一种基于IMU的多连杆车辆座椅倾角补偿平台的制作方法

一种基于imu的多连杆车辆座椅倾角补偿平台
技术领域
1.本实用新型涉及汽车座椅技术领域，尤其涉及一种基于imu的多连杆车辆座椅倾角补偿平台。


背景技术：

2.现有技术中，车辆一般配置座椅电动调节，座椅电动调节指以电动机为动力，通过传动装置和执行机构来调节座椅各种位置及角度的技术功能。按照座椅电机的数目和调节方式数目的不同，电动座椅一般有四向、六向、八向和多向调节等。座椅调整的位置、角度等自由度越多，驾驶员就能更好地找到适合自己的驾驶姿态，减轻驾驶疲劳，降低驾驶误操作概率。
3.但是，车辆座椅电动调节功能目前仅允许人为操作按键、旋钮、触屏等方式对车辆座椅于车身的相对位置、角度等进行调节，属于被动调节。人为调节完毕后，座椅相对于车身(底盘)的位置及角度得到固定，在非调节状态或未受外力影响的条件下相对位置不发生改变。因此，车辆运动过程中，车身因实时变化的路况产生的侧倾、俯仰等姿态会同步传递至座椅上，座椅各表面相对于水平面的角度频繁而无规则的发生改变，可能引起驾驶员及乘客的身体无法时刻贴合座椅，造成不适。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种主动补偿车辆在运动过程中车身姿态的改变对驾乘人员造成的不良影响，提高驾乘舒适度及安全性的基于imu的多连杆车辆座椅倾角补偿平台。
5.一种基于imu的多连杆车辆座椅倾角补偿平台，其包括：
6.基于imu的多连杆车辆座椅倾角补偿平台，其包括：
7.上支撑板，固定在车辆座椅的底部；
8.下支撑板，固定在车辆的底板上；
9.第一驱动单元，连接在上支撑板和下支撑板之间，并位于所述车辆座椅的前侧和/或后侧，所述第一驱动单元能够驱动所述上支撑板相对于所述下支撑板进行前后方向倾斜；
10.第二驱动单元，连接在上支撑板和下支撑板之间，并位于所述车辆座椅的左侧和/或右侧，所述第二驱动单元能够驱动所述上支撑板相对于所述下支撑板进行左右方向倾斜；
11.摆动支撑组件，设置在所述上支撑板和所述下支撑板的中部，所述摆动支撑组件能够对所述上支撑板进行支撑；
12.控制单元，与所述第一驱动单元和第二驱动单元相连接，所述控制单元能够根据车辆的姿态变化控制所述第一驱动单元和第二驱动单元动作。
13.在其中一个实施例中，所述第一驱动单元和第二驱动单元均包括舵机、舵机摇臂
和连接杆，所述舵机固定在所述下支撑板上，且所述舵机与所述舵机摇臂的一端相连接，所述舵机摇臂的另一端与所述连接杆的底部相连接，所述连接杆的顶部与所述上支撑板旋转连接。
14.在其中一个实施例中，所述连接杆的顶部设有球头，所述上支撑板上设有上连接吊耳，所述球头经衬套与所述上连接吊耳相连接。
15.在其中一个实施例中，所述摆动支撑组件包括支撑轴、上联轴器和下联轴器；所述支撑轴的上端经所述上联轴器与所述上支撑板相连接，所述支撑轴的下端经所述下联轴器与所述下支撑板相连接，其中，所述支撑轴的中部设有十字轴式万向节。
16.在其中一个实施例中，所述控制单元包括imu惯性测量单元、ecu 行车电脑和驱动模块，所述imu惯性测量单元与所述ecu行车电脑相连接，所述ecu行车电脑与所述驱动模块的输入端相连接，所述驱动模块的输出端与所述舵机相连接。
17.在其中一个实施例中，所述车辆座椅的内部设置有重力传感器。
18.上述基于imu的多连杆车辆座椅倾角补偿平台，在使用时，当车辆在运动过程中产生倾斜晃动时，控制单元能够根据车辆的姿态变化控制第一驱动单元和第二驱动单元动作，使所述上支撑板能相对于所述下支撑板进行前后左右各个方向的倾斜；从而使车辆座椅能主动调整角度姿态，抵消因车辆运动产生的惯性力，提高了驾乘舒适度、降低了危险性。
附图说明
19.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1是本实用新型的基于imu的多连杆车辆座椅倾角补偿平台的结构示意图；
21.图2是本实用新型的第一驱动单元、第二驱动单元和摆动支撑组件的分布示意图；
22.图3是本实用新型的球头的示意图；
23.图4是本实用新型的摆动支撑组件的结构示意图。
具体实施方式
24.为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳的实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。
25.需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
26.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为
了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
27.参阅图1
‑
4所示，本实用新型一实施例提供一种基于imu的多连杆车辆座椅倾角补偿平台，其包括：
28.上支撑板1，固定在车辆座椅6的底部；
29.下支撑板2，固定在车辆的底板上；
30.第一驱动单元3，连接在上支撑板1和下支撑板2之间，并位于所述车辆座椅6的前侧和/或后侧，所述第一驱动单元3能够驱动所述上支撑板1相对于所述下支撑板2进行前后方向倾斜；本实施例中，所述车辆座椅6的后侧为靠近车辆座椅6靠背的一侧，所述车辆座椅 6的前侧为远离车辆座椅6靠背的一侧。
31.第二驱动单元4，连接在上支撑板1和下支撑板2之间，并位于所述车辆座椅6的左侧和/或右侧，所述第二驱动单元4能够驱动所述上支撑板1相对于所述下支撑板2进行左右方向倾斜；
32.摆动支撑组件5，设置在所述上支撑板1和所述下支撑板2的中部，所述摆动支撑组件5能够对所述上支撑板1进行支撑；
33.控制单元7，与所述第一驱动单元3和第二驱动单元4相连接，所述控制单元7能够根据车辆的姿态变化控制所述第一驱动单元3和第二驱动单元4动作。
34.上述基于imu的多连杆车辆座椅倾角补偿平台，在使用时，当车辆在运动过程中产生倾斜晃动时，控制单元7能够根据车辆的姿态变化控制第一驱动单元3和第二驱动单元4动作，使所述上支撑板1能相对于所述下支撑板2进行前后左右各个方向的倾斜；从而使车辆座椅6能主动调整角度姿态，抵消因车辆运动产生的惯性力，提高了驾乘舒适度、降低了危险性。
35.在本实用新型一实施例中，所述第一驱动单元3和第二驱动单元 4均包括舵机31、舵机摇臂32和连接杆33，所述舵机31固定在所述下支撑板2上，且所述舵机31与所述舵机摇臂32的一端相连接，所述舵机摇臂32的另一端与所述连接杆33的底部相连接，所述连接杆33的顶部与所述上支撑板1旋转连接。本实施例中，通过舵机31 转动，可以带动舵机摇臂32旋转，从而使所述连接杆33进行摆动，进而实现上支撑板1相对于下支撑板2的倾斜。
36.进一步地，所述连接杆33的顶部设有球头331，所述上支撑板1 上设有上连接吊耳11，所述球头331经衬套34与所述上连接吊耳11 相连接。如此设置，衬套34可以保证球头331的灵活运动，从而减少连接杆33与上连接吊耳11的转动卡滞现象。
37.在本实用新型一实施例中，所述摆动支撑组件5包括支撑轴51、上联轴器52和下联轴器53；所述支撑轴51的上端经所述上联轴器 52与所述上支撑板1相连接，所述支撑轴51的下端经所述下联轴器 53与所述下支撑板2相连接，其中，所述支撑轴51的中部设有十字轴式万向节54。本实施例中，上联轴器52和下联轴器53的设置，方便了支撑轴51与上支撑板1和下支撑板2的安装连接。十字轴式万向节54则可以调节支撑轴51的上端和下端的相应位置，从而能适用于上支撑板1相对于下支撑板2的不同倾斜状态。
38.在本实用新型一实施例中，所述控制单元7包括imu惯性测量单元、ecu行车电脑和驱动模块71，所述imu惯性测量单元与所述ecu 行车电脑相连接，所述ecu行车电脑与所述驱动模块71的输入端相连接，所述驱动模块71的输出端与所述舵机31相连接。在一些实施
例中，也可以采用stm32等嵌入式微控制器替代ecu行车电脑，作为平台主控制器。
39.需要说明的是，imu即惯性测量单元由三个单轴的加速度计和三个单轴的陀螺仪组成，加速度计检测物体在载体坐标系统独立三轴的加速度信号，而陀螺仪检测载体相对于导航坐标系的角速度信号，系统内部对这些信号进行处理之后，便可解算出物体的姿态，输出数据。当imu惯性测量单元装备于车辆车身时，即可实现即时获取车辆的姿态信息，包括但不限于车身前后俯仰或下沉的角度、车身相对于水平面所形成的倾角，车辆的加速度等。imu惯性测量单元将这些数据传递至ecu行车电脑，ecu行车电脑继而结合车辆所搭载的其他传感器数据，根据既定程序做出判断，必要时通过限制发动机动力输出、合理分配制动力大小等措施主动介入对车辆行驶状态的控制，进而降低因人为判断失误或外界突发因素造成的车辆打滑、失控等风险。
40.可选地，所述车辆座椅的内部设置有重力传感器。
41.本实用新型的工作原理如下：
42.1)、在车辆行驶过程中，若imu惯性测量单元检测到车辆处于静止或匀速直线运动状态，即水平方向加速度大小为0时，ecu行车电脑仅会控制平台修正因车身倾斜而产生的车辆座椅的倾角，进而实现车辆座椅始终保持水平，与地面的相对位置和角度与初始状态相一致。直观效果为:车辆因路面条件颠簸等情况产生倾斜，车辆座椅不会同步倾斜,而是始终保持水平的稳定状态，提高了车辆座椅的稳定性和对驾乘人员的包覆性，避免了驾乘人员因不规律倾斜晃动等不定因素产生不适甚至引发安全隐患。
43.2)、若车辆处于转向、加减速等运动状态，即水平方向加速度大小不为0时，主控芯片会对运动状态进行解算，主动修正因车身倾斜而产生的车辆座椅的倾角的基础上再控制车辆座椅倾斜，对离心加速度产生“过度补偿”，使车辆座椅主动倾斜至可以利用支持力分力抵抗全部或部分带来“抛离”趋势的离心力、惯性力等影响驾乘体验及安全性的不良外力的合理角度。具体达到的角度数值依据车辆既有传感器获得的加速度、载重值、车速、转弯半径等数据由主控芯片解算并控制舵机产生相应的摆动角度实现。
44.需要说明的是，在平台的初始状态下，第一驱动单元3和第二驱动单元4舵机31的偏转角度一致(即水平中置)，上支撑板1和下支撑板2之间完全平行，车辆座椅相对于车身地板处于绝对平行的静止状态。
45.当车辆开始运动，且因为运动导致车身产生加速度和偏摆，平台的姿态检测模块imu陀螺仪会检测到不同方向的加速度与偏摆，并通过内置的ad转换器进行转换，将数字量通过i2c总线接口发送给主控芯片(stm32或车辆的ecu行车电脑)，主控芯片对姿态检测传感器的信号解算，根据系统算法输出信号以控制两组舵机31产生摆动，舵机通过带动连接杆33来使车辆座椅偏摆，来与车身底板产生相应的倾角，进而补偿了车辆运动的加速度和惯性力给驾乘人员带来的抛离感，提高车辆的驾乘体验。当信号输入中断时，算法默认车辆停止运动，进而控制两组舵机31回到水平位置并锁止。
46.还需要说明的是，本实用新型还具有锁止功能，该功能可通过算法自动控制或手动设置来实现与自动控制方式的转换。自动控制条件下，主控芯片通过读取车辆各座椅内部预置的重力传感器数值判断对应座椅是否载人，若重力传感器检测到座椅载人，得到反馈的主控芯片即开启对应座椅的倾角补偿功能；若座椅上部的压力过小，重力传感器检测不到重量，即空载状态，主控芯片则会停止对平台的控制，即在座位不坐人的情况下停止运
行，自动锁止对应座椅(保持初始状态)，达到避免能源浪费的目的。人为介入的条件下，驾乘人员可自行选择开启或关闭各座椅的倾角补偿功能，开启则平台正常工作，关闭则锁止平台，座椅维持初始状态的姿态，保持座椅与车身地板之间的相对静止。
47.可选地，本实用新型可依据驾乘人员的体重、年龄等特点调节工作模式和功率大小。工作模式指平台进行倾角补偿时的补偿幅度，调节数值越高则补偿角度、运动幅度越大，反之越小。工作效率指平台进行倾角补偿的反应速度，调节数值越高，舵机做功速度越快，反之越慢。
48.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
49.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，但并不能因此而理解为对本技术专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。