电动记忆座椅设计

摘 要汽车座椅的设计主要以安全性和舒适性为主，并且随着汽车工业和电子技术的飞速发展，汽车座椅越来越舒适功能越来越齐全。本设计主要是将电动座椅与车载电脑结合在一起，可增加座椅的记忆功能，对座椅给中信息参数实现智能化管理。全电动调节的，前后，高低，靠背角度，前后倾斜，某些型号甚至有左右倾斜调整，都是依靠座椅中电动机控制，你只要拨动几个开关就能调节在这种电动座椅中加一个记忆芯片，当调节到一个最舒适的位置时，这个位置就可以被记住了，当车被别人开过时，座椅被重新调过，只要上车后，座椅自动回到你当时设置的角度。汽车电动座椅自动控制系统的设计方法。系统以单片机为核心，通过控制直流电动机，经蜗轮蜗杆传动机构牵引座椅移动，使汽车座椅具有自动测量极限位置、手动调节、位置记忆以及自动恢复功能。该系统使汽车座椅便于安装，位置调节方便、快捷。关键词：座椅；设计；记忆；控制is of to of a of so as in in a to a is to if is to of to of dc 录摘要. . 计主要内容及发展. 电动座椅主要部件及在世界发展趋势.车座椅电机.椅滑轨.忆装置.椅驱动器.椅控制系统. 设计主要技术指标. 水平控制系统直流伺服电机的选择计算. 垂直控制系统直流伺服电机的选择计算. 电动座椅靠背系统的研究及直流伺服电机的选择计算. 本章小结. 基本工作电路. 广州本田雅阁轿车的驾驶座椅控制电路. 本章小结. 电动座椅构造. 传动部分设计. 靠背调节机构. 本章小结. 概述. 系统主程序流程图及注意事项. 系统主程序设计及子程序.义按键程序.片机运行程序.置电机运行程序. 本章小结. 44致谢.计主要内容及发展随着汽车工业与电子工业的不断发展，在现代汽车上，电子技术的应用越来越广泛，汽车已逐步进入了电脑控制的时代。国外专家预测未来3到5年内汽车上装用的电子装置成本将占汽车整车成本的40%以上，汽车将由单纯的机械产品向高级的机电一体化方向发展，成为所谓的“电子汽车”。汽车座椅是与人接触最密切的部件，人们主要通过对座椅的感受来评价轿车的平顺性。因此，座椅是直接影响轿车质量的关键部件之一。一般电动座椅可按运动方向分类，只能做前后移动的为2方向移动座椅；还可以升降的为4方向移动座椅；座椅前部和后部还能分别升降的为6方向移动座椅。随着科学的发展，现在汽车座椅的功能越来越多，如在上面布置可调节的腰部支撑、按摩装置、记忆机构、座椅高度与倾斜度调解装置、自定位头枕、内装饰安全带和安全气囊等。随着人们生活水平的提高，对汽车座椅的舒适性要求也越来越高，要求对汽车座椅的调节能够更加简单、方便、快捷。目前，汽车座椅位置的调节多采用基于手动调节方式的机械和电动控制两种方式。汽车座椅位置的调节主要有三个方向，即高度调节、水平位置调节以及座椅靠背倾角的调节。对于家庭使用的汽车，往往由多个成员驾驶同一辆汽车；当不同的驾驶者坐在同一个座椅时，由于个人的身体差异，所需要的汽车座椅的位置各不相同，需经常调节座椅位置；而目前的大部分汽车座椅没有记忆功能，使同一个人在不同的时间驾驶汽车时，汽车座椅的位置可能被其他成员改变，而需重新调节座椅各个方向位置，比较繁琐。座椅在汽车内安装时，由于不同汽车的内部空间不相同，座椅在各方向所能移动的位置极限也不同；汽车电动座椅在电动机牵引下移动，而目前汽车电动座椅不能自动测量安装的极限位置，座椅很容易在到达极限位置时仍继续运行，容易使电动机因长时间工作因堵转状态而烧毁。椅主要组成及内部结构现代汽车电子化程度的越来越高，汽车电子控制技术逐步成为了汽车工业发展的重点，也是各个汽车企业竞争的焦点。传统的汽车机械控制相比于电子控制无论是在控制精度还是响应速度上都存在明显的劣势，电子技术在汽车上的使用甚至已经成为汽车设计研究部门考虑汽车结构更新的重要手段。同时汽车及其零部件作为产品，其可用性及方便使用的性能需要提高，所以在汽车及其零部件的设计与开发中需要贯彻以客户的使用方便性为中心展开。电动记忆座椅的优势在于：每当装有普通座椅的汽车替换驾驶员时需重新调整座椅的位置,这为驾驶员的操作带来极大的不便。需要在动的基础上增加位置存储和恢复功能,以使驾驶员操作更为方便。本文研究了一种记忆存储式座椅控制器,驾驶员可以根据自身特点和驾驶习惯来调整座椅的位置,然后进行记忆存储,在位置改变后,驾驶员可以使用恢复展趋势。一般的轿车都配备有电动调整的座椅,驾驶员可以通过电动控制系节座椅的位置,以获得良好的视野和座椅的最佳舒适性。然而一辆汽车往往会被若干个驾驶使用,每个驾驶员都需功能进行方便的位。乘用车座椅关键核心部件有座椅电机、滑轨、调角器、记忆装置等。这些核心技术尚掌握在博泽、佛吉亚、江森、恺博等外资和合资企业手中。中国作为第一大汽车生产国与消费国，也迫切需要掌握这些核心技术，但与外资企业有一定的差距，国内企业正努力迎头赶上。于中高档乘用车配备装置。座椅电机主要是永磁直流式电机。如果按照磁极数划分可分为两极电机和多极(主要是四极)电机；如果按照磁极材料划分可分为铁氧体电机和稀土电机。目前汽车座椅位置的调节多采用基于手动调节方式的机械和电动控制两种方式。座椅电机配合机械驱动机构可实现座椅在水平抬高和倾斜位置的调节。随着上级供应商对电机要求的不断提高，座椅电机要求在更小的体积下实现更大的输出功率，而且还要具有更高的抗噪声和抗振动质量水平。国外诸如博世等企业很早就进入了汽车微电机行业，积累了非常丰富的设计和制造经验。其产品质量在得到认可的同时，他们的研究方向也引领着汽车微电机行业的发展方向。可以推测，未来汽车座椅电机的发展趋势是朝着体积小巧、输出功率大、噪声低、振动小以及安装简易和快速的方向发展。我国在汽车微、小型电机方面的研究起步较晚，大多数是根据国外大电机的研究资料再展开微小电机的研究工作，这就不可避免产生很多的错误计算。同时，国内在汽车及其零部件的噪声和振动方面的控制与研究也比较薄弱，限制了产品进入高端的市场。有非常高的技术含量和专利保护，其不仅仅是一个重要的功能件，也属于汽车安全件之一。座椅滑轨配合手动锁装置可实现座椅在水平位置的手动调节，配合电机和驱动机构可实现座椅在水平位置的自动调节，市场应用非常广阔。在座椅安全性能指标中，座椅滑轨需要承受24且要保证滑轨在受到正压及侧拉等各个方向的力时要受力均衡，不能产生功能失效。这就对滑轨截面形状的设计和滑轨原材料本身提出了非常高的要求，需要科学合理的设计滑轨截面，特别是滑轨原材料本身需要抗拉强度达到600国内企业的钢材还不能满足原材料如此高的抗拉强度。座椅滑轨的另外一个技术难点在于滑轨制造技术，其要求生产企业具备非常高的大型精密模具和冲床，而国内在这方面的研究也相对落后于国外技术，不能满足产品的设计要求。在国外，座椅滑轨的主要市场被博泽和佛吉亚等企业所控制，是许多整车厂的指定供应商，其产品技术具有结构紧凑和抗拉强度高等优点。未来座椅滑轨将朝着质量轻、强度高、集成化和平台化的方向发展。国内生产座椅滑轨厂家主要有上海明芳汽车部件有限公司、湖北中航精机科技股份有限公司等，面对的市场是低端汽车，且其技术都不能满足中高端汽车所需的安全和性能等规范。宁波双林汽车部件股份有限公司正在研发通用型座椅滑轨，并实现了手、电动滑轨平台的统一，已经申请了专利。其设计与国外座椅滑轨厂家如博泽和佛吉亚等相比较，正在缩短差距。车座椅是衡量汽车性能的重要标注之一，在追求汽车舒适、便捷的当前，驾车人对座椅的舒适便捷性要求也越来越高，电动座椅，尤其是带记忆的电动座椅越来越受到汽车消费者的青睐。在国外，很多品牌的高档车都已安置了座椅记忆器；在国内，价格合适、功能齐全的座椅记忆器更受青睐，而且由高档车向中、低档车拓展的趋势。目前市场上的座椅记忆器一般是采用两种方式来获取座椅电机转动数据(即汽车座椅的位置数据)。一种是利用电位器，这一方案可以记忆较为准确的座椅位置数据，但电位器毕竟是有触点器件，随着触点和电阻图形的磨损会导致控制失灵，因此存在检测精度低与工作寿命短的不足，另外还需要一套与之相配的减速装置。因此，电位器、减速装置都为该方案增加了成本。另外一种是利用霍尔传感器获取座椅电机转动数据，它弥补了前一种方案在成本和寿命上的问题。座椅记忆器不仅可以调节、记忆座椅位置，还可以调节、记忆汽车的左、右后视镜，以及内后视镜的位置，可实现一键将座椅、后视镜恢复到驾驶的最佳位置。此外，座椅记忆器的各模块之间采用样可大大降低汽车线束的使用量。座椅记忆器一般配置在豪华车型上，摩托罗拉、西门子等国际知名公司生产的记忆器在市场上占有很大份额，几乎垄断着座椅记忆器市场，其价格亦高居不下。椅驱动器早期的汽车座椅多采用人工手动方式来调节座椅的前后位置，操作十分不便。座椅驱动器的出现，可以实现座椅位置的自动调节。座椅驱动器的技术原来为德国内研发并取得成果的企业并不多，宁波双林汽车部件股份有限公司通过自主研发，生产出了国内自主知识产权的水平座椅驱动器，并出口海外，成为世界上最大的座椅驱动器供应商之一，打破了国外企业垄断该市场的局面。宁波双林汽车部件股份有限公司生产的座椅驱动器产品特点包括体积小、噪声低、振动小、使用寿命长。能解决现有产品占用车内座椅空间大的缺点。增加的弹性减振垫，可以使浮动螺母能自动调整驱动器丝杆及减速机构相对于螺母的啮合中心位置误差，大幅度降低调节座椅时的噪声和振动。固定于螺杆上的止动盘、浮动螺母、螺母支架和丝杆强度高，能将座椅上下导轨连接成一体，保证座椅在汽车受到强力冲击时不会分离，确保了人身安全。可以预见的是，未来乘用车必然是朝着低端中配、中端高配的方向发展，安装有多极座椅电机、高强度座椅调角器、精确记忆装置和座椅驱动器的汽车座椅将有着广泛的应用范围，产品市场空间也极为广阔。可以说，谁先掌握了这些核心技术，谁就能够夺得未来市场竞争的主动权，谁也就能够获得更大的市场份额。车电子控制系统(以单片机为中心组成的计算机控制系统,也可以称作汽车微机控制系统,由电子控制单元(传感器和执行器组合而成。传感器是信息采集的主要部件,主要用来采集汽车状态信息和各种物理、化学及电信息,并将信号输入至传感器采集的信号分为模拟信号和数字信号,模拟信号需要经过A/对传感器传递的信息进行加工处理,通过预先编制的控制程序来对信号作出响应,并发出各种控制指令,指挥执行机构工作。执行器是按照要完成车电子控制系统框图包括汽车电子控制系统框图和记忆存储式控制器的功能。本设计所研究的记忆存储式座椅控制器所要实现的基本功能如下；(1)能够调节座椅前端升降、垂直升降、水平滑动以及椅背角度4个位置；(2)能够存储驾驶员调整后的后视镜和座椅的位置；(3)能够调用驾驶员存储后视镜和座椅的位置；(4)记录3组位置信息。标 代码 说明座椅高 380460 1H 推荐值座椅深 400460 1L 推荐值座椅宽 450 1W 推荐值座椅角 3 7 1 推荐值靠背高 450550 1A 带头枕的靠背此尺寸可以增加但增加部分的宽度应减小靠背宽 440480 2W 推荐值靠背与座椅夹角 90 105 3 推荐值靠背角调整范围 20 2 推荐值座椅上下调整范围 60 3H 推荐值座椅前后调整范围 100 2L ）等效负载转矩的计算：已知座椅（含驾驶员）的最大重量为W=1500N,导轨上的摩擦系数为 =丝杠的导程为 杠螺母传动副的传动效率为 =据机械效率公式，换算到电机轴上的转矩为：1 500 m 由于座椅的重量较大，丝杠传动副必须预紧，其预紧力为最大轴向载荷的13即：1 1 500 N 取螺母内部的摩擦系数为 m =丝杠预紧后的摩擦转矩为：2 z m 所以，电动机轴上的等效转矩为：1 2 T N m （2）等效转动惯量的计算座椅换算到电动机轴上的转动惯量 1J ：2 2 7 21 2 21 1500 ( ) ( ) 02 10 2 20g mg i 传动系统（丝杠减速器）换算到电动机轴上的转动惯量 2J ：传动件名称 大齿轮 小齿轮 丝杠节圆直径 2d =100 1d =50 长度L=110b =40 1b =20 导程 6 钢减速比 i=20 i=20所以 4 4 3 8 24 4 3 5 21 11 4 4 3 3 22 22 (0 032 32(0 032 32(0 032 32 lJ kg md bJ kg md bJ kg m 因此 2 4 22 1 2 0g kg 所以换算到电动轴上的等效转动惯量为：4 21 2 0 J Kg m 由 m 4 0LJ kg m 查选电动机德昌直流电动机数如下：额定输出功率： 定转矩： m额定转速：n=3800 矩常数： 子惯量： J= 210 Kg m 电机摩擦系数： =枢阻抗： 枢电感： 11机回路总电阻：R=械时间常数： 器时间常数： 3动机的状态空间表示为： ( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )dx t Ax t Bu t Cx t Du t 其中： 0 1 00 20 , 0 0 , 1 0 0C , 0D 所以根据直流伺服电动机的选取，本文选择关频率：f=2051 5 10ST 放大系数： 直系统的直流伺服电动机的计算和选择（1）等效负载转矩的计算已知座椅（含驾驶员）的最大重量为W=1500N,导轨上的摩擦系数为 =杠的导程为 杠螺母传动副的传动效率为 =据机械效率公式，换算到电机轴上的转矩为：1 500 m 由于座椅的重量较大，丝杠传动副必须预紧，其预紧力为最大轴向载荷的13即：1 1 500 503 3 N 取螺母内部的摩擦系数为 m =丝杠预紧后的摩擦转矩为：2 50 z m 所以，电动机轴上的等效转矩为：1 2 T N m （2）等效转动惯量的计算座椅换算到电动机轴上的转动惯量 1J :根据转动惯量换算的功能相等原则有：2 2 8 21 2 21 1500 ( ) ( ) 02 10 2 60g mg i 传动系统（丝杠减速器）换算到电动机轴上的转动惯量 2J ：传动件名称 大齿轮 小齿轮 丝杠节圆直径 2d =100 1d =50 长度L=150b =40 1b =20 导程 5 钢减速比 i=20 i=2所以 4 4 3 8 24 4 3 5 21 11 4 4 3 3 22 22 (0 032 32(0 032 32(0 032 32 lJ kg md bJ kg md bJ kg m 因此 2 6 22 1 2 0g kg 所以换算到电动轴上的等效转动惯量为：4 21 2 0 J Kg m 由 m 6 0LJ kg m 查选电动机德昌直流电动机数如下：额定输出功率： 定转矩： m额定转速：n=2800 矩常数： 子惯量：J= 210 Kg m 电机摩擦系数：=枢阻抗： 枢电感： 12个回路总电阻：R=械时间常数： 器时间常数： 动机的状态空间表示为： ( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )dx t Ax t Bu t Cx t Du t 其中： 0 1 00 , 0 0 , 1 0 0C , 0D 所以根据直流伺服电动机的选取，本文选择关频率：f=2051 5 10ST 放大系数： 动座椅靠背系统的研究及其直流伺服电机的选择计算已知厂家给出的电动座椅靠背调节系统的主要参数如下：采用齿轮机构进行间歇式调节：其中：齿轮的模数m=5，齿轮的齿数z=29,齿轮直径D=0v=300r=6000图 2 2 3 21 1 ( 03J W Kg m 因此 2 4 22 1 2 0g kg 所以换算到电动轴上的等效转动惯量为： 3 21 2 0 J Kg m 背调节机构工作情况由 m 6 0LJ kg m 查选电动机德昌直流电动机数如下：额定输出功率： 定转矩： m额定转速：n=4700 矩常数： 子惯量： J= 210 Kg m 电机摩擦系数： =枢阻抗： 枢电感： 30械时间常数： 动机的状态空间表示为： ( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )dx t Ax t Bu t Cx t Du t 其中： 0 1 00 , 0 0 , 1 0 0C , 0D 所以根据直流伺服电动机的选取，本文选择关频率：f=2051 5 10ST 放大系数： 13 通过对座椅电机的设计计算初步选择德昌系列电机，由于质量按最大载重质量计算，所以电机比实际选用略大，但一定满足使用要求。括对传动机构丝杠的计算和电机的选择，以电机的选择这一部分作为重点。本文通过大量查阅资料和研究，了解了计算座椅所应用的相关参数数据和计算步骤。这章的验算是为下章的设计做铺垫，所以必须设计准确。椅控制开关组件、电源等组成。动座椅后端上升时的电流流向图带有存储功能的驾驶座的电动座椅控制电路系统，控制系统可使座椅获得5个自由度。进行调节时，由按钮控制调节量，然后利用存储功能和开关控制某一位置的数据存储：座椅位置信号取自滑动变阻器上获得的电压降，根据每一自由度电动机驱动座椅，从而使滑动变阻器随动，由此改变变阻器上电压降的数值。控制装置识别座椅的运动机构是否到达止点，到达止点位置时，控制装置及时切断供给电动机的电源，保护电动机和座椅驱动结构。此外，还有不带存储功能的电动座椅系统。不带存储功能的电动座椅比带位置存储功能的电动座椅简单一些，它电动座椅开关、腰垫开关和多个直流电动机组成。动座椅电路图其工作原理是：电动座椅开关与腰垫开关接受来自电源的电流，开关闭合，直流输送到相应的电动机；电动机转动，驱动座椅的各个部分动作，实现座椅的调整。这种控制系统的功能与带电脑的相似，但无座椅记忆功能，不能自动回位。后排乘客电动座椅装有回位开关，可由驾驶员控制它回位。端上、下调节；后端上、下调节；前、后调节；向前、向后倾斜调节，电路图见图7。通过电动座椅调节开关，即可完成不同的调节功能，如电动座椅前端上、下调节，其电路为：（1）向下调节当将电动座椅前端上、下调节开关打到“向下”位置时，电路中的电流为：电源正极直流电断路器/继电器盒2红蓝线红白线电动座椅开关端子1右侧电机电动座椅开关端子10黄红线电动机端子1成员座椅前后调整电机电动机端子2白线6节点动座椅开关端子棕色线搭铁。前端上、下调节电动机起动，座椅前端向下移动。）向上调节当将电动座椅前端上、下调节开关打到“向下”位置时，电路中的电流为：电源正极直流电断路器/继电器盒2红蓝线红白线电动座椅开关端子1右侧电机电动座椅开关端子6白线电动机端子2成员座椅前后调整电机电动机端子1黄红线10节点动座椅开关端子棕色线搭铁。前端上、下调节电动机起动，座椅前端向上移动。路系统是座椅运动中重要的环节，必须研究清楚，通过几周认真的学习分析了电路系统的功能作用及电流的走向，座椅运动时电路路线走向，为下一步编程做准备。第4章 座椅硬件虚拟构建硬件系统是汽车电动座椅的核心和骨架部分，硬件系统主要有传动部分和执行机构组成的。建立主要需要设计座椅底架和靠背机构。动机电动座椅多采用永磁式双向直流电动机，为防止电机过载，电机内一般都装有断路器。由于座椅的类型不同，一般一个座椅可装2个、3个、4个或6个电机。动和执行机构它们的作用是把电机的旋转运动转变成座椅的上下、前后移动或靠背的倾斜摆动。丝杠和螺母机构是核心部件，它具有较大的传动比且自锁性能良好。（1）纵向调整机构 纵向调整机构由外壳、丝杠、塑料螺母等组成，原理是通过电机带动丝杠，丝杠旋转，由于螺母固定在车架上不动，所以座椅沿丝杠方向移动。座椅向前或向后移动。（2）高度调整机构 高度调整机构由外壳、丝杠、塑料螺母等组成，原理是当开关闭合，电动机正转，依次经外壳、丝杠塑料螺母，然后螺母推动连杆绕着一个固定的点转动，于是座椅经连杆支架垂直升高。当电机反转时，座椅垂直降低。杆模数： 1m 螺杆齿距： 分度圆直径： 1 18d 头数：1直径系数： 18q 顶圆直径： 1 20根圆直径： 2 螺距：轮、内齿轮、外齿轮等。铰链销钉有一个偏心凸轮，凸轮中间轴与安装在座椅垫侧的外齿轮同轴；铰链销钉的中间轴与安装在座椅靠背侧的链轮同轴，并与内齿轮同轴转动。当靠背与头枕调节开关打开时，靠背调节的电机运转，并带动链轮转动，安装在链轮上的铰链销钉也同样的一起转动。由于外齿轮安装在坐垫侧，因而铰链销钉的中间轴围绕着带偏心凸轮的中间轴旋转。这样，内齿轮与外齿轮齿合，铰链销钉每转一圈，齿轮转过一定角度。座椅靠背调节的最大角度为54背调节的角度为：2 12 360z zN z (中：靠背角度；N铰链销钉转动圈；1z 外齿轮齿数；2z 内齿轮齿数。座椅靠背的齿轮齿数为 1z 、 2z 因载荷较平稳齿轮转速不是很高，取小齿轮 1z 齿数为29、大齿轮 2z 齿数为30。厂家给出的齿轮参数：法向模数： 5m 齿数： 30z 齿顶圆直径： 75齿根圆直径： 70分度圆直径： 64齿宽： 15s 齿形角： 螺旋角： 括对传动机构丝杠齿轮的设计计算，同时进行了的制作，通过到图书馆查阅相关资料和进行研究，了解了计算座椅硬件系统所应用的相关数据和计算。通过设计传动部分这一部分是座椅的框架部分为下一步设计做基础。述软件系统是汽车座椅的大脑，起着至关重要的作用，设计时先主要设计出系统流程图，然后编辑出主程序及子程序，单片机以89可以用,它的加强版89程有些难度需要不断地学习总结，一步一步脚踏实地的干。中，存取操作的功能