CN110341566B - 一种具有振动能量回收及振动主动控制的座椅悬架装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有振动能量回收及振动主动控制的座椅悬架装置，包括：悬架上底板，其包括相连接的座椅部和靠背部；悬架下底板，其间隔对应设置在悬架上底板的一侧；悬架顶板，其设置在靠近靠背部处，且一端与悬架下底板的一端一体连接；两个悬架侧板，其分别支撑在悬架上底板及悬架下底板的两侧；弹簧下底板，其与靠背部的一侧垂直连接；磁流变减振器，其支撑在悬架顶板与弹簧下底板之间；第一磁电式能量转换机构，其固定支撑在座椅部的一侧；两个压电式能量转换机构，其分别设置在第一磁电式能量转换机构的两侧，且分别与两个悬架侧板连接；第二磁电式能量转换机构，其可拆卸的支撑在悬架上底板及悬架下底板之间，且设置在弹簧下底板的一侧。

Description

一种具有振动能量回收及振动主动控制的座椅悬架装置
技术领域
本发明属于汽车座椅技术领域，特别涉及一种具有振动能量回收及振动主动控制的座椅悬架装置。
背景技术
路面不平引起的振动会通过车身传递至座椅，对驾乘人员造成生理及心理上的影响，长时间受到较强的振动冲击会造成身体及心理上的伤害。为减少振动对驾乘人员的伤害，半主动悬架和主动悬架逐渐发展并得到应用，综合考虑结构复杂程度和运行成本，半主动隔振技术结构简单、能耗较低，且当半主动减振器失效时可作为被动悬架使用，不影响座椅的使用，具有较好的应用前景。
与其他类型阻尼可调减振器相比，磁流变减振器具有阻尼力大、能耗低、响应迅速、可逆性好等优点，在豪华轿车和高档SUV车辆上应用较多。随着汽车技术的发展和用户对乘坐舒适性要求的提高，磁流变减振器在车辆座椅上的应用趋势从豪华乘用车发展至平价轿车、商用车及工程机械，市场应用越来越广泛。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有振动能量回收及振动主动控制的座椅悬架装置，其充分利用悬架座椅在运行过程中各个方向的振动能量，通过多个能量转换机构转换为电能，并能够供给磁流变减振器，不仅实现了能量的回收储存和利用，同时对座椅的振动进行了主动控制。
本发明提供的技术方案为：
一种具有振动能量回收及振动主动控制的座椅悬架装置，包括：
悬架上底板，其包括相连接的座椅部和靠背部；
悬架下底板，其间隔对应设置在所述悬架上底板的一侧；
悬架顶板，其一端与所述悬架下底板的一端一体连接，且设置在靠近所述靠背部处；
两个悬架侧板，其分别支撑在所述悬架上底板及所述悬架下底板的两侧；
弹簧下底板，其与所述靠背部的一侧垂直连接，且支撑在所述悬架上底板及所述悬架下底板之间；
磁流变减振器，其支撑在所述悬架顶板与所述弹簧下底板之间；
第一磁电式能量转换机构，其固定支撑在所述悬架上底板及所述悬架下底板之间，且设置在所述座椅部的一侧；
两个压电式能量转换机构，其分别设置在所述第一磁电式能量转换机构的两侧，且分别与两个所述悬架侧板连接；
第二磁电式能量转换机构，其可拆卸的支撑在所述悬架上底板及所述悬架下底板之间，且设置在所述弹簧下底板的一侧。
优选的是，所述第一磁电式能量转换机构包括：
永磁铁支撑板，其具有多组凹槽，且固定在所述悬架下底板的一侧；
多个永磁铁，其对应镶嵌在所述凹槽内；
多个主动线圈支撑板，其固定在所述悬架上底板的一侧，且分别设置在每组所述凹槽之间；以及
多个主动线圈，其分别缠绕在所述主动线圈支撑板上。
优选的是，所述第二磁电式能量转换机构包括：
多个线圈支撑板，其相对应的固定在所述悬架侧板的内侧及所述悬架下底板的一侧；
多个线圈，其分别缠绕在所述线圈支撑板上；
主动永磁铁支撑架，其支撑在所述弹簧下底板的一侧；以及
多个主动永磁铁，其弹性排列支撑在所述主动永磁铁支撑架内。
优选的是，所述第二磁电式能量转换机构还包括：
多个吊耳，其固定在所述主动永磁铁支撑架上。
优选的是，所述永磁铁同极相对设置；
所述主动永磁铁同极相对设置。
优选的是，所述压电式能量转换机构设置在所述悬架侧板内侧；以及
所述压电式能量转换机构由多片叠加的压电单元构成。
优选的是，所述压电式能量转换机构还包括：
横向限位块，其设置在所述压电单元的一侧，且与所述悬架上底板连接；
纵向限位块，其设置在所述压电单元的两端，且与所述悬架侧板连接。
优选的是，还包括：
减振弹簧，其支撑在所述磁流变减振器的一侧，且可拆卸的与所述弹簧下底板及所述悬架顶板同时连接。
优选的是，还包括：
第一连接板，其具有第一通孔和第二通孔，且设置在所述座椅部和所述靠背部的连接处；
第二连接板，其具有第三通孔和第四通孔，且与所述第一连接板对应设置在所述悬架下底板的折弯处；
第一固定螺栓，其穿过所述第一通孔与所述悬架上底板的靠背部连接；
第二固定螺栓，其穿过所述第二通孔与所述悬架上底板的座椅部连接；
第三固定螺栓，其与所述第一固定螺栓对应，穿过所述第三通孔连接在所述悬架下底板的折弯处；以及
第四固定螺栓，其与所述第二固定螺栓对应，穿过所述第四通孔连接在所述悬架下底板的折弯处。
优选的是，还包括：
限位板，其与所述悬架顶板的另一端垂直设置。
本发明的有益效果是：
(1)本发明提供的具有振动能量回收及振动主动控制的座椅悬架装置，结构简单，具有更多空间放置振动能量回收装置及主动减振装置。
(2)本发明提供的具有振动能量回收及振动主动控制的座椅悬架装置，充分利用车辆座椅悬架装置在运行过程中横、纵方向的振动能量，通过多种能量转换机构将动能转换为电能，供给磁流变减振器，在主动减少振动的同时实现了能量的回收储存并利用，也达到了节能减排的效果。
(3)本发明提供的具有振动能量回收及振动主动控制的座椅悬架装置，利用磁流变减振器作为座椅垂向减振原件，具有减振效果好，耗能低的特点。
(4)本发明提供的具有振动能量回收及振动主动控制的座椅悬架装置，将通电线圈形成闭合回路，产生的电磁力能够降低座椅悬架装置的振动传递，提高驾乘人员的乘坐舒适性。
附图说明
图1为本发明所述的具有振动能量回收及振动主动控制的座椅悬架装置的结构示意图。
图2为本发明所述的具有振动能量回收及振动主动控制的座椅悬架装置中第一磁电式能量转换机构的结构示意图。
图3为本发明所述的具有振动能量回收及振动主动控制的座椅悬架装置中主动线圈缠绕的示意图。
图4为本发明所述的具有振动能量回收及振动主动控制的座椅悬架装置中第二磁电式能量转换机构的结构示意图。
图5为本发明所述的具有振动能量回收及振动主动控制的座椅悬架装置中压电式能量转换机构的位置图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
本发明提供了一种具有振动能量回收及振动主动控制的座椅悬架装置，其主要包括：座椅悬架机构、第一磁电式能量转换机构、第二磁电式能量转换机构、压电式能量转换机构以及振动主动控制机构。
座椅悬架机构包括：悬架上底板101、悬架下底板102、悬架侧板103、悬架顶板104、弹簧下底板105及限位板106。
如图1所示，悬架上底板101为相连接的座椅部和靠背部；悬架下底板102间隔对应设置在悬架上底板101的一侧，底部与汽车固定；两个悬架侧板103分别支撑在悬架上底板101及悬架下底板102的两侧；悬架顶板104设置在悬架上底板101靠背部的一端，且与悬架下底板102的一端一体连接；弹簧下底板105与靠背部的一侧垂直连接，支撑在座椅悬架上底板101及悬架下底板102之间；限位板106与悬架顶板104的一端垂直设置。
第一磁电式能量转换机构支撑在悬架上底板101及悬架下底板102之间，且设置在座椅部的一侧，包括：永磁铁支撑板201、永磁铁202、主动线圈支撑板203及主动线圈204。
如图2所示，永磁铁支撑板201具有多排凹槽，且焊接在悬架下底板102的上方；多个永磁铁202分别镶嵌在永磁铁支撑板201的凹槽内，形成多组永磁铁组；主动线圈支撑板203焊接在悬架上底板101的下方，并且设置在每组永磁铁组之间；如图3所示，主动线圈204缠绕在主动线圈支撑板203上，是一种金属丝，在不影响第一磁电式能量转换机构工作的前提下，金属丝缠绕尽可能多的匝数；其中，主动线圈204两侧的永磁铁202同极相对放置。
在另一种实施例中，第一磁电式能量转换机构的永磁铁202共为三组，每组数量为8～12个，每个永磁铁202的长度为40～60mm。
第二磁电式能量转换机构支撑在悬架上底板101及悬架下底板102之间，位于靠背部，并且焊接在弹簧下底板105的下方，包括：主动永磁铁支撑架301、主动永磁铁302、悬架下底板线圈303、悬架侧板线圈304、多个吊耳305以及连接弹簧306。
如图4所示，主动永磁铁支撑架301支撑多个并列排列的主动永磁铁302，主动永磁铁302通过连接弹簧306与主动永磁铁支撑架301上的吊耳305连接；在悬架下底板102和悬架侧板103上分别设有悬架下底板线圈303和悬架侧板线圈304，当座椅悬架发生横向及纵向的振动时，主动永磁铁302均能够做切割磁感线的运动，将振动能转换为电能。
在另一种实施例中，主动永磁铁302的数量为三块，并且同级相对放置；悬架侧板线圈304为2×3阵列，悬架下底板线圈303为2×2阵列；悬架侧板线圈304及悬架下底板线圈303的高度在不影响主动永磁铁302正常运动的前提下，尽量增高。
如图5所示，压电式能量转换机构位于第一磁电式能量转换机构的两侧，并且与悬架侧板103连接，由多片叠加设置的压电单元401、横向限位块402、纵向限位块403构成。
在另一种实施例中，压电单元401为矩形片状材料，材料种类可选择陶瓷压电材料，每片材料厚度为1～5mm，数量共为20～100片。当座椅悬架上底板101做横向运动时，对压电单元401产生正压力，进而实现振动能量的转换。
在另一种实施例中，横向限位块402设置在压电单元401的一侧，与悬架上底板101连接，限制压电单元401的横向位置；
纵向限位块403设置在压电单元401的两端与悬架侧板103连接，限制压电单元401的纵向位置。
振动主动控制机构能够根据车辆振动的变化，调节磁流变减振器600的阻尼力，实现车辆座椅悬架振动的主动控制。磁流变减振器控制系统以传感器感应悬架上底板101上方的加速度信号以及悬架下底板102下方的加速度作为参考输入信号，以磁流变减振器600输入电流作为输出信号，对磁流变减振器600的输入电流进行实时调节，完成振动的主动控制。
在另一种实施例中，将第一磁电式能量转换机构、第二磁电式能量转换机构及压电式能量转换机构转换的电能输入整流器，再通过充电电路储存在蓄电池内，当磁流变减振器600需要时，再供给其电能，多余部分供给其他车辆用电部件使用。
在另一种实施例中，减振弹簧500支撑在弹簧下底板105和悬架顶板104之间，用于减轻悬架的振动。
在另一种实施例中，第一连接板701为具有第一通孔和第二通孔，且设置在座椅部和靠背部的连接处；
第二连接板702为具有第三通孔和第四通孔，且与第一连接板701对应设置在悬架下底板102的折弯处；
第一固定螺栓801穿过第一通孔与靠背部连接；
第二固定螺栓802穿过第二通孔与座椅部连接；
第三固定螺栓803与第一固定螺栓801对应，穿过第三通孔连接在悬架下底板102的折弯处；以及
第四固定螺栓804与第二固定螺栓802对应，穿过第四通孔连接在悬架下底板102的折弯处；
其中，第一连接板701及第二连接板702可采用金属材料制成；
通过两个连接板及四个固定螺栓的配合，使座椅在调节角度的过程中，不会对悬架上底板101和悬架下底板102之间的装置发生运动干涉。
本发明一种具有振动能量回收及振动主动控制的座椅悬架装置工作过程如下：
第一磁电式能量转换机构利用悬架的纵向振动，通过主动线圈204上下移动做切割磁感线运动，将振动能转换为电能；第二磁电式能量转换机构利用悬架的纵向及横向的振动，通过主动永磁铁302运动做被切割磁感线运动，将振动能转换为电能；压电式能量转换机构利用座椅悬架的横向振动，将正面压力转换为电能。
其中，多种能量转换机构转换的电能通过蓄电池储存，可提供给磁流变减振器600做振动主动控制，或者供给其他车辆用电部件使用。
同时，通电的主动线圈204及悬架侧板线圈304形成闭合回路，产生的电磁力也能够降低座椅悬架装置的振动传递，提高驾乘人员的乘坐舒适性。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (9)

1.一种具有振动能量回收及振动主动控制的座椅悬架装置，其特征在于，包括：
悬架上底板，其包括相连接的座椅部和靠背部；
悬架下底板，其间隔对应设置在所述悬架上底板的一侧；
悬架顶板，其一端与所述悬架下底板的一端一体连接，且设置在靠近所述靠背部处；
两个悬架侧板，其分别支撑在所述悬架上底板及所述悬架下底板的两侧；
弹簧下底板，其与所述靠背部的一侧垂直连接，且支撑在所述悬架上底板及所述悬架下底板之间；
磁流变减振器，其支撑在所述悬架顶板与所述弹簧下底板之间；
第一磁电式能量转换机构，其固定支撑在所述悬架上底板及所述悬架下底板之间，且设置在所述座椅部的一侧；
两个压电式能量转换机构，其分别设置在所述第一磁电式能量转换机构的两侧，且分别与两个所述悬架侧板连接；
第二磁电式能量转换机构，其可拆卸的支撑在所述悬架上底板及所述悬架下底板之间，且设置在所述弹簧下底板的一侧；
所述第二磁电式能量转换机构包括：
多个线圈支撑板，其相对应的固定在所述悬架侧板的内侧及所述悬架下底板的一侧；
多个线圈，其分别缠绕在所述线圈支撑板上；
主动永磁铁支撑架，其支撑在所述弹簧下底板的一侧；以及
多个主动永磁铁，其弹性排列支撑在所述主动永磁铁支撑架内；
第一磁电式能量转换机构、第二磁电式能量转换机构及两个压电式能量转换机构转换的电能输入整流器，再通过充电电路储存在蓄电池内。
2.根据权利要求1所述的具有振动能量回收及振动主动控制的座椅悬架装置，其特征在于，所述第一磁电式能量转换机构包括：
永磁铁支撑板，其具有多组凹槽，且固定在所述悬架下底板的一侧；
多个永磁铁，其对应镶嵌在所述凹槽内；
多个主动线圈支撑板，其固定在所述悬架上底板的一侧，且分别设置在每组所述凹槽之间；以及
多个主动线圈，其分别缠绕在所述主动线圈支撑板上。
3.根据权利要求2所述的具有振动能量回收及振动主动控制的座椅悬架装置，其特征在于，所述第二磁电式能量转换机构还包括：
多个吊耳，其固定在所述主动永磁铁支撑架上。
4.根据权利要求2或3所述的具有振动能量回收及振动主动控制的座椅悬架装置，其特征在于，所述永磁铁同极相对设置；
所述主动永磁铁同极相对设置。
5.根据权利要求1所述的具有振动能量回收及振动主动控制的座椅悬架装置，其特征在于，所述压电式能量转换机构设置在所述悬架侧板内侧；以及
所述压电式能量转换机构由多片叠加的压电单元构成。
6.根据权利要求5所述的具有振动能量回收及振动主动控制的座椅悬架装置，其特征在于，所述压电式能量转换机构还包括：
横向限位块，其设置在所述压电单元的一侧，且与所述悬架上底板连接；纵向限位块，其设置在所述压电单元的两端，且与所述悬架侧板连接。
7.根据权利要求1所述的具有振动能量回收及振动主动控制的座椅悬架装置，其特征在于，还包括：
减振弹簧，其支撑在所述磁流变减振器的一侧，且可拆卸的与所述弹簧下底板及所述悬架顶板同时连接。
8.根据权利要求7所述的具有振动能量回收及振动主动控制的座椅悬架装置，其特征在于，还包括：
第一连接板，其具有第一通孔和第二通孔，且设置在所述座椅部和所述靠背部的连接处；
第二连接板，其具有第三通孔和第四通孔，且与所述第一连接板对应设置在所述悬架下底板的折弯处；
第一固定螺栓，其穿过所述第一通孔与所述悬架上底板的靠背部连接；
第二固定螺栓，其穿过所述第二通孔与所述悬架上底板的座椅部连接；
第三固定螺栓，其与所述第一固定螺栓对应，穿过所述第三通孔连接在所述悬架下底板的折弯处；以及
第四固定螺栓，其与所述第二固定螺栓对应，穿过所述第四通孔连接在所述悬架下底板的折弯处。
9.根据权利要求8所述的具有振动能量回收及振动主动控制的座椅悬架装置，其特征在于，还包括：
限位板，其与所述悬架顶板的另一端垂直设置。
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