CN103698099A - 五自由度汽车座椅振动试验台 - Google Patents

Abstract

本发明属于汽车测试技术领域，具体涉及一种可进行汽车座椅平顺性试验和舒适性主客观评价试验的五自由度汽车座椅振动试验台。该试验台包括机体部分A、连接机体部分A的控制系统B和连接控制系统B的上位机C，所述的机体部分A包括夹具模块、设置在夹具模块下面的动力模块和设置在动力模块下面的底部支撑模块。本发明是一种在精度、结构、安装、维护、环境污染、噪声、性能测试方面明显优于现有单自由度座椅试验台的五自由度汽车座椅振动试验台，克服液压动力源的局限，并使其可对汽车座椅进行平顺性试验和舒适性主客观评价试验，缩短汽车座椅的开发周期。

Description

五自由度汽车座椅振动试验台

技术领域

本发明属于汽车测试技术领域，具体涉及一种可进行汽车座椅平顺性试验和舒适性主客观评价试验的五自由度汽车座椅振动试验台。

背景技术

汽车座椅多自由度振动试验在汽车座椅开发过程中起着重要作用，现有技术中汽车座椅单自由度振动试验台采用液压缸为动力源，液压驱动方式存在诸多固有缺陷：液压系统密封易发生泄漏，液压油易对环境产生污染；液压油易受到污染，需定期更换，维护成本高；液压泵作用时噪声大；位置控制精度不高，提高精度需要昂贵的定位传感器和精密的电动液压阀门，且运动存在蠕变、滞后、盲区、压力和温度变化使控制更加复杂。这些缺陷使得单自由度座椅试验台结构复杂，适用范围窄，精度不高，成本昂贵，不能简单地扩充试验台的自由度数，进而不能对试验座椅进行多自由度的主客观评价振动试验。

发明内容

本发明的目的是要提供一种在精度、结构、安装、维护、环境污染、噪声、性能测试方面明显优于现有单自由度座椅试验台的五自由度汽车座椅振动试验台，克服液压动力源的局限，并使其可对汽车座椅进行平顺性试验和舒适性主客观评价试验，缩短汽车座椅的开发周期。

本发明通过以下技术方案实现：该试验台包括机体部分A、连接机体部分A的控制系统B和连接控制系统B的上位机C，所述的机体部分A包括夹具模块、设置在夹具模块下面的动力模块和设置在动力模块下面的底部支撑模块。

所述夹具模块由座椅安装支架和作动板构成，其中所述试验座椅支架通过螺栓与座椅移动板联接，座椅移动板通过螺栓与动力模块中的纵向导轨滑块联接。

所述的动力模块包括纵向推杆电机、联轴器、滚珠丝杠、纵向导轨滑块、纵向滑轨、横向导轨滑块、横向推杆电机、联轴器、滚珠丝杠、侧倾旋转振动电机、俯仰旋转振动电机、下振动板、导向杆、电机上端固定板、小导向轴承、光栅探头、动子机械限位、横向滑轨、上振动板、内侧空心圆柱、外侧空心圆柱、吊耳、滑动导杆、大导向轴承、固定座、直线电机、上部定子压板、电机动子、直线编码器、中部定子压板、限位块、下部定子压板、电机定子、接近开关和底部动子垫块，其中，纵向推杆电机通过联轴器与滚珠丝杠联接，滚珠丝杠和纵向导轨滑块联接，纵向导轨滑块与纵向滑轨联接，纵向滑轨固定在横向导轨滑块上，横向导轨滑块与横向滑轨联接，横向推杆电机通过联轴器与滚珠丝杠联接，滚珠丝杠和横向导轨滑块联接，横向滑轨固定在上振动板上，上振动板和下振动板之间有嵌套在一起的两个空心圆柱，内侧空心圆柱与上振动板联接，俯仰旋转振动电机固定在下振动板上，俯仰旋转振动电机的旋转轴与吊耳联接，同时俯仰旋转振动电机的旋转轴与外侧圆柱侧面孔联接，侧倾旋转振动电机固定在外侧圆柱的壁上，侧倾旋转振动电机的旋转轴与外侧圆柱联接，同时侧倾旋转振动电机的旋转轴与内侧圆柱侧面孔联接，下振动板与滑动导杆和导向杆联接，滑动导杆与大导向轴承相配合，滑动导杆的末端与直线电机的动子联接，大导向轴承与电机上端固定板联接，导向杆与小导向轴承相配合，小导向轴承与电机上端固定板联接，电机上端固定板通过固定座与电机支柱联接，电机定子与电机支柱联接，将直线电机固定在底部基础板上，电机定子上部通过电机上部定子压板固定，中部通过电机中部定子压板固定，下部通过电机下部定子压板固定，电机动子通过滑轨与电机定子联接，直线编码器滑动部分与电机动子联接，直线编码器固定部分与电机定子联接，光栅探头与电机定子联接，接近开关通过上端可调底座与电机定子联接，限位块与电机动子联接，动子机械限位与底部动子垫块联接，底部动子垫块与底部基础板联接，底部基础板与机体垫块联接。

所述直线电机、俯仰旋转振动电机、侧倾旋转振动电机、横向推杆电机和纵向推杆电机构成动力模块的五个动力源，分别带动座椅的垂向、俯仰、侧倾、横向和纵向五个自由度运动。

所述的底部支撑模块由电机支柱，底部基础板和机体垫块构成，其中所述的电机支柱与电机定子联接，将直线电机固定在底部基础板上，底部基础板与机体垫块联接，机体垫块起到缓冲作用。

所述的控制系统B由伺服控制器和分别连接纵向推杆电机、横向推杆电机、侧倾旋转振动电机、俯仰旋转振动电机和直线电机的驱动器构成，其中所述的伺服控制器连接上位机C、座椅传感器、接近开关和直线编码器。

本发明具有以下优点和积极效果：

1、本发明创造相对于背景技术的主要不同点是：①整套系统的组成在现有技术中没有公开；②采用直线电机、俯仰旋转振动电机、侧倾旋转振动电机、横向推杆电机和纵向推杆电机作为动力源，克服了液压系统的局限性和不足，③整套系统具有五个自由度，除了可以对试验座椅进行振动试验，验证座椅悬架的减振性能之外，还可可以进行座椅的多自由度舒适性主观评价试验。

2、本发明安装简单合理，仅需简单布线，不需要昂贵的管道、过滤器、泵等。

3、本发明有高的预期使用寿命，额定负载下可实现数百万次循环，使用寿命非常长。

4、本发明维护成本极低，使用期间具有可重复、可再生性能。

5、本发明环境污染和噪声小，本身清洁且能效高。

6、本发明采用电机做激振源，响应快，频带宽，可以覆盖整个人体敏感振动范围；

7、本发明有更高精度的控制方法，设备可使用高端的运动控制器进行复杂的运动序列操作，位置控制分辨率可达到1微米以上，另外可采用直线伺服电机全闭环的控制方式，使综合位置控制精度大幅提高。

8、本发明具有五个座椅自由度，将试验台安装在地下，可以进行人体振动试验，进行座椅悬架减振效果试验和舒适性的主观评价试验。

附图说明：

图1是本发明五自由度汽车座椅振动试验台的整体结构示意图。

图2是本发明机体部分结构示意图。

图3是本发明图2中机体部分D向投影图。

图4是本发明俯仰旋转振动电机和侧倾旋转振动电机部分的立体结构分解示意图。

图5是本发明俯仰旋转振动电机和侧倾旋转振动电机部分的结构正视图。

图6是本发明图5中沿E-E截面的剖视图。

图7是本发明由横向推杆电机和纵向推杆电机组成的十字导轨滑台部分的结构示意图。

图8是本发明十字导轨滑台的俯视图。

图9是本发明控制系统B的控制流程图。

图中：A机体部分，B控制柜部分，C上位机；1夹具模块，2动力模块，3底部支撑模块；10座椅安装支架，11作动板；201纵向推杆电机，2011联轴器，2012滚珠丝杠，202纵向导轨滑块，203纵向滑轨，204横向导轨滑块，205横向推杆电机，2051联轴器，2052滚珠丝杠，206侧倾旋转振动电机，207俯仰旋转振动电机，208下振动板，209导向杆，210电机上端固定板，211小导向轴承，212光栅探头，213动子机械限位，214横向滑轨，215上振动板，216内侧空心圆柱，217外侧空心圆柱，218吊耳，219滑动导杆，220大导向轴承，221固定座，222直线电机，223上部定子压板，224电机动子，225直线编码器，226中部定子压板，227限位块，228下部定子压板，229电机定子，230接近开关，231底部动子垫块；301电机支柱，302底部基础板，303机体垫块。

具体实施方式

如附图1所示：该试验台包括机体部分A、连接机体部分A的控制系统B和连接控制系统B的上位机C。

如附图2、3、7、8所示：所述的机体部分A包括夹具模块1、设置在夹具模块1下面的动力模块2和设置在动力模块2下面的底部支撑模块3。

所述夹具模块1由座椅安装支架10和作动板11构成，其中所述试验座椅支架10通过螺栓与座椅移动板11联接，座椅移动板11通过螺栓与动力模块2中的纵向导轨滑块202联接。

所述的动力模块2包括纵向推杆电机201、联轴器2011、滚珠丝杠2012、纵向导轨滑块202、纵向滑轨203、横向导轨滑块204、横向推杆电机205、联轴器2051、滚珠丝杠2052、侧倾旋转振动电机206、俯仰旋转振动电机207、下振动板208、导向杆209、电机上端固定板210、小导向轴承211、光栅探头212、动子机械限位213、横向滑轨214、上振动板215、内侧空心圆柱216、外侧空心圆柱217、吊耳218、滑动导杆219、大导向轴承220、固定座221、直线电机222、上部定子压板223、电机动子224、直线编码器225、中部定子压板226、限位块227、下部定子压板228、电机定子229、接近开关230和底部动子垫块231，其中，纵向推杆电机201通过联轴器2011与滚珠丝杠2012联接，滚珠丝杠2012通过相应匹配的螺母和纵向导轨滑块202联接，纵向导轨滑块202通过间隙配合与纵向滑轨203联接，纵向滑轨203通过螺栓固定在横向导轨滑块204上，横向导轨滑块204通过间隙配合与横向滑轨214联接，横向推杆电机205通过联轴器2051与滚珠丝杠2052联接，滚珠丝杠2052通过相应匹配的螺母和横向导轨滑块204联接，横向滑轨214通过螺栓固定在上振动板215上，上振动板215和下振动板208之间有嵌套在一起的两个空心圆柱，内侧空心圆柱216通过螺栓与上振动板215联接，俯仰旋转振动电机207的安装座通过螺栓固定在下振动板208上，俯仰旋转电机207的旋转轴通过滚动轴承与吊耳218联接，同时俯仰旋转振动电机207的旋转轴通过花键与外侧圆柱217侧面孔的花键联接（也可通其他的方式联接），侧倾旋转振动电机206的安装座通过螺栓固定在外侧圆柱217的壁上，侧倾旋转振动电机206的旋转轴通过滚动轴承与外侧圆柱217联接，同时侧倾旋转振动电机206的旋转轴通过花键与内侧圆柱216侧面孔的花键联接（也可通过其他方式联接），下振动板208通过螺栓与滑动导杆219和导向杆209联接，滑动导杆219与大导向轴承220相配合，滑动导杆219的末端通过螺栓与直线电机的动子224联接，大导向轴承220通过螺栓与电机上端固定板210联接，导向杆209与小导向轴承211相配合，小导向轴承211通过螺栓与电机上端固定板210联接，电机上端固定板210通过固定座221与电机支柱301联接，电机定子229通过螺钉与电机支柱301联接，将直线电机222固定在底部基础板302上，电机定子229上部通过电机上部定子压板223固定，中部通过电机中部定子压板223固定，下部通过电机下部定子压板223固定，电机动子224通过滑轨与电机定子229联接，直线编码器225滑动部分与电机动子224联接，直线编码器224固定部分与电机定子229联接，光栅探头212通过螺钉与电机定子229联接，接近开关230通过上端可调底座与电机定子229联接，限位块227通过螺栓与电机动子224联接，动子机械限位213通过螺栓与底部动子垫块231联接，底部动子垫块231通过螺栓与底部基础板302联接，底部基础板302与机体垫块303联接。

所述的底部支撑模块3由电机支柱301，底部基础板302和机体垫块303构成，其中所述的电机支柱301通过螺钉与电机定子229联接，将直线电机222固定在底部基础板302上，底部基础板302与机体垫块303联接，机体垫块303起到缓冲作用。

所述直线电机222、俯仰旋转振动电机207、侧倾旋转振动电机206、横向推杆电机205和纵向推杆电机201构成动力模块2的五个动力源，分别带动座椅的垂向、俯仰、侧倾、横向和纵向五个自由度运动。

所述的直线电机222带动座椅的垂向自由度运动是这样实现的：电机动子224相对于电机定子229上下移动，带动滑动导杆219的上下移动，从而带动下振动板208及下振动板208以上部件的上下移动，最终带动座椅的垂向自由度运动。

如附图4、5、6所示：所述的侧倾旋转振动电机206和俯仰旋转振动电机207带动座椅的俯仰和侧倾两个自由度运动是这样实现的：侧倾旋转振动电机206的旋转轴的旋转带动外侧圆柱217空转，同时侧倾旋转振动电机206的旋转轴的旋转带动内侧圆柱216侧倾旋转，从而带动上振动板215及上振动板215以上部件的侧倾转动，最终带动座椅的侧倾自由度运动；俯仰旋转振动电机207的旋转轴的转动与吊耳218之间空转，俯仰旋转振动电机207的旋转轴的转动带动外侧圆柱217的俯仰旋转，从而带动内侧圆柱216及内侧圆柱216以上部件的俯仰转动，最终带动座椅的俯仰自由度运动。

如附图7、8所示：所述的横向推杆电机205和纵向推杆电机201带动座椅的横向和纵向两个自由度运动是这样实现的：横向推杆电机205的旋转轴的旋转带动滚珠丝杠2052的旋转，滚珠丝杠2052的旋转带动横向导轨滑块204的横向移动，从而带动纵向滑轨203及纵向滑轨203以上部件的横向移动，最终带动座椅的横向自由度运动；纵向推杆电机201的旋转轴的旋转带动滚珠丝杠2012的旋转，滚珠丝杠2012的旋转带动纵向导轨滑块204的纵向移动，从而带动夹具模块1的作动板11及以上部件的纵向移动，最终带动座椅的纵向自由度运动。

如附图9所示：所述的控制系统B由伺服控制器和分别连接纵向推杆电机201、横向推杆电机205、侧倾旋转振动电机206、俯仰旋转振动电机207和直线电机222的驱动器构成，其中所述的伺服控制器连接上位机C、座椅传感器（根据实际需要安装在座椅上）、接近开关230和直线编码器224。

本发明的工作过程为：上位机C与控制系统中的伺服控制器连接；伺服控制器连接试验座椅传感器，采集座椅加速度、相对位移等信号，通过A/D转换后上传给上位机C；伺服控制器连接直线编码器224信号，一方面采集位移相关数据，上传给上位机C，另一方面参与座椅垂向位置和速度的闭环控制；伺服控制器连接接近开关230，采集位置I/O信号，一方面确保电机动子在安全范围内运动，另一方面作零点判断使用；伺服控制器向各自的电机驱动器发出指令信号，驱动器通过动力电缆连接电机，给电机提供足够的电流用来驱动电机动子224带动滑动导杆219上下运动，以此带动下振动板208及其上的部件一起振动，从而实现座椅垂向自由度的运动；驱动俯仰旋转振动电机207和侧倾旋转振动电机206带动上振动板215分别产生俯仰和侧倾运动，以此带动上振动板215及其上的部件一起振动，从而实现座椅的俯仰和侧倾自由度的运动；驱动纵向推杆电机201和横向推杆电机205带动纵向导轨滑块202和横向导轨滑块204分别产生横向和纵向运动，以此带动座椅移动板11及以上的部件一起振动，从而实现座椅横向和纵向自由度的运动。

上述实施例仅用于说明本发明，其中各电机之间的位置关系、各部件的结构和连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明保护范围之外。

Claims (6)

1.一种五自由度汽车座椅振动试验台，其特征在于：该试验台包括机体部分（A）、连接机体部分（A）的控制系统（B）和连接控制系统（B）的上位机（C），所述的机体部分（A）包括夹具模块（1）、设置在夹具模块（1）下面的动力模块（2）和设置在动力模块（2）下面的底部支撑模块（3）。

2.根据权利要求1所述的一种五自由度汽车座椅振动试验台，其特征在于：所述夹具模块（1）由座椅安装支架（10）和作动板（11）构成，其中所述试验座椅支架（10）通过螺栓与座椅移动板（11）联接，座椅移动板（11）通过螺栓与动力模块（2）中的纵向导轨滑块（202）联接。

3.根据权利要求2所述的一种五自由度汽车座椅振动试验台，其特征在于：所述的动力模块（2）包括纵向推杆电机（201）、联轴器（2011）、滚珠丝杠（2012）、纵向导轨滑块（202）、纵向滑轨（203）、横向导轨滑块（204）、横向推杆电机（205）、联轴器（2051）、滚珠丝杠（2052）、侧倾旋转振动电机（206）、俯仰旋转振动电机（207）、下振动板（208）、导向杆（209）、电机上端固定板（210）、小导向轴承（211）、光栅探头（212）、动子机械限位（213）、横向滑轨（214）、上振动板（215）、内侧空心圆柱（216）、外侧空心圆柱（217）、吊耳（218）、滑动导杆（219）、大导向轴承（220）、固定座（221）、直线电机（222）、上部定子压板（223）、电机动子（224）、直线编码器（225）、中部定子压板（226）、限位块（227）、下部定子压板（228）、电机定子（229）、接近开关（230）和底部动子垫块（231），其中，纵向推杆电机（201）通过联轴器（2011）与滚珠丝杠（2012）联接，滚珠丝杠（2012）和纵向导轨滑块（202）联接，纵向导轨滑块（202）与纵向滑轨（203）联接，纵向滑轨（203）固定在横向导轨滑块（204）上，横向导轨滑块（204）与横向滑轨（214）联接，横向推杆电机（205）通过联轴器（2051）与滚珠丝杠（2052）联接，滚珠丝杠（2052）和横向导轨滑块（204）联接，横向滑轨（214）固定在上振动板（215）上，上振动板（215）和下振动板（208）之间有嵌套在一起的两个空心圆柱，内侧空心圆柱（216）与上振动板（215）联接，俯仰旋转振动电机（207）固定在下振动板（208）上，俯仰旋转振动电机（207）的旋转轴与吊耳（218）联接，同时俯仰旋转振动电机（207）的旋转轴与外侧圆柱（217）侧面孔联接，侧倾旋转振动电机（206）固定在外侧圆柱（217）的壁上，侧倾旋转振动电机（206）的旋转轴与外侧圆柱（217）联接，同时侧倾旋转振动电机（206）的旋转轴与内侧圆柱（216）侧面孔联接，下振动板（208）与滑动导杆（219）和导向杆（209）联接，滑动导杆（219）与大导向轴承（220）相配合，滑动导杆（219）的末端与直线电机的动子（224）联接，大导向轴承（220）与电机上端固定板（210）联接，导向杆（209）与小导向轴承（211）相配合，小导向轴承（211）与电机上端固定板（210）联接，电机上端固定板（210）通过固定座（221）与电机支柱（301）联接，电机定子（229）与电机支柱（301）联接，将直线电机（222）固定在底部基础板（302）上，电机定子（229）上部通过电机上部定子压板（223）固定，中部通过电机中部定子压板（223）固定，下部通过电机下部定子压板（223）固定，电机动子（224）通过滑轨与电机定子（229）联接，直线编码器（225）滑动部分与电机动子（224）联接，直线编码器（224）固定部分与电机定子（229）联接，光栅探头（212）与电机定子（229）联接，接近开关（230）通过上端可调底座与电机定子（229）联接，限位块（227）与电机动子（224）联接，动子机械限位（213）与底部动子垫块（231）联接，底部动子垫块（231）与底部基础板（302）联接，底部基础板（302）与机体垫块（303）联接。

4.根据权利要求3所述的一种五自由度汽车座椅振动试验台，其特征在于：所述直线电机（222）、俯仰旋转振动电机（207）、侧倾旋转振动电机（206）、横向推杆电机（205）和纵向推杆电机（201）构成动力模块（2）的五个动力源，分别带动座椅的垂向、俯仰、侧倾、横向和纵向五个自由度运动。

5.根据权利要求2所述的一种五自由度汽车座椅振动试验台，其特征在于：所述的底部支撑模块（3）由电机支柱（301），底部基础板（302）和机体垫块（303）构成，其中所述的电机支柱（301）与电机定子（229）联接，将直线电机（222）固定在底部基础板（302）上，底部基础板（302）与机体垫块（303）联接，机体垫块（303）起到缓冲作用。

6.根据权利要求1所述的一种五自由度汽车座椅振动试验台，其特征在于：所述的控制系统（B）由伺服控制器和分别连接纵向推杆电机（201）、横向推杆电机（205）、侧倾旋转振动电机（206）、俯仰旋转振动电机（207）和直线电机（222）的驱动器构成，其中所述的伺服控制器连接上位机（C）、座椅传感器、接近开关（230）和直线编码器（224）。

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