CN109435800A - 低频隔振座椅 - Google Patents

Abstract

本发明公开了低频隔振座椅，包括椅面及设于椅面下方的隔振平台，所述隔振平台的前后两侧设有连接导杆，所述连接导杆的上端连接在所述隔振平台上，下端通过传导机构连接至弹簧阻尼器。本发明低频隔振座椅，结构简单紧凑、低频隔振效果好，满足车辆在恶劣路况或者非铺装路面对座椅隔振的需求，同时座椅成本低、可靠性及舒适性高，具有较好的应用前景。

Description

低频隔振座椅

技术领域

本发明属于汽车技术领域，更具体地说，涉及基于负刚度的低频隔振座椅。

背景技术

汽车座椅是汽车中乘员、驾驶员乘座的部件，它的主要作用是支撑乘员、驾驶员的质量，同时缓解由路面不平传给人体的冲击和衰减引起的振动。汽车座椅作为衰减车辆振动的最后一个环节，对整车的舒适性能起着至关重要的作用。尤其是在工程机械、农业机械以及在非铺装路面行驶的车辆，由于工作环境的限制和恶劣路况的影响，低频振动对司乘人员伤害越来越受到重视。据世界卫生组织统计数据可知，近年来，低频振动易造成的颈椎病及消化系统疾病等，如果长期暴露在振动环境中，可能会引起人的胃下垂，腰椎盘疾病，以及消化系统疾病等。因此，提高座椅的低频隔振性能，对避免人体内脏器官遭受冲击损伤及驾驶疾病的发生等具有重要意义。

现有的车辆用座椅各有优缺点，具有隔振性能的车辆用座椅主要分为三种：第一种是可控悬架座椅，此种座椅是基于控制理论对座椅悬架系统进行设计和控制，因而需要配备相应的控制单元和可控悬架系统。虽然其隔振效果较好，但其成本高、可靠性差，电液、电气动主动减振系统的执行机构的控制，随着座椅运动状态的改变，进而做出相应的变化。由于座椅主动悬架系统要求座椅悬架系统的驱动机构反应速度快等特点，就必然将导致主动控制系统结构复杂，成本高，而且系统能量消耗大，抗干扰能力差，如果在主动控制失效的情况下，整个主动悬架系统控制就形同虚设，相当于被动悬架，甚至可能导致减振效果还不如被动悬架，这些情况就使得主动、半主动座椅悬架的使用受到了限制，制约了其在车辆上应用的普及性，仅应用在少数车辆上。

第二种是线性隔振座椅，一般为传统的被动隔振线性悬架座椅，此种座椅具有线性悬架系统，成本低、应用广泛，但很难在不同道路情况下提供给乘坐人员较好的舒适性，且其低频隔振效果较差；

第三种是非线性隔振座椅，此种座椅隔振效果较好，但限于座椅领域研究人员周知，仅将剪式机构作为座椅垂向运动导向机构，而需额外根据非线性隔振理论对座椅的隔振机构进行单独设计，导向机构与隔振机构相互独立，致使悬架系统结构复杂、不紧凑、占用空间大，不便于安装，而且需要的精密零部件多，成本高，稳定性和可靠性差，导致尚无成熟的高性能低频隔振座椅面世。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术存在的问题，提供一种结构简单紧凑，成本低、可靠性及舒适性高的低频隔振座椅。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：所提供的这种低频隔振座椅，包括椅面及设于椅面下方的隔振平台，其特征在于：所述隔振平台的前后两侧设有连接导杆，所述连接导杆的上端连接在所述隔振平台上，下端通过传导机构连接至弹簧阻尼器。

为使上述技术方案更加详尽和具体，本发明还提供以下更进一步的优选技术方案，以获得满意的实用效果：

所述椅面的下方设有连接至地板上的底面，所述传导机构对称布置在所述底面的前后两侧。

所述传导机构包括导向轮及连接至所述弹簧阻尼器的水平导杆，所述导向轮通过连接轴连接在导向槽内可在所述导向槽内沿前后方向运动。

所述连接导杆倾斜布置在所述椅面两侧，所述连接导杆包括导杆本体及连接在所述导杆本体下端的第一连接段，所述第一连接段连接在所述连接轴上。

所述弹簧阻尼器包括弹簧阻尼器外壳及设于所述弹簧阻尼器外壳内沿前后水平方向布置的阻尼弹簧。

所述弹簧阻尼器外壳内设有弹簧阻尼器底板，所述弹簧阻尼器底板上设有安装所述阻尼弹簧的弹簧导杆，所述弹簧导杆上端穿过压紧挡板，压紧螺母连接在所述弹簧导杆上端固定压紧所述阻尼弹簧。

所述导向槽的一侧与所述底面连接另一侧连接所述弹簧阻尼器外壳。

所述隔振平台的左右两侧设有对称倾斜支撑连接在所述底面上的弹簧减震器。

所述弹簧减震器的上端可转动的连接在所述隔振平台上，下端可转动的连接在所述底面上。

所述隔振平台与所述底面之间设有竖直布置的垂向减震弹簧。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：本发明低频隔振座椅，结构简单紧凑、低频隔振效果好，满足车辆在恶劣路况或者非铺装路面对座椅隔振的需求，同时座椅成本低、可靠性及舒适性高，具有较好的应用前景。

附图说明

下面对本说明书的附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本发明隔振座椅结构示意图；

图2为本发明隔振系统安装结构示意图；

图3为本发明阻尼器及传导机构结构示意图；

图4为本发明传导机构安装结构示意图。

图5为本发明连接导杆结构示意图；

图6为本发明阻尼器结构示意图。

图中标记为：1、椅面，2、底面，3、垂向减震弹簧，4、弹簧减震器，5、连接导杆，51、导杆本体，52、第一连接段，53、连接孔，54、调节螺母，6、弹簧阻尼器，61、弹簧阻尼器外壳，62、弹簧阻尼器底板，63、阻尼弹簧，64、压紧挡板，65、弹簧导杆，66、压紧螺母，67、水平导杆连接耳，7、传导机构，71、导向轮，72、连接轴，73、第二连接段，74、水平导杆，75、导向槽，8、隔振平台。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

本发明这种低频隔振座椅，如图1、2、3所示，包括椅面1及设于椅面1下方的隔振平台8，隔振平台8的前后两侧设有连接导杆5，连接导杆5的上端连接在隔振平台8上，下端通过传导机构7连接至弹簧阻尼器6。本发明中通过连接导杆5，传导机构7，弹簧阻尼器6共同构建成基于连杆弹簧的负刚度结构，并且此负刚度结构与隔振平台8左右两侧倾斜布置的正刚度弹簧减振器4并联，形成正负刚度并联机构的主隔振系统。当座椅受到一般负载时，来自车身的激励振动先通过在座椅的椅面1传至隔振平台8，通过与隔振平台8连接的前后连接导杆5把负载所产生的力传给传导机构7，通过传导机构将振动激励传至弹簧阻尼器6，以起到隔振作用。

本发明中，如图1所示，椅面1的下方设有连接至地板上的底面2，传导机构7对称布置在底面2的前后两侧。

本发明中，如图3、4所示，传导机构7包括导向轮71及连接至弹簧阻尼器6的水平导杆74，导向轮71通过连接轴72连接在导向槽75内，导向轮71可在导向槽75内沿前后方向运动。水平导杆74的一端通过第二连接段73连接在连接轴72上，另一端连接至设于压紧挡板64上的水平导杆连接耳67上。

本发明中，如图1、2、3所示，连接导杆5倾斜布置在椅面1两侧，如图5所示，连接导杆5包括导杆本体51及连接在导杆本体下端的第一连接段52，第一连接段52连接在连接轴72上，其中第一连接段52连接段为两平行间隔布置的连接卡爪，导向轮位于两连接卡爪之间，在连接卡爪上设有连接在连接轴上的连接孔53。此种结构布置以保证稳定的传导过程。

本发明中，如图6所示，弹簧阻尼器6包括弹簧阻尼器外壳61及设于弹簧阻尼器外壳61内沿前后水平方向布置的阻尼弹簧63。弹簧阻尼器外壳61内设有弹簧阻尼器底板62，弹簧阻尼器底板62上设有安装阻尼弹簧63的弹簧导杆65，弹簧导杆65上端穿过压紧挡板64，压紧螺母66连接在弹簧导杆65上端以固定压紧阻尼弹簧63。本发明中，优选的，弹簧阻尼器外壳61内设有间隔平行布置的两组弹簧导杆65。即本发明提供的这种实施例中，弹簧阻尼器6包括一对阻尼弹簧63，外部的弹簧阻尼器外壳61，两个用于安装阻尼弹簧663的弹簧导向杆65，压紧挡板64及压紧螺母66。

本发明中，隔振平台8与底面2之间设有竖直布置的垂向减震弹簧3。垂向减震弹簧3连接在隔振平台8下，座椅的底面2上，垂向减震弹簧3保留一定的压缩余量，其作用保护左右布置的弹簧减振器4和前后布置的弹簧阻尼器6，防止因负载过大而导致隔振平台8垂向位移过大而导致隔振失效。

本发明这种负刚度车辆隔振座椅，隔振平台8的左右两侧设有对称倾斜支撑连接在底面2上的弹簧减震器6，弹簧减震器6为隔振平台8提供支撑力，维持左右平衡，防止由于侧向受力不均引起倾斜。弹簧减震器6的上端可转动的连接在隔振平台8上，下端连接在底面2上。其结构左右两侧对称，左右分别由弹簧减振器4作为对座椅减振平台提供支撑，且弹簧减振器4的上端设有安装孔与隔振平台8上的连接耳通过铰接轴连接，弹簧减振器4下端设有安装孔与设于座椅底面2上的连接耳通过铰接轴连接，其中弹簧减振器4上端与隔振平台8形成可旋转的运动副，下端与底面2形成可旋转的运动副，以起到较好的缓冲减震效果。

本发明负刚度低频隔振座椅，其结构前后两侧对称，前后两侧均设有连接导杆5、传导机构7，弹簧阻尼器6。其中传导机构7包括导向轮71、导向槽75和水平导杆74。连接导杆5上端与隔振平台8通过铰接轴连接，形成朝向前后两侧转动的运动副，连接导杆5下端与导向轮71的连接轴72连接。其中布置时，导向槽75的一侧与底面2连接，另一侧连接弹簧阻尼器外壳61，在导向槽75内部设有可供导向轮71运动的导轨。

本发明中，优选的连接导杆5上设有调节螺母54，可以通过调节螺母54调节控制连接导杆5的长度，进而控制调节座椅前后角度，满足舒适性要求。

本发明隔振座椅是基于负刚度结构设计减振结构，实验设计垂向负载为p1＝73kg,为使隔振效果最佳，设有最大垂向负载为pmax，设左右减振器的刚度为C1，前后弹簧阻尼的刚度为C2，垂向减振器与减振平台刚接触时的静扰度为fk。

由于汽车座椅负载不确定是由多种原因造成的，例如乘员体重不同，各种环境因素以及隔振失效。所以当垂向负载过大时，垂向减动带来的干扰因素，都会对座椅的隔振效果产生消极影响，因此势必要在座椅隔振台下部安装垂向弹簧阻尼且保持一定的静扰度fk且垂向负荷为P2。则此时座椅所能承受的最大负荷PM＝Pmax+P2。这样能满足一般情况下的座椅负荷且使座椅保持最佳隔振状态，且垂向减振器同时能起到限位的作用，使隔振座椅不至于因负荷过大而产生变形，或振器工作失效，使用线性的方法计算座椅系统的固有频率。

本发明是基于连杆弹簧负刚度结构与倾斜布置的正刚度弹簧减振器并联的隔振机构。对于本发明正负刚度并联的隔振系统，在平衡位置处，由倾斜布置的弹簧减震器4提供正刚度为k1的支撑刚度，此时负刚度机构不起作用。系统具有高静刚度特性。在平衡位置微幅振动时，由于正负刚度并联，隔振系统的刚度为k＝k1+k2，即说明本发明的隔振系统具有低动刚度。因此，在平衡位置处，设计负载p1左右或在最大负载pmax内，由于隔振系统具有高静刚度低动刚度特性，保证系统不会产生过大的静位移。在平衡位置附近微幅振动过程中，低动刚度能保证隔离低频激励，且振动的垂向位移在静挠度fk范围内。

平顺性好要求固有频率变化小。一是整个负荷变化范围内频率的变化应最小；二是垂向减振器在工作前、后的频率突变不能太大。三是在整个负荷范围内座椅都能保持良好的隔振效果，这使得座椅能有较好的隔振稳定性。四是采用负刚度结构设计的减振系统，具有隔振相应时间快，结构稳定的特点。

本发明的工作原理：当座椅受到一般负载时，来自车身的激励振动先通过在座椅的椅面1传至隔振平台8，通过与隔振平台8连接的前后连接导杆5把负载所产生的力传给传导机构7的导向轮71，同时通过连接轴72以及与其连接的水平导杆74把由导向轮71上的振动激励传至弹簧阻尼器6。通过连接导杆5，传导机构7，弹簧阻尼器6共同构建主隔振系统。为防止座椅倾斜，以及平衡隔振台两侧的力为座椅提供正刚度支撑，在隔振平台8左右两侧安装弹簧减振器4，并且能对隔振平台8起着一定的隔振效果。在隔振台下端安装有垂向减振器3，即副隔振系统，并保持一定的静扰度fk，当负载过大时垂向减振器会对隔振台提供支撑，使导向轮71保持在最佳隔振位置，保护主减振系统，避免因负载过大造成的减振系统失效的可能。

本发明实验负载为73kg,最大负载为pmax大于实验负载73kg，当负载不大于pmax时，座椅主隔振系统能发挥最佳隔振效果。当一定负载至椅面1时，由椅面1传至隔振平台8，再由隔振平台8经连接导杆5传至导向轮71，从而使垂向负载力转化为水平力，最终垂向负载力传至弹簧阻尼器6。而为了维持隔振平台左右平衡及过滤一定的振动，并在隔振平台8两侧加装有弹簧减振器4。在车辆受到振动激励时，通过正负刚度并联减振系统，椅面1发生稳定的垂向运动，连接导杆5下端随导向轮71水平摆动，协同弹簧阻尼器6的阻尼作用，前后的弹簧阻尼器能有效的过滤振动，从而隔离振动，提高车辆的驾乘舒适性。

当座椅负载过大，大于设计最大负载pmax时,在底面2上方有安装垂向减振器2安装槽，隔振平台8下方安装有垂向减振器2并保持一定的静扰度fk,当负载过大时，座椅隔振平台8会向下位移一定距离，促使垂向减振器2为座椅减振平台8提供正刚度支撑力，不仅能起到限位的作用，而且能保护隔振系统，以免隔振失效。在车辆受到振动激励时，垂向减振器2提供正刚度，协同正负刚度结构减振系统，座椅椅面1发生稳定的垂向运动，前后连接导杆下端随导向滑轮6水平摆动，左右减振器维持座椅两侧平衡，协同弹簧阻尼器的阻尼作用，前后的弹簧阻尼器能有效的过滤振动，从而隔离振动亦能对低频振动，提高车辆的驾乘舒适性。因此座椅能够在不同负载下都能保持最佳隔振状态，且隔振效果稳定，具有整体可靠性和普适性。

本发明的有益效果：(1)本发明结构紧凑，隔振效果稳定，不仅对高频振动能起到良好的隔振效果，而且对低频振动隔振效果更佳，且座椅垂向运动稳定，可有效提高驾乘舒适性。(2)本发明不依赖过多的紧密零部件，性能稳定，制造成本低，满足多路况下对车辆隔振的需求，具有易推广的特点。(3)本发明设计满足不同负载下对隔振的需求，保持不同负载下都能保持良好的隔振效果，同时也有过载保护装置，防止隔振失效。(4)本发明主隔振系统基于负刚度原理设计，不仅具有正负刚度并联机构高静低动特性，且结构合理有效，具有隔振相应时间快，尤其对车辆受到剧烈撞击是，本发明座椅有一定的能量吸收的作用，且对头部“甩鞭”运动有一定的消减作用特点。

本发明低频隔振座椅，结构简单紧凑、低频隔振效果好，满足车辆在恶劣路况或者非铺装路面对座椅隔振的需求，同时座椅成本低、可靠性及舒适性高，具有较好的应用前景。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，但是本发明并不受限于上述方式，只要采用本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进或直接应用于其它场合的，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.低频隔振座椅，包括椅面及设于椅面下方的隔振平台，其特征在于：所述隔振平台的前后两侧设有连接导杆，所述连接导杆的上端连接在所述隔振平台上，下端通过传导机构连接至弹簧阻尼器。

2.按照权利要求1所述的基于负刚度低频隔振座椅，其特征在于：所述椅面的下方设有连接至地板上的底面，所述传导机构对称布置在所述底面的前后两侧。

3.按照权利要求2所述的低频隔振座椅，其特征在于：所述传导机构包括导向轮及连接至所述弹簧阻尼器的水平导杆，所述导向轮通过连接轴连接在导向槽内可在所述导向槽内沿前后方向运动。

4.按照权利要求3所述的低频隔振座椅，其特征在于：所述连接导杆倾斜布置在所述椅面两侧，所述连接导杆包括导杆本体及连接在所述导杆本体下端的第一连接段，所述第一连接段连接在所述连接轴上。

5.按照权利要求4所述的低频隔振座椅，其特征在于：所述弹簧阻尼器包括弹簧阻尼器外壳及设于所述弹簧阻尼器外壳内沿前后水平方向布置的阻尼弹簧。

6.按照权利要求5所述的低频隔振座椅，其特征在于：所述弹簧阻尼器外壳内设有弹簧阻尼器底板，所述弹簧阻尼器底板上设有安装所述阻尼弹簧的弹簧导杆，所述弹簧导杆上端穿过压紧挡板，压紧螺母连接在所述弹簧导杆上端固定压紧所述阻尼弹簧。

7.按照权利要求6所述的低频隔振座椅，其特征在于：所述导向槽的一侧与所述底面连接另一侧连接所述弹簧阻尼器外壳。

8.按照权利要求2至7任一项所述的低频隔振座椅，其特征在于：所述隔振平台的左右两侧设有对称倾斜支撑连接在所述底面上的弹簧减震器。

9.按照权利要求8所述的低频隔振座椅，其特征在于：所述弹簧减震器的上端可转动的连接在所述隔振平台上，下端可转动的连接在所述底面上。

10.按照权利要求1所述的低频隔振座椅，其特征在于：所述隔振平台与所述底面之间设有竖直布置的垂向减震弹簧。