CN102050038A - 用于动态调节车辆座椅乘员身体支撑的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于当前的车速和关于当前道路走向的存储数据的一种用于动态调节车辆座椅乘员身体支撑的方法。按照发明可提高舒适度并且尽少分散其对交通状况的注意力，通过在行驶过程中预先计算出一条车辆最可能沿其行驶的道路，这时各个预先计算出最可能会行驶的道路比即将出现的弯道末端更长，并且在通过这段弯道时可调节适应于整个预先计算出的最有可能行驶的道路的身体支撑。

Description

用于动态调节车辆座椅乘员身体支撑的方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种根据独立权利要求书总称所述的用于动态调节车辆座椅乘员身体支撑的方法以及一个执行该方法的装置，该方法基于当前的车速和关于当前道路走向的存储数据。

背景技术

车辆座椅一般分为运动型和舒适型两种，其区别主要在于侧面支撑。目前也已有座椅，其侧面支撑能够根据具体的行驶状况从舒适型动态转换到运动型。

专利DE 35 41 537 A1和DE 197 50 223 A1公开了一种动态调节的车辆座椅，其具有能够充气和放气的用于支撑乘员身体的座椅靠枕，该座椅靠枕充气的调节取决于行驶速度，方向盘的转角，车辆横向加速度和倾度的大小，从而使侧面支撑适应于具体的行驶状况。

这种系统的缺点在于，只有当汽车已经在弯道中该系统才起作用，这是因为座椅靠枕的充气和放气需要一定的时间。如果使侧面支撑更迅速的进行变化也不是一个好的解决方式，其原因不仅是高额的系统成本，更主要的是乘员在系统迅速起作用时会感到突兀和不适。

专利EP 1 192 061 B1公开了一种用于动态调节车辆座椅上乘员身体支撑的方法，该方法根据当前的行驶速度预测出用于当前调节的一个尺寸并且通过一个集成在车辆座椅里面的调节系统进行调节，用于调节座椅侧面身体支撑的调节系统的延迟将通过以下方式得到补偿，即利用数字道路芯片中存储的当前道路走向，并将当前汽车的数据投射到其中，同时考虑系统本身的适应时间对调节系统进行控制，当发生需要调节的事件，比如通过一条弯道，至少能够首先进行相应的预先调节。

这些公开的系统将对每条弯道进行调节。一连串弯道将会使座椅靠枕不断地充气和放气，这会使乘员感到不适并且当乘员是驾驶员时，这会产生潜在的危险，因为驾驶员会因此而分散了对交通状况的注意力。

发明内容

本发明的任务在于，实现一种使乘员感到特别舒适的并且尽可能少分散其注意力的对身体靠枕的身体支撑动态调节。

这个任务将通过独立权利要求书中的特征所述的一个方式和对应的装置来解决。

在公开的方法中，预测最多只执行到即将出现的弯道末端。与此相对，本发明中的预测将超出即将出现的弯道末端。从而可以预测到，是否后面有一条或者更多的弯道。利用这些信息可以使得身体支撑优化地与行驶道路相适应，从而使乘员享受到最大的舒适并且尽可能少地受到座椅靠枕充气和放气所造成的影响。

在一个优选的具有侧面身体支撑的实施形式中，当预测到一段直路后面最可能的道路是右拐弯时，乘员只会在左侧得到支撑，或者当预测到一段直路后面最可能的道路是左拐弯时，乘员只会在右侧得到支撑，或者当预测到最可能的道路是若干紧密相继的弯道时，比如S形弯道或者预测的道路曲度突然变化时，乘员会在左右两侧得到支撑。

有利的是，当事先计算出来的最可能的道路超出即将出现的弯道末端的这段路程大于以下一段行驶时间的所对应的路程，这段行驶时间大于座椅靠枕放气时间，两段并不直接相连的弯道之间座椅靠枕应该保持无气状态的间歇时间和将其充气的时间之和。这段间歇时间应该按照以下方式调节，即达到乘坐舒适性或者驾驶安全性与较少分散驾驶员注意力之间的很好的妥协，同时能够依靠驾驶员所预选的驾驶模式比如舒适型，普通型和运动型，根据速度(只要有合适的测量数据能够自动得到)，驾驶风格，驾驶员的乘坐位置，驾驶员的体重和/或者其他一些参数而改变，从而实现与驾驶员的自动匹配。

决定激活或者解除座椅靠枕的算法是基于当前的车速和所预测的汽车即将行驶的道路做出判别的，这段道路通过当前道路走向和/或者驾驶员所执行的任意动作，比如加速，刹车，启动转弯灯等计算出来。

其他一些该算法优选应该注意或者遵循的观点和原理如下：

-当前的座椅调节。

-同时执行若干激活(行为)。这样将避免对乘员的打扰和对其注意力的分散并且减少激活周期的数量。如果预测到有许多弯道，所有的激活行为应该集中到一个激活周期中，不管弯道方向是否发生变化以及其发生变化的顺序。如果预测到一个弯道非常多的路段，那么将座椅靠枕两侧在整个弯道路段保持充气状态则是非常有利的。

-可回溯性。算法所作的判断应该对于乘员来说是可回溯的，即座椅靠枕应该在第一个弯道开始前完全充气，在一连串弯道后的最后一个弯道结束后开始放气。

-物理的局限性。算法应该考虑将座椅靠枕充气或者放气所需要的时间。因为这些时间与乘员的身高和体重相关，可以借助座椅传感器或者已执行的激活周期自动获得。

-清楚的决定，比如在一个实施形式中，乘员一般只在离心力将其推出的一侧得到支撑。只有在一连串弯道，比如S弯道的情况下，乘员才会在两侧得到支撑。这种两侧支撑在预测道路的曲度突然变化的情况下也是有利的，这样乘员不会在座椅中来回的摇摆。

利用本发明可以使侧面支撑的大小根据即将出现的道路走向以舒适的方式改变，而不会分散驾驶员或者乘客的注意力。支撑策略取决于行驶状况，尤其是速度，即将出现的弯道的弯曲方向和大小。

任何情况下，都将尽可能平缓地改变身体支撑，从而使该系统让驾驶员感到尽可能的舒适。

此外驾驶员由座椅经过触觉反馈得到即将出现于其前的道路走向的信息。

实现该方法需要一个侧面支撑能够改变的座椅和数字道路芯片，由该芯片可以预测得到即将出现的道路的走向。由于即将出现的道路走向已知，调节车辆座椅的硬件和软件的反应并不需要很快，因此可以沿用已有的标准多轮廓座椅。对于具有这种座椅和导航系统的汽车而言，本发明成本很低并且可以只需借助软件来实现。

本发明对数字道路芯片和汽车信息的融合不只预测一条弯道，而是评价一条完整的路段，其包括比即将出现的弯道更多的信息并且支撑策略将为整段路而实施。同时不需要已经行驶道路的历史数据并且不需要用于任意附加道路信息的附加存储设备。此外可以实现对驾驶员驾驶风格和身体特征的自动匹配。

在相关的权利要求书中将给出本发明有利的进一步改善。

附图说明

下面将借助附图对本发明进行详细的描述。其示出了：

图1用于阐述优选的侧面支撑算法中基本判断的简图；

图2用于阐述确定座椅靠枕充气时间间隔的图表；

图3用于阐述在两条弯道及它们之间存在一条较长的直道的情况下系统的反应方式的时间表；

图4用于阐述在两条弯道及它们之间存在一条较短的直道的情况下系统的反应方式的时间表。

具体实施方式

首先借助图1对优选的侧面支撑算法中的基本判断进行阐述。

汽车中的一个电子控制单元借助比如导航系统计算出汽车行驶过程中最可能会行驶的道路。当座椅传感器识别出一个可适应车辆座椅被占用时，则启动该方式。

在侧面支撑座椅靠枕没有充气的中间位置，当识别出一段直路之后最可能的道路是右转弯时，乘员只会在左侧得到支撑，在弯道结束时对相应的座椅靠枕进行放气。

当识别出一段直路之后最可能的道路是左转弯时，乘员只会在右侧得到支撑，在弯道结束时对相应的座椅靠枕进行放气。

当识别出一段直路之后最可能的道路是比如S弯道时，乘员会在左右两侧得到支撑，在S弯道的结束时对这两个座椅靠枕进行放气。这种两侧支撑也可以在预测道路的弯度突然改变的情况下实施。

按照图2现在可以阐述，在本方法中实施的算法如何在车速和即将出现的道路走向的基础上计算出是否必须对座椅靠枕进行充气以及该充多久。当出现一种新的最有可能出现的道路时总是执行本算法。

判定的基础是预期的侧向加速度。侧向加速度a由如下得出：

$a=r\left(s\right)\·{\mathrm{\ω}}^2=\frac{v^2}{r\left(s\right)}$

其中，s为当前车辆位置的距离，r(s)为距离s中的曲率半径，ω为角速度，而v为车速。a值对于左弯取正，对于右弯取负。侧向加速度a在当前车速v_mom维持为恒定不变的前提下可以一种关于时间t的函数来表示：

$a\left(t\right)=\frac{{v_{\mathrm{mom}}}^2}{r(v_{\mathrm{mom}}\·t)}$

建议的算法要求定义一组参数。这些参数的值必须在实验中进行优化。

i.第一个参数是时间间隔Δrest，它至少是一个或者若干个座椅靠枕充气(时间间隔Δinflate)和放气(时间间隔Δdeflate)持续的时间：

Δrest＝Δinflate+Δdeflate+Δpause

ii.Δpause定义了系统在两次激活周期中间至少应当停留在静止状态的时间。静止状态中所有侧向支撑的座椅靠枕均抽空。该时间定义了两条弯道中间直线道路走向的最短长度，用于将弯道视为两个分开的事件。如果直线短于该长度，则两条弯道只能导致一个激活周期。

iii.算法的另一个参数是加速度的上极限值Ah。为使算法启动必须按照数量超过该极限值。

iv.最后一个参数是加速度的下极限值A_l，它规定了弯道在哪里开始或者结束。

本算法试图首先通过加速度的绝对值超过加速度的上限值来找到第一个时间点T_h，

T_h＝min{t|A_h≤|a(t)|}

当存在这样的时间点T_h(附加的一步可以最小速度v_mom为前提，用以避免在停泊策略中对座椅靠枕进行充气)时，本算法试图找到围绕该值的最大间隔[T_a，T_b]，从而保证加速度的绝对值决不在长于Δrest时间中低于加速度下极限A_l。

$T_a=\max \{t\∈[0,T_h\left]\right|\underset{t^{\′}\∈[t-{\mathrm{\Δ}}_{\mathrm{rest}},t]}{\max }\left|a\left(t^{\′}\right)\right|\≤A_l\}$

$T_b=\min \{t\∈[T_h,\∞\left]\right|\underset{t^{\′}\∈[t,t+{\mathrm{\Δ}}_{\mathrm{rest}}]}{\max }\left|a\left(t^{\′}\right)\right|\≤A_l\}$

本算法的另一种可选版本是只运用几何数据来计算弯道的起始和终结点。最后给出两个公式应取1/r(t′)来代替a(t′)。

图2显示了这些公式。按照图2，图表中列出关于时间(水平的)的垂向加速度值，预测这些值用于快速通过一相继包括S弯，直线和一系列若干紧密互接的弯道构成的路段。在直线区域以时间顺序画入的柱条是时间间隔Δrest。如图表下半部分中放大画出的柱条所示，时间间隔由已提及的时间Δinflate，Δdeflate和Δpause组成的。整个柱条必须配合到两个相继的弯道中用以启动一个附加的充气/放气循环。

如已提及，Δinflate是用于对一个或者若干个座椅靠枕充气所持续的时间。Δinflate是变化的并且取决于乘员以及是否在一侧或者两侧进行充气。Δdeflate是使一个或若干个座椅靠枕完全放气所持续的时间并同样也是变化的。取决于若干因素的变量Δinflate和Δdeflate将借助一个由先前冲放气循环构成的反馈循环不断进行细化。

Δpause是一个指示座椅在下个充气循环发生前应在放气状态中持续时间的参数。它决定了算法的预测距离以及确定多少个弯道被概括其中。随之，Δpause确定了系统的反应性。如果Δpause大，通过进行较少的冲放气循环，使得许多弯道会被包括其中而系统变得不够灵敏。

此外还有一种选择，通过在短直线道路上采用部分放气从而获得更多一些的反应性。

图3示出在两个左弯道加两者中间一条直道的情况下系统的响应特性。在图3A和3B中分别水平列出路段。在图3A中垂向列出预测的侧向加速度。在图3B中示出起到根据所期望的侧向支承动态调节身体支撑作用的一个或者若干座椅靠枕的期望的充气状态。为简化起见，在图3B中垂向示出曲线图的侧边，实际上它们倾向于一种温和的响应。可认出地是，一旦车辆位于直道上，与图2中柱条相符合的柱条配合到两段弯道之间，因为两段弯道被认为是分开的事件并且座椅靠枕被放空，并在第二个弯道开始前重又被充满。

图4示出两个左弯道加两者中间一条短直道的情况下系统的响应特性。在图4a，4b，4c和4d中分别水平列出路段。在图4a中垂向列出预测的侧向加速度。在图4b，4c和4d中示出一个或若干相应的座椅靠枕的充气状态。可认出地是，在图4a中的柱条不能配合进入两段弯道之间。

对于图4b中示出的策略，图4A的两段弯道被视作一个事件。座椅靠枕在直道上完全保持充气，并在第二个弯道之后才重又放气。

对于图4c中示出的策略，座椅靠枕在直道上仅缓慢和部分地放气并且重新充满。

图4d中示出的策略是将两段相继的弯道始终视作分开的事件，根据每段弯道对座椅靠枕进行放气。这种策略在结果中符合最新技术水平。

前述的用于座椅靠枕充气和放气的策略可以由下面描述的方法进行优化，用以进一步提高使用者的舒适度。

其目的在于，减小充气状态的相继变化。

另一个目的在于，通过考虑座椅使用者的身体特征减小充气持续时间Δinflate。持续的时间可基于先前的冲放气循环进行细化。

座椅靠枕中的空气压力可取决于预测的加速度的最大值来产生。压力可适应于驾驶员的驾驶风格并且/或者驾驶员可以在预先定义的调节比如运动，舒适和普通中进行选择。调节可基于车辆数据比如特征车速，特征刹车习惯等，为自动计算出驾驶员的驾驶风格并且使座椅靠枕中的压力与之相适应。

“完全放气”和“完全充气”的两种状态之间还可存在多种中间值。使用者还可以自己调节“完全放气”和“完全充气”的两种状态的基准值。

已描述的方法并不仅可应用于通过座椅靠枕充气和放气调节的调节座椅，还可以用于带有机械变化，即机械可激活和可解除的侧向支撑的车辆座椅。

Claims (10)

1.基于当前的车速和关于当前道路走向的存储数据的一种用于动态调节车辆座椅乘员身体支撑的方法，

其特征在于，

在汽车行驶过程中预先计算出一条车辆最可能沿其行驶的道路，这时各个预先计算出最可能会行驶的道路比即将出现的弯道末端到达更远地方，并且在通过这段弯道时调节适应于整个预先计算出的最有可能行驶道路的身体支撑。

2.按照权利要求1的方法，

其特征在于，

适应于整个预先计算出的最有可能行驶的道路的身体支撑已在通过弯道前进行调整。

3.按照权利要求1或2侧向支撑身体的方法，

其特征在于，

-当预测到一段直路后面最可能的道路是右拐弯时，车辆座椅上就坐的乘员只会在左侧得到支撑，

-当预测到一段直路后面最可能的道路是左拐弯时，乘员只会在右侧得到支撑，以及

-当预测到最可能的道路是若干紧密相继的弯道时或者预测的道路曲度突然变化时，乘员会在左右两侧得到支撑。

4.按照权利要求3的方法，

其特征在于，

路段被视作直线，当它的曲度在最小长度上低于某一阈值。

5.按照上述权利要求之一的方法，

其特征在于，

预先计算出来的最可能的道路超出即将出现的弯道末端的这段路程及被视为直线路段的最小长度与以下一段行驶时间所对应的路程，这段行驶时间大于至少使一个座椅靠枕放气所持续的时间(Δdeflate)，两段并不直接相连的弯道之间座椅靠枕应该保持无气状态的间歇时间(Δpause)和将至少激活一个座椅靠枕的时间(Δinflate)之和。

6.按照权利要求5的方法，

其特征在于，

激活和使至少一个座椅靠枕无气的时间是变化的，并且借助座椅传感器及从已过激活周期中可自动得出或进行适应。

7.按照权利要求5或6的方法，

其特征在于，

两段并不直接相连的弯道之间座椅靠枕应该保持无气状态的间歇时间(Δpause)的大小是一个预先可调节或者与测得或者从乘员方面可选择参数有关的可变化的，并且当两段并不直接相连的弯道之间的路程不够时，为了在相应的行驶时间内至少对一个座椅靠枕进行放气，至少在间歇期间保持放气以及重新激活充气，至少一个座椅靠枕在该路段上保持激活状态或者只是部分失效或者对于同一个支撑方位有多个支撑靠枕的情况下仅使一个或几个座椅靠枕失效。

8.按照上述权利要求之一的方法，

其特征在于，

在考虑参数如当前座椅调节，乘员所坐位置，其驾驶风格和/或者其体重进行身体支撑的调节。

9.按照上述权利要求之一的方法，

其特征在于，

身体支撑的调节在本身成功的若干个激活和失效过程归于一个过程的前提下进行。

10.基于当前的车速和关于当前道路走向的存储数据的一种用于动态调节车辆座椅乘员身体支撑的装置，

其特征在于，

用于实施按照之前所述权利要求中的一个的方法而构成本装置。

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