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        駕駛員座椅智能控制系統(tǒng)

        2012-03-01 03:26:20吳春建
        汽車電器 2012年9期
        關(guān)鍵詞:座椅繼電器電動機

        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械結(jié)構(gòu)總成、座椅電動機、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)的電動機移動。松開開關(guān),電動機停止移動,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,M表示電動機,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)電動機運轉(zhuǎn)。每個電動機上都有霍爾位置傳感器,記錄當(dāng)前電動機的位置。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 座椅電動機設(shè)計

        該座椅電動機為永磁式雙向直流電動機。座椅控制器可以改變電動機內(nèi)部的電流方向,從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)動方向的改變,通過機械結(jié)構(gòu)的變換,來實現(xiàn)座椅位置的改變。電動機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、控制電動機的繼電器、LIN通信模塊等組成。單片機采用飛思卡爾的MC9S08DZ128高性能8位單片機。有關(guān)單片機、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,能夠控制電動機中電流的流向,改變電動機的轉(zhuǎn)動方向。電動機轉(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的觸點為自由釋放狀態(tài),而且搭鐵,保護電動機;在車輛處于起動狀態(tài),起動機運轉(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);在點火狀態(tài),KLR接通蓄電池,2個繼電器受單片機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,電動機兩端都搭鐵,電動機不運轉(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觸點接12 V,B點電壓為12 V,繼電器1搭鐵,A點電壓為0V,電流由B流向A,電動機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觸點接12 V,A點電壓為12 V,繼電器2搭鐵,B點電壓為0 V,電流由A流向B,電動機M逆時針旋轉(zhuǎn)。繼電器觸點接KL30電,可以減輕點火開關(guān)的負(fù)荷,對點火開關(guān)起一定的保護作用。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;還能在起動機運轉(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運轉(zhuǎn)時座椅不動作,這樣起到雙重保護的作用。

        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。

        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。

        2)車輛速度低于7km/h。

        3)車輛不處于起動過程中,即點火開關(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,上下方向為30~50mm,全程移動所需時間約為8~12s。當(dāng)座椅電動機移動到極限位置,電動機依然處于運行狀態(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供電0.5 s,進入停轉(zhuǎn)狀態(tài)以保護電動機。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,則表明電動機已經(jīng)運轉(zhuǎn)到極限位置,座椅控制器將會停止向電動機供應(yīng)電流,使電動機不轉(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)動電動機運轉(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軟件系統(tǒng)研究設(shè)計[D].合肥:合肥工業(yè)大學(xué)機械與汽車工程學(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.

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