CN111605455B - 一种自平衡主动减振系统 - Google Patents
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Abstract
一种自平衡主动减振系统，包括：座椅固定件、线性导轨、隔板、减振弹簧阻尼器、球形铰链、固定片、动力箱、座板、前限位板凸块、前限位板、曲柄、支撑架、后限位板凸块、后限位板、座椅扶手、座椅坐垫、座椅背靠、座椅头枕、压力传感器；所述动力箱内包括驱动杆、第一漏斗、第二漏斗、内阀板、外阀板、漏斗口、横管口、环形腔、横管、连杆、活塞块、泵、油箱、进油管、排油管；该系统将座椅姿态的控制和主动减振的作动集为一体，两者功能工作互不影响干涉，结构可靠紧凑，稳定性高，适用车辆范围广。
Description
技术领域
本发明涉及汽车座椅调节、减振和控制领域，具体涉及一种自平衡主动减振系统。
背景技术
随着科学技术和经济的不断发展，汽车已经成为了一种生产生活中不可替代的交通工具，汽车的普及也使得人们对车辆乘坐舒适性的要求越来越高。汽车在行驶过程中通常工况非常复杂，在这些复杂的工况下，由于惯性力的作用，车身姿态会发生不同程度的变化。车内的乘客在车身姿态变化、惯性力以及车身振动的共同作用下，极易产生晕车现象，使得乘坐舒适性大幅降低，严重的甚至会造成意外伤害。
现有技术关于解决以上问题的方案及不足如下：
现有技术的反馈控制不根据座椅对乘客的实时支撑状态来实时对座椅进行反馈控制，导致其控制响应慢、控制精度以及控制的稳定性低下；采用伸缩机构的设置导致系统结构复杂，转动机构在座椅姿态的调节中部分存在运动干涉，实际应用中调节的角度只能在伸缩机构的刚度限定范围内进行微小的转动，机械机构设置不合理，对汽车的复杂工况而言，可靠性低下。
现有技术采用的气动作动器调节机构导致其系统控制平稳性差，响应速度受乘客体重变化的影响大，难以获得较大承载力及力矩，并且其工作时会产生的排气噪声，影响乘客的乘坐舒适性。现有技术的弹簧调节机构只能上下伸缩、不能同时控制座椅进行侧倾、俯仰方向上的运动，对于复杂的混合工况，存在控制的局限性。
现有技术的座椅电机动力机构，只能实现生硬的动力驱动，阻尼力减振性能较差，且电机转化运动方向时，只需要较小的转动角度，造成电机转动行程的浪费。
现有技术的液压活塞驱动，只能实现直线运动，而不能实现直线运动与旋转运动之间的转化。
现有技术的阀门，只能实现启闭两个状态，而现有技术的三通阀可以对三个方向进行控制，但只能实现一进二出或者二进一出，只能实现直角通流，不能实现直线通流，不能实现二进三出，更不能与其它部件配合实现三进三出。
现有技术对座椅上下运动时，缺乏既能支撑又能导向的结构。
发明内容
为了克服上述问题，本发明提出同时解决上述多种问题的方案。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种自平衡主动减振系统，包括：座椅固定件、线性导轨、隔板、减振弹簧阻尼器、球形铰链、固定片、动力箱、座板、前限位板凸块、前限位板、曲柄、支撑架、后限位板凸块、后限位板、座椅扶手、座椅坐垫、座椅背靠、座椅头枕、压力传感器；所述动力箱内包括驱动杆、第一漏斗、第二漏斗、内阀板、外阀板、漏斗口、横管口、环形腔、横管、连杆、活塞块、泵、油箱、进油管、排油管；
所述座椅固定件支撑所述线性导轨，线性导轨上方设有隔板，隔板上设有定位和紧固所需的孔，所述隔板上设有支撑架，所述支撑架上设有前限位板、后限位板；固定片固定在隔板上；四个固定片设置在一个动力箱的四个底角，四个动力箱设置在隔板上，座椅前方两个动力箱的相对距离大于座椅后方两个动力箱的相对距离；座椅前方的两个减振弹簧阻尼器的中轴线在竖直平面上形成上窄下宽的形状，座椅后方的两个减振弹簧阻尼器的中轴线在竖直平面上形成上宽下窄的形状；减振弹簧阻尼器两端设有铰接机构，一端与曲柄铰接配合形成转动连接，另一端是球形铰链，与座板上固定的球形铰链座形成转动连接；座板上方直接与座椅坐垫连接；
所述前限位板上设有前限位板凸块，所述后限位板上设有后限位板凸块，所述座板下方设有凹槽匹配所述前限位板凸块、所述后限位板凸块，所述前限位板凸块、后限位板凸块周侧为斜面结构，所述凹槽的内表面至少部分为弧形；
所述动力箱通过所述驱动杆与所述曲柄连接，所述曲柄一端连接所述减振弹簧阻尼器，所述连杆与所述驱动杆垂直连接，所述连杆下方连接所述活塞块，所述活塞块在所述环形腔中摆动，所述环形腔一端连通左侧的横管与所述第一漏斗，所述环形腔的另一端连通右侧的横管与所述第二漏斗，所述内阀板与外阀板为一体结构且相互垂直，内阀板与外阀板连接处设有驱动结构，所述驱动结构可使得内外阀板转动180度，左侧的内阀板与外阀板构成第一阀，右侧的内阀板与外阀板构成第二阀；所述横管下端连接有进油管与排油管，所述动力箱底部设有所述油箱，所述油箱中部设有凹槽以容纳所述泵，所述泵的输出端连接两条进油管，所述油箱的两侧分别连接一条排油管；
所述压力传感器数量至少为两个，所述压力传感器嵌入所述座板中，所述前限位板凸块的中心线与所述前限位板的中心线不重合，所述后限位板凸块的中心线与所述后限位板的中心线不重合，以预留空间对应在座板中布置所述压力传感器，所述座板为梯形结构，所述前限位板、后限位板的中心线重合。
进一步的，所述减振弹簧阻尼器包括外部的弹簧与内部的弹性杆。
进一步的，所述曲柄为弹性材料制成。
进一步的，所述支撑架包括多条肋。
进一步的，所述前限位板与所述支撑架通过固定件连接。
进一步的，所述后限位板与所述支撑架通过固定件连接。
进一步的，所述线性导轨为燕尾导轨。
进一步的，所述漏斗口设置有限位挡板，限制内阀板的转动角度。
进一步的，所述动力箱的四个顶角设有倒角。
进一步的，所述座椅固定件为Z形结构。
本发明的有益效果是：
针对背景技术的第1点，采用压力传感器实时监测座椅对乘客的支撑力，并反馈给系统，形成了对乘客的状态进行反馈的闭环控制系统，有效提高了系统的可靠性和稳定性。
针对背景技术的第2点，将减振弹簧阻尼器前后交错非对称倾斜设置，增强了座椅的支撑稳定性，使系统结构简单紧凑、控制响应快、控制频率范围大，并且降低能耗，可适应车身在各种路面上产生的振动，在较大的振动激励下仍然可以获得较好的减振效果。
针对背景技术的第3点，使用了双层控制的结构，将传统的弹簧减振或者气缸驱动改为弹簧结构、曲柄传动、液压动力三重有机配合的结构，保证了减振性能与阻尼效果。
针对背景技术的第4点，采用了环式液压缸活塞的结构，通过环式液压缸实现阻尼式转动。
针对背景技术的第5点，采用了三进三出的阀结构，三个口均能与任意其它口连通，且均能作为进口或出口，能实现漏斗至环形腔、环形腔至漏斗、横管至环形腔、环形腔至横管、全隔断多个状态。
针对背景技术的第6点，采用了凸块与凹槽的配合实现支撑与导向，且通过斜面与弧面的配合实现顺畅的导向。
注：上述设计不分先后，每一条都使得本发明相对现有技术具有区别和显著的进步。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明自平衡主动减振系统底座的组装图。
图2是本发明驱动系统内部结构图。
图3是本发明自平衡主动减振座椅的整体图。
图4是本发明自平衡主动减振系统底架的结构图。
图5是本发明自平衡主动减振座椅的各种姿态的控制效果图。
图6是本发明自平衡主动减振座椅的各种姿态的控制效果图。
图7是本发明自平衡主动减振座椅的各种姿态的控制效果图。
图8是本发明自平衡主动减振座椅的各种姿态的控制效果图。
图中，附图标记如下：
1、座椅固定件2、线性导轨3、隔板4、减振弹簧阻尼器5、球形铰链6、驱动杆7、固定片8、动力箱9、座板10、前限位板凸块11、前限位板12、曲柄13、支撑架14、后限位板凸块15、后限位板16、座椅扶手17、座椅坐垫18、座椅背靠19、座椅头枕20、第一漏斗21、第二漏斗22、内阀板23、外阀板24、漏斗口25、横管口26、可旋转角度27、环形腔28、横管29、连杆30、活塞块31、泵 32、油箱33、进油管34、排油管。
具体实施方式
如图所示：一种自平衡主动减振系统，包括：座椅固定件、线性导轨、隔板、减振弹簧阻尼器、球形铰链、固定片、动力箱、座板、前限位板凸块、前限位板、曲柄、支撑架、后限位板凸块、后限位板、座椅扶手、座椅坐垫、座椅背靠、座椅头枕、压力传感器；所述动力箱内包括驱动杆、第一漏斗、第二漏斗、内阀板、外阀板、漏斗口、横管口、环形腔、横管、连杆、活塞块、泵、油箱、进油管、排油管；
所述座椅固定件支撑所述线性导轨，线性导轨上方设有隔板，隔板上设有定位和紧固所需的孔，所述隔板上设有支撑架，所述支撑架上设有前限位板、后限位板；固定片固定在隔板上；四个固定片设置在一个动力箱的四个底角，四个动力箱设置在隔板上，座椅前方两个动力箱的相对距离大于座椅后方两个动力箱的相对距离；座椅前方的两个减振弹簧阻尼器的中轴线在竖直平面上形成上窄下宽的形状，座椅后方的两个减振弹簧阻尼器的中轴线在竖直平面上形成上宽下窄的形状；减振弹簧阻尼器两端设有铰接机构，一端与曲柄铰接配合形成转动连接，另一端是球形铰链，与座板上固定的球形铰链座形成转动连接；座板上方直接与座椅坐垫连接；
所述前限位板上设有前限位板凸块，所述后限位板上设有后限位板凸块，所述座板下方设有凹槽匹配所述前限位板凸块、所述后限位板凸块，所述前限位板凸块、后限位板凸块周侧为斜面结构，所述凹槽的内表面至少部分为弧形；
如图所示：所述动力箱通过所述驱动杆与所述曲柄连接，所述曲柄一端连接所述减振弹簧阻尼器，所述连杆与所述驱动杆垂直连接，所述连杆下方连接所述活塞块，所述活塞块在所述环形腔中摆动，所述环形腔一端连通左侧的横管与所述第一漏斗，所述环形腔的另一端连通右侧的横管与所述第二漏斗，所述内阀板与外阀板为一体结构且相互垂直，内阀板与外阀板连接处设有驱动结构，所述驱动结构可使得内外阀板转动180度，左侧的内阀板与外阀板构成第一阀，右侧的内阀板与外阀板构成第二阀；所述横管下端连接有进油管与排油管，所述动力箱底部设有所述油箱，所述油箱中部设有凹槽以容纳所述泵，所述泵的输出端连接两条进油管，所述油箱的两侧分别连接一条排油管；
所述压力传感器数量至少为两个，所述压力传感器嵌入所述座板中，所述前限位板凸块的中心线与所述前限位板的中心线不重合，所述后限位板凸块的中心线与所述后限位板的中心线不重合，以预留空间对应在座板中布置所述压力传感器，所述座板为梯形结构，所述前限位板、后限位板的中心线重合。
所述减振弹簧阻尼器包括外部的弹簧与内部的弹性杆。所述曲柄为弹性材料制成。所述支撑架包括多条肋。所述前限位板与所述支撑架通过固定件连接。所述后限位板与所述支撑架通过固定件连接。所述线性导轨为燕尾导轨。所述漏斗口设置有限位挡板，限制内阀板的转动角度。所述动力箱的四个顶角设有倒角。所述座椅固定件为Z形结构。
本发明的控制过程：
第一步：使座椅达到预设位置状态（如座椅俯仰角设置），由乘客或驾驶员重新设定预设位置，若不设定，则保持初始预设位置（系统启动后，可以随时根据需要调整座椅位置）；
第二步：由压力传感器收集座椅上各点对乘客的支撑力数据，储存到中央处理器中；
第三步：监测单元开始工作，陀螺仪传感器监测车身姿态变化（包括俯仰和侧倾），加速度传感器监测车身振动数据；压力传感器监测座椅上各点对乘客的支撑力数据并反馈给中央处理器，实时发出校正信号，校正座椅位置；
第四步：中央处理器接收陀螺仪传感器和加速度传感器传来的数据进行处理，若传来的信号超出阈值，则将信号传给信号放大器，信号放大器放大的中央处理器的控制信号控制驱动部协调运转，调整座椅姿态并抑制座椅振动；若传来的信号在阈值范围内，则通过压力传感器监测座椅上各点对乘客的支撑力数据并反馈给中央处理器，实时发出校正信号，校正座椅位置；
第五步：系统断电，电容器持续向系统供电，中央处理器收到断电信号后，保存当前座椅预设位置，并发出复位信号，控制驱动部使座椅回到最低平面位置。
具体实施例用以下工况进行进一步的说明。
汽车在没有制动和转向的匀速前进或者驻停工况下：车身不存在侧倾和俯仰，只有路面给车身的激励振动。汽车上下坡时，此时车身产生俯仰方向上的姿态变化。汽车在没有制动的转向工况下：此时车身产生侧倾方向上的姿态变化， 针对上述工况，乘坐人的重力会相应变化，通过座椅下方压力传感器的信号传输，使得座椅产生相应调整。
驱动步骤包括：
第一步：所述泵通过所述进油管输送压力至右侧的横管，右侧的驱动结构驱动所述第二阀的外阀板封堵所述漏斗口；同时左侧的驱动结构驱动所述第一阀的内阀板封堵所述横管口，所述活塞块顺时针转动，环形腔中的液体进入所述第一漏斗；活塞块带动连杆旋转进而带动驱动杆旋转；
第二步：所述泵停止工作，所述活塞块在重力的作用下回到环形腔中间位置，活塞块右侧的液体通过排油管回到所述油箱，所述第一阀的外阀板封堵左侧的横管口、内阀板封堵第一漏斗的漏斗口；所述第二阀的外阀板封堵右侧的横管口、内阀板封堵第二漏斗的漏斗口；
第三步：所述泵通过所述进油管输送压力至左侧的横管，从而在左侧提供驱动力。
上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。
Claims (10)
1.一种自平衡主动减振系统，其特征在于，包括：座椅固定件、线性导轨、隔板、减振弹簧阻尼器、球形铰链、固定片、动力箱、座板、前限位板凸块、前限位板、曲柄、支撑架、后限位板凸块、后限位板、座椅扶手、座椅坐垫、座椅背靠、座椅头枕、压力传感器；所述动力箱内包括驱动杆、第一漏斗、第二漏斗、内阀板、外阀板、漏斗口、横管口、环形腔、横管、连杆、活塞块、泵、油箱、进油管、排油管；
所述座椅固定件支撑所述线性导轨，线性导轨上方设有隔板，隔板上设有定位和紧固所需的孔，所述隔板上设有支撑架，所述支撑架上设有前限位板、后限位板；固定片固定在隔板上；四个固定片设置在一个动力箱的四个底角，四个动力箱设置在隔板上，座椅前方两个动力箱的相对距离大于座椅后方两个动力箱的相对距离；座椅前方的两个减振弹簧阻尼器的中轴线在竖直平面上形成上窄下宽的形状，座椅后方的两个减振弹簧阻尼器的中轴线在竖直平面上形成上宽下窄的形状；减振弹簧阻尼器两端设有铰接机构，一端与曲柄铰接配合形成转动连接，另一端是球形铰链，与座板上固定的球形铰链座形成转动连接；座板上方直接与座椅坐垫连接；
所述前限位板上设有前限位板凸块，所述后限位板上设有后限位板凸块，所述座板下方设有凹槽匹配所述前限位板凸块、所述后限位板凸块，所述前限位板凸块、后限位板凸块周侧为斜面结构，所述凹槽的内表面至少部分为弧形；
所述动力箱通过所述驱动杆与所述曲柄连接，所述曲柄一端连接所述减振弹簧阻尼器，所述连杆与所述驱动杆垂直连接，所述连杆下方连接所述活塞块，所述活塞块在所述环形腔中摆动，所述环形腔一端连通左侧的横管与所述第一漏斗，所述环形腔的另一端连通右侧的横管与所述第二漏斗，所述内阀板与外阀板为一体结构且相互垂直，内阀板与外阀板连接处设有驱动结构，所述驱动结构可使得内外阀板转动180度，左侧的内阀板与外阀板构成第一阀，右侧的内阀板与外阀板构成第二阀；所述横管下端连接有进油管与排油管，所述动力箱底部设有所述油箱，所述油箱中部设有凹槽以容纳所述泵，所述泵的输出端连接两条进油管，所述油箱的两侧分别连接一条排油管；
所述压力传感器数量至少为两个，所述压力传感器嵌入所述座板中，所述前限位板凸块的中心线与所述前限位板的中心线不重合，所述后限位板凸块的中心线与所述后限位板的中心线不重合，以预留空间对应在座板中布置所述压力传感器，所述座板为梯形结构，所述前限位板、后限位板的中心线重合。
2.根据权利要求1所述的一种自平衡主动减振系统，其特征在于：所述减振弹簧阻尼器包括外部的弹簧与内部的弹性杆。
3.根据权利要求2所述的一种自平衡主动减振系统，其特征在于：所述曲柄为弹性材料制成。
4.根据权利要求1所述的一种自平衡主动减振系统，其特征在于：所述支撑架包括多条肋。
5.根据权利要求1所述的一种自平衡主动减振系统，其特征在于：所述前限位板与所述支撑架通过固定件连接。
6.根据权利要求5所述的一种自平衡主动减振系统，其特征在于：所述后限位板与所述支撑架通过固定件连接。
7.根据权利要求1所述的一种自平衡主动减振系统，其特征在于：所述线性导轨为燕尾导轨。
8.根据权利要求1所述的一种自平衡主动减振系统，其特征在于：所述漏斗口设置有限位挡板，限制内阀板的转动角度。
9.根据权利要求1所述的一种自平衡主动减振系统，其特征在于：所述动力箱的四个顶角设有倒角。
10.根据权利要求1所述的一种自平衡主动减振系统，其特征在于：所述座椅固定件为Z形结构。
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