基于磁流變液轉(zhuǎn)動(dòng)阻尼器的座椅垂向減振系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于磁流變液轉(zhuǎn)動(dòng)阻尼器的座椅垂向減振系統(tǒng)，主要由兩套剪刀叉狀結(jié)構(gòu)和兩個(gè)磁流變液轉(zhuǎn)動(dòng)阻尼器組成。叉狀結(jié)構(gòu)由兩根金屬梁交叉而成，磁流變液轉(zhuǎn)動(dòng)阻尼器由轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)子，阻尼器外壁和電磁線圈組成。一套剪刀叉狀結(jié)構(gòu)和一個(gè)磁流變液轉(zhuǎn)動(dòng)阻尼器組成一套減振裝置，分別安裝于座椅懸架兩側(cè)。本發(fā)明所采用的磁流變液轉(zhuǎn)動(dòng)阻尼器除了具有線性磁流變液阻尼器的阻尼可控性之外，還具有線性磁流變液阻尼器不具備的優(yōu)點(diǎn)：大幅減低磁流變液的使用量，從而節(jié)省成本；大幅降低阻尼器對密封的要求；能夠很好的解決磁流變液沉降引起的穩(wěn)定性問題。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于各類車輛的座椅懸架，降低振動(dòng)，提高駕駛員或者乘客的乘坐舒適性。
【專利說明】
基于磁流變液轉(zhuǎn)動(dòng)阻尼器的座椅垂向減振系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種座椅垂向減振系統(tǒng)，尤其涉及一種基于磁流變液轉(zhuǎn)動(dòng)阻尼器的座椅垂向減振系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]汽車座椅是人與機(jī)車直接接觸的界面，它將人體和車身聯(lián)系在一起，座椅懸架設(shè)計(jì)的好壞直接影響駕駛?cè)藛T的舒適和安全。先進(jìn)的座椅懸架可以有效的緩解駕駛疲勞并保證車輛行駛的平穩(wěn)性;座椅懸架的人性化設(shè)計(jì)和配置，可以緩和和衰減來自路面和環(huán)境的沖擊和振動(dòng)，為乘員提供舒適安全的駕乘環(huán)境。不合理的座椅懸架設(shè)計(jì)會嚴(yán)重影響乘坐舒適度、安全性及操縱方便性，導(dǎo)致工作人員的效率低下，長久工作下，甚至?xí)l(fā)各種健康問題，例如:肩部不適，背部疼痛、慢性阻塞肺疾病，頸椎問題等。因此，合理的座椅設(shè)計(jì)理念必須能充分將人、車和環(huán)境合理地科學(xué)地結(jié)合起來，能更好的適應(yīng)和滿足人類的各種需求。尤其是高負(fù)荷、長工時(shí)或長途駕駛的機(jī)車，更需要合理設(shè)計(jì)的座椅懸架保證駕乘人員的舒適和安全。
[0003]在機(jī)車座椅設(shè)計(jì)中，緩和和衰減由車身傳來的沖擊和振動(dòng)是一項(xiàng)重要的要求指標(biāo)。車輛在行駛或者工作過程中，因路面不平或工作環(huán)境引起的車身振動(dòng)會傳遞給人體，弓丨起人體振動(dòng)，導(dǎo)致駕乘人員身體疲勞，認(rèn)知能力下降，反應(yīng)遲緩，甚至引發(fā)惡性安全事故。近幾年來，大量研究工作致力于機(jī)車垂向減振技術(shù)，例如基于磁流變液線性阻尼器的半主動(dòng)懸架，尤其是在惡劣環(huán)境作業(yè)或者使用振動(dòng)工具的重型機(jī)車，例如裝載機(jī)，自卸車和垃圾收集車等，由負(fù)載引發(fā)的垂向振動(dòng)是引發(fā)安全事故的主要威脅。因此，緩和和衰減車身的垂向振動(dòng)是保證駕乘人員舒適安全的重要前提條件。
[0004]本發(fā)明基于磁流變液技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了基于磁流變液轉(zhuǎn)動(dòng)阻尼器的座椅垂向減振裝置的半主動(dòng)控制。本發(fā)明利用轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)代替了傳統(tǒng)阻尼器活塞的線性運(yùn)動(dòng)，從而將懸架垂向的振動(dòng)轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)。此設(shè)計(jì)帶來的有點(diǎn)有:結(jié)構(gòu)簡單緊湊，易于維護(hù)和安裝;更重要的是，大大縮減了對磁流變液的消耗，降低了加工成本，同時(shí)對于密封的要求降低，對于MRF的沉降問題能夠較好的解決。本發(fā)明為機(jī)車減振技術(shù)提供了新型可靠的解決方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服各類車輛在行使或者作業(yè)時(shí)由惡劣的路況和環(huán)境或負(fù)載沖擊引發(fā)的垂向振動(dòng)，以及司機(jī)或者作業(yè)人員在長工時(shí)工作下的疲勞問題，本發(fā)明提出一種基于磁流變液轉(zhuǎn)動(dòng)阻尼器的座椅垂向減振系統(tǒng)，利用磁流變液阻尼可變技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)動(dòng)阻尼器的半主動(dòng)控制，能夠?yàn)楦黝愜囕v座椅提供更好的乘坐舒適性。此半主動(dòng)懸架以座椅懸架的實(shí)時(shí)工作狀態(tài)為反饋信號，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)磁流變液轉(zhuǎn)動(dòng)阻尼器的阻尼，控制的最終目標(biāo)是實(shí)時(shí)抑制由外界環(huán)境或者不規(guī)則路面引起的振動(dòng)，給駕乘者提供一種安全、健康和友好的駕車環(huán)境。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案包括:基于磁流變液轉(zhuǎn)動(dòng)阻尼器的座椅垂向減振系統(tǒng)，其特征在于:主要由兩套叉狀結(jié)構(gòu)6和兩個(gè)磁流變液轉(zhuǎn)動(dòng)阻尼器5組成;一套叉狀結(jié)構(gòu)6和一個(gè)磁流變液轉(zhuǎn)動(dòng)阻尼器5組成一套減振裝置，分別安裝于懸架兩側(cè);其中叉狀結(jié)構(gòu)6由兩根金屬梁交叉而成;磁流變液轉(zhuǎn)動(dòng)阻尼器5由轉(zhuǎn)軸13，轉(zhuǎn)子17，阻尼器外壁14和電磁線圈16組成；電磁線圈16同方向纏繞在轉(zhuǎn)子17上;磁流變液15填充于阻尼器外壁14，電磁線圈16，轉(zhuǎn)軸13和轉(zhuǎn)子17所圍成的空隙;叉狀結(jié)構(gòu)6中的一根金屬梁與磁流變液轉(zhuǎn)動(dòng)阻尼器5的轉(zhuǎn)軸13固定，叉狀結(jié)構(gòu)6中的另一根金屬梁與磁流變液轉(zhuǎn)動(dòng)阻尼器5的阻尼器壁14固定，以此將懸架的垂向線性運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成阻尼器轉(zhuǎn)子和殼體之間的相對轉(zhuǎn)動(dòng);減振系統(tǒng)在受到外界振動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)軸13將外界垂向振動(dòng)或擾動(dòng)轉(zhuǎn)變成轉(zhuǎn)動(dòng)并傳遞給轉(zhuǎn)子17，當(dāng)轉(zhuǎn)子17由于外界振動(dòng)與阻尼器外壁14發(fā)生相對轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于磁流變液15的存在，轉(zhuǎn)子17和阻尼器外壁14之間產(chǎn)生阻尼力，從而阻礙它們的相對運(yùn)動(dòng);而此阻尼力受控于所加外界磁場，從而轉(zhuǎn)子17的運(yùn)動(dòng)受控于外界磁場，整個(gè)減振系統(tǒng)的垂向阻尼也會受控于外界磁場。
[0007]所述磁流變液轉(zhuǎn)動(dòng)阻尼器5的轉(zhuǎn)子17材料選擇為導(dǎo)磁性好的低碳鋼，而轉(zhuǎn)軸13材料選擇的是不導(dǎo)磁的鋁，轉(zhuǎn)子17和轉(zhuǎn)軸13材料的選擇是為了形成更優(yōu)磁路，防止漏磁現(xiàn)象。
[0008]磁流變液轉(zhuǎn)動(dòng)阻尼器5的阻尼力大小可由外界磁場進(jìn)行控制；在電磁線圈16通電時(shí)，轉(zhuǎn)子17和阻尼器外壁14以及磁流變液15形成閉合磁路，低碳鋼材料的轉(zhuǎn)子17可以避免漏磁現(xiàn)象，從而使最大磁通作用在磁流變液上。
[0009]位移傳感器Il用來測量座椅垂向絕對位移，位移傳感器Π2用來測量座椅垂向相對位移，加速度傳感器13和加速度傳感器Π 4分別用來測量座椅和激勵(lì)信號的加速度;位移傳感器Il和位移傳感器Π 2檢測振動(dòng)信號并傳輸?shù)阶握駝?dòng)控制器9中，座椅振動(dòng)控制器9根據(jù)電腦10輸出的控制算法，計(jì)算出所需控制信號，控制信號經(jīng)過功率放大器8放大后激勵(lì)磁流變液轉(zhuǎn)動(dòng)阻尼器5，從而實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。
[0010]測試系統(tǒng)控制器11可與電腦10通信;測試系統(tǒng)控制器11接收到電腦10輸出的模擬振動(dòng)信號后，經(jīng)信號放大器12放大后驅(qū)動(dòng)振動(dòng)平臺7作相應(yīng)垂向振動(dòng)。
[0011 ]本發(fā)明與【背景技術(shù)】相比，具有的有益效果是:
1、和傳統(tǒng)的座椅垂向減振系統(tǒng)相比，本發(fā)明是一種新型半主動(dòng)座椅垂向減振系統(tǒng)，這一系統(tǒng)能夠?yàn)轳{駛員和乘客提供更好的乘坐舒適性。
[0012]2、傳統(tǒng)直線式磁流變阻尼器的腔體一般較大，需要大量的磁流變液充滿，從而成本比較高。由于旋轉(zhuǎn)式磁流變阻尼器腔體體積極小，所以本發(fā)明大大減少了磁流變液的消耗，大幅降低了成本。
[0013]3、傳統(tǒng)直線式磁流變阻尼器其內(nèi)部需要較高壓力來保證阻尼器性能，這樣一來就增加了阻尼器的密封要求。本發(fā)明所用磁流變液轉(zhuǎn)動(dòng)阻尼器內(nèi)部不需要高壓來保證起性能，從而降低了對密封性的要求。
[0014]4、沉降是磁流變液較為突出的缺點(diǎn)，對于直線式磁流變液阻尼器來說，磁流變液一旦沉降，再次分散的難度比較大。本發(fā)明使用轉(zhuǎn)動(dòng)阻尼器能夠很好的解決這一問題，因?yàn)檗D(zhuǎn)動(dòng)阻尼器內(nèi)部磁流變液一直在不斷循環(huán)，磁流變液沉降問題可被很好的解決。
[0015]5、本發(fā)明用磁流變液轉(zhuǎn)動(dòng)阻尼器代替線性磁流變液阻尼器，設(shè)計(jì)簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，便于加工和維護(hù)。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2為磁流變液轉(zhuǎn)動(dòng)阻尼器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖中:位移傳感器11，位移傳感器Π2，加速度傳感器13，加速度傳感器Π 4，磁流變液轉(zhuǎn)動(dòng)阻尼器5，叉狀結(jié)構(gòu)6，振動(dòng)平臺7，功率放大器8，座椅振動(dòng)控制器9，電腦10，測試系統(tǒng)控制器11，信號放大器12，轉(zhuǎn)軸13，阻尼器外壁14，磁流變液15，線圈16，轉(zhuǎn)子17。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明:
圖1所示為基于磁流變液轉(zhuǎn)動(dòng)阻尼器的座椅垂向減振系統(tǒng)。本系統(tǒng)主要由位移傳感器II，位移傳感器Π 2，加速度傳感器3，加速度傳感器Π 4，磁流變液轉(zhuǎn)動(dòng)阻尼器5和叉狀結(jié)構(gòu)6組成。叉狀結(jié)構(gòu)6由兩根金屬梁交叉而成。位移傳感器Il用來測量座椅垂向絕對位移，位移傳感器Π 2用來測量座椅垂向相對位移，加速度傳感器13和加速度傳感器Π 4分別用來測量座椅和激勵(lì)信號的加速度。位移傳感器11和位移傳感器Π 2檢測振動(dòng)信號并傳輸?shù)阶握駝?dòng)控制器9中，座椅振動(dòng)控制器9根據(jù)控制算法計(jì)算出所需控制信號，控制信號經(jīng)過功率放大器8控制磁流變液轉(zhuǎn)動(dòng)阻尼器5。
[0020]上述結(jié)構(gòu)的工作原理如下:由叉狀結(jié)構(gòu)6和磁流變液轉(zhuǎn)動(dòng)阻尼器5構(gòu)成的座椅垂向減振系統(tǒng)，其裝配方式為:叉狀結(jié)構(gòu)6的其中一根金屬梁與磁流變液轉(zhuǎn)動(dòng)阻尼器5的轉(zhuǎn)軸13固定，叉狀結(jié)構(gòu)6另一根金屬梁與磁流變液轉(zhuǎn)動(dòng)阻尼器5的阻尼器外壁14固定，以此將座椅的垂向線性運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成轉(zhuǎn)子17的轉(zhuǎn)動(dòng)。座椅垂向減振系統(tǒng)在受到外界振動(dòng)時(shí)，位移傳感器II和位移傳感器Π 2將所測得的座椅絕對位移和相對位移信號傳輸給座椅振動(dòng)控制器9，座椅振動(dòng)控制器9經(jīng)過信號處理和控制算法輸出控制信號，控制信號到達(dá)磁流變液轉(zhuǎn)動(dòng)阻尼器5，磁流變液轉(zhuǎn)動(dòng)阻尼器5做出相應(yīng)反應(yīng)，調(diào)整輸出阻尼力，從而達(dá)到抑制振動(dòng)信號的作用。
[0021]圖2所示為本發(fā)明磁流變液轉(zhuǎn)動(dòng)阻尼器5結(jié)構(gòu)示意圖，由轉(zhuǎn)軸13，轉(zhuǎn)子17，阻尼器壁14和電磁線圈16組成，磁流變液15填充于由轉(zhuǎn)軸13、阻尼器壁14和轉(zhuǎn)子17圍成的密閉空間中。當(dāng)電磁線圈接通時(shí)，轉(zhuǎn)子17，阻尼器外壁14和磁流變液15形成閉合磁路。
[0022]上述結(jié)構(gòu)的工作原理如下:轉(zhuǎn)軸13主要負(fù)責(zé)接收外界振動(dòng)或擾動(dòng)并傳遞給轉(zhuǎn)子17，當(dāng)轉(zhuǎn)子17由于外界振動(dòng)與阻尼器外壁14發(fā)生相對轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于流變特性，磁流變液15使得轉(zhuǎn)子17和阻尼器外壁14之間產(chǎn)生阻尼力，從而阻礙它們的相對運(yùn)動(dòng)；而此阻尼力受控于所加外界磁場，從而轉(zhuǎn)子17的運(yùn)動(dòng)受控于外界磁場，由此表現(xiàn)出阻尼可變的動(dòng)態(tài)特性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.基于磁流變液轉(zhuǎn)動(dòng)阻尼器的座椅垂向減振系統(tǒng)，其特征在于:主要由兩套叉狀結(jié)構(gòu)6和兩個(gè)磁流變液轉(zhuǎn)動(dòng)阻尼器5組成;一套叉狀結(jié)構(gòu)6和一個(gè)磁流變液轉(zhuǎn)動(dòng)阻尼器5組成一套減振裝置，分別安裝于懸架兩側(cè);其中叉狀結(jié)構(gòu)6由兩根金屬梁交叉而成;磁流變液轉(zhuǎn)動(dòng)阻尼器5由軸13，轉(zhuǎn)子17，阻尼器外壁14和電磁線圈16組成；電磁線圈16同方向纏繞在轉(zhuǎn)子17上;磁流變液15填充于阻尼器外壁14，電磁線圈16，轉(zhuǎn)軸13和轉(zhuǎn)子17所圍成的空隙；叉狀結(jié)構(gòu)6中的一根金屬梁與磁流變液轉(zhuǎn)動(dòng)阻尼器5的轉(zhuǎn)軸13固定，叉狀結(jié)構(gòu)6中的另一根金屬梁與磁流變液轉(zhuǎn)動(dòng)阻尼器5的阻尼器壁14固定，以此將懸架的垂向線性運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成阻尼器轉(zhuǎn)子和殼體之間的相對轉(zhuǎn)動(dòng);減振系統(tǒng)在受到外界振動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)軸13將外界垂向振動(dòng)或擾動(dòng)轉(zhuǎn)變成轉(zhuǎn)動(dòng)并傳遞給轉(zhuǎn)子17，當(dāng)轉(zhuǎn)子17由于外界振動(dòng)與阻尼器外壁14發(fā)生相對轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于磁流變液15的存在，轉(zhuǎn)子17和阻尼器外壁14之間產(chǎn)生阻尼力，從而阻礙它們的相對運(yùn)動(dòng);而此阻尼力受控于所加外界磁場，從而轉(zhuǎn)子17的運(yùn)動(dòng)受控于外界磁場，整個(gè)減振系統(tǒng)的垂向阻尼也會受控于外界磁場。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于磁流變液轉(zhuǎn)動(dòng)阻尼器的座椅垂向減振系統(tǒng)，其特征在于，所述磁流變液轉(zhuǎn)動(dòng)阻尼器5的轉(zhuǎn)子17材料選擇為導(dǎo)磁性好的低碳鋼，而轉(zhuǎn)軸13材料選擇的是不導(dǎo)磁的鋁，轉(zhuǎn)子17和轉(zhuǎn)軸13材料的選擇是為了形成更優(yōu)磁路，防止漏磁現(xiàn)象。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于磁流變液轉(zhuǎn)動(dòng)阻尼器的座椅垂向減振系統(tǒng)，其特征在于，磁流變液轉(zhuǎn)動(dòng)阻尼器5的阻尼力大小可由外界磁場進(jìn)行控制;在電磁線圈16通電時(shí)，轉(zhuǎn)子17和阻尼器外壁14以及磁流變液15形成閉合磁路，低碳鋼材料的轉(zhuǎn)子17可以避免漏磁現(xiàn)象，從而使最大磁通作用在磁流變液上。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于磁流變液轉(zhuǎn)動(dòng)阻尼器的座椅垂向減振系統(tǒng)，其特征在于，位移傳感器11用來測量座椅垂向絕對位移，位移傳感器Π 2用來測量座椅垂向相對位移，加速度傳感器13和加速度傳感器Π 4分別用來測量座椅和激勵(lì)信號的加速度;位移傳感器11和位移傳感器Π 2檢測振動(dòng)信號并傳輸?shù)阶握駝?dòng)控制器9中，座椅振動(dòng)控制器9根據(jù)電腦10輸出的控制算法，計(jì)算出所需控制信號，控制信號經(jīng)過功率放大器8放大后激勵(lì)磁流變液轉(zhuǎn)動(dòng)阻尼器5，從而實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于磁流變液轉(zhuǎn)動(dòng)阻尼器的座椅垂向減振系統(tǒng)，其特征在于，測試系統(tǒng)控制器11可與電腦10通信;測試系統(tǒng)控制器11接收到電腦10輸出的模擬振動(dòng)信號后，經(jīng)信號放大器12放大后驅(qū)動(dòng)振動(dòng)平臺7作相應(yīng)垂向振動(dòng)。
【文檔編號】B60N2/52GK106080319SQ201610436694
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月20日
【發(fā)明人】李衛(wèi)華, 孫帥帥, 杜海平, 胡國良, 楊健, 寧東紅
【申請人】華東交通大學(xué)