驾驶员座椅智能控制系统

吴春建

（上海汽车技术中心 （南京）电子电器部，江苏 南京 210061）

驾驶员座椅的位置和角度，对汽车行车安全、防止驾驶员过度疲劳、增加驾驶舒适性具有重大意义。大多数汽车座椅都是手动调节，操作不方便，响应速度慢，可用性差。部分汽车拥有电动调节座椅，但调节的精度和方便性也受到限制。现代电子控制技术飞速发展，电子存储记忆产品可靠性大幅度提高，这为高性能汽车电子产品的研发生产提供了可能性。本文介绍一种驾驶员座椅智能控制系统，以一个座椅控制器为核心，使电动座椅满足便利性和舒适性两大要求。

1 系统概述

本系统的核心是一个座椅控制器 （DRIVER SEAT MANAGEMENT UNIT，简称DSM）。座椅控制器与座椅机械结构总成、座椅电动机、位置传感器、座椅开关及座椅线束组成座椅控制系统。驾驶员座椅系统部件图如图1所示。

2 系统功能

驾驶员座椅系统具有8向位置控制调节功能，即座椅坐垫前部高度调节，座椅坐垫后部高度调节，座椅前后调节，座椅靠背倾斜调节。调节电动机在座椅中的布置如图2所示。驾驶员通过操纵座椅开关键，不仅能使驾驶者获得最好的视野，便于操纵转向盘、变速杆、制动开关、加速踏板等，还可以将座椅调整到最佳的位置上，获得最舒适和最习惯的乘坐角度，使驾驶成为一种轻松的、不易疲劳的事情。

驾驶员座椅还具有位置记忆功能，座椅控制器能够存储记忆3组位置信息。从人机工程的角度分析，由于驾驶员身高、手臂长短、腿脚长短、驾驶习惯的差异，不同的驾驶员就有不同的适合于该驾驶员的驾驶位置。把不同的适合于各个驾驶员的位置信息记忆下来，便于不同的驾驶员驾驶该车辆时，迅速调整到该驾驶员最舒适的位置。

3 系统工作原理及工作过程

3.1 座椅位置控制调节

按住某一个座椅开关，座椅控制器接收到电阻信号，通过A/D转换，识别驾驶员的意图，控制对应的电动机移动。松开开关，电动机停止移动，并锁止。控制系统原理图如图3所示。图3中MCU表示单片机，M表示电动机，S表示传感器，A/D表示模数转换。数字1到24表示座椅控制器的输入输出引脚。

3.2 座椅位置记忆功能

座椅记忆开关如图4所示。驾驶员1按压记忆存储设定按钮，然后按压座椅前后移动/坐垫上下移动/靠背倾斜的座椅开关，发出要求对应的信号，座椅控制器接收到开关发来的信号后，控制对应电动机运转。每个电动机上都有霍尔位置传感器，记录当前电动机的位置。驾驶员1把座椅调整到最适合该驾驶员的位置后，按压M1开关，座椅控制器记录下驾驶员1的座椅电动机位置传感器数据，储存记忆在座椅控制器的EEPRAM中。同样驾驶员2、3调节好位置后，按压M2、M3开关，座椅控制器记录下驾驶员2、3的座椅位置。以后，这3位驾驶员来开这辆车，按压M1/M2/M3，适合该驾驶员的对应位置信号就会被筛选出来，座椅自动运行到适合该驾驶员的位置，恢复到该驾驶员最近的一次设置输入的状态。但座椅记忆位置的恢复优先级别低于座椅的手动调节，即DSM优先处理驾驶员座椅调节开关盒送来的信号。

4 座椅电动机设计

该座椅电动机为永磁式双向直流电动机。座椅控制器可以改变电动机内部的电流方向，从而实现转动方向的改变，通过机械结构的变换，来实现座椅位置的改变。电动机上带有霍尔位置传感器，给座椅控制器发送座椅位置信号及位置变化的信号。

5 座椅控制器设计

5.1 座椅控制器DSM的内部组成

DSM内部由单片微型处理机MCU、稳压处理电路、开关信号A/D转换电路、控制电动机的继电器、LIN通信模块等组成。单片机采用飞思卡尔的MC9S08DZ128高性能8位单片机。有关单片机、LIN通信等详细内容可从飞思卡尔网站下载。

5.2 开关信号

DSM能够接收开关信号，识别驾驶员意图。这些开关信号包括坐垫高度调节2路、座椅前后调节2路、坐垫倾斜调节2路、靠背倾斜调节2路、SET、M1、M2、M3共12路输入信号。座椅调节开关内部电路如图5所示。每路信号包括2个状态：悬空 （高阻）、R1接通/R2接通。本质上讲，这是一组电阻信号。悬空定义为驾驶员要求座椅停止动作，R1接通或R2接通定义为驾驶员要求座椅向正方向或反方向运动。通过DSM内外部电路，将电阻信号转换成电压信号，传递到单片机MCU的A/D转换口，变成数字信号，对应当前的输入状态，确定操作指令。电容C1起开关去抖动的作用。

5.3 电动机控制

座椅控制器DSM通过内部继电器的吸合释放，能够控制电动机中电流的流向，改变电动机的转动方向。电动机转向控制电路见图6。

在系统不上电的状态，继电器1和继电器2的触点为自由释放状态，而且搭铁，保护电动机；在车辆处于起动状态，起动机运转时，KLR不接通蓄电池电源，继电器线圈不通电，这个状态同系统不上电状态；在点火状态，KLR接通蓄电池，2个继电器受单片机MCU控制。P0.1和P0.0电平为00时，开关三极管Q1和Q2均不导通，继电器不吸合，电动机两端都搭铁，电动机不运转。

P0.1和P0.0电平为10时，开关三极管Q2导通、Q1截止，继电器2吸合，继电器1释放，继电器2触点接12 V，B点电压为12 V，继电器1搭铁，A点电压为0V，电流由B流向A，电动机M顺时针旋转。

类似的情况，P0.1和P0.0电平为01时，开关三极管Q1导通、Q2截止，继电器1吸合，继电器2释放，继电器1触点接12 V，A点电压为12 V，继电器2搭铁，B点电压为0 V，电流由A流向B，电动机M逆时针旋转。继电器触点接KL30电，可以减轻点火开关的负荷，对点火开关起一定的保护作用。继电器线圈接KLR电能够保证在不使用车辆时，该部分电路不消耗能源，对降低整车静态电流有贡献；还能在起动机运转 （此时KLR电源线上电压为0 V）时，座椅不动作以保证安全。当然在软件上，也有控制策略来保证在起动机运转时座椅不动作，这样起到双重保护的作用。

5.4 座椅调节控制的条件

座椅属于舒适系统，为了保证车辆的基本性能和安全，座椅控制器设定了本系统工作的条件为以下几点。

1)工作电压大于12 V且小于16 V时，DSM模块正常工作。工作电压小于12 V，禁止座椅电动机工作；工作电压小于9V或大于16V时，禁止座椅控制器DSM工作。这就是DSM的高低电压保护。

2)车辆速度低于7km/h。

3)车辆不处于起动过程中，即点火开关不在起动档。座椅控制器DSM通过LIN网络，从整车得到蓄电池电压和车辆车速等信号，通过座椅控制器内部分析计算来识别是否满足这些条件。

4)电动座椅前后方向的调节量为100～160 mm，上下方向为30～50mm，全程移动所需时间约为8～12s。当座椅电动机移动到极限位置，电动机依然处于运行状态，在0.1s内，霍尔位置传感器的信息没有变化，座椅控制器将停止向电动机供电0.5 s，进入停转状态以保护电动机。停转状态结束后，0.1s内霍尔位置传感器的信息依然没有变化，则表明电动机已经运转到极限位置，座椅控制器将会停止向电动机供应电流，使电动机不转。

5.5 座椅控制器DSM软件设计

DSM软件主要为MCU初始化、规划电动机调节策略、检测是否符合调节的条件、检测开关信号、驱动电动机运转、检测是否调节到位等。座椅控制器DSM软件示意框图见图7。

6 结束语

当前带有记忆存储功能的座椅控制器在国内车型上应用的还较少。上海汽车集团在市场上销售的MG7与荣威750两个系列的车型已经采用本文所描述的驾驶员座椅智能控制系统。相信随着汽车电子的快速发展，驾驶员座椅智能控制系统将会被广泛地应用。

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