吳春建

（上海汽車(chē)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(duì)汽車(chē)行車(chē)安全、防止駕駛員過(guò)度疲勞、增加駕駛舒適性具有重大意義。大多數(shù)汽車(chē)座椅都是手動(dòng)調(diào)節(jié)，操作不方便，響應(yīng)速度慢，可用性差。部分汽車(chē)擁有電動(dòng)調(diào)節(jié)座椅，但調(diào)節(jié)的精度和方便性也受到限制。現(xiàn)代電子控制技術(shù)飛速發(fā)展，電子存儲(chǔ)記憶產(chǎn)品可靠性大幅度提高，這為高性能汽車(chē)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(gè)座椅控制器為核心，使電動(dòng)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(gè)座椅控制器 （DRIVER SEAT MANAGEMENT UNIT，簡(jiǎn)稱(chēng)DSM）。座椅控制器與座椅機(jī)械結(jié)構(gòu)總成、座椅電動(dòng)機(jī)、位置傳感器、座椅開(kāi)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(dòng)機(jī)在座椅中的布置如圖2所示。駕駛員通過(guò)操縱座椅開(kāi)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(pán)、變速桿、制動(dòng)開(kāi)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(chǔ)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(zhǎng)短、腿腳長(zhǎng)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(gè)駕駛員的位置信息記憶下來(lái)，便于不同的駕駛員駕駛該車(chē)輛時(shí)，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(guò)程

3.1 座椅位置控制調(diào)節(jié)

按住某一個(gè)座椅開(kāi)關(guān)，座椅控制器接收到電阻信號(hào)，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換，識(shí)別駕駛員的意圖，控制對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)移動(dòng)。松開(kāi)開(kāi)關(guān)，電動(dòng)機(jī)停止移動(dòng)，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(dòng)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(kāi)關(guān)如圖4所示。駕駛員1按壓記憶存儲(chǔ)設(shè)定按鈕，然后按壓座椅前后移動(dòng)/坐墊上下移動(dòng)/靠背傾斜的座椅開(kāi)關(guān)，發(fā)出要求對(duì)應(yīng)的信號(hào)，座椅控制器接收到開(kāi)關(guān)發(fā)來(lái)的信號(hào)后，控制對(duì)應(yīng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。每個(gè)電動(dòng)機(jī)上都有霍爾位置傳感器，記錄當(dāng)前電動(dòng)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(kāi)關(guān)，座椅控制器記錄下駕駛員1的座椅電動(dòng)機(jī)位置傳感器數(shù)據(jù)，儲(chǔ)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(kāi)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(lái)開(kāi)這輛車(chē)，按壓M1/M2/M3，適合該駕駛員的對(duì)應(yīng)位置信號(hào)就會(huì)被篩選出來(lái)，座椅自動(dòng)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(jí)別低于座椅的手動(dòng)調(diào)節(jié)，即DSM優(yōu)先處理駕駛員座椅調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)盒送來(lái)的信號(hào)。

4 座椅電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)

該座椅電動(dòng)機(jī)為永磁式雙向直流電動(dòng)機(jī)。座椅控制器可以改變電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的電流方向，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)方向的改變，通過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)的變換，來(lái)實(shí)現(xiàn)座椅位置的改變。電動(dòng)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(hào)及位置變化的信號(hào)。

5 座椅控制器設(shè)計(jì)

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(kāi)關(guān)信號(hào)A/D轉(zhuǎn)換電路、控制電動(dòng)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(kāi)關(guān)信號(hào)

DSM能夠接收開(kāi)關(guān)信號(hào)，識(shí)別駕駛員意圖。這些開(kāi)關(guān)信號(hào)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(hào)。座椅調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)內(nèi)部電路如圖5所示。每路信號(hào)包括2個(gè)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(hào)。懸空定義為駕駛員要求座椅停止動(dòng)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(dòng)。通過(guò)DSM內(nèi)外部電路，將電阻信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，傳遞到單片機(jī)MCU的A/D轉(zhuǎn)換口，變成數(shù)字信號(hào)，對(duì)應(yīng)當(dāng)前的輸入狀態(tài)，確定操作指令。電容C1起開(kāi)關(guān)去抖動(dòng)的作用。

5.3 電動(dòng)機(jī)控制

座椅控制器DSM通過(guò)內(nèi)部繼電器的吸合釋放，能夠控制電動(dòng)機(jī)中電流的流向，改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向控制電路見(jiàn)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(dòng)機(jī)；在車(chē)輛處于起動(dòng)狀態(tài)，起動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，KLR不接通蓄電池電源，繼電器線圈不通電，這個(gè)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(gè)繼電器受單片機(jī)MCU控制。P0.1和P0.0電平為00時(shí)，開(kāi)關(guān)三極管Q1和Q2均不導(dǎo)通，繼電器不吸合，電動(dòng)機(jī)兩端都搭鐵，電動(dòng)機(jī)不運(yùn)轉(zhuǎn)。

P0.1和P0.0電平為10時(shí)，開(kāi)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(dòng)機(jī)M順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。

類(lèi)似的情況，P0.1和P0.0電平為01時(shí)，開(kāi)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(dòng)機(jī)M逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。繼電器觸點(diǎn)接KL30電，可以減輕點(diǎn)火開(kāi)關(guān)的負(fù)荷，對(duì)點(diǎn)火開(kāi)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(chē)輛時(shí)，該部分電路不消耗能源，對(duì)降低整車(chē)靜態(tài)電流有貢獻(xiàn)；還能在起動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn) （此時(shí)KLR電源線上電壓為0 V）時(shí)，座椅不動(dòng)作以保證安全。當(dāng)然在軟件上，也有控制策略來(lái)保證在起動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)座椅不動(dòng)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(chē)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(shí)，DSM模塊正常工作。工作電壓小于12 V，禁止座椅電動(dòng)機(jī)工作；工作電壓小于9V或大于16V時(shí)，禁止座椅控制器DSM工作。這就是DSM的高低電壓保護(hù)。

2)車(chē)輛速度低于7km/h。

3)車(chē)輛不處于起動(dòng)過(guò)程中，即點(diǎn)火開(kāi)關(guān)不在起動(dòng)檔。座椅控制器DSM通過(guò)LIN網(wǎng)絡(luò)，從整車(chē)得到蓄電池電壓和車(chē)輛車(chē)速等信號(hào)，通過(guò)座椅控制器內(nèi)部分析計(jì)算來(lái)識(shí)別是否滿足這些條件。

4)電動(dòng)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(dòng)所需時(shí)間約為8～12s。當(dāng)座椅電動(dòng)機(jī)移動(dòng)到極限位置，電動(dòng)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(méi)有變化，座椅控制器將停止向電動(dòng)機(jī)供電0.5 s，進(jìn)入停轉(zhuǎn)狀態(tài)以保護(hù)電動(dòng)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(méi)有變化，則表明電動(dòng)機(jī)已經(jīng)運(yùn)轉(zhuǎn)到極限位置，座椅控制器將會(huì)停止向電動(dòng)機(jī)供應(yīng)電流，使電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)。

5.5 座椅控制器DSM軟件設(shè)計(jì)

DSM軟件主要為MCU初始化、規(guī)劃電動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)策略、檢測(cè)是否符合調(diào)節(jié)的條件、檢測(cè)開(kāi)關(guān)信號(hào)、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)、檢測(cè)是否調(diào)節(jié)到位等。座椅控制器DSM軟件示意框圖見(jiàn)圖7。

6 結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)前帶有記憶存儲(chǔ)功能的座椅控制器在國(guó)內(nèi)車(chē)型上應(yīng)用的還較少。上海汽車(chē)集團(tuán)在市場(chǎng)上銷(xiāo)售的MG7與榮威750兩個(gè)系列的車(chē)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(chē)電子的快速發(fā)展，駕駛員座椅智能控制系統(tǒng)將會(huì)被廣泛地應(yīng)用。

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