汽车电动座椅控制系统设计及实现

汽车电动座椅控制系统设计及实现

岑文安 李昭赞 李访

广东肇庆爱龙威机电有限公司 广东省肇庆市 526238

摘要：现阶段，汽车电动座椅作为汽车的主要装置，可根据驾驶员身材、坐姿形态进行智能调节，既可以提供舒适的驾驶位置，同时，在出现交通安全事故时也可以起到保护作用，避免驾驶员与乘员出现颈椎受损等问题。因此，本文通过分析汽车电动座椅控制系统的设计要求与实现要点，希望可以加强电动座椅的推广普及力度。

关键词：汽车电动座椅；控制系统；设计要求

电动座椅控制系统有效解决了传统座椅手动调节不便、缺乏记忆功能等问题。但是，部分企业所设计汽车电动座椅控制系统存在一定的缺陷，如座椅在抵达最大位置后仍保持移动状态，导致电机时常处于高负荷运行状态，易出现电机烧毁等故障问题。

一、汽车电动座椅组成及工作原理

现阶段，虽然各厂商所设计汽车电动座椅配置结构高度一致，主要由调节装置、座椅、靠枕、悬挂机构、靠背以及骨架、数码管显示器、传动机构等加以组成，图1汽车电动座椅的构成框图，图2为汽车座椅外观结构图。

图1 汽车电动座椅的构成框图

图2 座椅外观结构图

在系统运行过程中，驾驶员向中控屏中下达特定控制指令，导入相关信息，如驾驶员身材形态等等。随后，控制系统对所接收指令、导入信息与车辆周边环境情况等信息进行扫描分析，基于程序运行准则，对驾驶员与乘员座椅的高度、位置进行适当调整，并构建起稳定的闭环控制系统与三环控制系统。而在车辆行驶过程中，也将在显示屏中显示汽车电动座椅的实时运行工况，并根据周边环境变化、整车运行状态，对座椅位置进行适当调节，确保可以为驾驶员提供最佳视野。

二、系统设计要求

在系统设计过程中，设计人员唯有明确并遵循各项设计要求，具体要求包括：第一，在系统中增设电动座椅速度以及位置的自动控制功能；第二，确保控制系统可以对以往运行数据进行记录备份、形成位置记忆。如若系统所接收乘客体重、身材等数据与数据库所保存某项历史数据一致时，可直接调整至历史位置。同时，还需在系统中增设手动调节模式；第三，为提高电动座椅控制及调节精度，应在系统中增设若干调节装置，可以同时对靠背斜度、座椅前后位置、前部支撑等角度进行调节；第四，在控制系统中增设实时显示功能以及键盘操作功能。在系统运行过程中，驾驶员与乘客可向控制系统导入身材重量等信息，并直接观察电动座椅的实时工作状态。

三、系统硬件

1.微控制器最小系统

以BLDCM控制系统为例，在该系统中，ECU电控单元中普遍配置有16位微控制器，且外围电路为MCU。在微控制器最小系统设计环节，设计人员应重视时钟以及复位电路设计工作，将8MHz作为时钟电路工作频率。同时，在系统中增设在线调试以及背景调试使用功能，确保微控制器系统可以定期对整体控制系统进行调试，提前发现所存在故障问题。此外，系统调试工作通过BDM接口开展，如系统开展设置断点、读写寄存器等操作。

2.体重和腰椎高度传感器

在系统运行过程中，将持续对所接收数据信息进行分析处理，从而准确评估电动座椅实时运行状态，针对性下达特定控制指令，将电动座椅调节至舒适的位置与角度，确保座椅与驾驶员、乘客的身体相贴合。对这一目的的实现，设计人员应该控制系统中增设体重与腰椎高度传感器装置，传感器将对乘客与驾驶员的腰椎高度与体重值进行测量，并将测量数据上传至控制系统中。

3.电机驱动电路

在BLDCM控制系统中，普遍配置有无刷直流电机驱动装置。在系统运行过程中，该装置负责持续接收相关数据信号，以准确评估电机的实时工作状态。同时，基于正反转及霍尔原理，通过分析系统所接收位置信息，基于程序运行准则下达特定控制指令，自动开展座椅调整、工作状态切换等操作。此外，根据传感器所上传数据信息，对电机下达控制指令，将电机转速控制在合理范围内，避免电机转速过低而影响系统运行效率，或是电机转速过高而引发过载故障等问题的出现。

4.存储电路及电源设计

在存储电路设计环节，为增设信息自动存储功能，确保控制系统可以快速将座椅调整至适当位置与高度，从而向驾驶员与乘客提供舒适的驾驶与乘坐位置，设计人员可选择在控制系统中设置适当型号的外置存储芯片，确保存储器可以发挥以上功能。例如，在BLDCM控制系统中设置X25040芯片，并通过SPI总线对该款型号芯片进行读写处理。在电源设计环节，设计人员应注重控制电压变电器副边及原边二者比例、由若干数量电容并联组成滤波电流、以三端集成稳压器为稳压电路的核心装置、将整流二极管作为系统整流电流的核心装置。

三、系统软件

1.系统主程序

在主程序设计环节，设计人员应以键盘响应模块、初始化模块与控制过程为主要构成部分，主程序的流程图如图3所示。在系统运行中，系统将对车辆实时工作状态进行全面化初始检测，并对硬件装置采取初始化操作。如若初化过程符合相关标准、检测结果通过，主程序即可启动控制系统。同时，键盘响应模块将对各处按键值进行检测，基于检测结果下达各项操作指令，指令的制定、传达与执行过程被称作为控制过程。

图3 程序流程图

2.体重及腰椎高度测量程序

对这一测量程序的开发实现，设计人员应在控制系统中配置适当型号的微控制器，在系统中接入测量子程序。如此，在程序运行过程中，将持续接收所配置腰椎高度、体重传感器的监测数据，并将数据接入微控制器中，通过A/D转换引脚处理，向控制系统上传驾驶员与乘客的体重值以及腰椎高度，以此作为调节电动座椅位置与高度的主要依据。

3.电机位置控制程序

该程序主要由通过驱动芯片、微控制器、电机、传感器等硬件设备运行。在程序使用过程中，操控驱动芯片向电动机下达驱动指令，并通过微控制器向电机下达各项操控指令，如调整电机方向等等。同时，还可以通过微控制器持续接收传感器装置所采集监测数据。

4.位置调节和记忆程序

位置调节与记忆程序在控制系统中的职能作用在于，持续将汽车电动座椅的实时位置信息进行获取、记录备份。随后，在特殊运行情况下，自动调节程序将快速从数据存储单元中导出相应记忆信息，将电动座椅快速调节至预定位置。

结语：综上所述，对汽车电动座椅的配置，标志着我国汽车制造行业迈入自动化发展阶段，同时这也是行业未来主要发展方向。因此，各制造厂商必须加强对电动座椅控制系统的重视程度与研发力度，全面掌握系统设计要求、明确实现途径，为汽车制造行业的可持续发展添砖加瓦。

参考文献：

[1]朱辉,孟妮.汽车电动座椅控制系统的设计与实现[J].科技展望,2016,26(02).

[2]郑彬,邱宇.汽车电动座椅控制系统设计与仿真[J].农业装备与车辆工程,2020,58(01).