一种缓解晕动病的座椅嵌入式控制系统及方法技术方案

一种缓解晕动病的座椅嵌入式控制系统，包括PC上位机、compactRIO嵌入式控制器、C系列模块、传感器和执行器，所述PC上位机与所述compactRIO嵌入式控制器连接，所述compactRIO嵌入式控制器与所述C系列模块连接；所述减震器内安装有用于调节汽车座椅悬架阻尼的减震器变阻尼比例阀，所述弹簧内安装有用于调节汽车座椅悬架刚度的弹簧变刚度比例阀；所述传感器包括加速度传感器和电阻应变式传感器，所述加速度传感器佩戴于人的头部用于振动信号的采集，电阻应变式传感器安于坐垫表面用于人体静载荷的测量。本发明专利技术提供了一种安全、舒适性较高的缓解晕动病的座椅嵌入式控制系统及方法。

A Seat Embedded Control System and Method for Relieving Motion sickness

An embedded seat control system for relieving motion sickness includes PC host computer, compact RIO embedded controller, C series module, sensor and actuator. The PC host computer is connected with the compact RIO embedded controller, the compact RIO embedded controller is connected with the C series module, and the shock absorber is installed in the shock absorber for adjusting the damping of the automobile seat suspension. A variable damping proportional valve is installed in the spring to adjust the stiffness of the automobile seat suspension; the sensor includes an acceleration sensor and a resistance strain sensor, which are worn on the head of a person for vibration signal acquisition, and a resistance strain sensor which is mounted on the cushion surface for static load measurement. The invention provides a seat embedded control system and method for alleviating motion sickness with high safety and comfort.

【技术实现步骤摘要】
一种缓解晕动病的座椅嵌入式控制系统及方法
本专利技术涉及座椅控制
，尤其是涉及一种缓解晕动病的座椅嵌入式控制系统及方法。
技术介绍
在乘坐交通出行的过程中，会有一部分人患晕车(晕动病)表现恶心呕吐症状的经历，外界的机械运动或视野中物体都肯能会引起部分人的不适，具体如车辆的反复颠簸、眼睛视场中的物体运动等，严重则是引起晕车(晕动病)。预防晕车的方法中，绝大部分人都会选择吃晕车药或气味刺激等生理方法，但是通过吞服药物来解决，对大部分人而言或许并不是最佳的选择，因为自身的药理性对有些人不适合，气味刺激也并不具有普遍适用性，相对地，通过外界机械运动的控制来实现晕动病的预防或缓解的方法则更具有普适性和安全性，而在有关预防晕车的专利中，还未有从控制机械运动的层面来预防或缓解晕车症状的器械或方法。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的缺陷，本专利技术提供了一种安全、舒适性较高的缓解晕动病的座椅嵌入式控制系统及方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种缓解晕动病的座椅嵌入式控制系统，包括PC上位机、compactRIO嵌入式控制器、C系列模块、传感器和执行器，所述PC上位机与所述compactRIO嵌入式控制器连接，所述compactRIO嵌入式控制器与所述C系列模块连接；所述执行器包括安装于汽车座椅上的悬架，所述悬架包括减震器和弹簧，所述减震器内安装有用于调节汽车座椅悬架阻尼的减震器变阻尼比例阀，所述弹簧内安装有用于调节汽车座椅悬架刚度的弹簧变刚度比例阀；所述传感器包括加速度传感器和电阻应变式传感器，所述加速度传感器佩戴于人的头部用于振动信号的采集，电阻应变式传感器安于坐垫表面用于人体静载荷的测量；所述C系列模块包括三个模拟输入输出模块，分别为第一模拟输入输出模块、第二模拟输入输出模块、第三模拟输入输出模块，所述第一模拟输入输出模块用于采集加速度传感器的电压信号和电阻应变式传感器的信号，所述第二模拟输入输出模块用于采集减震器变阻尼比例阀输出相应的电流信号，所述第三模拟输入输出模块用于采集弹簧变刚度比例阀输出相应的电流信号；所述加速度传感器和电阻应变式传感器均与所述第一模拟输入输出模块连接，所述第一模拟输入输出模块与所述compactRIO嵌入式控制器连接，所述compactRIO嵌入式控制器分别与第二模拟输入输出模块、第三模拟输入输出模块连接，所述第二模拟输入输出模块与所述减震器变阻尼比例阀连接，所述第三模拟输入输出模块与所述弹簧变刚度比例阀连接。进一步，所述compactRIO嵌入式控制器包括RT处理器和FPGA终端，在PC上位机、RT处理器和FPGA终端中分别创建VI程序即HostVI、RTVI和FPGAVI，HostVI通过前面板与用户进行交互，便于用户在前面板操作进行发送命令，此外也能进行数据的显示与存储如振动频率和加速度均方根值；RTVI则是对PC上位机发送过来的命令进行处理并将具体的底层程序的执行标签发送给FPGAVI，其次，RTVI将FPGA终端采集到的数据亦进行监控或分析，同时将数据标签发送给HostVI进行显示，另外RTVI中的程序将数据进行记录通过网络流到HostVI进行存储；FPGAVI内部的两个线程分别对执行器进行的底层控制与传感器信号的采集和处理；PC上位机通过网线和compactRIO嵌入式控制器进行连接，相应的VI则是通过消息，标签和网络流通信，而RTVI和FPGAVI间采用DMAFIFO先入先出的方式进行庞大数据流的高速读写，避免数据的丢失和保证系统的响应速度。一种缓解晕动病的座椅嵌入式控制系统实现的方法，通过RT处理器中的RTVI实现振动加速度的监测并计算加速度均方根值，若振动频率和加速度均方根值大小在图3中发生恶心呕吐的概率大于0，则发送控制标签给FPGAVI，该程序基于粒子群优算法以人体最小振动加速度为目标进行优化控制，通过模拟输入输出模块控制相应比例阀的开关比例，最终降低人体的振动强度，使得人体发生恶心呕吐的可能降至最低。本专利技术的设计构思：本专利技术旨在通过外界机械运动的控制实现预防或缓解晕动病，此种方法相比前者更为安全；在一些研究人员的有关机械振动对晕动病影响的研究基础上，本专利技术通过垂直方向的振动控制来缓解晕动病甚至是达到预防的效果；将汽车座椅改装成为具有变阻尼和变刚度的悬架结构，通过配备的嵌入式控制系统，并以晕动病相关理论为控制核心，在车身振动激励下，改变座椅悬架的振动特性缓解晕动病甚至是达到预防目的。本专利技术的有益效果主要表现在：本专利技术以人体垂直方向振动和晕动病关系为核心控制思想，对乘车人员具有更大的普遍适用性，具有安全、可靠、易实现的优点；此种方法无须对车辆进行改装，只是改装车辆的座椅即可，且采用的电子控制系统以compactRIO嵌入式控制器为控制设备，具有改写程序容易，开发周期短，响应快速等优势。附图说明图1是三自由度“人体-座椅”振动模型示意图。图2是本专利技术的原理框图。图3是人处于不同频率和加速度均方根值垂直振动下发生恶心呕吐的概率分布图，其中左横轴Frequency(Hz)表示振动频率(单位Hz),右横轴Acceleration(ms-2r.m.s.)表示振动加速度均方根值(单位ms-2)，垂直轴incidenceofvomiting表示呕吐发生概率(单位％)。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述。参照图1～图3，一种缓解晕动病的座椅嵌入式控制系统，包括PC上位机、compactRIO嵌入式控制器、C系列模块、传感器和执行器，所述PC上位机与所述compactRIO嵌入式控制器连接，所述compactRIO嵌入式控制器与所述C系列模块连接；所述执行器包括安装于汽车座椅上的悬架，所述悬架包括减震器和弹簧，所述减震器内安装有用于调节汽车座椅悬架阻尼的减震器变阻尼比例阀，所述弹簧内安装有用于调节汽车座椅悬架刚度的弹簧变刚度比例阀；所述传感器包括加速度传感器和电阻应变式传感器，所述加速度传感器佩戴于人的头部用于振动信号的采集，电阻应变式传感器安于坐垫表面用于人体静载荷的测量；所述C系列模块包括三个模拟输入输出模块，分别为第一模拟输入输出模块、第二模拟输入输出模块、第三模拟输入输出模块，所述第一模拟输入输出模块用于采集加速度传感器的电压信号和电阻应变式传感器的信号，所述第二模拟输入输出模块用于采集减震器变阻尼比例阀输出相应的电流信号，所述第三模拟输入输出模块用于采集弹簧变刚度比例阀输出相应的电流信号；所述加速度传感器和电阻应变式传感器均与所述第一模拟输入输出模块连接，所述第一模拟输入输出模块与所述compactRIO嵌入式控制器连接，所述compactRIO嵌入式控制器分别与第二模拟输入输出模块、第三模拟输入输出模块连接，所述第二模拟输入输出模块与所述减震器变阻尼比例阀连接，所述第三模拟输入输出模块与所述弹簧变刚度比例阀连接。本专利技术将传统的汽车座椅改造成具有变阻尼和变刚度的悬架结构，为使在车身振动时调节减振器阻尼系数和弹簧刚度进而改变“人体-座椅”振动特性，三自由度“人体-座椅”振动模型如图1所示。mh人体静载荷；Kh人体刚度；Ch人体阻尼；Kseat坐垫刚度；Cseat坐垫阻尼；m1坐垫质量；K1座椅悬架可变刚度；C1座椅悬架可变阻尼；Zh人体振动位本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种缓解晕动病的座椅嵌入式控制系统，其特征在于：包括PC上位机、compactRIO嵌入式控制器、C系列模块、传感器和执行器，所述PC上位机与所述compactRIO嵌入式控制器连接，所述compactRIO嵌入式控制器与所述C系列模块连接；所述执行器包括安装于汽车座椅上的悬架，所述悬架包括减震器和弹簧，所述减震器内安装有用于调节汽车座椅悬架阻尼的减震器变阻尼比例阀，所述弹簧内安装有用于调节汽车座椅悬架刚度的弹簧变刚度比例阀；所述传感器包括加速度传感器和电阻应变式传感器，所述加速度传感器佩戴于人的头部用于振动信号的采集，电阻应变式传感器安于坐垫表面用于人体静载荷的测量；所述C系列模块包括三个模拟输入输出模块，分别为第一模拟输入输出模块、第二模拟输入输出模块、第三模拟输入输出模块，所述第一模拟输入输出模块用于采集加速度传感器的电压信号和电阻应变式传感器的信号，所述第二模拟输入输出模块用于采集减震器变阻尼比例阀输出相应的电流信号，所述第三模拟输入输出模块用于采集弹簧变刚度比例阀输出相应的电流信号；所述加速度传感器和电阻应变式传感器均与所述第一模拟输入输出模块连接，所述第一模拟输入输出模块与所述compactRIO嵌入式控制器连接，所述compactRIO嵌入式控制器分别与第二模拟输入输出模块、第三模拟输入输出模块连接，所述第二模拟输入输出模块与所述减震器变阻尼比例阀连接，所述第三模拟输入输出模块与所述弹簧变刚度比例阀连接。...

【技术特征摘要】
1.一种缓解晕动病的座椅嵌入式控制系统，其特征在于：包括PC上位机、compactRIO嵌入式控制器、C系列模块、传感器和执行器，所述PC上位机与所述compactRIO嵌入式控制器连接，所述compactRIO嵌入式控制器与所述C系列模块连接；所述执行器包括安装于汽车座椅上的悬架，所述悬架包括减震器和弹簧，所述减震器内安装有用于调节汽车座椅悬架阻尼的减震器变阻尼比例阀，所述弹簧内安装有用于调节汽车座椅悬架刚度的弹簧变刚度比例阀；所述传感器包括加速度传感器和电阻应变式传感器，所述加速度传感器佩戴于人的头部用于振动信号的采集，电阻应变式传感器安于坐垫表面用于人体静载荷的测量；所述C系列模块包括三个模拟输入输出模块，分别为第一模拟输入输出模块、第二模拟输入输出模块、第三模拟输入输出模块，所述第一模拟输入输出模块用于采集加速度传感器的电压信号和电阻应变式传感器的信号，所述第二模拟输入输出模块用于采集减震器变阻尼比例阀输出相应的电流信号，所述第三模拟输入输出模块用于采集弹簧变刚度比例阀输出相应的电流信号；所述加速度传感器和电阻应变式传感器均与所述第一模拟输入输出模块连接，所述第一模拟输入输出模块与所述compactRIO嵌入式控制器连接，所述compactRIO嵌入式控制器分别与第二模拟输入输出模块、第三模拟输入输出模块连接，所述第二模拟输入输出模块与所述减震器变阻尼比例阀连接，所述第三模拟输入输出模块与所述弹簧变刚度比例阀连接。2.如权利要求1所述的一种缓解晕动病的座椅嵌...

【专利技术属性】
技术研发人员：王奇明，谢伟东，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33