CN104228619A - 基于磁流变弹性体的重型车辆座椅多自由度减振系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于磁流变弹性体的重型车辆座椅多自由度减振系统。包括座椅模型以及座椅模型上的人体模型，在人体模型和座椅模型的不同部位配有多种传感器，以提供反馈信号给控制器，控制器输出控制信号使执行机构磁流变弹性体装置发生动作实时调整椅背的刚度，给人体提供更舒适的支撑；在座椅模型底座下方安装有磁流变弹性体隔振器和磁流变弹性体吸振器，位于人体模型上的传感器将人体不同部位的响应信号反馈给磁流变弹性体隔振器和磁流变弹性体吸振器，实现系统吸震和减震的调节。本发明将人体纳入反馈回路，根据人体模型的实时工作状态调整座椅参数来提高座椅舒适度，减小振动对身体的损害并且增强操纵的安全性。

Description

基于磁流变弹性体的重型车辆座椅多自由度减振系统

技术领域

本发明涉及一种应用于重负荷车辆多自由度减振装置。

背景技术

车辆座椅是人与车辆直接接触的界面，它将人体和车身联系在一起，座椅设计的好坏直接影响乘员的舒适和安全。好的座椅为人体提供良好的支撑，在人体重要的结构点上提供支撑可以有效的缓解驾驶疲劳并保证车辆行驶的平稳性；座椅上人性化设计和配置，可以缓和和衰减来自路面和环境的冲击和振动，为乘员提供舒适安全的驾乘环境。不合理的座椅设计会严重影响乘坐舒适度、安全性及操纵方便性，导致工作人员的效率低下，长久工作下，甚至会引发各种健康问题，例如：肩部不适，背部疼痛、慢性阻塞肺疾病等。因此，合理的座椅设计理念必须能充分将人、车和环境合理地科学地结合起来，能更好的适应和满足人类的各种需求。尤其是高负荷、长工时或长途驾驶的机车，更需要合理设计的座椅保证驾乘人员的舒适和安全。

在车辆座椅设计中，缓和和衰减由车身传来的冲击和振动是一项重要的要求指标。车辆在行驶或者工作过程中，因路面不平或工作环境引起的车身振动会传递给人体，引起人体振动，导致驾乘人员身体疲劳，认知能力下降，反应迟缓，甚至引发恶性安全事故。近几年来，大量研究工作致力于汽车垂向减振技术，例如基于磁流变液阻尼器的半主动悬架等。然而，车辆特别是重型车辆横向振动也是一个影响机车安全的重要因素，尤其是在恶劣环境作业或者使用振动工具的重型机车，例如装载机，自卸车和垃圾收集车等，由负载引发的横向振动是引发安全事故的主要威胁。因此，缓和和衰减车身的横向振动也是保证驾乘人员舒适安全的重要条件。

本发明结合人体工程学，将驾乘人员的安全、舒适和健康等因素贯穿整个设计的始终。本发明人性化设计主要体现在以下几方面：1、座椅椅背设计采用磁流变弹性体变刚度技术，形成独立的控制回路，实现了椅背根据驾乘人员的工作状态进行实时调整的功能，在重要的人体结构点上给予支撑，有效的保证了人体在车辆行驶或作业中的平稳；2、人体模型能够实时的将人体生理信号反馈给悬架结构，磁流变弹性体隔振器和吸振器根据控制信号发生动作，分别起到横向减振、垂向和纵向减振的目的。

发明内容

为了克服重型车辆在作业时由恶劣的路况和环境或负载冲击引发的多向震动，以及作业人员在长工时高负荷工作下的疲劳问题，本发明综合考虑人体工程学，从作业人员的健康、安全和舒适等因素出发，结合成熟的磁流变技术和控制技术，达到了对重型车辆多自由度减振的目的，并给作业人员提供了一个友好的工作环境。

本发明所采用的技术方案如下：

基于磁流变弹性体的座椅多自由度减振系统，包括座椅模型，所述的座椅模型包括底座、椅背，以及椅背上端的头托，其特征在于：所述的头托与椅背的连接处安装有磁流变弹性体装置9，所述的椅背与底座的连接处安装有弹性体装置11，所述的座椅上放置有人体模型，所述的头托与人体模型头部接触的部位安装有压力传感器8和控制器4，所述的椅背与人体模型背部接触的部位安装有压力传感器10和控制器5；所述的压力传感器8和磁流变弹性体装置9及控制器4形成独立的控制回路，所述的椅压力传感器10和磁流变弹性体装置11及控制器5形成独立的控制回路，实现椅背的实时调节；所述的人体模型人体头部安装有信号传感器1，人体模型人体胸前设置有信号传感器1，所述座椅底部安装有磁流变弹性体隔振器12和控制器3，用于横向减震，所述的信号传感器1、信号传感器2的信号经控制器3到磁流变弹性体隔振器12形成抑制横向减震的控制回路，所述的椅子底座正中心下方安装有控制器6以及磁流变弹性体吸震器7，用于垂直减震；所述的垂直减震控制器6和磁流变弹性体吸震器7形成缓解垂直振动的控制回路。

所述磁流变弹性体隔振器12为多层磁流变弹性体隔振器，其工作状态为剪切模式。

所述人体模型头部信号传感器1和上体信号传感器2可分别安装在安全帽、工作服上。

所述基于磁流变弹性体的座椅多自由度减振系统将磁流变技术应用于汽车多自由度减振。

本发明利用磁流变弹性体刚度可变技术，结合人体工程学，以人体实时工作状态为反馈信号，改变座椅悬架与座垫之间的作用力，控制的最终目标是座椅根据作业人员的工作状态进行实时调整，提供一种安全、健康和友好的工作环境。

和传统的汽车减振技术相比，本发明具有以下显著优势：

1、本发明将磁流变技术应用于车辆横向减振，减振效果好，结构设计简单，控制方法容易实现，系统可靠性高。

2、椅背的实时调节能够缓解长时间驾驶所带来的疲劳，提高安全性和舒适性。

3、本发明结合磁流变弹性体隔振器和磁流变弹性体吸振器，能同时实现机车的横向减振和垂向减振。

4、主要应用于高负荷长工时的重型机车，从作业人员的健康、安全和舒适因素出发，形成了友好的人-机-环境关系。

附图说明

图1为基于磁流变弹性体的座椅多自由度减振系统示意图。

具体实施方式

如图1所示的基于磁流变弹性体的座椅多自由度减振系统，包括座椅模型，所述的座椅模型包括底座、椅背，以及椅背上端的头托，其特征在于：所述的头托与椅背的连接处安装有磁流变弹性体装置9，所述的椅背与底座的连接处安装有弹性体装置11，所述的座椅上放置有人体模型，所述的头托与人体模型头部接触的部位安装有压力传感器8和控制器4，所述的椅背与人体模型背部接触的部位安装有压力传感器10和控制器5；所述的压力传感器8和磁流变弹性体装置9及控制器4形成独立的控制回路，所述的椅压力传感器10和磁流变弹性体装置11及控制器5形成独立的控制回路，实现椅背的实时调节；所述的人体模型人体头部安装有信号传感器1，人体模型人体胸前设置有信号传感器1，所述座椅底部安装有磁流变弹性体隔振器12和控制器3，用于横向减震，所述的信号传感器1、信号传感器2的信号经控制器3到磁流变弹性体隔振器12形成抑制横向减震的控制回路，所述的椅子底座正中心下方安装有控制器6以及磁流变弹性体吸震器7，用于垂直减震；所述的垂直减震控制器6和磁流变弹性体吸震器7形成缓解垂直振动的控制回路。

上述结构的工作原理如下：安装在人体模型上的传感器将信号传输给控制部件，控制部件经过信号处理和控制算法输出控制信号，控制信号分别到达磁流变弹性体隔振器，磁流变弹性体隔振器根据控制信号输出相应的信号控制横向振动。位于椅背上的力传感器感应作业人员头部和背部与椅背的相互作用，将力信号传输给相应控制器，经过信号处理后，控制器输出控制信号给安装在椅背内部的磁流变弹性体装置，磁流变弹性体装置根据控制信号发生动作调整椅背的位置。垂向减振控制器通过处理座椅垂向响应信号输出控制信号给吸振器，吸振器根据控制信号调节刚度控制垂向振动。

Claims (3)

1.基于磁流变弹性体的座椅多自由度减振系统，包括座椅模型，所述的座椅模型包括底座、椅背，以及椅背上端的头托，其特征在于：所述的头托与椅背的连接处安装有磁流变弹性体装置9，所述的椅背与底座的连接处安装有弹性体装置11，所述的座椅上放置有人体模型，所述的头托与人体模型头部接触的部位安装有压力传感器8和控制器4，所述的椅背与人体模型背部接触的部位安装有压力传感器10和控制器5；所述的压力传感器8和磁流变弹性体装置9及控制器4形成独立的控制回路，所述的椅压力传感器10和磁流变弹性体装置11及控制器5形成独立的控制回路，实现椅背的实时调节；所述的人体模型人体头部安装有信号传感器1，人体模型人体胸前设置有信号传感器1，所述座椅底部安装有磁流变弹性体隔振器12和控制器3，用于横向减震，所述的信号传感器1、信号传感器2的信号经控制器3到磁流变弹性体隔振器12形成抑制横向减震的控制回路，所述的椅子底座正中心下方安装有控制器6以及磁流变弹性体吸震器7，用于垂直减震；所述的垂直减震控制器6和磁流变弹性体吸震器7形成缓解垂直振动的控制回路。

2.根据权利要求1所述的基于磁流变弹性体的座椅横向减振系统，其特征在于：所述磁流变弹性体隔振器12为多层磁流变弹性体隔振器，其工作状态为剪切模式。

3.根据权利要求1所述的基于磁流变弹性体的座椅多自由度减振系统，其特征在于：所述人体模型头部信号传感器1和上体信号传感器2可分别安装在安全帽、工作服上。