一种基于乘员压力分布的振动触觉智能座椅系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于乘员压力分布的振动触觉智能座椅系统，包括两个乘员压力分布传感单元、乘员压力分布特征提取单元、靠背和坐垫马达阵列和座椅振动控制单元，通过两个乘员压力分布传感单元将压力信息传输至乘员压力分布特征提取单元，经过处理后将特征信息传输至座椅振动控制单元，结合特征信息通过座椅振动控制器对靠背和坐垫马达阵列进行编程控制，实现多种振动幅值、频率以及模式，从而实现与乘员进行交互；本发明专利技术还公开了一种基于乘员压力分布的振动触觉智能座椅系统的控制方法，能够依据乘员与座椅的实际接触区域，自适应地使用有效区域内的振动马达生成快速、准确、有效的触觉信号。本发明专利技术提高了交互的有效性和准确性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于乘员压力分布的振动触觉智能座椅系统及其控制方法


[0001]本专利技术涉及汽车智能座舱人机交互
，更具体的是，本专利技术涉及一种基于乘员压力分布的振动触觉智能座椅系统及其控制方法。

技术介绍

[0002]触觉是一种重要的人机交互媒介，利用触觉进行提示已经在机器人、医疗、教育、虚拟现实、汽车、航空航天、军事等领域得到广泛研究。对于汽车工程领域而言，随着汽车电子化水平的提高以及触觉生成技术的成熟，汽车触觉交互技术在本世纪初开始快速发展。在汽车行驶的整个阶段，乘员与座椅系统保持稳定接触，因此通过座椅振动生成触觉信号的方式实现汽车与乘员的信息传递具有较高的可靠性。自动驾驶汽车发展的不同时期，触觉提示的研究内容也有所差异。低等级自动驾驶时(L0
‑
L2)，汽车触觉提示面向的对象为驾驶员，主要执行导航、周围信息感知以及危险警告等辅助驾驶功能，目的是向执行驾驶任务的驾驶员提供更多关于道路的信息，有助于行驶安全性的提高以及驾驶员操纵汽车技能的提升。高等级自动驾驶(L3
‑
L4)使得驾驶员能够在一定程度上脱离驾驶任务闭环，进行非驾驶相关任务。然而自动驾驶技术的可靠性在很大程度上取决于天气、光照、道路类型等条件，驾驶员需要偶尔进行控制，且在必要时能够进行驾驶权的平顺接管。这为人机交互提出了一个问题，因为需要可靠的方法来指导驾驶员完成突然而复杂的接管过程。触觉提示将是一个不错的选择，特别是当驾驶员视觉和听觉通道中呈现的信息过载时。当汽车发展至完全自动驾驶阶段时(L5)，用户将把注意力完全转移至非驾驶相关任务中。用户不再关注驾驶的相关信息，这将造成其态势感知水平下降，由此引发乘坐安全感的缺失以及晕动症等不良症状。因此为了获得更加舒适的乘坐体验，即使用户不需要关心驾驶任务，他们仍然会中断正在进行的非驾驶相关任务以提升态势感知水平。汽车触觉提示能够使用户在进行非驾驶相关任务的同时并行的接收驾驶相关信息，从而使态势感知水平提高。
[0003]现有汽车座椅触觉交互技术通过预先对均匀布置或基于座椅的力学特征和人体触觉生理特征布置的电机进行振动编码，从而实现多种振动形式以传递不同的信号。该方法存在振动信号生成方式固定，不具备自适应性的缺点。然而随着汽车自动化水平的提高，乘员在行驶过程中的坐姿变得复杂多样，与座椅的接触区域不固定。因此，这将导致正在用于生成触觉信号的振动电机实际上并未与乘员接触，信息传递出现失真、延迟、失效等问题。因此，考虑在汽车行驶过程中乘员与座椅的实际接触区域情况，设计一种自适应的振动触觉智能座椅系统，使振动触觉信号传递快速、准确、有效具有深刻的意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是设计开发了一种基于乘员压力分布的振动触觉智能座椅系统，通过传感单元与振动马达的结合，实现驾乘压力与振动模式的高度同步，从而提高车辆与乘员之间的交互性，并保证交互的有效性和准确性。
[0005]本专利技术还设计开发了一种基于乘员压力分布的振动触觉智能座椅系统的控制方法，能够依据乘员与座椅的实际接触区域，自适应地使用有效区域内的振动马达生成快速、准确、有效的触觉信号。
[0006]本专利技术提供的技术方案为：
[0007]一种基于乘员压力分布的振动触觉智能座椅系统，包括：
[0008]第一乘员压力分布传感单元，其设置在乘员座椅靠背上方；以及
[0009]第二乘员压力分布传感单元，其设置在乘员座椅坐垫上方；
[0010]乘员压力分布特征提取单元，其设置在所述乘员座椅底部，且所述乘员压力分布特征提取单元与所述第一乘员压力分布传感单元和第二乘员压力分布传感单元相连接，用于将压力分布信息转化为有效区域位置信息；
[0011]座椅靠背马达阵列，其设置在所述第一乘员压力分布传感单元的上方，用于对乘员进行振动；
[0012]座椅坐垫马达阵列，其设置在所述第二乘员压力分布传感单元的上方，用于对乘员进行振动；
[0013]座椅振动控制单元，其设置在所述乘员座椅底部，且所述座椅振动控制单元与所述乘员压力分布特征提取单元、座椅靠背马达阵列和座椅坐垫马达阵列相连接，用于接收有效区域位置信息及控制座椅靠背马达阵列和座椅坐垫马达阵列。
[0014]优选的是，所述第一乘员压力分布传感单元和第二乘员压力分布传感单元均包括：
[0015]柔性电路板；以及
[0016]多个柔性压敏电阻，其均匀分布在所述柔性电路板上；
[0017]数据采集模块，其与所述多个柔性压敏电阻相连接，用于将电阻值转换为压力值。
[0018]优选的是，所述多个柔性压敏电阻形成大小为32*32的压力分布传感矩阵，所述压力分布传感矩阵的行、列间距均为15mm。
[0019]优选的是，所述座椅靠背马达阵列和座椅坐垫马达阵列均由多个均匀分布的振动马达组成，且所述座椅靠背马达阵列和座椅坐垫马达阵列均按照8*8的马达阵列矩阵设置在柔性基板上，马达阵列矩阵的行、列间距均为60mm。
[0020]优选的是，所述座椅振动控制单元包括：
[0021]数据接口，其可选择的与所述乘员压力分布特征提取单元相连接；
[0022]电源接口，其与市电相连接；
[0023]座椅振动控制器，其与所述数据接口和电源接口相连接，用于指令的接收和下达；
[0024]靠背振动模块插接线束，其与座椅振动控制器和座椅靠背马达阵列相连接；
[0025]坐垫振动模块插接线束，其与座椅振动控制器和座椅坐垫马达阵列相连接。
[0026]一种基于乘员压力分布的振动触觉智能座椅系统的控制方法，使用所述的基于乘员压力分布的振动触觉智能座椅系统，包括如下步骤：
[0027]步骤1、采集座椅靠背及座椅坐垫上的压力值，若压力值超过压力阈值，则获取对应压敏电阻所在的位置坐标(x,y)；
[0028]步骤2、将座椅靠背和座椅坐垫上压敏电阻所有行坐标和列坐标均按照从小到大分别排列后，获得以(x
min
,y
min
)和(x
max
,y
max
)为顶点的靠背矩形区域和坐垫矩形区域；
[0029]步骤3、在所述靠背矩形区域和坐垫矩形区域内，分别将有效的座椅靠背马达阵列和座椅坐垫马达阵列所在区域划定为两个矩形区域，两个矩形区域的对角顶点坐标为(m
min
,n
min
)和(m
max
,n
max
)；
[0030]其中，若座椅靠背和/或座椅坐垫上的压敏电阻行坐标满足：则对应的座椅靠背马达阵列和/或座椅坐垫马达阵列的行坐标满足：否则
[0031]若座椅靠背和/或座椅坐垫上的压敏电阻列坐标满足：
[0032]则对应的座椅靠背马达阵列和/或座椅坐垫马达阵列的列坐标满足：否则
[0033]若座椅靠背和/或座椅坐垫上的压敏电阻行坐标满足：
[0034]则对应的座椅靠背马达阵列和/或座椅坐垫马达阵列的行坐标本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于乘员压力分布的振动触觉智能座椅系统，其特征在于，包括：第一乘员压力分布传感单元，其设置在乘员座椅靠背上方；以及第二乘员压力分布传感单元，其设置在乘员座椅坐垫上方；乘员压力分布特征提取单元，其设置在所述乘员座椅底部，且所述乘员压力分布特征提取单元与所述第一乘员压力分布传感单元和第二乘员压力分布传感单元相连接，用于将压力分布信息转化为有效区域位置信息；座椅靠背马达阵列，其设置在所述第一乘员压力分布传感单元的上方，用于对乘员进行振动；座椅坐垫马达阵列，其设置在所述第二乘员压力分布传感单元的上方，用于对乘员进行振动；座椅振动控制单元，其设置在所述乘员座椅底部，且所述座椅振动控制单元与所述乘员压力分布特征提取单元、座椅靠背马达阵列和座椅坐垫马达阵列相连接，用于接收有效区域位置信息及控制座椅靠背马达阵列和座椅坐垫马达阵列。2.如权利要求1所述的基于乘员压力分布的振动触觉智能座椅系统，其特征在于，所述第一乘员压力分布传感单元和第二乘员压力分布传感单元均包括：柔性电路板；以及多个柔性压敏电阻，其均匀分布在所述柔性电路板上；数据采集模块，其与所述多个柔性压敏电阻相连接，用于将电阻值转换为压力值。3.如权利要求2所述的基于乘员压力分布的振动触觉智能座椅系统，其特征在于，所述多个柔性压敏电阻形成大小为32*32的压力分布传感矩阵，所述压力分布传感矩阵的行、列间距均为15mm。4.如权利要求1所述的基于乘员压力分布的振动触觉智能座椅系统，其特征在于，所述座椅靠背马达阵列和座椅坐垫马达阵列均由多个均匀分布的振动马达组成，且所述座椅靠背马达阵列和座椅坐垫马达阵列均按照8*8的马达阵列矩阵设置在柔性基板上，马达阵列矩阵的行、列间距均为60mm。5.如权利要求4所述的基于乘员压力分布的振动触觉智能座椅系统，其特征在于，所述座椅振动控制单元包括：数据接口，其可选择的与所述乘员压力分布特征提取单元相连接；电源接口，其与市电相连接；座椅振动控制器，其与所述数据接口和电源接口相连接，用于指令的接收和下达；靠背振动模块插接线束，其与座椅振动控制器和座椅靠背马达阵列相连接；坐垫振动模块插接线束，其与座椅振动控制器和座椅坐垫马达阵列相连接。6.一种基于乘员压力分布的振动触觉智能座椅系统的控制方法，使用如权利要求1
‑
5任意一项所述的基于乘员压力分布的振动触觉智能座椅系统，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、采集座椅靠背及座椅坐垫上的压力值，若压力值超过压力阈值，则获取对应压敏电阻所在的位置坐标(x,y)；步骤2、将座椅靠背和座椅坐垫上压敏电阻所有行坐标和列坐标均按照从小到大分别排列后，获得以(x
min
,y
min
)和(x
max
,y
max
)为顶点的靠背矩形区域和坐垫矩形区域；步骤3、在所述靠背矩形区域和坐垫矩形区域内，分别将有效的座椅靠背马达阵列和座
椅坐垫马达阵列所在区域划定为两个矩形区域，两个矩形区域的对角顶点坐标为(m
min
,n
min
)和(m
max
,n
max
)；其中，若座椅靠背和/或座椅坐垫上的压敏电阻行坐标满足：则对应的座椅靠背马达阵列和/或座椅坐垫马达阵列的行坐标满足：否则若座椅靠背和/或座椅坐垫上的压敏电阻列坐标满足：则对应的座椅靠背马达阵列和/或座椅坐垫马达阵列的列坐标满足：否则若座椅靠背和/或座椅坐垫上的压敏电阻行坐标满足：则对应的座椅靠背马达阵列和/或座椅坐垫马达阵列的行坐标满足：否则若座椅靠背和/或座椅坐垫上的压敏电阻列坐标满足：则对应的座椅靠背马达阵列和/或座椅坐垫马达阵列的列坐标满足：否则式中，(x
min
,y
min
)为靠背矩形区域或坐垫矩形区域的最小位置坐标，(x
max
,y
max
)为靠背矩形区域或坐垫矩形区域的最大位置坐标，(m
min
,n
min
)为有效的座椅靠背马达阵列矩形区域或座椅坐垫马达阵列矩形区域的最小位置坐标，(m
max
,n
max
)为有效的座椅靠背马达阵列矩形区域或座椅坐垫马达阵列矩形区域的最大位置坐标；步骤4、按照导航/接管信息、周围道路信息和/或汽车未来行为信息，对以(m
min
,n
min
)和(m
max
,n
max
)为对角顶点坐标的座椅靠背马达阵列矩形区域或座椅坐垫马达阵列矩形区域内的振动马达启动不同的振动模式。7.如权利要求6所述的基于乘员压力分布的振动触觉智能座椅系统的控制方法，其特征在于，所述导航/...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈传亮，马骁远，张龙旭，岳玉冰，叶瑞章，高镇海，胡宏宇，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：