CN106994915B - 一种基于驾驶人身体特征的驾驶座椅自适应调节装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于驾驶人身体特征的驾驶座椅自适应调节装置，包括重力传感器、驾驶员身体尺寸识别***、驾驶员坐姿角度识别***、调节控制***、驱动***和存储***。本发明从多个方面实时监测影响驾驶人座椅调节方式的身体特征参数，消除了驾驶人个体差异性对坐姿角度识别的影响，精确度较高，准确性较好。同时本发明具有记忆功能，自动存储驾驶员身体特征信息和相匹配的座椅调节方案，并根据驾驶人身体特征心自动匹配已有的调节方案进行调节，具有更高的时效性和便捷性。
Description
技术领域
本发明涉及汽车座椅调节装置领域，具体是一种基于驾驶人身体特征的驾驶座椅自适应调节装置。
背景技术
随着国民经济的蓬勃发展，汽车已成为当前极为重要的交通运输工具。国外工业发达国家都将汽车工业作为国民经济支柱产业之一，近些年来，我国经济发展迅速，汽车的消费逐渐成为带动国民生产总值的重要指标。目前，随着汽车的日益普及，车辆使用者对乘坐舒适性和操纵简便性的要求越来越高，因此车辆座椅的调节装置及方法变得越来越重要。
现有的汽车座椅调节装置通常使用机械装置或者按钮形式的电器开关来驱动电机以进行座椅的相关调节(例如靠背角度、座椅高度及座椅前后位置等)。并且在现有的车辆座椅调节装置中，通常附加使用专用的记忆开关，以便记忆用户经常使用的座椅位置。
然而现有的汽车座椅调节装置和方法存在以下问题：(1)由于使用机械装置或电器开关来进行座椅的相关调节，因此不能确保车辆使用者的乘坐舒适性和座椅调节准确性；(2)由于现有技术中的车辆座椅不具有记忆调解功能，不同驾驶员在重新驾驶车辆时，需要重新调整座椅，但调整的位置和角度往往难以准确掌握，不能迅速达到最佳位置，耗费一定的时间和精力；(3)目前已具有的可记忆电动座椅，是在普通电动座椅机械调节功能的基础上，增加了座椅位置的记忆和调出功能，设定过程相对繁琐，若经常更换驾驶员，则调节相对不便。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于驾驶人身体特征的驾驶座椅自适应调节装置，以实现对驾驶座椅的自动调节。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种基于驾驶人身体特征的驾驶座椅自适应调节装置，其特征在于：包括重力传感器、驾驶员身体尺寸识别***、驾驶员坐姿角度识别***、调节控制***、驱动***和存储***，其中：
所述的重力传感器安装在驾驶员座椅的坐垫内部，由重力传感器获取驾驶员体重数据；
所述的驾驶员身体尺寸识别***由安装在汽车主驾驶室上方的图像采集模块和数据处理模块组成，图像采集模块采集驾驶员热成像图片并将驾驶员热成像图片数据传输至数据处理模块，数据处理模块对驾驶员热成像图片数据进行处理分析，获得调节驾驶员座椅所需的驾驶员各项身体尺寸信息；
所述的驾驶员坐姿角度识别***包括由处理器构成的硬件和硬件中的程序，所述重力传感器、驾驶员身体尺寸识别***的数据处理模块分别与驾驶员坐姿角度识别***中硬件连接，重力传感器将采集的驾驶员体重数据传输至驾驶员坐姿角度识别***，驾驶员身体尺寸识别***将分析获得的驾驶员各项身体尺寸信息传输至驾驶员坐姿角度识别***，驾驶员坐姿角度识别***中程序根据驾驶员体重数据和驾驶员各项身体尺寸信息，来判定驾驶人的舒适坐姿角度，即建立以驾驶人的体重、上臂长度、前臂长度、小腿长度、大腿长度、躯干线长度为自变量，以躯干线与竖直方向夹角、躯干与大腿的夹角、大腿和小腿的夹角这些舒适坐姿角度主要参数为因变量的多元线性回归模型，通过多名驾驶员的大量实车座椅舒适性调节实验获取模型的回归系数；
所述的驱动***由驱动驾驶座椅前后移动、上下移动和座椅靠背角度调整的多个驱动电机组成，各个驱动电机的控制端分别接入调节控制***，由调节控制***控制驱动各个驱动电机；
所述的调节控制***由控制芯片构成，由调节控制***接收驾驶员坐姿角度识别***得到的舒适坐姿角度信息，以及由调节控制***调用驾驶员身体尺寸识别***得到的驾驶员各项身体尺寸信息，该舒适坐姿角度信息即指由驾驶员坐姿角度识别***通过多元线性回归模型得到的躯干线与竖直方向夹角、躯干与大腿的夹角及大腿与小腿的夹角信息，控制芯片将驾驶员各项身体尺寸信息、舒适坐姿角度信息转换为数字信号进行数据处理，得到驾驶座椅二维调节数据和座椅靠背角度调整数据，并根据驾驶座椅二维调节数据和座椅靠背角度调整数据计算得到各个驱动电机的工作参数作为驾驶座椅调整方案，最后将驾驶座椅调整方案中工作参数转换为驱动***中各个电机控制用的脉冲信号，各个驱动电机接收调节控制***的脉冲信号后并对驾驶座椅进行二维调节、座椅靠背进行角度调整；
所述的存储***分别与重力传感器、驾驶员身体尺寸识别***、调节控制***连接，由存储***存储重力传感器采集的驾驶员体重数据，以及驾驶员身体尺寸识别***得到的驾驶员各项身体尺寸信息，且调节控制***调用存储***中驾驶员身体尺寸识别***得到的驾驶员各项身体尺寸信息，并由存储***存储调节控制***得到的驾驶座椅调整方案。
所述的一种基于驾驶人身体特征的驾驶座椅自适应调节装置，其特征在于：驾驶员坐姿角度识别***基于多名驾驶人大量实车试验数据，将每名驾驶员调整驾驶座椅至舒适位置时的体重X1、上臂长度X2、前臂长度X3、小腿长度X4、大腿长度X5、躯干线长度X6作为自变量，相应的舒适坐姿参数躯干线与竖直方向夹角θ1、躯干与大腿的夹角θ2和小腿与大腿的夹角θ3作为因变量，则该多元线性回归方程表示为：
θ1＝β0+β1X1+β2X2+β3X3+β4X4+β5X5+β6X6
θ2＝β10+β11X1+β12X2+β13X3+β14X4+β15X5+β16X6
θ3＝β20+β21X1+β22X2+β23X3+β24X4+β25X5+β26X6
式中，β0、β10、β20为常数，β1、β2、β3、β4、β5、β6、β11、β12、β13、β14、β15、β16、β21、β22、β23、β24、β25、β26为模型的回归系数。
所述的一种基于驾驶人身体特征的驾驶座椅自适应调节装置，其特征在于：调节控制***中，对驾驶员身体尺寸识别***中采集到的驾驶人小腿长度X4、大腿长度X5和躯干线长度X6以及驾驶员坐姿角度识别***中获取的躯干线与竖直方向夹角θ1、躯干与大腿的夹角θ2和小腿与大腿的夹角θ3进行数据处理分析，计算并输出座椅需调节的高度A、前后距离B和靠背角度α，其中：
A＝X4×sin(90°+θ2-θ1-θ3)
B＝cos(90°+θ2-θ1-θ3)+X5×cos(90°+θ1-θ2)+sinθ1×X6
α＝θ1。
所述的一种基于驾驶人身体特征的驾驶座椅自适应调节装置，其特征在于：调节控制***中的控制芯片将计算后的数字信号转化为脉冲信号，即将座椅在相应方向上所需调节的距离或角度量化为霍尔脉冲个数，并分配到驱动***的各驱动电机上，各电机的调节度L与霍尔脉冲的个数N成正比，即：
L＝N·ω
其中，ω为单个霍尔脉冲对应的座椅调节度。
所述的一种基于驾驶人身体特征的驾驶座椅自适应调节装置，其特征在于：所述的存储***与调节控制***、重力传感器和驾驶员身体尺寸识别***相连，每次调节完成后自动将驾驶员体重数据、各项身体尺寸信息和相应的驾驶座椅调整方案保存，当此驾驶人再次使用车辆时，自动匹配驾驶人信息并反馈给调节控制***直接进行调节。
本发明中：
1.驾驶人身体特征监测
在通过文献查阅、驾驶人访谈和问卷调查的基础上获取驾驶人调节座椅舒适度时的主要人体参数指标：体重、上臂长度、前臂长度、小腿长度、大腿长度及躯干线长度。以此为基础建立驾驶人身体尺寸监测***：重力传感器和驾驶人身体尺寸识别***。重力传感器由安装在驾驶员座椅的坐垫内部，用于获取准确的驾驶人体重信息。驾驶人身体尺寸识别***由图像采集模块和数据处理模块组成。图像采集模块采用热成像技术，以消除人体所穿的衣物对图像分析的影响，获得准确的人体特征图像；数据处理模块将图像信息数字化并对数字图像进行处理分析，从而得到所需的测量信息。
2.驾驶人坐姿角度识别
驾驶人坐姿角度识别基于多名驾驶人大量实车实验，通过建立多元线性回归模型，生成可用于确定驾驶员舒适坐姿参数：躯干线与竖直方向夹角、躯干与大腿的夹角及大腿和小腿夹角的线性回归方程。
3.调节控制
根据驾驶人身体尺寸识别***和坐姿角度识别***获取驾驶人身体特征信息，通过分析计算得出使驾驶人感觉舒适的座椅高度、前后距离和靠背角度并将分析结果分配给驱动***的各个驱动电机，将座椅调节至满足驾驶人舒适度的状态。
本发明具有以下优点：
1、本发明在已有研究的理论基础上通过实验和分析获得驾驶人的舒适坐姿，进而得到不同身体特征的驾驶人相对应的座椅调节方式，保证了全面性和可靠性。基于大量实验的驾驶人舒适坐姿调节方式确保了调节的客观性和准确性。
2、本发明是通过建立多元线性回归方程来实现对驾驶舒适坐姿角度进行调节，模型建立后进行了一系列实车驾驶训练来对回归分析进行多次拟合和验证，方法新颖且具有科学性，能准确对驾驶人舒适坐姿角度进行实时调节。
3、本发明是对驾驶人身体特征进行实时监测，监测过程时间短并且能及时传递驾驶人身体特征指标，针对同特征的驾驶员能够迅速调节座椅达到最佳位置。
4、本发明自动将调节完成后的驾驶员身体特征和调节方案存储起来，并在下一次此驾驶员再次使用车辆时，自动匹配调节方案进行调节，具有更高的准确性和便捷性。
5、本发明在驾驶人落座并发动车辆后立即自动对驾驶座椅进行调节，迅速将座椅调制舒适位置，具有实时性和时效性。
附图说明
图1为本发明的一种基于驾驶人身体特征的驾驶座椅自适应调节装置的结构原理图。
图2为本发明的驾驶人身体特征监测及座椅调节流程图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细的说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种基于驾驶人身体特征的驾驶座椅自适应调节装置，包括重力传感器1、驾驶员身体尺寸识别***2、驾驶员坐姿角度识别***3、调节控制***4、驱动***5及存储***6。其输入端连接有重力传感器、身体尺寸识别***，输出端连接有驱动电机和存储***；重力传感器位于驾驶座椅的坐垫内部，用于检测驾驶人的体重信息；身体尺寸识别***在主驾驶室车门上方的位置，用于采集驾驶人身体特征图像并获取身体尺寸信息；驱动电机位于驾驶人座椅下方，用于控制驾驶座椅的高度、前后距离和靠背角度；存储***位于仪表台内部，用于存储和调用驾驶座椅调节方案。
坐姿角度识别***和调节控制***都属于处理器部分，坐姿角度识别***基于多名驾驶人大量的实车试验，通过反复进行座椅调节实验和模型验证，生成可用于识别驾驶员舒适坐姿角度的线性回归方程，通过身体尺寸识别***和重力传感器获取驾驶人的身体特征参数识别座椅坐姿角度，并调用身体尺寸信息一并传输给调节控制***。调节控制***以驾驶人身体尺寸数据和舒适坐姿数据为基础，经过分析计算获得驾驶座椅的调节方案并转化为脉冲信号控制驱动电机进行调节。
对于本发明的驾驶座椅自动调节的具体实施过程如下：
参照图1、图2，当驾驶员进入车辆坐在主驾驶座椅上并发动汽车后，重力传感器和身体尺寸识别***开始工作，分别获取驾驶人的体重信息和身体尺寸信息，坐姿角度识别***根据这些信息通过线性回归方程获取驾驶人的坐姿角度并调用身体尺寸信息一并传输给调节控制***。调节控制***对驾驶人的身体特征信息进行分析计算得出座椅需要调节的高度、前后距离和靠背角度并控制三个驱动电机分别进行调节。最终调节完成后，驾驶人的身体特征数据和对应的座椅调节方案一并存入存储***，当相同身体特征的驾驶人使用车辆时，身体尺寸识别***通过匹配存储***内的座椅调节方案，直接对调节控制***发出指令进行调节。
本发明基于不同身体特征的汽车驾驶人在将驾驶座椅调节至舒适感受时所表现出来的普遍舒适坐姿，通过重力传感器和身体尺寸识别***对驾驶人的身体特征进行较为全面的实时监测，通过坐姿角度识别***识别驾驶人的舒适坐姿角度，最终通过调节控制***计算分析座椅的调节方案，具有很强的创新性。此外，还通过存储不同身体特征的驾驶人不同的座椅调节方式，通过调用存储数据的方式，在准确调整驾驶人舒适坐姿的同时又能保证调节方式的时效性和便捷性，具有较强的实用性。
Claims (2)
1.一种基于驾驶人身体特征的驾驶座椅自适应调节装置，其特征在于：包括重力传感器、驾驶员身体尺寸识别***、驾驶员坐姿角度识别***、调节控制***、驱动***和存储***，其中：
所述的重力传感器安装在驾驶员座椅的坐垫内部，由重力传感器获取驾驶员体重数据；
所述的驾驶员身体尺寸识别***由安装在汽车主驾驶室上方的图像采集模块和数据处理模块组成，图像采集模块采集驾驶员热成像图片并将驾驶员热成像图片数据传输至数据处理模块，数据处理模块对驾驶员热成像图片数据进行处理分析，获得调节驾驶员座椅所需的驾驶员各项身体尺寸信息；
所述的驾驶员坐姿角度识别***包括由处理器构成的硬件和硬件中的程序，所述重力传感器、驾驶员身体尺寸识别***的数据处理模块分别与驾驶员坐姿角度识别***中硬件连接，重力传感器将采集的驾驶员体重数据传输至驾驶员坐姿角度识别***，驾驶员身体尺寸识别***将分析获得的驾驶员各项身体尺寸信息传输至驾驶员坐姿角度识别***，驾驶员坐姿角度识别***中程序根据驾驶员体重数据和驾驶员各项身体尺寸信息，来判定驾驶人的舒适坐姿角度，即建立以驾驶人的体重、上臂长度、前臂长度、小腿长度、大腿长度、躯干线长度为自变量，以躯干线与竖直方向夹角、躯干与大腿的夹角、大腿和小腿的夹角这些舒适坐姿角度主要参数为因变量的多元线性回归模型，通过多名驾驶员的大量实车座椅舒适性调节实验获取模型的回归系数；
所述的驱动***由驱动驾驶座椅前后移动、上下移动和座椅靠背角度调整的多个驱动电机组成，各个驱动电机的控制端分别接入调节控制***，由调节控制***控制驱动各个驱动电机；
所述的调节控制***由控制芯片构成，由调节控制***接收驾驶员坐姿角度识别***得到的舒适坐姿角度信息，以及由调节控制***调用驾驶员身体尺寸识别***得到的驾驶员各项身体尺寸信息，该舒适坐姿角度信息即指由驾驶员坐姿角度识别***通过多元线性回归模型得到的躯干线与竖直方向夹角、躯干与大腿的夹角及大腿与小腿的夹角信息，控制芯片将驾驶员各项身体尺寸信息、舒适坐姿角度信息转换为数字信号进行数据处理，得到驾驶座椅二维调节数据和座椅靠背角度调整数据，并根据驾驶座椅二维调节数据和座椅靠背角度调整数据计算得到各个驱动电机的工作参数作为驾驶座椅调整方案，最后将驾驶座椅调整方案中工作参数转换为驱动***中各个电机控制用的脉冲信号，各个驱动电机接收调节控制***的脉冲信号后并对驾驶座椅进行二维调节、座椅靠背进行角度调整；
所述的存储***分别与重力传感器、驾驶员身体尺寸识别***、调节控制***连接，由存储***存储重力传感器采集的驾驶员体重数据，以及驾驶员身体尺寸识别***得到的驾驶员各项身体尺寸信息，且调节控制***调用存储***中驾驶员身体尺寸识别***得到的驾驶员各项身体尺寸信息，并由存储***存储调节控制***得到的驾驶座椅调整方案；
驾驶员坐姿角度识别***基于多名驾驶人大量实车试验数据，将每名驾驶员调整驾驶座椅至舒适位置时的体重X1、上臂长度X2、前臂长度X3、小腿长度X4、大腿长度X5、躯干线长度X6作为自变量，相应的舒适坐姿参数躯干线与竖直方向夹角
1、躯干与大腿的夹角
2和小腿与大腿的夹角
3作为因变量，则该多元线性回归模型 表示为：
式中，
、
、
为常数，
、
、
、
、
、
、
、
、
、
、
、
、
、
、
、
、
、
为模型的回归系数；
调节控制***中，对驾驶员身体尺寸识别***中采集到的驾驶人小腿长度X4、大腿长度X5和躯干线长度X6以及驾驶员坐姿角度识别***中获取的躯干线与竖直方向夹角
1、躯干与大腿的夹角
2和小腿与大腿的夹角
3进行数据处理分析，计算并输出座椅需调节的高度A、前后距离B和靠背角度
，其中：
调节控制***中的控制芯片将计算后的数字信号转化为脉冲信号，即将座椅在相应方向上所需调节的距离或角度量化为霍尔脉冲个数，并分配到驱动***的各驱动电机上，各电机的调节度L与霍尔脉冲的个数N成正比，即：
其中，
为单个霍尔脉冲对应的座椅调节度。
2.根据权利要求1所述的一种基于驾驶人身体特征的驾驶座椅自适应调节装置，其特征在于：所述的存储***与调节控制***、重力传感器和驾驶员身体尺寸识别***相连，每次调节完成后自动将驾驶员体重数据、各项身体尺寸信息和相应的驾驶座椅调整方案保存，当此驾驶人再次使用车辆时，自动匹配驾驶人信息并反馈给调节控制***直接进行调节。
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