一种基于复合传感的自适应座椅调节系统的制作方法

1.本发明涉及座椅系统技术领域，具体的说是一种基于复合传感的自适应座椅调节系统。


背景技术：

2.当前汽车的智能舒适性越来越重要，而车辆座椅系统在很大程度上影响着汽车的智能与舒适。传统汽车座椅需要人主动去调节，无法感知场景自动调节，越来越无法满足智能座舱的需求。
3.基于复合传感技术的智能自适应座椅调节系统，控制系统可以随时采集到传感器的反馈，基于此反馈，控制器可以智能识别乘员状态，并自动产生该状态下乘员舒适安全的动作。同时传感器系统也可以结合大数据训练，自动匹配当前乘员体型，软件系统基于体型不同可以定制出不同的动作阀值。基于这些自动化的识别和动作，可以帮助实现一个更加智能舒适的汽车座舱。


技术实现要素：

4.本发明为克服现有技术的不足，提供一种基于复合传感的自适应座椅调节系统，控制系统通过读取复合传感器的值，实时评估乘员状态并合理调整泵的充气、放气，座椅电机正转、反转，加热，通风，疲劳度监测提醒及按摩启动。
5.为实现上述目的，设计一种基于复合传感的自适应座椅调节系统，包括通讯模块、mcu控制模块、传感器监控模块、加热驱动模块、电机驱动模块、阀驱动模块、座椅舒适性调节模块、电源管理模块，其特征在于：在汽车座椅上设有座椅舒适性调节模块，座椅舒适性调节模块分别通过加热驱动模块、电机驱动模块、阀驱动模块与mcu控制模块连接，mcu控制模块与通讯模块连接；所述的座椅舒适性调节模块内设有若干传感器，若干传感器包括电容传感器、电流传感器、湿度传感器、温度传感器、健康传感器，电容传感器、电流传感器、湿度传感器、温度传感器、健康传感器通过传感器监控模块与mcu控制模块连接；所述的电源管理模块分别给通讯模块、mcu控制模块、传感器监控模块、加热驱动模块、电机驱动模块、阀驱动模块、座椅舒适性调节模块提供电源。
6.具体工作流程如下：s1：对座椅上的电容传感器、电流传感器、湿度传感器、温度传感器、健康传感器实时监测座椅的状态，并将其数据通过传感器监控模块传送至mcu控制模块；s2：mcu控制模块根据步骤s1中多个传感器的数据进行综合评估及处理，并将处理信息分别发送至加热驱动模块、电机驱动模块、阀驱动模块；s3：加热驱动模块、电机驱动模块、阀驱动模块接收到mcu控制模块发出的指令后控制座椅舒适性调节模块进行相应调整工作。
7.所述的mcu控制模块的综合评估及处理包括腿托、腿侧翼、头枕调节；按摩调节；乘员与座椅交互状态综合评估；座椅位置调节；座椅通风评估；座椅加热评估；人体健康评估。
8.所述的腿托、腿侧翼、头枕调节的具体方法如下：（11）采集座椅上腿托、腿侧翼、头枕位置电容传感器的电容值，并将数据通过传感器监控模块发送至mcu控制模块；（12）评估模块做乘员与座椅的状态评估；（13）判断座椅上是否有人，是则放空气袋；（14）判断座椅状态是否为从无人到有人状态，是则启动人体体型评估，根据人体的贴合度等级需求从标定数据库中找到对应体型在该贴合度等级下的电容阀值，并控制气袋开始充气工作；否则判断是否达到标定阀值；（15）判断是否达到标定阀值，是则停止气袋充气工作；否则重新开始电容传感器采集电容值。
9.所述的按摩调节的具体方法如下：（21）采集座椅上电容传感器的电容值，并将数据通过传感器监控模块发送至mcu控制模块；（22）mcu控制模块判断座椅上是否有人，是则做首次进行人体体型评估，并根据评估结果对应的充放气阀值；否则控制气袋放气动作；（23）做首次人体体型计算，并根据计算结果算出对应的充放气阀值；（24）判断是否收到按摩请求，是则判断任意通道的气袋的充气阀值是否小于等于标定阀值；否则控制气袋放气动作；（25）判断任意通道的气袋的充气阀值是否小于等于阀值，是则控制气袋停止放气并开始充气动作，电容传感器采集电容值；否则继续判断任意通道的气袋的充气阀值是否大于等于标定阀值；（26）继续判断任意通道的气袋的充气阀值是否大于等于标定阀值，是则控制气袋停止充气并开始放气动作，电容传感器采集电容值；否则重新开始电容传感器采集电容值。
10.所述的乘员与座椅交互状态综合评估的具体方法如下：（31）采集座椅上电容传感器的电容值，并将数据通过传感器监控模块发送至mcu控制模块；（32）mcu控制模块判断是否满足人与座椅交互评估条件，是则进行乘员与座椅交互状态的评估；否则判断是否满足人体评估条件；（33）进行乘员与座椅交互状态的评估；（34）判断是否满足人体评估条件，是则进行人体体型评估；否则判断是否满足乘员与座椅之间的距离评估条件；（35）进行人体体型评估；（36）判断是否满足乘员与座椅之间的距离评估条件，是则评估乘员头部与车顶的距离，乘员脚与刹车踏板的距离；否则结束工作；（37）评估乘员头部与车顶的距离，乘员脚与刹车踏板的距离。
11.所述的人体体型评估的具体方法如下：（351）选择不同体型的测试人员，在不同环境下分别采集头枕部位、腰侧翼、背部、腿侧翼、臀部、腿托的电容值，然后分类；（352）选择不同体型测试人员，测试在不同等级贴合度下的电容值与压力值；
（353）把不同体型人所对应的不同等级贴合度下的电容值作为标定数据写入程序。
12.所述的人与座椅交互评估条件的原理：当乘员不在座椅上时，所有电容传感器读取的值应该都接近0；当乘员坐在座椅上时，根据乘员姿势的不同，座椅不同区域的值会呈现出差异性；当乘员在座椅上改变姿势时，相关的区域的电容值会出现变化，软件依据这些变化可以很好的判断乘员的大概动作方向。
13.所述的乘员与座椅之间的距离评估条件的具体方法如下：（361）选择不同体型测试人员，在不同环境下采集电容值；（362）选择不同体型测试人员，调整座椅位置测试在不同距离，包括头部与车顶、脚与刹车踏板、座椅角度、座椅头枕位置等级下的电容值；（363）不同体型人所对应的不同距离等级下的电容值作为标定数据写入程序。
14.所述的座椅位置调节的具体方法如下：（41）采集座椅、方向盘、车顶、刹车踏板附近的电容传感器的电容值，并将数据通过传感器监控模块发送至mcu控制模块；（42）mcu控制模块根据采集到的电容值评估人体体型；（43）通过人体体型，从标定数据库中调出该体型所对应的座椅的角度、前后位置、上下位置对应的电容限值；（44）调整座椅的前后位置，直至到达其限定的电容值；（45）调整座椅的角度位置，直至到达其限定的电容值；（46）调整座椅的上下位置，直至到达其限定的电容值；（47）调整座椅头枕的上下位置，直至到达其限定的电容值；（48）结束。
15.所述的座椅通风调节的具体方法如下：（51）座椅上的温度传感器、湿度传感器分别采集温度及湿度数据后，并将数据通过传感器监控模块发送至mcu控制模块；（52）mcu控制模块判断座椅温度或车内湿度或人体温度是否到达限定值或驾驶员是否疲劳驾驶，是则启动风扇电机；否则关闭风扇电机；（53）mcu控制模块通过电机驱动模块开启风扇；（54）结束。
16.所述的座椅加热评估的具体方法如下：（61）座椅上的温度传感器采集温度数据后，并将数据通过传感器监控模块发送至mcu控制模块；（62）mcu控制模块判断电容传感器是否处于数据采集阶段，是则结束；否则判断温度是否到达目标温度值；（63）判断温度是否到达目标温度值，是则停止加热动作；否则使用不同的pwm控制座椅上的各个区域的电热丝进行加热动作；（64）mcu控制模块通过加热驱动模块开启电热丝加工动作；（65）结束。
17.所述的人体健康评估的具体方法如下：
（71）座椅上的健康传感器采集信号，并将数据通过传感器监控模块发送至mcu控制模块；（72）mcu控制模块判断是否接收到外部请求乘员健康信息，是则发送健康信息给车载总线；否则继续判断是否接收到乘员疲劳驾驶状态信息；（73）发送健康信息给车载总线；（74）判断是否接收到乘员疲劳驾驶状态信息，是则启动按摩状态评估工作、座椅通风评估工作及汽车侧翼提醒工作；否则结束；（75）mcu控制模块启动按摩状态评估工作；（76）mcu控制模块启动座椅通风评估工作；（77）mcu控制模块启动汽车侧翼提醒工作；（78）结束。
18.本发明同现有技术相比，提供一种基于复合传感的自适应座椅调节系统，控制系统通过读取复合传感器的值，实时评估乘员状态并合理调整泵的充气、放气，座椅电机正转、反转，加热，通风，疲劳度监测提醒及按摩启动。
附图说明
19.图1为本发明系统框架示意图。
20.图2为本发明软件功能框架示意图。
21.图3为腿托、腿侧翼、头枕调节的流程图。
22.图4为按摩调节的流程图。
23.图5为发出按摩请求的不同状态示意图。
24.图6为评估模块运行流程图。
25.图7为座椅位置调节流程图。
26.图8为座椅位置调节电容区域布置图。
27.图9为座椅通风调节的流程图。
28.图10为座椅加热评估的流程图。
29.图11为人体健康评估的流程图。
30.图12为电容测量基本连接图。
31.图13为电容传感器的另一种结构示意图。
32.图14为座椅上电容传感器的布局示意图。
具体实施方式
33.下面根据附图对本发明做进一步的说明。
34.如图1所示，在汽车座椅上设有座椅舒适性调节模块，座椅舒适性调节模块分别通过加热驱动模块、电机驱动模块、阀驱动模块与mcu控制模块连接，mcu控制模块与通讯模块连接；所述的座椅舒适性调节模块内设有若干传感器，若干传感器包括电容传感器、电流传感器、湿度传感器、温度传感器、健康传感器，电容传感器、电流传感器、湿度传感器、温度传感器、健康传感器通过传感器监控模块与mcu控制模块连接；所述的电源管理模块分别给通讯模块、mcu控制模块、传感器监控模块、加热驱动模块、电机驱动模块、阀驱动模块、座椅舒
适性调节模块提供电源。
35.一方面系统可以利用阀驱动模块、电机驱动模块、加热驱动模块实现座椅的人体舒适支撑，按摩，座椅位置调节，座椅加热通风等功能，另一方面系统可以利用传感器的融合技术实现这些功能的智能化控制，同时传感器融合技术会使系统的控制精度得以提升，系统的稳定性更高。
36.基于传感器的数据融合，可以解锁很多应用场景，实现座椅在这些应用场景中的智能化动作，满足市场对于智能座舱的需求。
37.电容传感器可以赋予系统乘员与气袋的贴合度检测，乘员体型检测，乘员与座椅的交互状态，座椅距离检测等。
38.如图12所示，电容传感器3可以根据需求布置在座椅或者车身上的其它合适区域，电容传感器3通过屏蔽导线2与监测电路1连接，构成了电容量测量回路。
39.该电容量检测电路为常规电路，即主控制器mcu可以通过iic，spi总线或者ad方式读取电容量检测电路的多通道电容量值，电容量检测电路可以用常规的多通道高速电容数字转换器芯片，特殊应用集成电路或模拟电路完成。
40.如图13所示，电容传感器由传感层、中间隔离层和屏蔽层组成，传感层可以是定制形状的电阻丝，也可以是定制形状的导电布，或是柔性导电金属等等。中间隔离层是阻燃性的泡棉，主要是防止传感层与屏蔽层接触。屏蔽层采用屏蔽材料主要起到屏蔽干扰的作用。电容传感器，布置在座椅泡棉的a面上，与传统汽车加热丝位置相同。
41.如图14所示，座椅上电容传感器的布置分布，在头枕上设有头枕电容传感器e；在靠背上分别设有腰右侧翼电容传感器1a、腰下电容传感器b、腰中电容传感器c、腰上电容传感器d、腰左侧翼电容传感器2a；在座椅上分别设有腿右侧翼电容传感器1f、腿托右电容传感器1g、腿托左电容传感器2g、坐垫下电容传感器h、坐垫上电容传感器i、腿左侧翼电容传感器2f。
42.如图8所示，位置调整需要增加的电容传感器布置，乘员头顶上方车顶内侧布置的电容传感器p1,在方向盘上布置的电容传感器p2,在踏板附近车身上布置的传感器p3。
43.温湿度传感器可以使实时监控控制系统和座椅调节系统的温湿度。
44.健康传感器可以实时监控乘员的体温，心跳，血压等。
45.融合上述传感器本发明可以解锁很多应用场景：当乘员坐在椅子上时，自动评估乘员体型，根据乘员体型自动调整腰托、腿托、头枕、腰侧翼、腿翼，并自动调整座椅位置和角度。
46.当发现乘员体温过高时，可以主动关闭座椅加热并打开座椅通风系统，或者发现乘员体温过低时，主动打开座椅加热功能。
47.当车遇到障碍物，乘员心率没有发生明显变化时，可以发出提醒信号，并启动座椅按摩功能。
48.按摩时，如果乘员离开座椅，可以自动停止按摩，乘员回到座位继续按摩。
49.车载微控制器mcu芯片可以通过iic，spi总线或者ad方式读取复合传感器的值，并使用算法合理处理这些读取的值，实现对座椅调节系统的智能舒适控制。
50.如图2所示，具体工作流程如下：s1：对座椅上的电容传感器、电流传感器、湿度传感器、温度传感器、健康传感器实
时监测座椅的状态，并将其数据通过传感器监控模块传送至mcu控制模块；s2：mcu控制模块根据步骤s1中多个传感器的数据进行综合评估及处理，并将处理信息分别发送至加热驱动模块、电机驱动模块、阀驱动模块；s3：加热驱动模块、电机驱动模块、阀驱动模块接收到mcu控制模块发出的指令后控制座椅舒适性调节模块进行相应调整工作。
51.mcu控制模块的综合评估及处理包括腿托、腿侧翼、头枕调节；按摩调节；乘员与座椅交互状态综合评估；座椅位置调节；座椅通风评估；座椅加热评估；人体健康评估。
52.如图3所示，腿托、腿侧翼、头枕调节的具体方法如下：（11）采集座椅上腿托、腿侧翼、头枕位置电容传感器的电容值，并将数据通过传感器监控模块发送至mcu控制模块；（12）评估模块做乘员与座椅的状态评估；（13）判断座椅上是否有人，是则放空气袋；（14）判断座椅状态是否为从无人到有人状态，是则启动人体体型评估，根据人体的贴合度等级需求从标定数据库中找到对应体型在该贴合度等级下的电容阀值，并控制气袋开始充气工作；否则判断是否达到标定阀值；（15）判断是否达到标定阀值，是则停止气袋充气工作；否则重新开始电容传感器采集电容值。
53.在气袋上方的泡棉上布置有电容传感器，电容传感器属于非接触式检测，人体与电容极板越近，电容会越大反馈出的值就越大，间接可以表示出人体与座椅的贴合度。
54.如图4、图5所示，按摩调节的具体方法如下：（21）采集座椅上电容传感器的电容值，并将数据通过传感器监控模块发送至mcu控制模块；（22）mcu控制模块判断座椅上是否有人，是则做首次进行人体体型评估，并根据评估结果对应的充放气阀值；否则控制气袋放气动作；（23）做首次人体体型计算，并根据计算结果算出对应的充放气阀值；（24）判断是否收到按摩请求，是则判断任意通道的气袋的充气阀值是否小于等于标定阀值；否则控制气袋放气动作；（25）判断任意通道的气袋的充气阀值是否小于等于阀值，是则控制气袋停止放气并开始充气动作，电容传感器采集电容值；否则继续判断任意通道的气袋的充气阀值是否大于等于标定阀值；（26）继续判断任意通道的气袋的充气阀值是否大于等于标定阀值，是则控制气袋停止充气并开始放气动作，电容传感器采集电容值；否则重新开始电容传感器采集电容值。
55.当乘员不在座椅上时，所有电容传感器读取的值应该都在0附近。
56.一方面当乘员坐在座椅上时，根据乘员姿势的不同，不同区域的值会呈现出差异性（座椅上的电容传感器左右呈现对称布置）。例如，当乘员只是屁股坐在座椅上时，只有屁股位置和腿托位置的电容传感器值比较大。其它位置很小。基于此，能够知道乘员是否坐在座椅上，以及大概姿势。
57.另一方面，当乘员在座椅上改变姿势时，相关区域的电容值会出现变化，软件依据这些变化可以很好的判断乘员的大概动作方向。例如当乘员向左倾斜身子时，右侧电容值
会明显减小，而左侧电容值会明显增大，但是屁股位置的电容值变化会很小。基于此，就可以方便的得出乘员的坐姿变化。
58.如图6所示，评估模块综合评估的具体方法如下：（31）采集座椅上电容传感器的电容值，并将数据通过传感器监控模块发送至mcu控制模块；（32）mcu控制模块判断是否满足人与座椅交互评估条件，是则进行乘员与座椅交互状态的评估；否则判断是否满足人体评估条件；（33）进行乘员与座椅交互状态的评估；（34）判断是否满足人体评估条件，是则进行人体体型评估；否则判断是否满足乘员与座椅之间的距离评估条件；（35）进行人体体型评估；（36）判断是否满足乘员与座椅之间的距离评估条件，是则评估乘员头部与车顶的距离，乘员脚与刹车踏板的距离；否则结束工作；（37）评估乘员头部与车顶的距离，乘员脚与刹车踏板的距离。
59.根据图14所示的电容传感器的布局，人体体型评估的具体方法如下：（351）选择不同体型的测试人员，在不同环境下分别采集头枕部位、腰侧翼、背部、腿侧翼、臀部、腿托的电容值，然后分类；（352）选择不同体型测试人员，测试在不同等级贴合度下的电容值与压力值；（353）把不同体型人所对应的不同等级贴合度下的电容值作为标定数据写入程序。
60.根据图8和图14的电容传感器的布局，乘员与座椅之间的距离评估条件的具体方法如下：（361）选择不同体型测试人员，在不同环境下采集电容值；（362）选择不同体型测试人员，调整座椅位置测试在不同距离，包括头部与车顶、脚与刹车踏板、座椅角度、座椅头枕位置等级下的电容值；（363）不同体型人所对应的不同距离等级下的电容值作为标定数据写入程序。
61.如图7所示，座椅位置调节的具体方法如下：（41）采集座椅、方向盘、车顶、刹车踏板附近的电容传感器的电容值，并将数据通过传感器监控模块发送至mcu控制模块；（42）mcu控制模块根据采集到的电容值评估人体体型；（43）通过人体体型，从标定数据库中调出该体型所对应的座椅的角度、前后位置、上下位置对应的电容限值；（44）调整座椅的前后位置，直至到达其限定的电容值；（45）调整座椅的角度位置，直至到达其限定的电容值；（46）调整座椅的上下位置，直至到达其限定的电容值；（47）调整座椅头枕的上下位置，直至到达其限定的电容值；（48）结束。
62.如图8所示，当座椅前后调整时，c3值会跟随变化，通过控制c3值，本发明可以实现座椅前后智能调节。当座椅前后以及角度调整时c2会跟随变化，通过控制c2值，本发明可以
实现座椅角度智能调节。当座椅上下调节时，c1会跟随变化，通过控制c1值，本发明可以实现座椅上下智能调节。当座椅头枕上下调节时c0会发生变化，通过控制c0值，本发明可以实现头枕上下移动。
63.如图9所示，座椅通风调节的具体方法如下：（51）座椅上的温度传感器、湿度传感器分别采集温度及湿度数据后，并将数据通过传感器监控模块发送至mcu控制模块；（52）mcu控制模块判断座椅温度或车内湿度或人体温度是否到达限定值或驾驶员是否疲劳驾驶，是则启动风扇电机；否则关闭风扇电机；（53）mcu控制模块通过电机驱动模块开启风扇；（54）结束。
64.相比于传统的通风模块，本发明将电容传感器，电流传感器，健康传感器融合，可以实现如下附加功能：电容传感器监测出有乘员坐在座椅上，不断变化坐姿时，本发明可以开启通风，给乘员进行疲劳体型，缓解乘员疲劳。健康传感器监测出乘员疲劳时，开启通风，提醒乘员。当通风模块收到通风指令时，通过控制电机电流，实现通风的气流控制。相比于传统通风模块更加智能化。
65.图10所示，座椅加热评估的具体方法如下：（61）座椅上的温度传感器采集温度数据后，并将数据通过传感器监控模块发送至mcu控制模块；（62）mcu控制模块判断电容传感器是否处于数据采集阶段，是则结束；否则判断温度是否到达目标温度值；（63）判断温度是否到达目标温度值，是则停止加热动作；否则使用不同的pwm控制座椅上的各个区域的电热丝进行加热动作；（64）mcu控制模块通过加热驱动模块开启电热丝加工动作；（65）结束。
66.相比于传统整块加热电热丝，本发明的电热丝不再是一个整体，而是打散分布在座椅的各个区域，既可以作为加热用元件实现座椅区域加热的精细化调整，满足更高舒适性要求，又可以作为电容传感器使用实现前文所述的诸多功能。
67.如图11所示，人体健康评估的具体方法如下：（71）座椅上的健康传感器采集信号，并将数据通过传感器监控模块发送至mcu控制模块；（72）mcu控制模块判断是否接收到外部请求乘员健康信息，是则发送健康信息给车载总线；否则继续判断是否接收到乘员疲劳驾驶状态信息；（73）发送健康信息给车载总线；（74）判断是否接收到乘员疲劳驾驶状态信息，是则启动按摩状态评估工作、座椅通风评估工作及汽车侧翼提醒工作；否则结束；（75）mcu控制模块启动按摩状态评估工作；（76）mcu控制模块启动座椅通风评估工作；（77）mcu控制模块启动汽车侧翼提醒工作；（78）结束。
68.健康传感器能够实时监控乘员的身体健康状态，基于得到的身体健康状态信息，可以用来控制座椅上的按摩系统，静态舒适系统，通风加热系统。