駕駛員座椅智能控制系統

吳春建

（上海汽車技術中心 （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。大多數汽車座椅都是手動調節，操作不方便，響應速度慢，可用性差。部分汽車擁有電動調節座椅，但調節的精度和方便性也受到限制。現代電子控制技術飛速發展，電子存儲記憶產品可靠性大幅度提高，這為高性能汽車電子產品的研發生產提供了可能性。本文介紹一種駕駛員座椅智能控制系統，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 系統概述

本系統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構總成、座椅電動機、位置傳感器、座椅開關及座椅線束組成座椅控制系統。駕駛員座椅系統部件圖如圖1所示。

2 系統功能

駕駛員座椅系統具有8向位置控制調節功能，即座椅坐墊前部高度調節，座椅坐墊后部高度調節，座椅前后調節，座椅靠背傾斜調節。調節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鍵，不僅能使駕駛者獲得最好的視野，便于操縱轉向盤、變速桿、制動開關、加速踏板等，還可以將座椅調整到最佳的位置上，獲得最舒適和最習慣的乘坐角度，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，迅速調整到該駕駛員最舒適的位置。

3 系統工作原理及工作過程

3.1 座椅位置控制調節

按住某一個座椅開關，座椅控制器接收到電阻信號，通過A/D轉換，識別駕駛員的意圖，控制對應的電動機移動。松開開關，電動機停止移動，并鎖止。控制系統原理圖如圖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表示模數轉換。數字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

座椅記憶開關如圖4所示。駕駛員1按壓記憶存儲設定按鈕，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，發出要求對應的信號，座椅控制器接收到開關發來的信號后，控制對應電動機運轉。每個電動機上都有霍爾位置傳感器，記錄當前電動機的位置。駕駛員1把座椅調整到最適合該駕駛員的位置后，按壓M1開關，座椅控制器記錄下駕駛員1的座椅電動機位置傳感器數據，儲存記憶在座椅控制器的EEPRAM中。同樣駕駛員2、3調節好位置后，按壓M2、M3開關，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，恢復到該駕駛員最近的一次設置輸入的狀態。但座椅記憶位置的恢復優先級別低于座椅的手動調節，即DSM優先處理駕駛員座椅調節開關盒送來的信號。

4 座椅電動機設計

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部的電流方向，從而實現轉動方向的改變，通過機械結構的變換，來實現座椅位置的改變。電動機上帶有霍爾位置傳感器，給座椅控制器發送座椅位置信號及位置變化的信號。

5 座椅控制器設計

5.1 座椅控制器DSM的內部組成

DSM內部由單片微型處理機MCU、穩壓處理電路、開關信號A/D轉換電路、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。有關單片機、LIN通信等詳細內容可從飛思卡爾網站下載。

5.2 開關信號

DSM能夠接收開關信號，識別駕駛員意圖。這些開關信號包括坐墊高度調節2路、座椅前后調節2路、坐墊傾斜調節2路、靠背傾斜調節2路、SET、M1、M2、M3共12路輸入信號。座椅調節開關內部電路如圖5所示。每路信號包括2個狀態：懸空 （高阻）、R1接通/R2接通。本質上講，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內外部電路，將電阻信號轉換成電壓信號，傳遞到單片機MCU的A/D轉換口，變成數字信號，對應當前的輸入狀態，確定操作指令。電容C1起開關去抖動的作用。

5.3 電動機控制

座椅控制器DSM通過內部繼電器的吸合釋放，能夠控制電動機中電流的流向，改變電動機的轉動方向。電動機轉向控制電路見圖6。

在系統不上電的狀態，繼電器1和繼電器2的觸點為自由釋放狀態，而且搭鐵，保護電動機；在車輛處于起動狀態，起動機運轉時，KLR不接通蓄電池電源，繼電器線圈不通電，這個狀態同系統不上電狀態；在點火狀態，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，開關三極管Q1和Q2均不導通，繼電器不吸合，電動機兩端都搭鐵，電動機不運轉。

P0.1和P0.0電平為10時，開關三極管Q2導通、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。

類似的情況，P0.1和P0.0電平為01時，開關三極管Q1導通、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。繼電器觸點接KL30電，可以減輕點火開關的負荷，對點火開關起一定的保護作用。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，對降低整車靜態電流有貢獻；還能在起動機運轉 （此時KLR電源線上電壓為0 V）時，座椅不動作以保證安全。當然在軟件上，也有控制策略來保證在起動機運轉時座椅不動作，這樣起到雙重保護的作用。

5.4 座椅調節控制的條件

座椅屬于舒適系統，為了保證車輛的基本性能和安全，座椅控制器設定了本系統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，即點火開關不在起動檔。座椅控制器DSM通過LIN網絡，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節量為100～160 mm，上下方向為30～50mm，全程移動所需時間約為8～12s。當座椅電動機移動到極限位置，電動機依然處于運行狀態，在0.1s內，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，進入停轉狀態以保護電動機。停轉狀態結束后，0.1s內霍爾位置傳感器的信息依然沒有變化，則表明電動機已經運轉到極限位置，座椅控制器將會停止向電動機供應電流，使電動機不轉。

5.5 座椅控制器DSM軟件設計

DSM軟件主要為MCU初始化、規劃電動機調節策略、檢測是否符合調節的條件、檢測開關信號、驅動電動機運轉、檢測是否調節到位等。座椅控制器DSM軟件示意框圖見圖7。

6 結束語

當前帶有記憶存儲功能的座椅控制器在國內車型上應用的還較少。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采用本文所描述的駕駛員座椅智能控制系統。相信隨著汽車電子的快速發展，駕駛員座椅智能控制系統將會被廣泛地應用。

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