CN107310438A - 一种自适应调节的汽车主动减振座椅 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车部件，特别涉及一种自适应调节的汽车主动减振座椅。安装在汽车车厢内，由座椅主体、四个气压作动器、一个电磁作动器、主陀螺仪传感器、主振动加速度传感器、辅助陀螺仪传感器、辅助振动加速度传感器、四组供气与调压装置以及电子控制单元组成。本发明，提高了汽车的乘坐舒适性和座椅姿态控制的精确性；陀螺仪传感器、电子控制单元、供气与调压装置和气压作动器共同实现了座椅的自适应姿态调节功能，振动加速度传感器、电子控制单元和电磁作动器共同实现了座椅的主动减振功能，二者既可以同时工作又可以各自独立工作，结构上构成一个整体但功能上互不影响，提高了系统的可靠性。其结构紧凑、稳定性好、成本低，同时避免了运动干涉。

Description

一种自适应调节的汽车主动减振座椅

一、技术领域

本发明涉及汽车部件，特别涉及一种自适应调节的汽车主动减振座椅。

二、背景技术

汽车座椅是车辆内部的重要零部件，其主要功能是支承乘员的质量，缓和、衰减由车身传来的冲击和振动，给驾驶员提供良好的工作条件，为乘客创造舒适和安全的乘坐条件。在汽车运行过程中，当由于路面倾斜或汽车转向等因素造成车身侧倾时，座椅上人体的方向也会发生变化，其频率相对较低；当由于路面不平或动力装置运转等因素造成车身振动时，座椅上人体的位置也会发生变化，其频率相对较高。座椅及人体的低频方向变化和高频位置变化大幅度降低了汽车的乘坐舒适性，严重时还会导致眩晕、呕吐等一系列晕车现象。

传统的机械座椅和电动座椅一般不具备监测车身和座椅方位的传感器，通常只能由乘客根据自己的身材和乘坐需要在行车前进行座椅的位置调节和靠背、头枕的角度调节等，所采用的机械或电动调节机构的运行速度也比较慢，无法在行进途中根据汽车的行驶状态实时调节座椅的方位。同时，传统的汽车座椅通常通过弹簧和海绵等被动隔振方式来减小乘员的体感振动，其减振效果有限。这些情况都限制了汽车乘坐舒适性的进一步提高，因而难以解决上述问题。

经文献检索发现，中国国家知识产权局专利局于2017年02月22日公开了一项公开号为CN106427703A，名称为“一种主动平衡汽车座椅”的专利申请。该技术通过三个伸缩机构安装在汽车车厢内，每个伸缩机构包括动力传动机构、伸缩缸筒、制动机构和制动液压控制机构，通过三个伸缩机构抵消汽车变工况行驶带给乘员的惯性力作用，减轻乘员与座椅的相对运动，并在汽车颠簸时进行减振，减轻座椅对人体的冲击。但系统中仅有一个安装在车厢底板上的加速度传感器监测加速度信号，没有监测车身和座椅的方向角度信号以及座椅的加速度信号，一方面无法精确测量车身和座椅的方向角度，另一方面无法实现反馈控制，因而控制精度受限；伸缩机构通过球面副和滑块与座椅连接，结构不紧凑，成本较高；伸缩机构既需要进行座椅的空间位置调整，又需要进行主动减振，当伸缩机构失效时两种功能均无法实现，可靠性较低；三个伸缩机构在座椅的支承稳定性方面不如四点支承方式。

三、发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的不足，提供一种自适应调节的汽车主动减振座椅。

本发明安装在汽车车厢内，其技术方案为由座椅主体、四个气压作动器、一个电磁作动器、主陀螺仪传感器、主振动加速度传感器、辅助陀螺仪传感器、辅助振动加速度传感器、四组供气与调压装置以及电子控制单元组成；

所述座椅主体由头枕、椅背和座垫组成；座垫的下端面上设置四个与前后边平行的滑动轨道，在座垫下端面的中央设置一个中央支座；

所述的四个结构相同的气压作动器是由球销、气缸、底座组成；气缸为一个筒体，内腔与活塞相匹配；球销通过活塞杆连接活塞，并且安装在气缸内，活塞将气缸分为上腔和下腔，在气缸的上腔上部和下腔下部分别设置一个气孔，并分别与供气与调压装置相连接；气压作动器的上端，分别通过球销与座垫的下端面上设置的四个与前后边平行的滑动轨道相连接，构成可滑动球铰，四个气压作动器的下端固定在车厢底板上；

所述的电磁作动器由作动器球销、壳体、底座、两组电磁线圈构成，作动器球销下部和两组电磁线圈均安装在壳体内，底座固定安装在壳体下端；电磁作动器的上端通过作动器球销与座垫下端面的中央支座相连接，构成中央球铰；电磁作动器的下端安装主振动加速度传感器和主陀螺仪传感器并连同电磁作动器一起固定在车厢底板上；

所述的辅助振动加速度传感器与辅助陀螺仪传感器安装在电磁作动器上方的座椅主体中央球铰位置的座垫内；主振动加速度传感器、主陀螺仪传感器、辅助振动加速度传感器、辅助陀螺仪传感器分别通过信号线连接至电子控制单元，电子控制单元通过信号线分别连接至电磁作动器和四组供气与调压装置；

所述的供气与调压装置由蓄能器压力传感器、蓄能器、三位开关、供气管道、消声器、气泵、双位开关构成并与电子控制单元相连接；气泵通过双位开关与蓄能器相连接，蓄能器通过管路与三位开关相连接，消声器通过供气管道与三位开关相连接；蓄能器压力传感器安装在蓄能器上；四组供气与调压装置的三位开关分别通过供气管道与四个气压作动器的气孔连接；四组供气与调压装置和电磁作动器通过电子控制单元发出的信号控制。

本发明的发明机理：电子控制单元控制气泵运行给蓄能器供气，当电子控制单元通过蓄能器压力传感器检测到蓄能器内的气体达到额定压力后，控制双位开关关闭，气泵停止工作；当需要使气压作动器的活塞向上移动时，电子控制单元控制三位开关向下移动，通过气压作动器气缸下腔的气孔给气缸下腔供气，通过气缸上腔的气孔排气；当需要使气压作动器的活塞保持在当前位置时，电子控制单元控制三位开关保持在中间位置，使气压作动器的气缸上腔和下腔的气孔截止；当需要使气压作动器的活塞向下移动时，电子控制单元控制三位开关向上移动，通过气压作动器气缸上腔的气孔给气缸上腔供气，通过气缸下腔的气孔排气；消声器可以减小进气和排气噪音。

在汽车行驶途中，当车身侧倾时，由主陀螺仪传感器输出车身角度位移信号，辅助陀螺仪传感器输出座椅角度位移信号，经由电子控制单元处理，输出控制信号给四组供气与调压装置，四组供气与调压装置通过控制四个气压作动器气缸的上、下腔的压力驱动活塞输出位移；左、右两侧气压作动器的输出位移可以独立控制，使座椅绕中央球铰向与车身侧倾相反的方向转动，从而改变座椅的角度，使座椅主体始终保持水平。由主陀螺仪传感器输出的车身角度位移信号是主要调节信号，由辅助陀螺仪传感器输出的座椅角度位移信号是反馈调节信号。

在汽车行驶途中，当车身振动时，由主振动加速度传感器输出车身振动加速度信号，由辅助振动加速度传感器输出座椅振动加速度信号，经由电子控制单元处理后得到车身和座椅的位移信号，然后输出控制信号给电磁作动器，电磁作动器输出与车身反方向的垂向位移，使座椅主体的实际振动位移减小，从而降低座椅的振动水平。由主振动加速度传感器输出的车身振动加速度信号是主要调节信号，由辅助振动加速度传感器输出的座椅振动加速度信号是反馈调节信号。

气压作动器的输出位移较大，但输出速度较小，使座椅主体绕下端中央球铰产生侧向转动，使其在车身侧倾时保持水平；电磁作动器的输出位移较小，但输出速度和输出力较大，使座椅主体产生垂向位移，抵消车身向座椅传递的垂向振动；当气压作动器工作时，可滑动球铰允许气压作动器上端的球销在滑动轨道内滑动，从而改变座椅的侧倾角度，不会发生干涉；当电磁作动器工作时，由于气体是可压缩流体，气压作动器可以在当前位置的一定范围内移动，因而不会干涉电磁作动器的位移输出。

本发明产生的有益效果是：

(1)可以同时实现座椅的自适应姿态调节功能和主动减振功能，减轻了乘员由于座椅的低频方向变化和高频位置变化产生的不适感，提高了汽车的乘坐舒适性；

(2)通过陀螺仪传感器检测车身和座椅的方向角度信息，提高了座椅姿态控制的精确性；

(3)通过辅助陀螺仪传感器和辅助振动加速度传感器实现了反馈控制，提高了系统的控制精度；

(4)座椅的自适应姿态调节功能和主动减振功能既可以同时工作又可以各自独立工作，结构紧凑、稳定性好、成本低，同时避免了运动干涉，降低了系统的集成度和作动器的复杂程度，提高了系统的可靠性；

四、附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为图1的三维外观示意图；

图3为本发明的整体控制系统示意图；

图4为本发明气压作动器结构示意图的剖视图；

图5为本发明电磁作动器结构示意图的剖视图；

图6为本发明座垫下端面的结构示意图；

图7为本发明供气与调压装置示意图；

图8为本发明系统控制流程图。

附图标记：

1、座椅主体 1-1、头枕 1-2、椅背 1-3、座垫 1-4、滑动轨道 1-5、中央支座 2、气压作动器 2-1、球销 2-2、气缸 2-3、底座 3、电磁作动器 3-1、作动器球销 3-2、壳体 3-3、底座 3-4、电磁线圈 4、主陀螺仪传感器 5、主振动加速度传感器 6、辅助陀螺仪传感器 7、辅助振动加速度传感器 8、蓄能器压力传感器 9、蓄能器 10、三位开关 11、供气管道 12、消声器 13、气泵 14、双位开关。

五、具体实施方式

下面结合附图详细描述本发明的实施过程。

如图1至图7所示，本发明安装在汽车车厢内，由座椅主体1、四个气压作动器2、一个电磁作动器3、主陀螺仪传感器4、主振动加速度传感器5、辅助陀螺仪传感器6、辅助振动加速度传感器7、四组供气与调压装置以及电子控制单元组成；

所述座椅主体1由头枕1-1、椅背1-2和座垫1-3组成；座垫1-3的下端面上设置四个与前后边平行的滑动轨道1-4，在座垫1-3下端面的中央设置一个中央支座1-5；

如图2、图4、图7所示，所述的四个结构相同的气压作动器2是由球销2-1、气缸2-2、底座2-3组成；气缸2-2为一个筒体，内腔与活塞相匹配；球销2-1通过活塞杆连接活塞，并且安装在气缸2-2内，活塞将气缸分为上腔和下腔，在气缸的上腔上部和下腔下部分别设置一个气孔，并分别与供气与调压装置相连接；气压作动器2的上端，分别通过球销2-1与座垫1-3的下端面上设置的四个与前后边平行的滑动轨道1-4相连接，构成可滑动球铰，四个气压作动器2的下端固定在车厢底板上；

如图1、图2、图5所示，所述的电磁作动器3由作动器球销3-1、壳体3-2、底座3-3、两组电磁线圈3-4构成，作动器球销3-1下部和两组电磁线圈3-4均安装在壳体3-2内，底座3-3固定安装在壳体3-2下端；电磁作动器3的上端通过作动器球销3-1与座垫1-3下端面的中央支座1-5相连接，构成中央球铰；电磁作动器3的下端安装主振动加速度传感器5和主陀螺仪传感器4并连同电磁作动器3一起固定在车厢底板上；

如图1、图3所示，所述的辅助振动加速度传感器7与辅助陀螺仪传感器6安装在电磁作动器3上方的座椅主体1中央球铰位置的座垫1-3内；主振动加速度传感器5、主陀螺仪传感器4、辅助振动加速度传感器7与辅助陀螺仪传感器6分别通过信号线连接至电子控制单元，电子控制单元通过信号线分别连接至电磁作动器3和四组供气与调压装置；

如图7所示，所述的供气与调压装置由蓄能器压力传感器8、蓄能器9、三位开关10、供气管道11、消声器12、气泵13、双位开关14构成并与电子控制单元相连接；气泵13通过双位开关14与蓄能器9相连接，蓄能器9通过管路与三位开关10相连接，消声器12通过供气管道11与三位开关10相连接；蓄能器压力传感器8安装在蓄能器9上；四组供气与调压装置的三位开关10分别通过供气管道与四个气压作动器2的气孔连接；四组供气与调压装置和电磁作动器3通过电子控制单元发出的信号控制。

本发明的运行过程：如图4和图7所示，电子控制单元控制气泵13运行给蓄能器9供气，当电子控制单元通过蓄能器压力传感器8检测到蓄能器9内的气体达到额定压力后，控制双位开关14关闭，气泵13停止工作；由于路面倾斜或汽车转向等因素造成车身向左侧倾时，需要控制位于座椅左侧的两个气压作动器2的活塞向上移动，右侧的两个气压作动器2的活塞向下移动，使座椅主体1绕中央球铰向右侧转动，转动角度与车身侧倾角度相同，从而使座椅主体1保持水平；由于路面倾斜或汽车转向等因素造成车身向右侧倾时，需要控制位于座椅左侧的两个气压作动器2的活塞向下移动，右侧的两个气压作动器2的活塞向上移动，使座椅主体1绕中央球铰向左侧转动，转动角度与车身侧倾角度相同，从而使座椅主体1保持水平；当需要使气压作动器2的活塞向上移动时，电子控制单元控制三位开关10向下移动，通过气压作动器2气缸下腔的气孔给气缸下腔供气，通过气缸上腔的气孔排气；当需要使气压作动器2的活塞保持在当前位置时，电子控制单元控制三位开关10保持在中间位置，使气压作动器2的气缸上腔和下腔的气孔截止；当需要使气压作动器2的活塞向下移动时，电子控制单元控制三位开关10向上移动，通过气压作动器2气缸上腔的气孔给气缸上腔供气，通过气缸下腔的气孔排气；消声器12可以减小进气和排气噪音。

如图3和图8所示，在汽车行驶途中，当车身侧倾时，由主陀螺仪传感器4输出车身角度位移信号，辅助陀螺仪传感器6输出座椅角度位移信号，经由电子控制单元处理，输出控制信号给四组供气与调压装置，四组供气与调压装置通过控制四个气压作动器2的气缸上、下腔的压力驱动活塞输出位移；左、右两侧气压作动器的输出位移可以独立控制，使座椅绕中央球铰向与车身侧倾相反的方向转动，从而改变座椅的角度，使座椅主体1始终保持水平。由主陀螺仪传感器4输出的车身角度位移信号是主要调节信号，由辅助陀螺仪传感器6输出的座椅角度位移信号是反馈调节信号。

如图3和图8所示，在汽车行驶途中，当车身振动时，由主振动加速度传感器5输出车身振动加速度信号，由辅助振动加速度传感器7输出座椅振动加速度信号，经由电子控制单元处理后得到车身和座椅的位移信号，然后输出控制信号给电磁作动器3，电磁作动器3输出与车身反方向的垂向位移，使座椅主体1的实际振动位移减小，从而降低座椅的振动水平。由主振动加速度传感器5输出的车身振动加速度信号是主要调节信号，由辅助振动加速度传感器7输出的座椅振动加速度信号是反馈调节信号。

如图1、图4至图6所示，气压作动器2的输出位移较大但输出速度较小，使座椅主体1绕下端中央球铰产生侧向转动，使其在车身侧倾时保持水平；电磁作动器3的输出位移较小但输出速度和输出力较大，使座椅主体1产生垂向位移，抵消车身向座椅传递的垂向振动；当气压作动器2工作时，可滑动球铰允许气压作动器2上端的球销2-1在滑动轨道1-4内滑动，从而改变座椅主体1的侧倾角度，不会发生干涉；当电磁作动器3工作时，由于气体是可压缩流体，气压作动器2可以在当前位置的一定范围内移动，因而不会干涉电磁作动器3的位移输出。

Claims (1)

1.一种自适应调节的汽车主动减振座椅，安装在汽车车厢内，其特征为由座椅主体、四个气压作动器、一个电磁作动器、主陀螺仪传感器、主振动加速度传感器、辅助陀螺仪传感器、辅助振动加速度传感器、四组供气与调压装置以及电子控制单元组成；

所述座椅主体由头枕、椅背和座垫组成；座垫的下端面上设置四个与前后边平行的滑动轨道，在座垫下端面的中央设置一个中央支座；

所述的四个结构相同的气压作动器是由球销、气缸、底座组成；气缸为一个筒体，内腔与活塞相匹配；球销通过活塞杆连接活塞，并且安装在气缸内，活塞将气缸分为上腔和下腔，在气缸的上腔上部和下腔的下部分别设置一个气孔，并分别与供气与调压装置相连接；气压作动器的上端，分别通过球销与座垫的下端面上设置的四个与前后边平行的滑动轨道相连接，构成可滑动球铰，四个气压作动器的下端固定在车厢底板上；

所述的电磁作动器由作动器球销、壳体、底座、两组电磁线圈构成，作动器球销下部和两组电磁线圈均安装在壳体内，底座固定安装在壳体下端；电磁作动器的上端通过作动器球销与座垫下端面的中央支座相连接，构成中央球铰；电磁作动器的下端安装主振动加速度传感器和主陀螺仪传感器并连同电磁作动器一起固定在车厢底板上；

所述的辅助振动加速度传感器与辅助陀螺仪传感器安装在电磁作动器上方的座椅主体中央球铰位置的座垫内；主振动加速度传感器、主陀螺仪传感器、辅助振动加速度传感器、辅助陀螺仪传感器分别通过信号线连接至电子控制单元，电子控制单元通过信号线分别连接至电磁作动器和四组供气与调压装置；

所述的供气与调压装置由蓄能器压力传感器、蓄能器、三位开关、供气管道、消声器、气泵、双位开关构成并与电子控制单元相连接；气泵通过双位开关与蓄能器相连接，蓄能器通过管路与三位开关相连接，消声器通过供气管道与三位开关相连接；蓄能器压力传感器安装在蓄能器上；四组供气与调压装置的三位开关分别通过供气管道与四个气压作动器的气孔连接；四组供气与调压装置和电磁作动器通过电子控制单元发出的信号控制。