一種主動平衡汽車座椅的制作方法

本發明屬于汽車技術領域，具體涉及汽車上使用的座椅。

背景技術：

隨著社會的發展，汽車已經成為了人們工作和生活中的一種常用的重要交通工具，汽車的高速行駛能力方便了人們的日常生活，但是，汽車帶給我們方便的同時，也帶來了許多不利影響。

汽車行駛不可能始終保持勻速平穩，而當車輛在變工況行駛時，例如急轉彎工況下，人體受到橫向慣性力；急剎車工況下，人體受到縱向慣性力；急轉彎和急剎車聯合工況下，人體將受到橫向和縱向慣性力的共同作用。在慣性力的影響下，人體會受到慣性加速度的刺激，給乘員增加不舒適感，隨著這種不舒適感逐漸堆積，很多乘員也會產生暈車癥狀；如果慣性加速度過大，人體與座椅的相對運動趨勢較大，人體與座椅就會出現相對運動，人體可能撞到附近的硬物，也極可能從座椅上跌下，造成意外傷害。

車輛行駛時常出現顛簸、上下起伏，人體將會出現失重、超重的感覺，給乘員帶來很大的不舒適性，隨著不舒適性的積累，乘員也可能出現暈車癥狀。

現有技術解決關于慣性力問題主要采用可調節座椅減輕汽車變工況行駛時慣性力對乘員的影響，但是現有的可調節座椅主要是針對急剎車或急轉彎單一運動工況下的可調節座椅，只能在汽車單一運動工況下減輕慣性力對乘員的影響。此外，現有技術針對該情況所涉及的可調節座椅只是定性地表明能抑制慣性力對乘員的影響，并不能定量的說明把慣性力對乘員的影響抑制到什么程度，沒有精確調節座椅空間位置的控制方法。圖6為兩輪車輛轉彎示意圖，圖6中q為兩輪車轉彎傾斜時與地面法線的夾角。人騎兩輪車進行轉彎時，控制車輛傾斜，與地面法線夾角為q，這樣，兩輪車座椅隨著車輛傾斜，座椅對人體的支撐力的水平分力提供轉彎時人體所需要的向心力，防止人體與座椅出現水平面內的相對運動趨勢，所以兩輪車“座椅-車”構成的系統能夠時刻同步主動協調匹配，使兩輪車輛和座椅傾斜角始終處于理想狀態，使人和兩輪車始終處于平衡狀態。而對于汽車來說，它并不能像兩輪車輛那樣傾斜調整，當汽車急轉彎、急剎車或兩者聯合工況下，車輛上的座椅也不能隨車輛的運動工況主動調節空間位置，不能實現“座椅-車”兩者系統的同步協調平衡。故設計一種可主動調節座椅，根據汽車的運動工況，同步地調節座椅的空間位置，使“座椅-車”兩者系統始終理想地協調匹配，使座椅對人體支撐力的水平面內的分力抵消汽車急轉彎、急剎車或者兩者聯合工況下人體受到的慣性力，減弱人體與座椅之間的相對運動或相對運動趨勢，使人體在汽車變工況行駛下始終處于平衡狀態。

現有技術抑制慣性力問題采用的可調節座椅大都沒有自動減震功能，那么當汽車顛簸、上下起伏時，給乘員帶來很大的不舒適感。

技術實現要素：

針對現有技術存在的缺陷，本發明提供了一種主動平衡汽車座椅。

一種主動平衡汽車座椅包括座椅4，所述座椅4通過平衡調節機構安裝在汽車車廂內；

所述平衡調節機構包括結構相同的三個伸縮機構，三個伸縮機構的一端分別均布在車廂底板7上，另一端分別通過滑塊滑槽的配合設于座椅底部，實現相對滑動；

每個伸縮機構包括動力傳動機構、伸縮缸筒、制動機構和制動液壓控制機構；

當車輛急轉彎、急剎車或轉彎、剎車同時出現聯合工況時，在平衡調節機構的作用下，抵消汽車變工況行駛帶給乘員的慣性力作用，有效抑制車輛變工況行駛對人體產生的慣性加速度刺激，減輕乘員與座椅的相對運動與相對運動趨勢，從而減輕乘員的不舒適感。

進一步限定的技術方案如下：

所述伸縮機構的動力傳動機構包括電機100、一對減速齒輪副和絲桿絲母傳動副，所述一對減速齒輪副為主動齒輪103和從動齒輪106；所述絲桿112的一端為光桿，光桿端通過一對軸承設于箱體101內，電機100的輸出端位于箱體101內，所述主動齒輪103設于電機100的輸出端上，所述從動齒輪106設于絲桿112的光桿端；所述絲桿112的光桿上還設有電磁離合器107；

所述伸縮缸筒包括外缸筒113和內缸筒116，內缸筒116的一端位于外缸筒113內，外缸筒113的軸向一端固定設于箱體101上；所述絲桿112的另一端位于外缸筒113內，絲母115設于內缸筒116的一端內，且配合連接著絲桿112；外缸筒113和內缸筒116相對應配合處套設有螺旋彈簧120；

所述制動機構包括制動盤108和制動鉗109，所述制動盤108固定設于箱體101內的絲桿112的光桿上，制動鉗109設于箱體101的內壁上；

所述制動液壓控制機構包括油箱9、液壓馬達11、電泵12、電磁換向閥15和液壓缸16；液壓缸16的出油口P₁連通著制動鉗109的制動油腔。

所述電機100為永磁電動機。

所述一對軸承為壓力軸承104和滾動軸承115，所述壓力軸承104和滾動軸承115由外向內依次設于絲桿112的光桿上。

位于內缸筒116內的絲桿112的另一端設于滑動軸承118。

所述外缸筒113上設有環狀的下圓環114，所述內缸筒116上設有環狀的上圓環117，螺旋彈簧120套設在下圓環114和上圓環117之間的外缸筒113、內缸筒116上。

所述電泵12為電動柱塞泵。

所述電磁換向閥15為三位四通電磁閥。

所述電磁換向閥15的進油口P通過第三單向閥18連通著油箱9，電泵12的出油口通過第一單向閥13連通著電磁換向閥15的回油口T，回油口T通過溢流閥14連通著油箱9；電磁換向閥15的第一出油口A連通著液壓缸16的有桿腔，電磁換向閥15的第二出油口B連通著液壓缸16的大活塞無桿腔；液壓缸16的進油口P₂通過第二單向閥17連通著油箱9；電泵12的進油口連通著過濾器10。

所述內缸筒116的另一端通過球頭轉動機構連接著座椅4的座板底面；所述球頭轉動機構包括球頭122、球窩123和滑塊124；座椅4的座板底面設有滑槽125，滑塊124配合位于滑槽125內；所述球窩123固定在滑塊124上，與球窩123配合的球頭122固定設于內缸筒116的另一端。

本發明三種工況的調整原理說明如下：

如圖1所示，O、P、Q三點分別為1、2、3伸縮機構內缸筒所連接的球面副中心點，且到座椅底板的距離相等，顯然三個球面副上部連接件都與座椅下表面垂直，所以O、P、Q三點所在平面時刻與座椅平面平行。

1、汽車急轉彎和急剎車聯合工況（以向右急轉彎和急剎車聯合工況為例）

汽車急剎和急轉彎聯合工況下，該平衡座椅未調整狀態見圖7，調整結束后該平衡座椅與車廂位置狀態見圖8。

參見圖9，在急剎和急轉彎聯合工況下，汽車車身同時出現側傾和縱傾，側傾角、縱傾角分別為F_r側、F_r縱。如圖9所示，首先以A點為坐標原點，BA方向為X軸正方向，DA方向為Y軸正方向，豎直向上為Z軸正方向建立坐標系。平面ABCD為未出現側傾和縱傾的車廂底平面，假定平面為邊長為d的正方形，（這句話去掉，不需要計算邊長為d就沒用了）平面AB￠C￠D為只出現縱傾的假想平面，平面AB￠C2D為縱傾和側傾同時出現的車廂底平面。

由圖9可見，伸縮機構1不進行伸縮運動,伸縮機構2的收縮量為y₂,伸縮機構3的收縮量為y₃。）

汽車急轉彎、急剎車聯合工況時，由于向心加速度和制動減速度的作用，乘員所受慣性力分別為F_慣1-X和F_慣1-Y，F_慣-X和F_慣-Y分別為X軸和Y軸方向的慣性力， N₁為聯合工況下座椅對人體的支持力，當伸縮機構調節完成后，座椅對人體的支持力N₁的沿X軸方向分力N_1-X和沿Y軸分力N_1-Y與人體所受到的慣性力F_慣1-X和F_慣1-Y相抵消，使乘員處于受力平衡狀態；

2、汽車急轉彎（以向右急轉彎行駛工況為例）

由圖10可見，在急轉彎工況下，汽車車身出現側傾，側傾角為F_r側。

參見圖10，伸縮機構1不進行伸縮運動,伸縮機構2的收縮量為y₂,伸縮機構3的伸長量為y₃，P￠、Q￠分別為該工況下平衡座椅未調整時P、Q兩點的初始位置，在汽車急轉彎工況下，由于向心加速度的作用，乘員所受慣性力為F_慣2， N₂為急轉彎工況下座椅對人體的支持力，當伸縮機構調節完成后，座椅對人體的支持力N₂的水平分力N_2-Y與人體所受到的慣性力F_慣2相抵消，使乘員處于受力平衡狀態；

3、汽車急剎車

由圖11可見，在急剎車工況下，汽車車身出現縱傾，縱傾角為F_r縱。

參見圖11，伸縮機構1不進行伸縮運動,伸縮機構2與伸縮機構3都收縮，且收縮量相同為y_2（3），P￠、Q￠分別為該工況下平衡座椅未調整時P、Q兩點的初始位置，在汽車急剎車工況下，由于制動減速度的作用，乘員所受慣性力為F_慣3， N₃為急剎車工況下座椅對人體的支持力，當伸縮機構調節完成后，座椅對人體的支持力N₃的水平分力N_3-X與人體所受到的慣性力F_慣3相抵消，使乘員處于受力平衡狀態。

本發明的有益技術效果體現在以下幾個方面：

1.本發明能夠主動精確調整座椅的空間位置，使“座椅-車”兩者系統主動同步協調匹配，抵消汽車變工況行駛帶給乘員的慣性力作用，有效抑制車輛變工況行駛對人體產生的慣性加速度刺激，減輕乘員與座椅的相對運動與相對運動趨勢。

2.本發明的減振座椅可以在人體失重時自動增幅減輕乘員的失重感，也可以在人體超重時伸縮機構自動轉化成電磁減振器，進行減振，減輕座椅對人體的沖擊。

3.既可以作為老人、孕婦、兒童等受保護對象的專用座椅，防止汽車變工況行駛時產生過大的慣性加速度，進而導致人體與座椅的相對運動的出現，避免乘員從座椅上滑落，也可以作為減振座椅，減輕汽車顛簸給乘員帶來的不舒適感，還可以作為防暈車座椅，抑制乘員在汽車變工況行駛與顛簸時暈車癥狀地出現。

附圖說明

圖1為此平衡座椅的結構示意圖。

圖2為此平衡座椅伸縮機構的剖視圖。

圖3為制動鉗液壓系統原理圖。

圖4為此平衡座椅的仰視圖。

圖5為此伸縮機構外缸筒在車廂底部位置分布圖。

圖6為兩輪車輛力學模型理論分析圖。

圖7為汽車急轉彎和急剎車聯合工況下平衡座椅未調整的狀態示意圖。

圖8為汽車聯合工況下平衡座椅調整結束后車廂與此平衡座椅的狀態示意圖。

圖9為汽車聯合工況下平衡座椅實現調整的原理圖。

圖10為汽車急轉彎工況下平衡座椅實現調整的原理圖。

圖11為汽車急剎車工況下平衡座椅實現調整的原理圖。

上圖中序號：1-第一伸縮機構，2-第二伸縮機構，3-第三伸縮機構，4-座椅，5-加速度傳感器，6-控制中心，7-車廂底板，8-人體模型示意圖，9-油箱，10-過濾器，11-液壓馬達，12-電動柱塞泵，13-第一單向閥，14-溢流閥，15-電磁換向閥，16-液壓缸，17第二單向閥，18-第三單向閥，100-電機，101-變速箱，102-動力軸，103-主動齒輪，104壓力軸承，105-從動軸，106-從動齒輪，107-電磁離合器，108-制動盤，109-制動鉗，110-擋圈，111-滾動軸承，112-絲桿，113-外缸筒，114-下圓盤，115-絲母，116-內缸筒，117-上圓盤，118-滑動軸承，119-端蓋，120螺旋彈簧，121-球面副，122-球頭，123-球窩，124-滑塊，125-一字滑槽。

具體實施方式

下面結合附圖，通過實施例對本發明作進一步地描述。

參見圖1，一種主動平衡汽車座椅包括座椅4和平衡調節機構；平衡調節機構包括結構相同的三個伸縮機構，由圖5可見，三個伸縮機構的一端分別均布在車廂底板7上，另一端分別通過滑塊滑槽的配合安裝于座椅4的底部，實現相對滑動。

當車輛急轉彎、急剎車或轉彎、剎車同時出現聯合工況時，在平衡調節機構的作用下，抵消汽車變工況行駛帶給乘員的慣性力作用，有效抑制車輛變工況行駛對人體產生的慣性加速度刺激，減輕乘員與座椅的相對運動與相對運動趨勢，從而減輕乘員的不舒適感。

具體結構說明如下：

參見圖2，每個伸縮機構包括動力傳動機構、伸縮缸筒、制動機構和制動液壓控制機構。

動力傳動機構包括電機100、一對減速齒輪副和絲桿絲母傳動副。電機100為永磁電動機，電機100的輸出端位于箱體101內，絲桿112的一端為光桿，光桿端通過一對軸承安裝在箱體101內，一對軸承為壓力軸承104和滾動軸承115，壓力軸承104和滾動軸承115由外向內依次設于絲桿112的光桿上。絲桿112的光桿上還安裝有電磁離合器107；一對減速齒輪副為主動齒輪103和從動齒輪106，主動齒輪103安裝在電機100的輸出端上，從動齒輪106安裝于絲桿112的光桿端。

伸縮缸筒包括外缸筒113和內缸筒116，內缸筒116的一端位于外缸筒113內，外缸筒113的軸向一端固定安裝于箱體101上；絲桿112的另一端位于外缸筒113內，且伸入內缸筒116內，位于內缸筒116內的絲桿112的另一端安裝有滑動軸承118，絲母115安裝于內缸筒116的一端，且配合連接著絲桿112。外缸筒113和內缸筒116相對應配合處套裝有螺旋彈簧120。參見圖4，內缸筒116的另一端通過球頭轉動機構連接著座椅4的座板底面；球頭轉動機構包括球頭122、球窩123和滑塊124；座椅4的座板底面設有滑槽125，滑塊124配合位于滑槽125內；球窩123固定在滑塊124上，與球窩123配合的球頭122固定設于內缸筒116的另一端。

制動機構包括制動盤108和制動鉗109，制動盤108固定安裝于箱體101內的絲桿112的光桿上，制動鉗109安裝于箱體101的內壁上。

參見圖3，制動液壓控制機構包括油箱9、液壓馬達11、電泵12、電磁換向閥15和液壓缸16。電泵12為電動柱塞泵。電磁換向閥15為三位四通電磁閥。電磁換向閥15的進油口P通過第三單向閥18連通著油箱9，電泵12的出油口通過第一單向閥13連通著電磁換向閥15的回油口T，回油口T通過溢流閥14連通著油箱9；電磁換向閥15的第一出油口A連通著液壓缸16的有桿腔，電磁換向閥15的第二出油口B連通著液壓缸16的大活塞無桿腔；液壓缸16的進油口P₂通過第二單向閥17連通著油箱9，液壓缸16的出油口P₁連通著制動鉗109的制動油腔；電泵12的進油口連通著過濾器10。

參見圖2，外缸筒113的外部設有環狀的下圓環114，所述內缸筒116的外部設有環狀的上圓環117，下圓環114和上圓環117之間的外缸筒113、內缸筒116上套裝有螺旋彈簧120。

結合圖1、圖2和圖4，圖7，圖9詳細說明本發明的工作原理：

（1）座椅空間姿態的調整：

（a）平衡機構伸縮調節：

參見圖7，當汽車變工況行駛時，汽車車身出現側傾和縱傾，車廂底板7連同座椅4也處于側傾與縱傾狀態,；參見圖2，此時電機100工作， 電磁離合器107接通動力軸102和絲桿112的動力傳遞，于是絲桿112轉動，并通過絲桿絲母傳動副傳遞動力，使與絲母115固連的內缸筒116相對外缸筒113進行伸縮運動。參見圖4，當伸縮機構伸長時，內缸筒116上端通過球面副121推動滑塊124在座椅底板的滑槽125內滑動；當伸縮機構收縮時，內缸筒116上端通過球面副121拉回滑塊124，而此時由于乘員的重力，使座椅底板內的三個滑槽125時刻緊貼三個滑塊124，故此時的滑塊124也始終在滑槽125內滑動。這樣，第二、第三獨立伸縮機構各自通過球頭傳動機構推拉座椅底板，而此時第一伸縮機構不伸縮，三個獨立伸縮機構構成的平衡機構調節座椅4的空間姿態；

(b)平衡機構調節后摩擦制動：

參見圖9，當座椅4的空間位置達到理想值時即第二、第三伸縮機構的伸縮長度各自達到理想值時，電機100停止工作，同時電磁離合器107斷開動力軸102和絲桿112的動力傳輸以避免電機100和一對齒輪副的慣性對絲桿位置的影響，同時制動液壓控制機構工作，驅動制動鉗109的摩擦片對制動盤108進行摩擦制動，把第二、第三伸縮機構制動在理想位置，進而把座椅4精確調整在理想的空間姿態。當汽車恢復到穩定工況行駛時，制動液壓控制機構停止工作，制動鉗109的摩擦片復位到原始位置，第二、第三伸縮機構的電機100各自換向工作，電磁離合器107接通動力軸102的動力傳輸，第二、第三伸縮機構各自通過球頭轉動機構推拉座椅底面，調節座椅恢復到初始位置。

（2）Z軸方向上的自動向上增幅與減振：

（a）自動向上增幅

當人體處于失重狀態，電機100工作，電磁離合器107接通動力軸102的動力傳輸，三個伸縮機構同時伸長，伸長長度三者完全同步，同時推動座椅向上增幅運動，抵消或減小座椅和乘員向下加速度的變化，達到乘員加速度減緩和幅度減小的目的，減輕乘員的失重感。

（b）自動減振

當人體處于超重狀態或路面對人體有沖擊時，電機100不工作，電磁離合器107接通動力軸102和絲桿112的動力傳輸，人體處于超重狀態時，乘員與車廂的相對運動趨勢會同時帶動第一、第二和第三伸縮機構的內缸筒116和外缸筒113相向運動，進而通過絲母絲桿傳動副帶動絲桿112轉動，經動力傳動機構的反行程傳遞動力帶動永磁電動機100內的轉子切割磁感線，產生阻尼，此時第一、第二和第三伸縮機構轉變成三個電磁減振器，減輕乘員的超重感。