汽车智能座椅控制器的研究

摘要

长时间驾车和乘车而导致的健康问题越来越多，其主要原因是现有的座椅设计没能使脊椎得到完善的支撑。此外，在驾乘汽车的过程中，人脊椎也会随路况的变化而位置变化，容易产生坐姿不良。坐姿不良会导致人的腰部被长时间弓弯，造成椎骨、椎盘、肌腱的负荷加大，长久以往会出现慢性肌肉疲劳，引起肌肉酸痛；更严重的是，如造成脊椎的压力过大，会引起椎间盘突出，压迫神经，引起持续腰酸背痛或慢性的肌肉发炎，因而研制汽车智能座椅很有必要。
　　本课题研究以人体工程学的研究成果为基础，利用传感技术采集驾驶过程中驾驶者的人体坐姿数据，通过对这些数据的分析，判断当前人体的坐姿和位置，并根据设定的“舒适”坐姿，对座椅智能地调节椅背角度，来减轻长时间驾车对人体健康的危害。本文的研究内容主要包括以下几个方面：
　　（1）通过分析人体工程学理论，得出汽车座椅上舒适、健康的人体坐姿的数据，并设计了一种简单有效的，适应于汽车特殊环境的电容传感技术，以实现对座椅上的人体坐姿和位置数据的采集。
　　（2）通过对电容传感器信号特性的分析，设计了三角形电极阵列的方式来采集人体数据。对此三角形电极信号，通过计算，可分解成类似于灰度图象点阵的数据，再采用图像识别中的算法，可得到人体当前实际姿态。
　　（3）根据典型的电动座椅的结构，设计了一套汽车调节座椅的硬件驱动电路和控制电路，并以座椅上的人体姿态为输入数据，设计了实现汽车座椅智能调节的软件。
　　本文具体设计了智能控制座椅来减轻长时间驾驶对健康的危害，并进行了一定的验证和实验，具有一定的社会意义和应用价值。

目录

汽车智能座椅控制器的研究

STUDSTUDY ON INTELLIGENT CONTROLLER OFAN AUTOMOBILE SEAT

摘要

Abstract

第1章绪论

1.1课题背景和研究的目的与意义

1.2国内外汽车座椅技术发展现状和趋势

1.2.1汽车座椅当前的技术和市场现状

1.2.2汽车座椅的发展趋势

1.2.3汽车座椅舒适性的研究状况

1.2.4汽车座椅使用中尚需解决的问题

1.3本文主要研究内容

第2章人体坐姿的检测原理与设计

2.1引言

2.2汽车座椅与人体工程

2.2.1汽车座椅设计中人机工程学的应用

2.2.2人体的坐姿

2.2.3基于人体工程学的坐姿分析

2.3汽车座椅舒适性的分析

2.3.1驾乘静态情况下的舒适性分析

2.3.2驾乘动态情况下的舒适性分析

2.4电容感应原理分析

2.4.1电容模型

2.4.2信号计算方法

2.4.3信号精度指标

2.5坐姿传感器的实现方式

2.5.1电极传感器的硬件设计

2.5.2电极传感器性能指标分析

2.5.3MCU实现此传感器的软件实现

2.6本章小结

第3章人体姿态的识别

3.1引言

3.2图像边缘检测和矩形拟合

3.2.1灰度数学形态学的运算概念

3.2.2基于灰度图像形态学进行边缘梯度检测

3.2.3基于多结构的形态边缘检测算子

3.2.4结构元选择

3.2.5图像区域的分析与矩形拟合

3.3人体姿态的检测

3.3.1人体坐姿检测的概率

3.3.2人体类型和姿态

3.4智能决策和控制

3.5本章小结

第4章电动座椅执行系统结构设计

4.1引言

4.2电动座椅驱动系统设计

4.2.1系统结构和控制方式

4.2.2传动机构设计

4.3电极阵列设计

4.4电动汽车座椅的驱动子系统设计

4.4.1无刷直流电机的驱动电路设计

4.4.2永磁直流电机的驱动电路设计

4.5本章小结

第5章智能控制器的设计

5.1引言

5.2控制器模块的系统框图

5.3硬件系统设计

5.3.1传感器驱动电路设计

5.3.2MCU系统设计

5.3.3电机驱动电路设计

5.4软件系统设计

5.4.1系统软件结构框图

5.4.2无刷直流电机驱动软件设计

5.4.3永磁直流电机驱动软件设计

5.4.4电极阵列驱动软件设计

5.4.5同步状态机软件设计

5.4.6座椅控制设计

5.5本章小结

结论

参考文献

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致谢

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