駕駛員座椅智能控制系統(tǒng)

吳春建

（上海汽車技術(shù)中心 （南京）電子電器部，江蘇 南京 210061）

駕駛員座椅的位置和角度，對汽車行車安全、防止駕駛員過度疲勞、增加駕駛舒適性具有重大意義。大多數(shù)汽車座椅都是手動調(diào)節(jié)，操作不方便，響應(yīng)速度慢，可用性差。部分汽車擁有電動調(diào)節(jié)座椅，但調(diào)節(jié)的精度和方便性也受到限制?，F(xiàn)代電子控制技術(shù)飛速發(fā)展，電子存儲記憶產(chǎn)品可靠性大幅度提高，這為高性能汽車電子產(chǎn)品的研發(fā)生產(chǎn)提供了可能性。本文介紹一種駕駛員座椅智能控制系統(tǒng)，以一個座椅控制器為核心，使電動座椅滿足便利性和舒適性兩大要求。

1 系統(tǒng)概述

本系統(tǒng)的核心是一個座椅控制器 （DRIVER SEAT MANAGEMENT UNIT，簡稱DSM）。座椅控制器與座椅機(jī)械結(jié)構(gòu)總成、座椅電動機(jī)、位置傳感器、座椅開關(guān)及座椅線束組成座椅控制系統(tǒng)。駕駛員座椅系統(tǒng)部件圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)功能

駕駛員座椅系統(tǒng)具有8向位置控制調(diào)節(jié)功能，即座椅坐墊前部高度調(diào)節(jié)，座椅坐墊后部高度調(diào)節(jié)，座椅前后調(diào)節(jié)，座椅靠背傾斜調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)電動機(jī)在座椅中的布置如圖2所示。駕駛員通過操縱座椅開關(guān)鍵，不僅能使駕駛者獲得最好的視野，便于操縱轉(zhuǎn)向盤、變速桿、制動開關(guān)、加速踏板等，還可以將座椅調(diào)整到最佳的位置上，獲得最舒適和最習(xí)慣的乘坐角度，使駕駛成為一種輕松的、不易疲勞的事情。

駕駛員座椅還具有位置記憶功能，座椅控制器能夠存儲記憶3組位置信息。從人機(jī)工程的角度分析，由于駕駛員身高、手臂長短、腿腳長短、駕駛習(xí)慣的差異，不同的駕駛員就有不同的適合于該駕駛員的駕駛位置。把不同的適合于各個駕駛員的位置信息記憶下來，便于不同的駕駛員駕駛該車輛時，迅速調(diào)整到該駕駛員最舒適的位置。

3 系統(tǒng)工作原理及工作過程

3.1 座椅位置控制調(diào)節(jié)

按住某一個座椅開關(guān)，座椅控制器接收到電阻信號，通過A/D轉(zhuǎn)換，識別駕駛員的意圖，控制對應(yīng)的電動機(jī)移動。松開開關(guān)，電動機(jī)停止移動，并鎖止?？刂葡到y(tǒng)原理圖如圖3所示。圖3中MCU表示單片機(jī)，M表示電動機(jī)，S表示傳感器，A/D表示模數(shù)轉(zhuǎn)換。數(shù)字1到24表示座椅控制器的輸入輸出引腳。

3.2 座椅位置記憶功能

座椅記憶開關(guān)如圖4所示。駕駛員1按壓記憶存儲設(shè)定按鈕，然后按壓座椅前后移動/坐墊上下移動/靠背傾斜的座椅開關(guān)，發(fā)出要求對應(yīng)的信號，座椅控制器接收到開關(guān)發(fā)來的信號后，控制對應(yīng)電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。每個電動機(jī)上都有霍爾位置傳感器，記錄當(dāng)前電動機(jī)的位置。駕駛員1把座椅調(diào)整到最適合該駕駛員的位置后，按壓M1開關(guān)，座椅控制器記錄下駕駛員1的座椅電動機(jī)位置傳感器數(shù)據(jù)，儲存記憶在座椅控制器的EEPRAM中。同樣駕駛員2、3調(diào)節(jié)好位置后，按壓M2、M3開關(guān)，座椅控制器記錄下駕駛員2、3的座椅位置。以后，這3位駕駛員來開這輛車，按壓M1/M2/M3，適合該駕駛員的對應(yīng)位置信號就會被篩選出來，座椅自動運(yùn)行到適合該駕駛員的位置，恢復(fù)到該駕駛員最近的一次設(shè)置輸入的狀態(tài)。但座椅記憶位置的恢復(fù)優(yōu)先級別低于座椅的手動調(diào)節(jié)，即DSM優(yōu)先處理駕駛員座椅調(diào)節(jié)開關(guān)盒送來的信號。

4 座椅電動機(jī)設(shè)計

該座椅電動機(jī)為永磁式雙向直流電動機(jī)。座椅控制器可以改變電動機(jī)內(nèi)部的電流方向，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動方向的改變，通過機(jī)械結(jié)構(gòu)的變換，來實(shí)現(xiàn)座椅位置的改變。電動機(jī)上帶有霍爾位置傳感器，給座椅控制器發(fā)送座椅位置信號及位置變化的信號。

5 座椅控制器設(shè)計

5.1 座椅控制器DSM的內(nèi)部組成

DSM內(nèi)部由單片微型處理機(jī)MCU、穩(wěn)壓處理電路、開關(guān)信號A/D轉(zhuǎn)換電路、控制電動機(jī)的繼電器、LIN通信模塊等組成。單片機(jī)采用飛思卡爾的MC9S08DZ128高性能8位單片機(jī)。有關(guān)單片機(jī)、LIN通信等詳細(xì)內(nèi)容可從飛思卡爾網(wǎng)站下載。

5.2 開關(guān)信號

DSM能夠接收開關(guān)信號，識別駕駛員意圖。這些開關(guān)信號包括坐墊高度調(diào)節(jié)2路、座椅前后調(diào)節(jié)2路、坐墊傾斜調(diào)節(jié)2路、靠背傾斜調(diào)節(jié)2路、SET、M1、M2、M3共12路輸入信號。座椅調(diào)節(jié)開關(guān)內(nèi)部電路如圖5所示。每路信號包括2個狀態(tài)：懸空 （高阻）、R1接通/R2接通。本質(zhì)上講，這是一組電阻信號。懸空定義為駕駛員要求座椅停止動作，R1接通或R2接通定義為駕駛員要求座椅向正方向或反方向運(yùn)動。通過DSM內(nèi)外部電路，將電阻信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，傳遞到單片機(jī)MCU的A/D轉(zhuǎn)換口，變成數(shù)字信號，對應(yīng)當(dāng)前的輸入狀態(tài)，確定操作指令。電容C1起開關(guān)去抖動的作用。

5.3 電動機(jī)控制

座椅控制器DSM通過內(nèi)部繼電器的吸合釋放，能夠控制電動機(jī)中電流的流向，改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)動方向。電動機(jī)轉(zhuǎn)向控制電路見圖6。

在系統(tǒng)不上電的狀態(tài)，繼電器1和繼電器2的觸點(diǎn)為自由釋放狀態(tài)，而且搭鐵，保護(hù)電動機(jī)；在車輛處于起動狀態(tài)，起動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時，KLR不接通蓄電池電源，繼電器線圈不通電，這個狀態(tài)同系統(tǒng)不上電狀態(tài)；在點(diǎn)火狀態(tài)，KLR接通蓄電池，2個繼電器受單片機(jī)MCU控制。P0.1和P0.0電平為00時，開關(guān)三極管Q1和Q2均不導(dǎo)通，繼電器不吸合，電動機(jī)兩端都搭鐵，電動機(jī)不運(yùn)轉(zhuǎn)。

P0.1和P0.0電平為10時，開關(guān)三極管Q2導(dǎo)通、Q1截止，繼電器2吸合，繼電器1釋放，繼電器2觸點(diǎn)接12 V，B點(diǎn)電壓為12 V，繼電器1搭鐵，A點(diǎn)電壓為0V，電流由B流向A，電動機(jī)M順時針旋轉(zhuǎn)。

類似的情況，P0.1和P0.0電平為01時，開關(guān)三極管Q1導(dǎo)通、Q2截止，繼電器1吸合，繼電器2釋放，繼電器1觸點(diǎn)接12 V，A點(diǎn)電壓為12 V，繼電器2搭鐵，B點(diǎn)電壓為0 V，電流由A流向B，電動機(jī)M逆時針旋轉(zhuǎn)。繼電器觸點(diǎn)接KL30電，可以減輕點(diǎn)火開關(guān)的負(fù)荷，對點(diǎn)火開關(guān)起一定的保護(hù)作用。繼電器線圈接KLR電能夠保證在不使用車輛時，該部分電路不消耗能源，對降低整車靜態(tài)電流有貢獻(xiàn)；還能在起動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn) （此時KLR電源線上電壓為0 V）時，座椅不動作以保證安全。當(dāng)然在軟件上，也有控制策略來保證在起動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時座椅不動作，這樣起到雙重保護(hù)的作用。

5.4 座椅調(diào)節(jié)控制的條件

座椅屬于舒適系統(tǒng)，為了保證車輛的基本性能和安全，座椅控制器設(shè)定了本系統(tǒng)工作的條件為以下幾點(diǎn)。

1)工作電壓大于12 V且小于16 V時，DSM模塊正常工作。工作電壓小于12 V，禁止座椅電動機(jī)工作；工作電壓小于9V或大于16V時，禁止座椅控制器DSM工作。這就是DSM的高低電壓保護(hù)。

2)車輛速度低于7km/h。

3)車輛不處于起動過程中，即點(diǎn)火開關(guān)不在起動檔。座椅控制器DSM通過LIN網(wǎng)絡(luò)，從整車得到蓄電池電壓和車輛車速等信號，通過座椅控制器內(nèi)部分析計算來識別是否滿足這些條件。

4)電動座椅前后方向的調(diào)節(jié)量為100～160 mm，上下方向?yàn)?0～50mm，全程移動所需時間約為8～12s。當(dāng)座椅電動機(jī)移動到極限位置，電動機(jī)依然處于運(yùn)行狀態(tài)，在0.1s內(nèi)，霍爾位置傳感器的信息沒有變化，座椅控制器將停止向電動機(jī)供電0.5 s，進(jìn)入停轉(zhuǎn)狀態(tài)以保護(hù)電動機(jī)。停轉(zhuǎn)狀態(tài)結(jié)束后，0.1s內(nèi)霍爾位置傳感器的信息依然沒有變化，則表明電動機(jī)已經(jīng)運(yùn)轉(zhuǎn)到極限位置，座椅控制器將會停止向電動機(jī)供應(yīng)電流，使電動機(jī)不轉(zhuǎn)。

5.5 座椅控制器DSM軟件設(shè)計

DSM軟件主要為MCU初始化、規(guī)劃電動機(jī)調(diào)節(jié)策略、檢測是否符合調(diào)節(jié)的條件、檢測開關(guān)信號、驅(qū)動電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)、檢測是否調(diào)節(jié)到位等。座椅控制器DSM軟件示意框圖見圖7。

6 結(jié)束語

當(dāng)前帶有記憶存儲功能的座椅控制器在國內(nèi)車型上應(yīng)用的還較少。上海汽車集團(tuán)在市場上銷售的MG7與榮威750兩個系列的車型已經(jīng)采用本文所描述的駕駛員座椅智能控制系統(tǒng)。相信隨著汽車電子的快速發(fā)展，駕駛員座椅智能控制系統(tǒng)將會被廣泛地應(yīng)用。

［1］魏春源，譯.BOSCH汽車工程手冊[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2011.

［2］吳基安.汽車電氣電子工程師手冊[M].哈爾濱：黑龍江科學(xué)技術(shù)出版社，2005.

［3］馬世典.HFUT-Ⅱ型主從式激光雕刻機(jī)軟件系統(tǒng)研究設(shè)計[D].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院，2005.

［4］吳基安,董素榮.汽車電動座椅與安全帶的結(jié)構(gòu)與控制[J].汽車電器，2001，（2）：27-30.

［5］李傳志.汽車車身電子控制系統(tǒng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

［6］張金女，儲江傳，林永宇.汽車電子裝置與控制技術(shù)[M].哈爾濱：黑龍江科學(xué)技術(shù)出版社，2005.