汽车电动座椅课程设计

摘要

现在的生活中，随着人们生活水平的提高，汽车已经成为人们必不可缺的交通工具。汽车座椅的舒适度密切关系着驾驶员出行，座椅的不适可能引起驾驶员产生较大的不舒适感，从而影响驾车质量，即而增加了交通事故发生的概率。而现今为止，汽车座椅位置的调节基本有两大方式，一是传统的采用基于手动调节方式的机械，这种方式现在仍广为运用，二是较为先进的电动控制。本文所设计的就是使用51系列单片机控制的电动座椅控制系统。采用几个开关来控制电机的正反转，从而可以方便的调节座椅的位置，使驾驶员能够根据自己的需求有效的增加驾驶的舒适度。本文主要由垂直方向，水平方向，靠背倾角三个方向调节座椅的位置，并使用行程开关防止电机在极限位置继续运转而烧毁。

关键词：电动座椅、89C52单片机、双向直流电机、位置传感器

第一章绪论

1.1 电动座椅研究的背景

如今，汽车的功能已不单纯是代步，还代表着身份等。汽车座椅也不再是简单的一个座椅。而是应市场需求，被厂家赋予了更多的功能。比如温度湿度的控制功能、自动按摩功能等等，都是人们追求更高生活质量在汽车座椅设计上的体现。除了汽车座椅整体的变化外，汽车座椅面料也在发生着变化。总体看来，汽车座椅面料的发展方向是：通过大力创新，提升自主开发设计能力，在用料的考究上，织纹与材质色彩的协调上，力求表现产品的经典、尊贵等特点，突出多样化、个性化，以应对众多消费群体挑剔的选择。因此，未来汽车座椅面料应综合体现它的美学要求、性能要求、安全要求、卫生要求及环保要求等方面的内容。

1.2 电动座椅研究的意义

驾驶座椅状态主要是指驾驶座椅与方向盘距离的远近，座椅面的高低和座椅靠背的俯仰角度。而驾驶员座椅状态是否合适，将直接影响到驾驶员的身心状态以及视野大小，从而影响到行车安全。而实现座椅状态在人员要求下的自动调整，将会使得调整变得轻松和快捷。现如今，座椅的舒适性不仅要让驾乘人员坐在座椅上时感到舒服，还应综合考虑驾乘人员的各种感官知觉(比如视觉、触觉、听觉和嗅觉)、心里感觉和功能性感觉(是否符合人际工程)等，这将在未来的座中变得越来越重要。电动座椅、座椅加热的通风装置、双密度的坐垫泡沫等技术的普及也将大大提升座椅的舒适性。而且，在今天座椅的设计和开发过程更注重采用绿色环保材料，例如采用可再生的原材料生产坐垫等用品。另外，轻量化的产品设计，即采用更少的材料也是提高产品环保性的一大举措。

电动座椅是指以电动机为动力，通过传动装置和执行机构来调节座椅的各种位置，为驾驶员提供便于操作、舒适而又安全的驾驶位置；为乘客提供不易疲劳、舒适而又安全的乘坐位置。按人体工程学的要求，座椅必须具有良好的静态与动态舒适性。其外形必须符合人体生理功能，在不影响舒适性的前提下，力求美观大方。座椅应采用最经济的结构，尽可能地减少质量。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，要求对汽车座椅地调节能够更加简单、方便、快捷。更简单更轻松的调整座椅位置，减轻驾驶疲劳，使人更舒适的操控汽车。汽车电动座椅以驾驶者的座椅为主。从服务对象出发，电动座椅必须要满足便利性和舒适性两大要求。也就是说驾驶者通过键钮操纵，既可以将座椅调整到最佳的位置上，使驾驶者获得最好视野，得到易于操纵方向盘、踏板、变速杆等操纵件的便利，还可

以获得最舒适和最习惯的乘坐角度。

1.3 课题的要求

1.座椅负载：150kg；

2.电源：车用电源；

3.车型：微型轿车；

4.各方向调节范围：前后250mm，俯仰60度，高低150mm。

第二章电动座椅的组成部分

为满足不同体型、不同坐姿的驾驶员的喜好，驾驶员座椅通常具有较大范围的调节功能，座椅由3个直流电机牵引，其中高度调节电机1个以支撑驾驶者在垂直方向做上下移动，水平调节和靠背调节电机各1个用来控制座椅靠背的角度变化和水平位置。直流电动机电枢电压为12V。汽车座椅自动控制系统89C52单片机、驱动模块、传动机构以及按键开关构成。电动机的转速和座椅的位置信息由安装在电机上的霍尔传感器检测，经整形和放大后送入单片机，构成系统的速度反馈。通过手动开关控制直流电动机正反转，改变传动轴的行程和方向，从而调节汽车座椅的位置。电动座椅主要由座椅开关、控制部分、位置传感器、执行机构的传动机构五大部分组成。开关包括座椅各位置（靠背、滑动、垂直）的电动开关。单片机内容包括对于电机控制，本设计中主要采用的是89C51单片机。执行机构主要包括座椅调整的驱动电动机等，而且这些电动机均可灵活地进行正反转，以执行各种装置的调整功能。座椅电控系统框图和整体结构图如图1。

图1

整体结构图

第三章电动座椅执行系统结构

3.1 电动机

电动座椅大多采用永磁式电动机驱动，此类电动机多采用双向电动机。其电枢的旋转方向随电流的方向改变而改变，从而使电动机按照不同的电流方向进行正传或反转。并通过装在座位侧板上或门扶手上的肘节式控制开关来控制电路通路和电流方向，使某一电动机按所需的方向运转，以达到调整座椅的目的。为了防止电动机过载，大多数永磁式电动机内装有热过载保护断路器。有些电动座椅采用直流电动机来驱动，并装有两个磁场线圈，使其可作双向运转。这种电动机多使用继电器控制电流方向。

3.2 调节开关

它主要是用来调整座椅的各种位置。当按下此开关后，电控单元就会控制相应电动机运转，按照驾驶员的要求调整座椅的位置。

3.3 控制部分

单片机是最小的应用控制系统。本课题的控制部分我主要采用89C52单片机控制电机的运转。但由于应用系统中有一些功能器件无法集成到芯片内部，如晶振、复位电路等，需要在片外加接相应的电路。对于片内无程序存储器的单片机，还应该配置片外程序存储器。构成最小应用系统时只要将单片机接上外部的晶体或时钟电路和复位电路即可。座椅位置信号取自变阻器上的电压降。根据每个自由度上的电动机驱动座椅，从而使变阻器随动。根据变阻器的电压降，控制单元识别座椅的运动机构是否到达“死点”，如果到达“死点”位置时，电控单元及时切断供电电源，保护电动机和座椅驱动机构。

3.4 位置传感器

位置传感器主要是用来检测座椅的各种位置，其结构如图2所示。设计中我采用的是霍尔传感器。它主要由齿轮、滑块和螺旋杆（可变电阻器）组成，其工作原理和一般电位计相似。螺旋杆由电动机通过齿轮驱动旋转，并带动滑块在电阻器上

图2 座椅位置传感器

图3 霍尔式座椅位置传感器的结构图