自适应座椅系统及座椅调节方法.pdf

本发明公开了一种自适应座椅系统，包括：加速度传感器模块、控制芯片、座椅电机驱动模块及座椅；控制芯片接收所述加速度传感器模块的加速度信号，并通过座椅电机驱动模块调节座椅的状态。本发明还公开了一种座椅调节方法，包括：加速度传感器模块测量汽车的加速度；根据汽车各方向的加速度大小，控制芯片计算座椅的倾斜角度或位移速度；控制芯片通过座椅电机驱动模块调节座椅的倾斜角度或位置。本发明用加速度传感器检测汽车行驶过程中产生的各向加速度，并通过控制芯片计算调节座椅的倾斜角和位移，从而能够自动调节座椅的状态，削弱汽车行驶过程中产生的各向加速度对乘客的影响，提高汽车乘坐的舒适性。

1、  一种自适应座椅系统；其特征在于，包括：加速度传感器模块、控制芯片、座椅电机驱动模块、及座椅；所述的控制芯片接收所述加速度传感器模块的加速度信号，并通过所述座椅电机驱动模块调节所述座椅的状态。

2、  如权利要求1所述的自适应座椅系统，其特征在于，所述的加速度传感器模块包括行驶方向加速度传感器、离心加速度传感器、及垂直方向加速度传感器。

3、  一种如权利要求1所述自适应座椅系统的座椅调节方法；其特征在于，包括如下步骤：
(1)加速度传感器模块测量汽车在行驶方向、离心力方向、及垂直方向的加速度；
(2)根据步骤(1)所得汽车各方向的加速度大小，控制芯片利用力学平衡计算座椅的倾斜角度或位移速度；
(3)控制芯片通过座椅电机驱动模块调节座椅的倾斜角度或位置。

4、  如权利要求3所述的座椅调节方法，其特征在于，步骤(2)中如果所述的加速度为行驶方向的加速度时，则计算座椅的前后倾斜角度。

5、  如权利要求3所述的座椅调节方法，其特征在于，步骤(2)中如果所述的加速度为径向的加速度时，则计算座椅的左右倾斜角度。

6、  如权利要求3所述的座椅调节方法，其特征在于，步骤(2)中如果所述的加速度为垂直方向的加速度时，则计算座椅上下的位移速度。

自适应座椅系统及座椅调节方法
技术领域
本发明涉及一种汽车座椅系统，具体涉及一种自适应座椅系统。本发明还涉及一种上述系统的座椅调节方法。
背景技术
现今，乘车的舒适感越来越被人们所关注，而且也成为衡量汽车性能的主要指标之一。而日常乘车过程中，汽车的加速、减速和转向都会对乘客产生相应方向的加速度作用力，导致乘客的乘车舒适感下降。这个问题在越来越关注行车舒适感的今天，需要进行解决。
于是很多关于座椅调节的技术不断改进，使得座椅调节的方法和方式也有多种，但其统有的缺陷为都需要人来操作，不能实现座椅根据汽车行驶的状态自动调节的功能，此问题仍需进一步开发。
随着
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种自适应座椅系统，它可以利用汽车电子领域里的控制方法自动调节座椅的状态，从而削弱汽车行驶过程中产生的各向加速度，提高汽车乘坐的舒适性。为此，本发明还要提供一种座椅调节方法。
为了解决以上技术问题，本发明提供了一种自适应座椅系统，包括：加速度传感器模块、控制芯片、座椅电机驱动模块、及座椅；控制芯片接收传感器模块的加速度信号，并通过座椅电机驱动模块调节座椅的状态。
本发明还提供了一种基于上述系统的座椅调节方法，包括以下步骤：(1)加速度传感器模块测量汽车在行驶方向、离心力方向、及垂直方向的加速度；(2)根据步骤(1)所得汽车各方向的加速度大小，控制芯片利用力学平衡计算座椅的倾斜角度或位移速度；(3)控制芯片通过座椅电机驱动模块调节座椅的倾斜角度或位置。
因为本发明用加速度传感器检测汽车行驶过程中产生的各向加速度，并通过控制芯片计算调节座椅的倾斜角和位移，从而能够自动调节座椅的状态，削弱汽车行驶过程中产生的各向加速度对乘客的影响，提高汽车乘坐的舒适性。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1是汽车行驶过程中在行驶方向、重力方向、离心力方向的加速度示意图；
图2是本发明的系统图；
图3是本发明调整行驶方向加速度的实施例示意图；
图4是本发明调整离心力方向加速度的实施例示意图；
图5是本发明调整重力方向加速度的实施例示意图；
图6是本发明的传感器驱动电路；
图7是本发明的座椅驱动电路。
具体实施方式
如图1所示，汽车在行驶过程中一般会产生三个方向的加速度：行驶方向加速度、重力方向加速度和离心力方向加速度。本发明的自适应座椅系统包括：加速度传感器模块、控制芯片、座椅电机驱动模块、及座椅。其中传感器模块即用来测量汽车各个方向(行驶方向、重力方向和离心力方向)加速度大小，控制芯片则用来接收加速度传感器模块的加速度信号，并通过座椅电机驱动模块调节座椅的状态。
传感器模块包括行驶方向加速度传感器、离心加速度传感器、及垂直方向加速度传感器，对传感器的驱动均采用一般的驱动电路，如图6所示为一种传感器的驱动电路，其中加速度传感器采用常见的加速度传感器芯片MMA1220D，以10ms间隔分别采集汽车的行驶方向a_x、垂直方向a_y和径向方向a_r三个方向的加速度信号，MMA1220D将加速度信号以电压的形式输出给控制芯片。由于每次采样间隔为10ms，因此对随机出现的干扰信号会有过滤效果。
本发明座椅电机的驱动电路采用一般的电机驱动电路即可，如图7所示的继电器驱动芯片采用常见的ULN2003D芯片，控制芯片将输入的加速度信号转换为数字信号，控制芯片根据该数字信号进行数据处理。
根据a_x和a_r方向的加速度值，控制芯片计算出座椅在相应方向上平衡该加速度所需要偏转的角度θ，将需要偏转的角度θ量化为霍尔脉冲个数。因为座椅电机转动的角度θ与电机转动产生的霍尔脉冲个数N成正比，如下公式：
θ＝N·ω；
其中，ω为单个霍尔脉冲对应的座椅转动角度。
因此，控制芯片控制驱动座椅电机的同时，还将计数座椅转动产生的霍尔脉冲数N，直到达到需要的脉冲数N为止，从而使座椅转动到相应的角度。
根据ay方向的加速度值，控制芯片则计算出垂直方向的反作用力，进而计算座椅调节的速度，驱动电机升降。
本发明的座椅调节方法，包括：(1)加速度传感器模块测量汽车在行驶方向、离心力方向、及垂直方向的加速度；(2)根据步骤(1)所得汽车各方向的加速度大小，控制芯片利用力学平衡计算座椅的倾斜角度或位移速度；(3)控制芯片通过座椅电机驱动模块调节座椅的倾斜角度或位置。
当加速度为行驶方向的加速度时，则计算座椅的前后倾斜角度，从而调节座椅，其原理如图3所示。根据力学平衡原理，将座椅倾斜α角度，则座椅反作用在乘客上的作用力F_n产生水平分力，如果该分力与汽车行驶方向的作用力平衡则减除了人受到行驶方向加速度的影响，因此座椅倾斜度α与汽车行驶方向加速度大小相关，计算座椅倾斜角度α的关系式如下：
F_x＝F_g·tagα，
∵F_x＝m·a_x，
F_g＝m·g，
∴a_x＝g·tagα，
α＝cot(a_x/g)，
其中，a_x为行车方向加速度；g为重力加速度常数；m为乘客质量；α为座椅倾斜角度；F_x为F_n的水平分力。
当加速度为径向的加速度时，则计算座椅的左右倾斜角度，从而调节座椅，其原理如图4所示。车辆会形成径向向外的径向加速度a_r，该力大小根据公式：
a_r＝v²/r；
f_r＝mv²/r，
其中，a_r为转弯产生的径向加速度；v为汽车行驶速度；r为汽车转弯半径；f_r为转向径向加速度作用在质量为m的乘客身上的离心力；m为乘客质量；
当座椅向转向径向力相反方向倾斜β角度时产生的作用力与f_r方向相反大小相同的作用力F_r，该力为座椅反作用在乘客上的作用力F_n的水平分量：
F_r＝f_r；
F_r＝m·g·tagβ；
β＝cot(a_r/g)；
其中，a_r为行车转弯径向离心加速度；g为重力加速度常数；m为乘客质量；β为座椅倾斜角度。
由上述公式计算出座椅倾斜角度β，以此平衡转弯方向产生的径向加速作用力。
加速度为垂直方向的加速度时，则计算座椅上下的位移速度，从而调节座椅，其原理如图5所示。当汽车行驶过程中出现上下颠簸时，会有座椅上会出来上下方向的加速度a_h，此加速度作用在乘客的受力F_a如下：
F_a＝m·a_h；
F_a＝F_g+F_n；
其中，为座椅对乘客的作用力；F_g为乘客的重力；m为乘客的质量。
由于a_h可通过加速度传感器测出来，因此座椅的位置调节可以直接通过计算该a_h的值得知座椅的移动速度和方向。移动方向与该加速度a_h方向相反。