一种基于指纹身份识别的汽车驾驶座椅自动调节装置及方法与流程

本发明涉及汽车领域，具体涉及一种汽车座椅调节控制装置及控制方法，主要对汽车驾驶员身份识别和驾驶员座椅的自动调节控制。

背景技术：

随着我国经济、科学技术水平的逐渐发展，汽车在我们工作生活中出现的越来越普遍，因此会有更多的人选择汽车作为代步工具，但目前市场上的汽车座椅的调节方式人性化水平有所不足，驾驶座椅调节需要手动调整，无法主动识别驾驶人员身份；当不同身高体型的驾驶人员驾驶同一辆汽车，每次换乘时都需要手动去调节驾驶座椅的位置和高度，麻烦费力，而且很难精确调节到某个固定的最佳舒适位置，驾驶座椅位置不佳会导致行车视角受限，甚至影响到行车安全。

目前与汽车驾驶座椅自动调节相关的产品及专利主要有：一种汽车座椅调节系统及其控制方法(专利申请号201210199093.6)由中央处理单元、摄像头、压力传感器、选择按钮、座椅调节电机和存储单元组成，通过摄像头、压力传感器、选择按钮连接中央处理单元，中央处理单元连接座椅调节电机和存储单元。汽车座椅调节系统能自动调节座椅，使座椅调节到适合驾驶员乘坐的位置，并且最合适的位置可记忆存储方便下次同一驾驶员乘坐时自动调整。这种调整方式的确能通过摄像头、压力传感器采集收集数据并进行快速调节，但属于模糊调节，不能精确调整到个人最佳舒适的位置，尤其是在光线不足的环境条件下，这种调整方式未必能够正常工作。

汽车座椅调节方法和系统(专利申请号201610116271.2)通过：获取设置在安全带锁扣中的NFC读写器中存储的座椅位置数据，座椅位置数据为移动终端发送给设置在安全带插扣中的NFC标签之后由NFC读写器从NFC标签中读取的；根据座椅位置数据，调节汽车的座椅位置。实现了在扣设安全带的时候自动读取与用户对应的座椅位置数据，根据自动读取的座椅位置数据调节汽车的座椅位置，不需要用户每次乘车的时候手动调节座椅的位置，便于用户调节座椅，较快的满足用户的需求。这种方法虽然可以快速调节驾驶座椅，但不同驾驶员换乘时每次都需要更换NFC标签，会比较麻烦，且当驾驶人员忘记携带NFC标签时，该系统就无法正常工作。

汽车座椅调节装置及汽车(专利申请号201320708051.0)通过传感器根据乘坐用户身体重量的压力，电机根据传感器反馈的参数对座椅进行个性化调节，并可以存储记忆该用户的个人参数，以便该用户在下一次使用时直接调用该模式，这种方法虽然能对驾驶员座椅实现方便的调节，但相同体重的人的身高可能会有较大的差距，所以这种调节属于模糊调节，无法调节到最舒适的位置。

综上所述，现阶段汽车驾驶座椅自动调节方法与装置虽然有了一定程度的发展，但是实用性、方便程度、调节精准度依旧不够，使得汽车人性化不足，座椅调整麻烦，误差大，影响使用效率。

技术实现要素：

本发明针对现有汽车手动调节驾驶座椅，存在只能进行单一移动副或转动副的调整，不能联动，不能保证每次座椅调节到位或者调节位置一致等问题，以及自动调节驾驶座椅存在调节的舒适度无法保证、使用环境局限性等缺点，提供一种基于指纹身份识别的汽车驾驶座椅自动调节装置及方法，所要解决的技术问题是：识别驾驶人员身份，并根据不同驾驶人员的设定的位置参数，自动把座椅调节到指定坐标位置，其调整的过程中，上下、前后移动副和椅背转动副能够同时进行联动，效率高，节省时间。

本发明的基于指纹身份识别的汽车驾驶座椅自动调节装置实现的技术解决方案包括ARM控制单元、指纹读取模块、位置传感器、座椅自动调节机构组成，其中指纹读取模块用于读取驾驶人员的指纹信息，ARM控制单元通过指纹信息比对判别身份，座椅调节机构根据ARM给出的脉宽调制信号将座椅精准运行到设定不同的坐标位置。

本发明所述的指纹读取按钮模块，由电容式指纹传感器和启动按钮相结合而成，在手指用力按下的过程中，不仅能够读取指纹图案还能触动启动按钮，使电路形成通路。

电容式指纹传感器的工作原理是通过手指上的沟壑形成电容差从而形成指纹图像，所以当手指上有油墨影响表面图像时也能正常工作，与光电式指纹传感器相比能在更恶劣的环境下使用，通用性更广。

本发明所述的座椅自动调节机构，由两个电机驱动模块(一个驱动模块用于驱动调节座椅上下和前后方向移动的电机、另一驱动模块用于驱动调节座椅角度转动的电机)、三个步进电机、两个减速器、两根丝杆/丝杆螺母、可调节式驾驶座椅；位置传感器包括两个直线位移传感器、一个角位移传感器组成；驱动模块的芯片采用SGS公司的L298N芯片。高度调节电机采用kefon的F110，其额定功率30kw，额定电压12V；前后调节电机采用kefon的F109，其额定功率0.03kw，额定电压12V；椅背角度调节电机采用广州中创汽车座椅有限公司生产的ZCM-ROC，额定电压12V；直线位移传感器安装在座椅滑动导轨上，角位移传感器安装在座椅椅背角度调节器上。

当驾驶人员按下指纹传感器，ARM单片机通过传感器读取的指纹信息判别驾驶员的身份，继而给出脉宽调制信号给电机驱动模块驱动电机转动，电机通过减速器和丝杆/丝杆螺母的传动从而带动座椅在导轨上滑动，完成座椅前后、上下方向的调节；同时控制椅背调节电机转动实现对椅背角度的调节，此外直线位移传感器和角位移传感器时时监测座椅位置的变化，控制调节误差，从而实现驾驶座椅的自动调节。

本发明的基于指纹身份识别的汽车驾驶座椅自动调节装置的使用操作过程是：驾驶员第一次驾驶该汽车时需手动调整座椅到某个最佳舒适位置，然后用3根不同的手指按下指纹传感器，存储个人指纹信息与匹配的座椅坐标位置，ARM存储单元收集调整后的坐标数据，通过量子遗传算法计算驾驶员已调整使用过后的座椅舒适度，此后每次上车仅需按下指纹传感器，座椅就能自动调节到相应的位置。

本发明的有益效果：

(1)在存储驾驶人员指纹信息和座椅坐标位置参数之后，仅仅需要按下指纹传感器，座椅能够同时进行上下、前后移动副和椅背转动副的联动，快速精确的自动调节到原先设定的位置、状态，比目前的手动调整式驾驶座椅更快捷、方便；

(2)受环境影响的因素小，几乎不会出现因外界环境变化而无法正常使用的情况。

(3)当关闭发动机，拉起手刹，座椅自动回调到原点起始坐标位置，方便驾驶人员下车，提高了汽车启动效率，提升了使用人性化。

附图说明

图1为本发明的基于指纹身份识别的汽车驾驶座椅自动调节装置的组成结构示意图；

图2为本发明的基于指纹身份识别的汽车驾驶座椅自动调节装置的调节流程示意图；

图3为本发明的驾驶员座椅的电机驱动电路图；

图4为本发明的选择座椅最佳舒适位置的量子遗传算法求解流程框图。

具体实施方式

如图1所示，基于指纹身份识别的汽车驾驶座椅自动调节装置包括ARM控制单元、指纹读取模块、位置传感器、座椅自动调节机构组成。

其中，座椅自动调节机构由电机驱动模块、步进电机、减速器、丝杆/丝杆螺母、座椅；所述位置传感器包括直线位移传感器、角位移传感器；指纹读取按钮模块由电容式指纹传感器和ARM单片机组成。ARM通过录入的指纹信息判断驾驶人员的身份从而按照驾驶员设定的参数调整座椅位置。

当驾驶员进入车内，按下指纹传感器之前，驾驶座椅的位置为原点坐标位置(0,0,90°)即前后、上下方向的位置为0、椅背角度为90度，在读取驾驶员的身份后，驾驶座椅进入自动调节过程。当驾驶员停车关闭发动机，再次按下指纹模块后，座椅自动回复到原点坐标位置，方便驾驶员下车。

如图2所示，本发明的基于指纹身份识别的汽车驾驶座椅自动调节装置的调节流程示意图。

当驾驶员进入车内按下指纹传感器后，ARM调取存储器内的数据库比对指纹，判断驾驶员指纹信息是否有记录。

如果有记录则根据对应驾驶员设定的座椅位置坐标给予步进电机相应的脉冲宽度调制信号以驱动电机，在电机带动座椅移动的过程中，安装在滑动导轨上的直线位移传感器和安装在椅背角度调节器里的角位移传感器时时测量座椅位置参数。如果到达指定的位置，则完成调节过程；如果没有到达指定的位置则继续执行。

当指纹传感器读取、对比驾驶人员的指纹后如果没有记录，则语音提醒驾驶员手动调节驾驶座椅和录入三根不同的手指的指纹，在完成以上步骤之后记录驾驶座椅的坐标位置和对应的驾驶人员指纹信息，完成整个流程。

安装在座椅导轨上的直线位移传感器的作用在于把直线机械位移量转换成电信号，将线性电位器贴附在滑轨上，电刷跟随座椅移动，通过刷头在滑轨上的位移来测量不同的阻值，传感器滑轨接通电流，刷头和始端之间的电压，与刷头在滑轨上移动的长度成正比。

安装在座椅椅背上的无接触式电容角度传感器反馈椅背的角度给ARM，传感器相当于两个电容的串联，电容的串联值随着静片电容和转动片电容之间角度的变化而变化。

初始状态转动片与静片相对面积为零，当转动片从初始位置开始，相对于静片转过角度θ(0＜θ＜90°)，则两片之间相对面积发生变化，从而导致电容值的改变。

ARM通过电路电压变化计算出座椅位移距离和椅背的偏转角度，如果位置出现偏差则对其校正。

如图3所示，本发明的驾驶员座椅的电机驱动电路图。当按下电容式指纹传感器后，传感器读取指纹信息，ARM通过存储的坐标参数驱动电机调节座椅的位置。

电容式指纹传感器的表面上集成有成千上万半导体器件，手指贴在其上与其构成了电容的另一面，由于手指平面凸凹不平，凸点处和凹点处接触平板的实际距离大小就不一样，形成的电容值也就不一样，ARM根据这个原理将采集到的不同的数值汇总，就完成了指纹的采集。

本发明采集的指纹图像，处理过程特征是：图像通过ARM进行指纹取样、指纹图像预处理、二值化处理、细化、纹路提取、细节特征提取、指纹匹配等算法处理之后，对比图像判断是否为车载信息库里的成员。

如图4所示，本发明选择调节座椅位置到最舒适的坐标，计算方法特征是：采用基于量子遗传算法的函数寻优算法，初始化种群Q(t₀)，种群中全部染色体的所有基因都被初始化为即座椅位置初始化设置为坐标原点，对调整结束后的每个个体位置和对应该位置的舒适度分别进行一次统计记录，以获得一组对应的解随后，从该组数据中进入循环排除迭代阶段，种群的解逐渐向最舒适的坐标位置逐渐收敛。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。