CN106080319A - 基于磁流变液转动阻尼器的座椅垂向减振系统 - Google Patents

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孙帅帅
杜海平
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杨健
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    • B60N2/527—Seat suspension devices using fluid means using liquids

Abstract

本发明公开了一种基于磁流变液转动阻尼器的座椅垂向减振系统，主要由两套剪刀叉状结构和两个磁流变液转动阻尼器组成。叉状结构由两根金属梁交叉而成，磁流变液转动阻尼器由转轴，转子，阻尼器外壁和电磁线圈组成。一套剪刀叉状结构和一个磁流变液转动阻尼器组成一套减振装置，分别安装于座椅悬架两侧。本发明所采用的磁流变液转动阻尼器除了具有线性磁流变液阻尼器的阻尼可控性之外，还具有线性磁流变液阻尼器不具备的优点：大幅减低磁流变液的使用量，从而节省成本；大幅降低阻尼器对密封的要求；能够很好的解决磁流变液沉降引起的稳定性问题。本发明可广泛应用于各类车辆的座椅悬架，降低振动，提高驾驶员或者乘客的乘坐舒适性。

Description

基于磁流变液转动阻尼器的座椅垂向减振系统
技术领域
本发明涉及一种座椅垂向减振系统，尤其涉及一种基于磁流变液转动阻尼器的座椅垂向减振系统。
背景技术
汽车座椅是人与机车直接接触的界面，它将人体和车身联系在一起，座椅悬架设计的好坏直接影响驾驶人员的舒适和安全。先进的座椅悬架可以有效的缓解驾驶疲劳并保证车辆行驶的平稳性；座椅悬架的人性化设计和配置，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。不合理的座椅悬架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，颈椎问题等。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悬架保证驾乘人员的舒适和安全。
在机车座椅设计中，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机车垂向减振技术，例如基于磁流变液线性阻尼器的半主动悬架，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，由负载引发的垂向振动是引发安全事故的主要威胁。因此，缓和和衰减车身的垂向振动是保证驾乘人员舒适安全的重要前提条件。
本发明基于磁流变液技术，实现了基于磁流变液转动阻尼器的座椅垂向减振装置的半主动控制。本发明利用转子的转动代替了传统阻尼器活塞的线性运动，从而将悬架垂向的振动转换成转子的转动。此设计带来的有点有：结构简单紧凑，易于维护和安装；更重要的是，大大缩减了对磁流变液的消耗，降低了加工成本，同时对于密封的要求降低，对于MRF的沉降问题能够较好的解决。本发明为机车减振技术提供了新型可靠的解决方案。
发明内容
为了克服各类车辆在行使或者作业时由恶劣的路况和环境或负载冲击引发的垂向振动，以及司机或者作业人员在长工时工作下的疲劳问题，本发明提出一种基于磁流变液转动阻尼器的座椅垂向减振系统，利用磁流变液阻尼可变技术，实现了转动阻尼器的半主动控制，能够为各类车辆座椅提供更好的乘坐舒适性。此半主动悬架以座椅悬架的实时工作状态为反馈信号，实时调节磁流变液转动阻尼器的阻尼，控制的最终目标是实时抑制由外界环境或者不规则路面引起的振动，给驾乘者提供一种安全、健康和友好的驾车环境。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括：基于磁流变液转动阻尼器的座椅垂向减振系统，其特征在于：主要由两套叉状结构6和两个磁流变液转动阻尼器5组成；一套叉状结构6和一个磁流变液转动阻尼器5组成一套减振装置，分别安装于悬架两侧；其中叉状结构6由两根金属梁交叉而成；磁流变液转动阻尼器5由转轴13，转子17，阻尼器外壁14和电磁线圈16组成；电磁线圈16同方向缠绕在转子17上；磁流变液15填充于阻尼器外壁14，电磁线圈16，转轴13和转子17所围成的空隙；叉状结构6中的一根金属梁与磁流变液转动阻尼器5的转轴13固定，叉状结构6中的另一根金属梁与磁流变液转动阻尼器5的阻尼器壁14固定，以此将悬架的垂向线性运动转化成阻尼器转子和壳体之间的相对转动；减振系统在受到外界振动时，转轴13将外界垂向振动或扰动转变成转动并传递给转子17，当转子17由于外界振动与阻尼器外壁14发生相对转动时，由于磁流变液15的存在，转子17和阻尼器外壁14之间产生阻尼力，从而阻碍它们的相对运动；而此阻尼力受控于所加外界磁场，从而转子17的运动受控于外界磁场，整个减振系统的垂向阻尼也会受控于外界磁场。
所述磁流变液转动阻尼器5的转子17材料选择为导磁性好的低碳钢，而转轴13材料选择的是不导磁的铝，转子17和转轴13材料的选择是为了形成更优磁路，防止漏磁现象。
磁流变液转动阻尼器5的阻尼力大小可由外界磁场进行控制；在电磁线圈16通电时，转子17和阻尼器外壁14以及磁流变液15形成闭合磁路，低碳钢材料的转子17可以避免漏磁现象，从而使最大磁通作用在磁流变液上。
位移传感器Ⅰ1用来测量座椅垂向绝对位移，位移传感器Ⅱ2用来测量座椅垂向相对位移，加速度传感器Ⅰ3和加速度传感器Ⅱ4分别用来测量座椅和激励信号的加速度；位移传感器Ⅰ1和位移传感器Ⅱ2检测振动信号并传输到座椅振动控制器9中，座椅振动控制器9根据电脑10输出的控制算法，计算出所需控制信号，控制信号经过功率放大器8放大后激励磁流变液转动阻尼器5，从而实现闭环控制。
测试系统控制器11可与电脑10通信；测试系统控制器11接收到电脑10输出的模拟振动信号后，经信号放大器12放大后驱动振动平台7作相应垂向振动。
本发明与背景技术相比，具有的有益效果是：
1、和传统的座椅垂向减振系统相比，本发明是一种新型半主动座椅垂向减振系统，这一系统能够为驾驶员和乘客提供更好的乘坐舒适性。
2、传统直线式磁流变阻尼器的腔体一般较大，需要大量的磁流变液充满，从而成本比较高。由于旋转式磁流变阻尼器腔体体积极小，所以本发明大大减少了磁流变液的消耗，大幅降低了成本。
3、传统直线式磁流变阻尼器其内部需要较高压力来保证阻尼器性能，这样一来就增加了阻尼器的密封要求。本发明所用磁流变液转动阻尼器内部不需要高压来保证起性能，从而降低了对密封性的要求。
4、沉降是磁流变液较为突出的缺点，对于直线式磁流变液阻尼器来说，磁流变液一旦沉降，再次分散的难度比较大。本发明使用转动阻尼器能够很好的解决这一问题，因为转动阻尼器内部磁流变液一直在不断循环，磁流变液沉降问题可被很好的解决。
5、本发明用磁流变液转动阻尼器代替线性磁流变液阻尼器，设计简单，结构紧凑，便于加工和维护。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为磁流变液转动阻尼器结构示意图。
图中：位移传感器Ⅰ1，位移传感器Ⅱ2，加速度传感器Ⅰ3，加速度传感器Ⅱ4，磁流变液转动阻尼器5，叉状结构6，振动平台7，功率放大器8，座椅振动控制器9，电脑10，测试系统控制器11，信号放大器12，转轴13，阻尼器外壁14，磁流变液15，线圈16，转子17。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1所示为基于磁流变液转动阻尼器的座椅垂向减振系统。本系统主要由位移传感器Ⅰ1，位移传感器Ⅱ2，加速度传感器3，加速度传感器Ⅱ4，磁流变液转动阻尼器5和叉状结构6组成。叉状结构6由两根金属梁交叉而成。位移传感器Ⅰ1用来测量座椅垂向绝对位移，位移传感器Ⅱ2用来测量座椅垂向相对位移，加速度传感器Ⅰ3和加速度传感器Ⅱ4分别用来测量座椅和激励信号的加速度。位移传感器Ⅰ1和位移传感器Ⅱ2检测振动信号并传输到座椅振动控制器9中，座椅振动控制器9根据控制算法计算出所需控制信号，控制信号经过功率放大器8控制磁流变液转动阻尼器5。
上述结构的工作原理如下：由叉状结构6和磁流变液转动阻尼器5构成的座椅垂向减振系统，其装配方式为：叉状结构6的其中一根金属梁与磁流变液转动阻尼器5的转轴13固定，叉状结构6另一根金属梁与磁流变液转动阻尼器5的阻尼器外壁14固定，以此将座椅的垂向线性运动转化成转子17的转动。座椅垂向减振系统在受到外界振动时，位移传感器Ⅰ1和位移传感器Ⅱ2将所测得的座椅绝对位移和相对位移信号传输给座椅振动控制器9，座椅振动控制器9经过信号处理和控制算法输出控制信号，控制信号到达磁流变液转动阻尼器5，磁流变液转动阻尼器5做出相应反应，调整输出阻尼力，从而达到抑制振动信号的作用。
图2所示为本发明磁流变液转动阻尼器5结构示意图，由转轴13，转子17，阻尼器壁14和电磁线圈16组成，磁流变液15填充于由转轴13、阻尼器壁14和转子17围成的密闭空间中。当电磁线圈接通时，转子17，阻尼器外壁14和磁流变液15形成闭合磁路。
上述结构的工作原理如下：转轴13主要负责接收外界振动或扰动并传递给转子17，当转子17由于外界振动与阻尼器外壁14发生相对转动时，由于流变特性，磁流变液15使得转子17和阻尼器外壁14之间产生阻尼力，从而阻碍它们的相对运动；而此阻尼力受控于所加外界磁场，从而转子17的运动受控于外界磁场，由此表现出阻尼可变的动态特性。

Claims (5)

1.基于磁流变液转动阻尼器的座椅垂向减振系统，其特征在于：主要由两套叉状结构6和两个磁流变液转动阻尼器5组成；一套叉状结构6和一个磁流变液转动阻尼器5组成一套减振装置，分别安装于悬架两侧；其中叉状结构6由两根金属梁交叉而成；磁流变液转动阻尼器5由轴13，转子17，阻尼器外壁14和电磁线圈16组成；电磁线圈16同方向缠绕在转子17上；磁流变液15填充于阻尼器外壁14，电磁线圈16，转轴13和转子17所围成的空隙；叉状结构6中的一根金属梁与磁流变液转动阻尼器5的转轴13固定，叉状结构6中的另一根金属梁与磁流变液转动阻尼器5的阻尼器壁14固定，以此将悬架的垂向线性运动转化成阻尼器转子和壳体之间的相对转动；减振系统在受到外界振动时，转轴13将外界垂向振动或扰动转变成转动并传递给转子17，当转子17由于外界振动与阻尼器外壁14发生相对转动时，由于磁流变液15的存在，转子17和阻尼器外壁14之间产生阻尼力，从而阻碍它们的相对运动；而此阻尼力受控于所加外界磁场，从而转子17的运动受控于外界磁场，整个减振系统的垂向阻尼也会受控于外界磁场。
2.根据权利要求1所述的基于磁流变液转动阻尼器的座椅垂向减振系统，其特征在于，所述磁流变液转动阻尼器5的转子17材料选择为导磁性好的低碳钢，而转轴13材料选择的是不导磁的铝，转子17和转轴13材料的选择是为了形成更优磁路，防止漏磁现象。
3.根据权利要求1所述的基于磁流变液转动阻尼器的座椅垂向减振系统，其特征在于，磁流变液转动阻尼器5的阻尼力大小可由外界磁场进行控制；在电磁线圈16通电时，转子17和阻尼器外壁14以及磁流变液15形成闭合磁路，低碳钢材料的转子17可以避免漏磁现象，从而使最大磁通作用在磁流变液上。
4.根据权利要求1所述的基于磁流变液转动阻尼器的座椅垂向减振系统，其特征在于，位移传感器Ⅰ1用来测量座椅垂向绝对位移，位移传感器Ⅱ2用来测量座椅垂向相对位移，加速度传感器Ⅰ3和加速度传感器Ⅱ4分别用来测量座椅和激励信号的加速度；位移传感器Ⅰ1和位移传感器Ⅱ2检测振动信号并传输到座椅振动控制器9中，座椅振动控制器9根据电脑10输出的控制算法，计算出所需控制信号，控制信号经过功率放大器8放大后激励磁流变液转动阻尼器5，从而实现闭环控制。
5.根据权利要求1所述的基于磁流变液转动阻尼器的座椅垂向减振系统，其特征在于，测试系统控制器11可与电脑10通信；测试系统控制器11接收到电脑10输出的模拟振动信号后，经信号放大器12放大后驱动振动平台7作相应垂向振动。
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