CN104802680B - 一种半主动式磁流变弹性体车辆座椅减振装置 - Google Patents

Abstract

一种半主动式磁流变弹性体车辆座椅减振装置，它包括下励磁线圈、工作筒、磁流变弹性体、上励磁线圈、螺旋弹簧、保护罩、密封环、上支座、活塞杆、活塞、调整垫片、压紧螺母、上励磁铁芯、下励磁铁芯、控制线、控制器、信号线、车高传感器、隔磁底板、下支座。工作筒内安置有作为电磁场加载源的励磁线圈和励磁铁芯，磁流变弹性***于上下励磁铁芯之间；车高传感器把车身的振动信号传输给控制器；控制器通过控制线可以改变励磁线圈中的电流大小，导致励磁线圈和励磁铁芯内的磁场强弱发生改变，从而实时调节磁流变弹性体的刚度和阻尼；螺旋弹簧可以辅助减振装置吸收和降低振动能量。通过固定刚度、阻尼的螺旋弹簧和可调刚度、阻尼的磁流变弹性体的共同作用，提供一种半主动式磁流变弹性体车辆座椅减振装置，从而提高车辆的驾乘舒适性。

Description

一种半主动式磁流变弹性体车辆座椅减振装置

技术领域

本发明涉及一种刚度和阻尼可调的车辆座椅减振装置，尤其涉及一种半主动式磁流变弹性体车辆座椅减振装置，它采用了一种新型的智能复合材料——磁流变弹性体作为减振介质，属于车辆减振与安全防护技术领域。

背景技术

随着我国车辆行业的发展和居民生活水平的提高，车辆的乘坐舒适性越来越受到重视。车辆座椅的设计直接影响到驾驶员和乘客的乘坐舒适性，减振性能差的座椅可能会引起驾驶员的疲劳和职业病，甚至会影响车辆的行驶安全性，因此提高车辆座椅的减振和吸振性能成为车辆设计的一个重要部分。目前，车辆座椅减振装置多为被动液压式减振器或螺旋弹簧减振器，无法调节刚度、阻尼，舒适性差；而主动式空气气囊减振装置结构复杂，生产和维护成本高。近些年来，磁流变弹性体新型智能材料的快速发展为车辆设计和制造提供了新的思路。磁流变弹性体是一种可以通过改变电磁场强度来调节刚度、阻尼的智能复合材料，能够用于开发具有自适应刚度、阻尼特性的结构。而且磁流变弹性体还具有响应速度快(毫秒量级)、稳定性好、无需密封、使用方便等优点。

发明内容

1、发明目的：

本发明的目的在于提供一种半主动式磁流变弹性体车辆座椅减振装置，主要基于磁流变弹性体的挤压工作模式，通过车高传感器的信号判断车身的振动幅度和频率，改变电磁场的强弱和有无来调节磁流变弹性体的刚度和阻尼，提高车辆座椅的乘坐舒适性和安全性，改善车辆的驾乘感受。

2、技术方案：

利用磁流变弹性体智能材料刚度和阻尼可调的特性，通过电磁场强弱和有无的变化来控制的一种半主动式磁流变弹性体车辆座椅减振装置，见附图，该装置包括下励磁线圈、工作筒、磁流变弹性体、上励磁线圈、螺旋弹簧、保护罩、密封环、上支座、活塞杆、活塞、调整垫片、压紧螺母、上励磁铁芯、下励磁铁芯、控制线、控制器、信号线、车高传感器、隔磁底板、下支座。它们之间的位置连接关系是：在工作筒内安置有作为电磁场加载源的励磁线圈和励磁铁芯，磁流变弹性***于上下励磁铁芯之间；车高传感器把车身的振动信号传输给控制器；控制器通过控制线可以改变励磁线圈中的电流大小，导致励磁线圈和励磁铁芯内的磁场强弱发生改变，从而实时调节磁流变弹性体的刚度和阻尼；螺旋弹簧可以辅助减振装置吸收和降低振动能量。通过固定刚度、阻尼的螺旋弹簧和可调刚度、阻尼的磁流变弹性体的共同作用，形成一套半主动式磁流变弹性体车辆座椅减振装置，从而提高车辆的驾乘舒适性。

所述上励磁线圈和上下励磁线圈由漆包铜导线绕制，为自制件，其功能是作为电磁场中电流加载源并调节电磁场强度。

所述上励磁铁芯和下励磁铁芯为自制件，选择合金钢或其他强度及导磁率都很高的材料制作，其功能是作为电磁场的加载源。

所述磁流变弹性体是实心圆柱体，为自制件，采用在硅橡胶基体中添加微米级直径的羰基铁粉制成，这种方式制备的磁流变弹性体比较软，刚度和阻尼可调性高，其功能是车辆座椅的减振和吸振。

所述工作筒为圆形筒状件，为自制件，其上设有连线孔，选择不导磁的铝合金材质制作，其功能是隔断磁场并为活塞提供工作空间。

所述螺旋弹簧为市购标准件，具体规格根据工作筒和活塞杆的尺寸而定，其功能是活塞的支撑以及车辆座椅的减振和吸振。

所述保护罩为自制件，是普通钢铸造件，其功能是防尘和保护工作筒。

所述上支座为自制件，采用普通钢材质制作，具体尺寸根据保护罩、活塞杆和车辆安装的尺寸而定，其功能是连接减振装置与车辆座椅。

所述下支座为自制件，采用普通钢材料，具体尺寸根据工作筒2和车辆安装的尺寸而定，其功能是连接减振装置与车辆座椅。

所述控制器为市购件，型号为32位STM32F205RF微处理器，片内RAM为128KB，片内ROM为512KB，通过编程可以实现信号处理与控制。

所述车高传感器为市购件，型号为宏创RQH-10030，安装在车辆的车身与车桥之间，其功能是用来测量车身与车桥相对高度变化的频率和幅度。

所述隔磁底板为自制件，采用不导磁的铝合金材料制成，具体尺寸根据工作筒和下励磁铁芯的尺寸而定，其功能是隔断底部磁场。

3、本发明“一种半主动式磁流变弹性体车辆座椅减振装置”，其优点如下：

(1).本发明设计的减振装置在磁流变弹性体的挤压模式下工作，可调幅度大，吸振和减振性能好。

(2).结构简单，能耗低，响应速度快，可以实现连续控制，能够满足车辆座椅对的凸凹不平路面的减振要求。

(3).加工装配方便，密封要求低，性能稳定，维修成本低。

总之，该装置可以实现车辆座椅减振装置刚度和阻尼的实时调节，降低坏路对车辆平顺性的影响，改善车辆驾乘人员的感受，提高车辆的乘坐舒适性和安全性。

附图说明

附图是本发明一种半主动式磁流变弹性体车辆座椅减振装置的剖视结构示意图。

图中符号说明如下：1-下励磁线圈、2-工作筒、3-磁流变弹性体、4-上励磁线圈、5-螺旋弹簧、6-保护罩、7-密封环、8-上支座、9-活塞杆、10-活塞、11-调整垫片、12-压紧螺母、13-上励磁铁芯、14-下励磁铁芯、15-控制线、16-控制器、17-信号线、18-车高传感器、19-隔磁底板、20-下支座。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例作进一步详细说明：

如附图所示，本发明一种磁流变弹性体半主动式车辆座椅减振装置，包括以下部件：下励磁线圈1、工作筒2、磁流变弹性体3、上励磁线圈4、螺旋弹簧5、保护罩6、密封环7、上支座8、活塞杆9、活塞10、调整垫片11、压紧螺母12、上励磁铁芯13、下励磁铁芯14、控制线15、控制器16、信号线17、车高传感器18、隔磁底板19和下支座20。它们之间的位置连接关系是：上支座8与保护罩6焊接固连在一起；密封环7用于活塞杆9的密封；活塞杆9与活塞10通过调整垫片11、压紧螺母12连接在一起，并放置于工作筒2中；活塞杆9与上支座8固连；活塞10与螺旋弹簧5接触；螺旋弹簧5与上励磁铁芯13接触；上励磁线圈4和下励磁线圈1分别缠绕在上励磁铁芯13和下励磁铁芯14上；磁流变弹性体3安置于上励磁铁芯13和下励磁铁芯14之间；隔磁底板19与下励磁铁芯14接触；下支座20安装于工作筒2的底部；控制器16通过控制线15与下励磁线圈1和上励磁线圈4相连；车高传感器18通过信号线17与控制器16相连。

所述下励磁线圈1和上励磁线圈4为自制件，由漆包铜导线绕制；

所述工作筒2为圆形筒状件，为不导磁的铝合金材质制作；

所述磁流变弹性体3为自制件，采用在硅橡胶基体中添加微米级直径的羰基铁粉制成，这种方式制备的磁流变弹性体比较软，刚度和阻尼可调性高；

所述螺旋弹簧5为市购标准件，具体规格根据工作筒2和活塞杆9的尺寸而定；

所述保护罩6为自制件，是普通钢铸造件；

所述密封环7为市购件，具体规格根据工作筒2和活塞杆9的尺寸而定；

所述上支座8为自制件，采用普通钢材质制作，具体尺寸根据保护罩6和活塞杆9而定；

所述活塞杆9为自制件，是普通钢机械加工件；

所述活塞10为自制件，是普通钢机械加工件；

所述调整垫片11为市购标准件，具体规格根据活塞杆9的尺寸而定；

所述压紧螺母12为市购标准件，具体规格根据活塞杆9的尺寸而定；

所述上励磁铁芯13和下励磁铁芯14为自制件，材料选择合金钢或其他强度及导磁率都很高的材质制作；

所述控制线15为市购件，是普通铜芯导线；

所述控制器16为市购件，型号为32位STM32F205RF微处理器，片内RAM为128KB，片内ROM为512KB，通过编程可以实现信号处理与控制；

所述信号线17为市购件，是普通铜芯导线，根据车高传感器18的型号而定；

所述车高传感器18为市购件，型号为宏创RQH-10030；

所述隔磁底板19为自制件，采用不导磁的铝合金材料制成，具体尺寸根据工作筒2和下励磁铁芯14的尺寸而定；

所述下支座20为自制件，采用普通钢材料，具体尺寸根据工作筒2和车辆安装的尺寸而定；

如附图所示，本发明所涉及的车辆座椅减振装置安装于车辆座椅的底部，隔离和降低车身振动对车辆驾驶员和乘客的影响，提高车辆乘坐的舒适性和安全性。工作过程中主要由磁流变弹性体3和螺旋弹簧5来吸收振动能量，起到吸振和减振的作用，其中螺旋螺旋弹簧5的刚度和阻尼是固定不变的，而磁流变弹性体3的刚度和阻尼是可以进行实时控制调节的；上励磁线圈4和下励磁线圈1通电后，工作筒内部形成磁场，通过改变电流大小可以改变内部磁场的强弱；根据安装在车辆的车身与车桥之间的车高传感器18，可以测量出车身与车桥相对高度变化的频率和幅度，从而判断出车辆行驶的路况，通过信号线17传递给控制器16，按照预先设定的控制策略向上励磁线圈4和下励磁线圈1发送控制信号，具体如下：当车高传感器18探测到车身发生低频、大幅度振动时，控制器16向上励磁线圈4和下激励磁线圈1发出电流信号并实时控制，使工作筒2内部的磁场增强，磁流变弹性体3的刚度和阻尼增大，整个座椅减振悬置处于高刚度、大阻尼的减振状态；当车高传感器18探测到车身发生高频、小幅度振动时，控制器16向上励磁线圈4和下激励磁线圈1发出电流信号并实时控制，使工作筒2内部的磁场减弱或消失，磁流变弹性体3的刚度和阻尼减小，车辆座椅减振装置处于低刚度、小阻尼的减振状态。

本发明按照设想实施特例进行了说明，但不局限于上述实例，凡是符合本发明的思路，采用相似结构及材料替换的方法所获得的技术方案，都属于本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种半主动式磁流变弹性体车辆座椅减振装置，采用了一种固体智能复合材料，其特征在于：该装置包括下励磁线圈、工作筒、磁流变弹性体、上励磁线圈、螺旋弹簧、保护罩、密封环、上支座、活塞杆、活塞、调整垫片、压紧螺母、上励磁铁芯、下励磁铁芯、控制线、控制器、信号线、车高传感器、隔磁底板、下支座；在工作筒内安置有作为电磁场加载源的励磁线圈和励磁铁芯，磁流变弹性***于上下励磁铁芯之间；螺旋弹簧安置于活塞和上励磁铁芯之间，可以支撑活塞，同时能够辅助减振装置吸收和降低振动能量；当车高传感器探测到车身发生低频、大幅度振动时，控制器向上励磁线圈和下激励磁线圈发出电流信号并实时控制，使工作筒内部的磁场增强，磁流变弹性体的刚度和阻尼增大，整个座椅减振悬置处于高刚度、大阻尼的减振状态；当车高传感器探测到车身发生高频、小幅度振动时，控制器向上励磁线圈和下激励磁线圈发出电流信号并实时控制，使工作筒内部的磁场减弱或消失，磁流变弹性体的刚度和阻尼减小，车辆座椅减振装置处于低刚度、小阻尼的减振状态，满足车辆行驶过程中座椅***对多路况的减振要求，提高车辆的驾乘舒适性；

所述上励磁线圈和上下励磁线圈由漆包铜导线绕制，为自制件，其功能是作为电磁场中电流加载源并调节电磁场强度；

所述上励磁铁芯和下励磁铁芯为自制件，选择合金钢或其他强度及导磁率都很高的材料制作，其功能是作为电磁场的加载源；

所述磁流变弹性体是实心圆柱体，为自制件，采用在硅橡胶基体中添加微米级直径的羰基铁粉制成，这种方式制备的磁流变弹性体比较软，刚度和阻尼可调性高，其功能是车辆座椅的减振和吸振；

所述工作筒为圆形筒状件，为自制件，其上设有连线孔，选择不导磁的铝合金材质制作，其功能是隔断磁场并为活塞提供工作空间；

所述螺旋弹簧为市购标准件，具体规格根据工作筒和活塞杆的尺寸而定，其功能是活塞的支撑以及车辆座椅的减振和吸振；

所述保护罩为自制件，是普通钢铸造件，其功能是防尘和保护工作筒；

所述上支座为自制件，采用普通钢材质制作，具体尺寸根据保护罩、活塞杆和车辆安装的尺寸而定，其功能是连接减振装置与车辆座椅；

所述下支座为自制件，采用普通钢材料，具体尺寸根据工作筒和车辆安装的尺寸而定，其功能是连接减振装置与车辆座椅；

所述控制器为市购件，型号为32位STM32F205RF微处理器，片内RAM为128KB，片内ROM为512KB，通过编程可以实现信号处理与控制；

所述车高传感器为市购件，型号为宏创RQH-10030，安装在车辆的车身与车桥之间，其功能是用来测量车身与车桥相对高度变化的频率和幅度；

所述隔磁底板为自制件，采用不导磁的铝合金材料制成，具体尺寸根据工作筒和下励磁铁芯的尺寸而定，其功能是隔断底部磁场。