、控制单元和电动脚托；摄像装置用于采集乘客全身图像，并得到乘客的腿脚部形体参数；控制单元用于得到脚托目标水平倾角、脚托目标高度和脚托目标纵向位置。本发明还公开了一种汽车电动脚托自适应调节系统的调节方法，采集乘客全身图像，得到乘客的腿脚部形体参数，根据脚托目标水平倾角、裸关节目标夹角、坐垫水平倾角、座垫高度、座垫纵向水平长度和腿脚部形体参数得到脚托目标水平倾角、脚托目标高度和脚托目标纵向位置；最后控制脚托运动至脚托目标水平倾角、脚托目标高度和脚托目标纵向位置。本发明提高了乘客的乘坐舒适性。

Description

汽车电动脚托自适应调节系统及调节方法
技术领域
本发明涉及汽车智能调节技术领域，具体地指一种汽车电动脚托自适应调节系统及调节方法。
背景技术
目前市面上一些高档车上配置有脚托，能够舒缓乘客脚部疲劳，但是这些脚托有的无法调节，只有展开时的一种位置，需要乘客自己去适应；有的可以调节，但无论是手动还是电动调节，过程都比较繁琐，需要乘客去反复调试，与当前汽车行业自动化智能化的趋势不符。
专利CN 206520520 U公开了一种自动座椅脚托装置，带有升降电机和伸缩电机，在乘客按动调节按钮时，可以自动上升和前后调节，实现脚托在一定范围内的位置调整，以满足不同身高乘客的使用需求。上述专利的缺点在于：虽然增加了电机控制，使脚托可以在两个自由度上进行调节，适应不同人群的需要，但本质上还是在于通过结构设计实现脚托多向可调，其保护重点在于结构如何实现调节范围的扩大，实际操作过程中还是需要乘客自己进行反复调节来找到合适的位置，无法主动根据乘客的身高自动调整到对应的位置，不够智能化。
发明内容
本发明的目的就是要克服上述现有技术存在的不足，提供一种汽车电动脚托自适应调节系统及调节方法，可以自动获取乘客的躯体数据，并自动调节脚托的距离、高度和角度，提高乘客的舒适性。
为实现上述目的，本发明提供一种汽车电动脚托自适应调节系统，包括摄像装置、控制单元和电动脚托；
所述摄像装置用于采集乘客全身图像，并得到乘客的腿脚部形体参数，所述腿脚部形体参数包括髋关节到膝关节的长度、膝关节到足底的长度和足长；
所述控制单元用于根据坐垫水平倾角、膝关节目标夹角、裸关节目标夹角得到脚托目标水平倾角；根据脚托目标水平倾角、裸关节目标夹角、坐垫水平倾角、座垫高度、座垫纵向水平长度和腿脚部形体参数得到脚托目标高度和脚托目标纵向位置；以及控制脚托运动至脚托目标水平倾角、脚托目标高度和脚托目标纵向位置；
所述电动脚托用于调节脚托的水平倾角、高度和纵向位置。
进一步地，还包括存储单元，所述存储单元用于存储性别、身高与腿脚部形体参数的标定数据，以及用于存储膝关节目标夹角、裸关节目标夹角与坐垫水平倾角、靠背竖直倾角的标定数据。
进一步地，所述摄像装置用于采集乘客的性别和身高，根据性别和身高标定得到腿脚部形体参数。
进一步地，所述摄像装置用于采集乘客摆腿时的动态图像得到膝关节到足底的长度和乘客鞋子长度，根据乘客鞋子长度得到足长，根据膝关节到足底的长度标定得到髋关节到膝关节的长度。
进一步地，所述控制单元用于根据坐垫水平倾角和靠背竖直倾角标定得到膝关节目标夹角和裸关节目标夹角。
进一步地，所述控制单元用于根据如下公式确定脚托目标水平倾角θ
θ＝α+β+k-γ
式中，α为膝关节目标夹角，β为坐垫水平倾角，k为大腿中心线与坐垫夹角，γ为裸关节目标夹角。
进一步地，所述控制单元用于根据如下公式确定脚托目标高度A
A＝Hr+h1 sin(β+k)-h2 cos(α+β+k-90°)-λh3 sinθ
式中，Hr为座垫高度，h1为髋关节到膝关节的长度，h2为膝关节到足底的长度，h3为足长，λ为脚后跟长度与足长之比，α为膝关节目标夹角，β为坐垫水平倾角，k为大腿中心线与坐垫夹角，γ为裸关节目标夹角。
进一步地，所述控制单元用于根据如下公式得到脚托后端距坐垫前端的水平距离B，并确定脚托目标纵向位置
B＝h1 cos(β+k)+h2 sin(α+β+k-90°)-λh3 sinθ-Ls
式中，Ls为座垫纵向水平长度，h1为髋关节到膝关节的长度，h2为膝关节到足底的长度，h3为足长，λ为脚后跟长度与足长之比，α为膝关节目标夹角，β为坐垫水平倾角，k为大腿中心线与坐垫夹角，γ为裸关节目标夹角。
本发明还提供一种汽车电动脚托自适应调节系统的调节方法，包括：采集乘客全身图像，得到乘客的腿脚部形体参数，所述腿脚部形体参数包括髋关节到膝关节的长度、膝关节到足底的长度和足长；根据坐垫水平倾角、膝关节目标夹角、裸关节目标夹角得到脚托目标水平倾角；根据脚托目标水平倾角、裸关节目标夹角、坐垫水平倾角、座垫高度、座垫纵向水平长度和腿脚部形体参数得到脚托目标高度和脚托目标纵向位置；控制脚托运动至脚托目标水平倾角、脚托目标高度和脚托目标纵向位置。
进一步地，所述腿脚部形体参数的确定方法包括，通过采集乘客全身图像得到乘客的性别和身高，根据性别和身高标定得到腿脚部形体参数。
进一步地，所述腿脚部形体参数的确定方法包括，通过采集乘客摆腿时的动态图像得到膝关节到足底的长度和乘客鞋子长度，根据乘客鞋子长度得到足长，根据膝关节到足底的长度标定得到髋关节到膝关节的长度。
进一步地，所述膝关节目标夹角和所述裸关节目标夹角根据坐垫水平倾角和靠背竖直倾角标定得到。
进一步地，所述脚托目标水平倾角θ的确定方法包括
θ＝α+β+k-γ
式中，α为膝关节目标夹角，β为坐垫水平倾角，k为大腿中心线与坐垫夹角，γ为裸关节目标夹角。
进一步地，所述脚托目标高度A的确定方法包括
A＝Hr+h1 sin(β+k)-h2 cos(α+β+k-90°)-λh3 sinθ
式中，Hr为座垫高度，h1为髋关节到膝关节的长度，h2为膝关节到足底的长度，h3为足长，λ为脚后跟长度与足长之比，α为膝关节目标夹角，β为坐垫水平倾角，k为大腿中心线与坐垫夹角，γ为裸关节目标夹角。
进一步地，所述脚托目标纵向位置的确定方法包括，根据如下公式得到脚托后端距坐垫前端的水平距离B
B＝h1 cos(β+k)+h2 sin(α+β+k-90°)-λh3 sinθ-Ls
式中，Ls为座垫纵向水平长度，h1为髋关节到膝关节的长度，h2为膝关节到足底的长度，h3为足长，λ为脚后跟长度与足长之比，α为膝关节目标夹角，β为坐垫水平倾角，k为大腿中心线与坐垫夹角，γ为裸关节目标夹角。
本发明的有益效果：自动调节脚托位置，提高乘客舒适性。本发明通过自动获取乘客的腿脚部形体参数，再根据脚托目标水平倾角、裸关节目标夹角、坐垫水平倾角、座垫高度、座垫纵向水平长度和腿脚部形体参数得到脚托目标水平倾角、脚托目标高度和脚托目标纵向位置，控制电动脚托自动调整到目标位置，提高乘客舒适性。
附图说明
图1为本发明电动脚托自适应调节系统的结构示意图。
图2为本发明乘客乘坐状态时的几何关系示意图。
图中各部件标号如下：摄像装置100、存储单元200、控制单元300、电动脚托400。
具体实施方式
下面具体实施方式用于对本发明的权利要求技术方案作进一步的详细说明，便于本领域的技术人员更清楚地了解本权利要求书。本发明的保护范围不限于下面具体的实施例。本领域的技术人员做出的包含有本发明权利要求书技术方案而不同于下列具体实施方式的也是本发明的保护范围。
如图1～2所示，一种汽车电动脚托自适应调节系统，包括摄像装置100、存储单元200、控制单元300和电动脚托400。
摄像装置100用于采集乘客全身图像，并得到乘客的腿脚部形体参数，腿脚部形体参数包括髋关节到膝关节的长度、膝关节到足底的长度和足长。
实施例一：摄像装置100用于采集乘客的性别和身高，根据性别和身高标定得到腿脚部形体参数，见表1，表中为各个腿脚部形体参数在不同性别和身高下的平均值。
表1腿脚部形体参数的标定表
Figure BDA0003624337570000051
实施例二：摄像装置100用于采集乘客摆腿时的动态图像得到膝关节到足底的长度和乘客鞋子长度、鞋子类型，根据乘客鞋子长度和鞋子类型得到足长，不同的鞋子类型其鞋子长度与足长的差值不同，因此将鞋子长度减去该鞋子类型的差值即可得到足长；根据膝关节到足底的长度标定得到髋关节到膝关节的长度，由于乘客在动态行走过程中，身体不会处于完全直立或者直线状态，而髋关节的具体位置又无法直接通过摄像装置准确获取，因此无法准确的获取乘客的真实身高以及髋关节到膝关节的长度h1，此外由于相同身高和性别的乘客由于身体比例不同会导致腿脚部形体参数有较大差异，采用实施例一种的方式会导致与真实数据有较大偏差；而脚部以及小腿是始终处于直线不发弯的状态，可以直接准确的获取足长和膝关节到足底的长度h2，再根据膝关节到足底的长度h2与髋关节到膝关节的长度h1的比值得到h1，这样大大提高了乘客腿脚部形体参数的准确性，进一步地提高了脚托位置调节的准确性。
存储单元200用于存储性别、身高与腿脚部形体参数的标定数据，以及用于存储膝关节目标夹角、裸关节目标夹角与坐垫水平倾角、靠背竖直倾角的标定数据。当摄像装置采集到乘客的性别和身高后，通过调用并读取存储单元200中的标定数据，得到乘客的腿脚部形体参数，当控制单元300获取到坐垫水平倾角和靠背竖直倾角时，通过调用并读取存储单元200中的标定数据，得到膝关节目标夹角和裸关节目标夹角，由于乘客在不同的座椅调节状态时，其最佳舒适性的身体姿态不同，例如当坐垫水平倾角固定时，靠背竖直倾角越大，则膝关节目标夹角和裸关节目标夹角越大，当靠背竖直倾角固定时，膝关节目标夹角和裸关节目标夹角越小。
控制单元300用于根据坐垫水平倾角和靠背竖直倾角标定得到膝关节目标夹角和裸关节目标夹角。
如图2所示，建立乘客正常乘坐状态下的几何模型，控制单元用于根据获取的已知参数和几何模型计算得到脚托目标水平倾角θ、脚托目标高度A、脚托后端距坐垫前端的水平距离B，图中R点为髋关节的位置，即大腿中心线与躯干中心线的交点，H30为髋关节R点到脚后跟的高度差，C为髋关节R点到脚后跟的纵向水平距离。
控制单元300用于根据如下公式确定脚托目标水平倾角θ
θ＝α+β+k-γ
式中，α为膝关节目标夹角，β为坐垫水平倾角，k为大腿中心线与坐垫夹角，γ为裸关节目标夹角。
控制单元300用于根据如下公式确定脚托目标高度A
A＝Hr+h1 sin(β+k)-h2 cos(α+β+k-90°)-λh3 sinθ
式中，Hr为座垫高度，即髋关节R点到h1到膝关节的长度，h2为膝关节到足底的长度，h3为足长，λ为脚后跟长度与足长之比，α为膝关节目标夹角，β为坐垫水平倾角，k为大腿中心线与坐垫夹角，γ为裸关节目标夹角。
控制单元300用于根据如下公式得到脚托后端距坐垫前端的水平距离B，并确定脚托目标纵向位置
B＝h1 cos(β+k)+h2 sin(α+β+k-90°)-λh3 sinθ-Ls
式中，Ls为座垫纵向水平长度，即髋关节R点到坐垫前端的纵向水平距离，h1为髋关节到膝关节的长度，h2为膝关节到足底的长度，h3为足长，λ为脚后跟长度与足长之比，本实施例中取三分之一，α为膝关节目标夹角，β为坐垫水平倾角，k为大腿中心线与坐垫夹角，γ为裸关节目标夹角。
控制单元300还用于控制脚托运动至脚托目标水平倾角、脚托目标高度和脚托目标纵向位置。
电动脚托400包括角度调节机构、高度调节机构和纵向位置调节机构，角度调节机构用于调节脚托的水平倾角、高度调节机构用于调节脚托高度，纵向位置调节机构用于调节脚托纵向位置。
上述汽车电动脚托自适应调节系统的调节过程如下：
1、采集乘客全身图像，得到乘客的腿脚部形体参数，腿脚部形体参数包括髋关节到膝关节的长度、膝关节到足底的长度和足长。
实施例一：通过采集乘客全身图像得到乘客的性别和身高，根据性别和身高标定得到腿脚部形体参数。
实施例二：通过采集乘客摆腿时的动态图像得到膝关节到足底的长度和乘客鞋子长度，根据乘客鞋子长度得到足长，根据膝关节到足底的长度标定得到髋关节到膝关节的长度。
2、根据坐垫水平倾角和靠背竖直倾角标定得到膝关节目标夹角和裸关节目标夹角。根据坐垫水平倾角、膝关节目标夹角、裸关节目标夹角得到脚托目标水平倾角；根据脚托目标水平倾角、裸关节目标夹角、坐垫水平倾角、座垫高度、座垫纵向水平长度和腿脚部形体参数得到脚托目标高度和脚托目标纵向位置。
脚托目标水平倾角θ的确定方法包括
θ＝α+β+k-γ
式中，α为膝关节目标夹角，β为坐垫水平倾角，k为大腿中心线与坐垫夹角，γ为裸关节目标夹角。
脚托目标高度A的确定方法包括
A＝Hr+h1 sin(β+k)-h2 cos(α+β+k-90°)-λh3 sinθ
式中，Hr为座垫高度，h1为髋关节到膝关节的长度，h2为膝关节到足底的长度，h3为足长，λ为脚后跟长度与足长之比，α为膝关节目标夹角，β为坐垫水平倾角，k为大腿中心线与坐垫夹角，γ为裸关节目标夹角。
脚托目标纵向位置的确定方法包括，根据如下公式得到脚托后端距坐垫前端的水平距离B
B＝h1 cos(β+k)+h2 sin(α+β+k-90°)-λh3 sinθ-Ls
式中，Ls为座垫纵向水平长度，h1为髋关节到膝关节的长度，h2为膝关节到足底的长度，h3为足长，λ为脚后跟长度与足长之比，α为膝关节目标夹角，β为坐垫水平倾角，k为大腿中心线与坐垫夹角，γ为裸关节目标夹角。
3、控制脚托的角度调节机构调节脚托的水平倾角至脚托目标水平倾角、控制高度调节机构调节脚托高度至脚托目标高度，控制纵向位置调节机构调节脚托纵向位置运动至脚托目标纵向位置。

Claims (7)

1.一种汽车电动脚托自适应调节系统，其特征在于：包括摄像装置(100)、控制单元(300)和电动脚托(400)；
所述摄像装置(100)用于采集乘客全身图像，并得到乘客的腿脚部形体参数，所述腿脚部形体参数包括髋关节到膝关节的长度、膝关节到足底的长度和足长；
所述控制单元(300)用于根据坐垫水平倾角、膝关节目标夹角、裸关节目标夹角得到脚托目标水平倾角；根据脚托目标水平倾角、裸关节目标夹角、坐垫水平倾角、座垫高度、座垫纵向水平长度和腿脚部形体参数得到脚托目标高度和脚托目标纵向位置；以及控制脚托运动至脚托目标水平倾角、脚托目标高度和脚托目标纵向位置；
所述脚托目标水平倾角θ的确定方法包括
θ＝α+β+k-γ
式中，α为膝关节目标夹角，β为坐垫水平倾角，k为大腿中心线与坐垫夹角，γ为裸关节目标夹角；
所述脚托目标高度A的确定方法包括
A＝H r+h 1sin(β+k)-h 2cos(α+β+k-90°)-λh 3sinθ
式中，H r为座垫高度，h 1为髋关节到膝关节的长度，h 2为膝关节到足底的长度，h 3为足长，λ为脚后跟长度与足长之比，α为膝关节目标夹角，β为坐垫水平倾角，k为大腿中心线与坐垫夹角，γ为裸关节目标夹角；
所述脚托目标纵向位置的确定方法包括，根据如下公式得到脚托后端距坐垫前端的水平距离B
B＝h 1cos(β+k)+h 2sin(α+β+k-90°)-λh 3sinθ-L s
式中，L s为座垫纵向水平长度，h 1为髋关节到膝关节的长度，h 2为膝关节到足底的长度，h 3为足长，λ为脚后跟长度与足长之比，α为膝关节目标夹角，β为坐垫水平倾角，k为大腿中心线与坐垫夹角，γ为裸关节目标夹角；
所述电动脚托(400)用于调节脚托的水平倾角、高度和纵向位置。
2.根据权利要求1所述的汽车电动脚托自适应调节系统，其特征在于：还包括存储单元(200)，所述存储单元(200)用于存储性别、身高与腿脚部形体参数的标定数据，以及用于存储膝关节目标夹角、裸关节目标夹角与坐垫水平倾角、靠背竖直倾角的标定数据。
3.根据权利要求1所述的汽车电动脚托自适应调节系统，其特征在于：所述摄像装置(100)用于采集乘客摆腿时的动态图像得到膝关节到足底的长度和乘客鞋子长度，根据乘客鞋子长度得到足长，根据膝关节到足底的长度标定得到髋关节到膝关节的长度。
4.一种汽车电动脚托自适应调节系统的调节方法，其特征在于：采集乘客全身图像，得到乘客的腿脚部形体参数，所述腿脚部形体参数包括髋关节到膝关节的长度、膝关节到足底的长度和足长；根据坐垫水平倾角、膝关节目标夹角、裸关节目标夹角得到脚托目标水平倾角；根据脚托目标水平倾角、裸关节目标夹角、坐垫水平倾角、座垫高度、座垫纵向水平长度和腿脚部形体参数得到脚托目标高度和脚托目标纵向位置；控制脚托运动至脚托目标水平倾角、脚托目标高度和脚托目标纵向位置；所述脚托目标水平倾角θ的确定方法包括
θ＝α+β+k-γ
式中，α为膝关节目标夹角，β为坐垫水平倾角，k为大腿中心线与坐垫夹角，γ为裸关节目标夹角；
所述脚托目标高度A的确定方法包括
A＝H r+h 1sin(β+k)-h 2cos(α+β+k-90°)-λh 3sinθ
式中，H r为座垫高度，h 1为髋关节到膝关节的长度，h 2为膝关节到足底的长度，h 3为足长，λ为脚后跟长度与足长之比，α为膝关节目标夹角，β为坐垫水平倾角，k为大腿中心线与坐垫夹角，γ为裸关节目标夹角；
所述脚托目标纵向位置的确定方法包括，根据如下公式得到脚托后端距坐垫前端的水平距离B
B＝h 1cos(β+k)+h 2sin(α+β+k-90°)-λh 3sinθ-L s
式中，L s为座垫纵向水平长度，h 1为髋关节到膝关节的长度，h 2为膝关节到足底的长度，h 3为足长，λ为脚后跟长度与足长之比，α为膝关节目标夹角，β为坐垫水平倾角，k为大腿中心线与坐垫夹角，γ为裸关节目标夹角。
5.根据权利要求4所述的汽车电动脚托自适应调节系统的调节方法，其特征在于：所述腿脚部形体参数的确定方法包括，通过采集乘客全身图像得到乘客的性别和身高，根据性别和身高标定得到腿脚部形体参数。
6.根据权利要求4所述的汽车电动脚托自适应调节系统的调节方法，其特征在于：所述腿脚部形体参数的确定方法包括，通过采集乘客摆腿时的动态图像得到膝关节到足底的长度和乘客鞋子长度，根据乘客鞋子长度得到足长，根据膝关节到足底的长度标定得到髋关节到膝关节的长度。
7.根据权利要求4所述的汽车电动脚托自适应调节系统的调节方法，其特征在于：所述膝关节目标夹角和所述裸关节目标夹角根据坐垫水平倾角和靠背竖直倾角标定得到。
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