CN103935276A - 一种能调节汽车座椅乘坐舒适性的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车悬架的振动能量回收技术领域，一种通过回收车辆振动能量来调节汽车座椅乘坐舒适性的装置和方法，属于汽车节能技术领域。一方面，利用汽车行驶过程中悬架的伸张与压缩带动空气压缩机工作，经空气处理装置将压缩空气存储在蓄能器中；另一方面，在汽车座椅内部嵌入可充气式汽车座椅中的气囊，在汽车行驶过程中，根据不同的路面行驶条件，对汽车座椅中的气囊进行充放气，以实时改变座椅的阻尼，减轻因路面对人体产生的冲击，提高汽车在行驶过程中的乘坐舒适性。

Description

一种能调节汽车座椅乘坐舒适性的装置和方法

技术领域

本发明涉及汽车悬架的振动能量回收技术领域，一种通过回收车辆振动能量来调节汽车座椅乘坐舒适性的装置和方法，属于汽车节能技术领域。

背景技术

汽车在道路行驶过程中，由于不平路面的激励所引起的车身振动主要靠汽车悬架的减震器将其转化为热能耗散，这就造成了能量的浪费，增加了燃油的消耗；同时，汽车在行驶过程中的振动将会影响乘坐的舒适性；复杂的行驶道路将使得乘坐的舒适性变差并增加能量的消耗；因此，对汽车悬架振动能量的回收以及再利用于汽车座椅以改善乘坐的舒适性就有着十分重要的意义。

随着全球对能源依赖的程度不断增加，加之能源的不断紧缺，如何有效地回收并利用汽车额外消耗的能量已成为一个研究热点；当今，汽车的机械能主要以飞轮的动能、电能、液压能等形式储存，在需要时，再将其转化为机械能以改善汽车的工作性能。

随着汽车技术的不断发展与进步，人们对汽车节能、舒适、安全等方面的要求越来越高，使其成为了现代汽车研究的核心；当汽车行驶在平坦的路面时，悬架振动的幅度与频率较小，普通座椅尚能满足乘坐舒适性的要求；但当汽车行驶在崎岖或工况复杂的路面时，悬架振动的幅度与频率增加，损失与消耗的能量也随之增加，此时，普通座椅将无法满座乘坐舒适性的要求。

在目前已有的汽车能量回收装置和方法中，有单独对汽车悬架的振动能量进行回收，也有对汽车悬架的振动能量与汽车其他机构损失的能量（如汽车制动损失的能量）进行联合回收，并且所回收的能量大多是以电能储存起来；而对所回收的能量，大多数是再用于改善汽车的行车安全性，尚没有将所回收的能量用于改善汽车的乘坐舒适性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：在汽车行驶过程中，回收悬架振动的能量，并以气压能储存起来，当汽车行驶在道路工况复杂的路面时，利用储能装置改变汽车座椅的阻尼，以改善汽车的乘坐舒适性。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：该种能调节汽车座椅乘坐舒适性的装置，包括悬架减振器，液压管，单向阀a，单向阀b，液压马达，连接轴，空气压缩机（内置电磁离合器 ），气体压力传感器a，气体压力传感器b，气体压力传感器c，空气处理装置，蓄能器，空气软管，电磁单向阀a，电磁单向阀b，电磁调速阀a，电磁调速阀b，气体流速传感器a，气体流速传感器b，汽车座椅中的气囊，信号处理器和电子控制单元。

悬架减振器的上腔通过液压管与单向阀a和单向阀b相连，下腔通过液压管与单向阀b和液压马达相连，单向阀b和液压马达串联，单向阀a和单向阀b、液压马达并联，以此控制减振器内部液压油的流动方向，使液压马达在悬架减振器的伸张与压缩过程中始终保持相同的旋转的方向。

空气压缩机为旋转式，其内部置有电磁离合器，通过刚性连接轴与液压马达相连。

空气处理装置通过空气软管分别与空气压缩机和蓄能器相连，用于去除空气中的水分和其它颗粒物。

蓄能器经电磁单向阀a、电磁调速阀a与汽车座椅中的气囊相连，在电子控制单元的控制下，可将处理后的压缩空气充入汽车座椅中的气囊内，以改变汽车座椅中的气囊的内部气压，调节汽车座椅中的气囊阻尼。

汽车座椅中的气囊经空气软管与电磁单向阀b和电磁调速阀b相连，可将内部的压缩空气直接排入大气。

信号处理器用于处理各传感器所采集的数据信号，将数字信号转变为电信号后传给电子控制单元。

电子控制单元的信号输入端分别用于接收气体压力传感器a、气体压力传感器b、气体压力传感器c的压力信号和气体流速传感器a、气体流速传感器b的流速信号，信号输出端分别用于控制电磁离合器、电磁单向阀a、电磁单向阀b、和电磁调速阀a、电磁调速阀b的工作状态。

具体方法为，车辆行驶过程中，通过悬架减振器的振动带动液压马达旋转，从而带动空气压缩机压缩空气。悬架减振器压缩行程中，液压油经液压管进入液压马达中，并经单向阀流入上腔；悬架减振器伸张行程中，液压油经单向阀和液压管分别进入下腔和液压马达；在空气压缩机与空气处理装置之间装有气体压力传感器a，用于测量压缩空气的进气压力P_i；在蓄能器出口处装有气体压力传感器b，用于测量蓄能器内部的气体压力P_o；当P_i>P_o时，即进气压力大于蓄能器内部压力，电子控制单元控制电磁离合器结合，液压马达带动空气压缩机工作，当P_i<P_o时，即进气压力小于蓄能器内部压力，电子控制单元控制电磁离合器分离，液压马达空转，空气压缩机不再向蓄能器内部充气，此为回收悬架振动能量的过程。

在汽车座椅中的气囊排气回路中装有气体压力传感器c，车辆静止时，记录乘员乘坐时汽车座椅中的气囊内部的压力P_p，车辆行驶时，实时测量汽车座椅中的气囊内部压力P_q，向蓄能器充气的同时，由电子控制单元控制电磁单向阀a、电磁单向阀b打开，蓄能器对汽车座椅中的气囊进行充气，同时，气囊自行放气，气体流速传感器a和气体流速传感器b将所测的气体流速经信号处理器转变为电信号后传给电子控制单元，由电子控制单元控制电磁调速阀a和电磁调速阀b的开度，使座椅气囊的进气量与出气量存在差值，以改变汽车座椅中的气囊内部气压，并保持P_p <P_q<1.2P_p，此为改变座椅气囊内部压力，提高乘坐舒适性的过程。 

经相关仿真与试验可得，车辆在B级以上的路面行驶时，车身的垂直加速度一般小于0.2g，而B级以上的路面可很好地满足乘坐舒适性，故选择1.2P_p作为系统阈值，以使得车身加速度大于0.2g时，通过改变气囊内部气压，使乘员仍能获得同样的乘坐舒适性。

本技术具有如下优点：

（1）将悬架振动时的弹性势能转化为气压能，提高了回收效率，并运用可充气式座椅，可将回收的能量用于改变座椅的阻尼，提高了乘坐舒适性。

（2）将回收的能量转变为气压能，其可靠性好，环境适应性强，同时，压缩空气在一定程度上不受温度、腐蚀的影响，这一点是其它能量回收装置所不具备的。

（3）可连续改变座椅的阻尼，并始终保持最佳的乘坐状态。

附图说明

图1为本发明的结构示意图； 

图中：1-悬架减振器；2-液压管；3-单向阀a；4-单向阀b；5-液压马达；6-连接轴；7-空气压缩机；8-电磁离合器；9-气体压力传感器a；10-空气处理装置；11-蓄能器；12-气体压力传感器b；13-空气软管；14-电磁单向阀a；15-电磁调速阀a；16-气体流速传感器a；17-汽车座椅中的气囊；18-气体流速传感器b；19-气体压力传感器c； 20-电磁单向阀b；21-电磁调速阀b；22-信号处理器；23-电子控制单元。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

该种能调节汽车座椅乘坐舒适性的装置所用悬架减振器1的上腔通过液压管2与单向阀a3和单向阀b4相连，下腔通过液压管2与单向阀b4和液压马达5相连，单向阀b4和液压马达5串联，单向阀a3和单向阀b4、液压马达5并联，以此控制减振器1内部液压油的流动方向，使液压马达5在悬架减振器1的伸张与压缩过程中始终保持相同的旋转的方向。

所使用的空气压缩机7采用旋转式结构，其内部置有电磁离合器8，经刚性连接轴6与液压马达5相连，并由液压马达5驱动。

空气处理装置10通过空气软管13分别与空气压缩机7和蓄能器11相连，用于去除空气中的水分和其它颗粒物。

蓄能器11经电磁单向阀a14、电磁调速阀a15与汽车座椅中的气囊17相连，在电子控制单元23的控制下，可将处理后的压缩空气充入汽车座椅中的气囊17内，以改变汽车座椅中的气囊17的内部气压，调节汽车座椅中的气囊17阻尼。

汽车座椅中的气囊17经空气软管13与电磁单向阀b20和电磁调速阀b21相连，可将内部的压缩空气直接排入大气。

信号处理器22用于处理各传感器所采集的数据信号，将数字信号转变为电信号后传给电子控制单元23。

电子控制单元23的信号输入端分别用于接收气体压力传感器a9、气体压力传感器b12、气体压力传感器c19的压力信号和气体流速传感器a16、气体流速传感器b18的流速信号，信号输出端分别用于控制电磁离合器8、电磁单向阀a14、电磁单向阀b20、和电磁调速阀a15、电磁调速阀b21的工作状态。

车辆行驶过程中，通过悬架减振器1的振动带动液压马达5旋转，从而带动空气压缩机7压缩空气。悬架减振器1压缩行程中，液压油经液压管2进入液压马达5中，并经单向阀3流入上腔；悬架减振器1伸张行程中，液压油经单向阀4和液压管2分别进入下腔和液压马达5；在空气压缩机7与空气处理装置10之间装有气体压力传感器a9，用于测量压缩空气的进气压力P_i；在蓄能器11出口处装有气体压力传感器b12，用于测量蓄能器11内部的气体压力P_o；当P_i>P_o时，即进气压力大于蓄能器11内部压力，电子控制单元23控制电磁离合器8结合，液压马达5带动空气压缩机7工作，当P_i<P_o时，即进气压力小于蓄能器11内部压力，电子控制单元23控制电磁离合器8分离，液压马达5空转，空气压缩机7不再向蓄能器内部充气，此为回收悬架振动能量的过程。

在汽车座椅中的气囊17排气回路中装有气体压力传感器c19，车辆静止时，记录乘员乘坐时汽车座椅中的气囊17内部的压力P_p，车辆行驶时，实时测量汽车座椅中的气囊17内部压力P_q；向蓄能器11充气的同时，由电子控制单元23控制电磁单向阀a14、电磁单向阀b20打开，蓄能器11对汽车座椅中的气囊17进行充气，同时，气囊17自行放气，气体流速传感器a16和气体流速传感器b18将所测的气体流速经信号处理器22转变为电信号后传给电子控制单元23，由电子控制单元23控制电磁调速阀a15和电磁调速阀b21的开度，使座椅气囊17的进气量与出气量存在差值，以改变汽车座椅中的气囊17内部气压，并保持P_p <P_q<1.2P_p，此为改变座椅气囊17内部压力，提高乘坐舒适性的过程。 

下面结合附图对本发明具体实施过程作进一步说明 。

车辆在行驶过程，将悬架减振器振动时产生的直线运动通过液压马达转化为旋转运动，从而带动空气压缩机压缩空气，并将压缩空气储于蓄能器中；具体过程为，悬架减振器压缩行程中，液压油经液压管进入液压马达中，并经单向阀流入上腔；悬架减振器伸张行程中，液压油经单向阀和液压管分别进入下腔和液压马达，从而由液压马达带动空气压缩机压缩空气，压缩空气经空气处理装置除去水分和颗粒物后储于蓄能器中。同时，在空气压缩机与空气处理装置之间装有气体压力传感器a，在蓄能器出口处装有气体压力传感器b，用于判断压缩空气的进气压力P_i是否大于蓄能器内部的压力P_o，若P_i>P_o，则向蓄能器充气，若P_i<P_o，则电子控制单元控制电磁离合器断开，停止向蓄能器充气；

车辆行驶时，路面的不平将引起车身振动，此时人与座椅将产生相对运动，对于传统座椅，此相对运动将会引起人体的不适，使得乘坐舒适性变差，本发明利用汽车座椅中的气囊替代传统座椅的座垫，通过改变汽车座椅中的气囊内部气压来抵消相对运动产生的冲击力，提高乘坐舒适性，具体过程如下：

车辆静止时，气体压力传感器c测量乘员乘坐时汽车座椅中的气囊内部气压P_p；车辆行驶时，电磁单向阀a、电磁单向阀b打开，同时对汽车座椅中的气囊进行充放气，电子控制单元根据气体压力传感器c所测的汽车座椅中的气囊内部实际压力P_q，并通过气体流速传感器a和气体流速传感器b所测量的气体流速，控制电磁调速器a、电磁调速器b的开度，以控制充放气的速度，达到实时调节汽车座椅中的气囊内部气压的目的，并保证P_p <P_q<1.2P_p。

本发明旨在通过改变座椅阻尼来改善因路面不平对人体造成的冲击，提高车辆的乘坐舒适性。

Claims (5)

1.一种能调节汽车座椅乘坐舒适性的装置，其特征在于：包括悬架减振器（1），液压管（2），液压马达（5），连接轴（6），空气压缩机（7），气体压力传感器a（9），气体压力传感器b（12），气体压力传感器c（19），空气处理装置（10），蓄能器（11），电磁单向阀a（14），电磁单向阀b（20），电磁调速阀a（15），电磁调速阀b（21），气体流速传感器a（16），气体流速传感器b（18），汽车座椅中的气囊（17），信号处理器（22）和电子控制单元（23）；

所述液压马达（5）在悬架减振器（1）的伸张与压缩过程中始终保持相同的旋转的方向；

所述空气压缩机（7）为旋转式通过刚性连接轴（6）与液压马达（5）相连；

所述空气处理装置（10）通过空气软管（13）分别与空气压缩机（7）和蓄能器（11）相连，用于去除空气中的水分和其它颗粒物；

所述蓄能器（11）经电磁单向阀a（14）、电磁调速阀a（15）与汽车座椅中的气囊（17）相连，在电子控制单元（23）的控制下，可将处理后的压缩空气充入汽车座椅中的气囊（17）内，以改变汽车座椅中的气囊（17）的内部气压，调节汽车座椅中的气囊（17）阻尼；

所述汽车座椅中的气囊（17）经空气软管（13）与电磁单向阀b（20）和电磁调速阀b（21）相连，可将内部的压缩空气直接排入大气；

在空气压缩机（7）与空气处理装置（10）之间装有气体压力传感器a（9）；在蓄能器（11）出口处装有气体压力传感器b（12）；在汽车座椅中的气囊（17）排气回路中装有气体压力传感器c（19）和气体流速传感器b（18）； 在电磁调速阀a（15）与汽车座椅中的气囊（17）设有气体流速传感器a（16）；

所述信号处理器（22）用于处理各传感器所采集的数据信号，将数字信号转变为电信号后传给电子控制单元（23）；

所述电子控制单元（23）的信号输入端分别用于接收气体压力传感器a（9）、气体压力传感器b（12）、气体压力传感器c（110）的压力信号和气体流速传感器a（16）、气体流速传感器b（18）的流速信号，信号输出端分别用于控制电磁离合器（8）、电磁单向阀a（14）、电磁单向阀b（20）、和电磁调速阀a（15）、电磁调速阀b（21）的工作状态。

2.如权利要求1所述的一种能调节汽车座椅乘坐舒适性的装置，其特征在于：所述空气压缩机（7）为旋转式，其内部置有电磁离合器（8）。

3.如权利要求1所述的一种能调节汽车座椅乘坐舒适性的装置，其特征在于所述液压马达（5）在悬架减振器（1）的伸张与压缩过程中始终保持相同的旋转的方向指：所述悬架减振器（1）的上腔通过液压管（2）与单向阀a（3）和单向阀b（4）相连，下腔通过液压管（2）与单向阀b（4）和液压马达（5）相连，单向阀b（4）和液压马达（5）串联，单向阀a（3）和单向阀b（4）、液压马达（5）并联，以此控制减振器（1）内部液压油的流动方向，使液压马达（5）在悬架减振器（1）的伸张与压缩过程中始终保持相同的旋转的方向。

4.一种能调节汽车座椅乘坐舒适性的方法，其特征在于：利用回收的悬架振动能量，并以气压能储存起来，用以改善汽车座椅乘坐舒适性，包括回收悬架振动能量并以气压能储存起来的步骤和改善汽车座椅乘坐舒适性的步骤，具体为：车辆行驶过程中，通过悬架减振器（1）的振动带动液压马达（5）旋转，从而带动空气压缩机（7）压缩空气；悬架减振器（1）压缩行程中，液压油经液压管（2）进入液压马达（5）中，并经单向阀（3）流入上腔；悬架减振器（1）伸张行程中，液压油经单向阀（4）和液压管（2）分别进入下腔和液压马达（5）；在空气压缩机（7）与空气处理装置（10）之间装有气体压力传感器a（9），用于测量压缩空气的进气压力P_i；在蓄能器（11）出口处装有气体压力传感器b（12），用于测量蓄能器（11）内部的气体压力P_o；当P_i>P_o时，即进气压力大于蓄能器（11）内部压力，电子控制单元（23）控制电磁离合器（8）结合，液压马达（5）带动空气压缩机（7）工作，当P_i<P_o时，即进气压力小于蓄能器（11）内部压力，电子控制单元（23）控制电磁离合器（8）分离，液压马达（5）空转，空气压缩机（7）不再向蓄能器内部充气，此为回收悬架振动能量的过程；

在汽车座椅中的气囊（17）排气回路中装有气体压力传感器c（19），车辆静止时，记录乘员乘坐时汽车座椅中的气囊（17）内部的压力P_p，车辆行驶时，实时测量汽车座椅中的气囊（17）内部压力P_q；向蓄能器（11）充气的同时，由电子控制单元（23）控制电磁单向阀a（14）、电磁单向阀b（20）打开，蓄能器（11）对汽车座椅中的气囊（17）进行充气，同时，气囊（17）自行放气，气体流速传感器a（16）和气体流速传感器b（18）将所测的气体流速经信号处理器（22）转变为电信号后传给电子控制单元（23），由电子控制单元（23）控制电磁调速阀a（15）和电磁调速阀b（21）的开度，使座椅气囊（17）的进气量与出气量存在差值，以改变汽车座椅中的气囊（17）内部气压P_q，此为改变座椅气囊（17）内部压力，提高乘坐舒适性的过程。

5.如权利要求4所述的一种能调节汽车座椅乘坐舒适性的方法，其特征在于：所述P_p <P_q<1.2P_p。