自动调平汽车座椅的设计(附件)
汽车座椅的调平系统的设计有很多方法，有常见的三点式调平、四点式调平等,但是这些调平系统时间就之后易出现虚腿或假腿的现象，使得这些调平系统出现一些无法调节座椅水平的问题。本次我所设计的调平方式是利用万向节其中的原理，通过对万向节十字轴的全新设计就可以简单有效的调节座椅水平。将轴承固定在十字轴上，在圆弧内滑动，实现了线接触，从而避免了出现虚腿现象这样的调平方式不仅可以降低成本效率高而且座椅可以调节的角度比其他的调平方式大的多。
关键词 调平座椅,万向节,十字轴,动平台,
目 录
1 引言 1
1.1 课题的研究背景及意义 1
1.2 国内外有关自动调平汽车座椅的研究概况 2
1.3 调平系统研究现状及发展趋势 3
1.4 课题的主要内容 3
1.5 创新点 3
2 自动调平汽车座椅的总体设计 4
2.1 座椅的结构设计 4
2.2 自动调平座椅的工作原理 5
3 自动调平座椅的机械部分设计计算 5
3.1 机械调平装置的设计 5
3.2 链条的选择 8
3.3 链轮的选择 8
3.4 座椅减速电机的选择 8
3.5 电机功率的确定 9
3.6 电机轴的选择 10
3.7 轴的校核 10
3.8 座椅的选择 10
4 控制部分的设计计算 11
4.1 控制模块电路图 11
4.2 控制模块零件图 12
5 调平座椅的实物制作 12
5.1 调平座椅的实物 12
5.2 调平座椅机械部分 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
零件制作 13
5.2 控制部分实物制作 15
5.2.1 控制开关总成和控制集成板的制作 15
5.2.2 滚珠式水平传感器的制作 16
6 调平座椅的实验 16
6.1空载座椅调平实验 16
6.2 负载座椅调平实验 22
6.3电机电流的测试 27
结 论 30
致 谢 31
参 考 文 献 32
1 引言
近年来物流行业的飞速发展，决定了运输车辆需要一个舒适的运作环境。随着西部大开发战略的进一步发展，通往西北的道路越来越多，盘山公路倾角大，导致司机视野受阻。在汽车上，座椅是将乘员与车身联系在一起的重要内饰部件，它直接影响到整车的舒适性和安全性。所以，社会的发展决定了汽车工业的发展的方向，也就是决定了汽车的乘坐舒适性、安全性要有一个大的提高。
目前，国外许多知名品牌的中重型商用车都采用悬挂座椅，汽车悬挂式座椅可以减少振动对人体的影响，可以微量调整因车身倾斜导致的座椅倾斜，使座椅略接近水平，从而改善驾乘人员的视野并且提高乘座舒适性，在我国汽车座椅设计上，机械悬挂座椅已普遍使用，空气悬挂座椅还是刚刚开始并不成熟。
1.1 课题的研究背景及意义
自动化调平技术的发展使其逐渐在高空作业车辆、军事侦查车辆、园林绿化设备中广泛应用。市场上相继出现了Timbco T425B、约翰迪尔 759G、小松 K8CK 等具备调平功能的工程车辆，使得设备生产高效、安全。我国有大量的陡坡林地，但国内的小型农业作业车辆大部分功能单一，尤其是陡坡行驶或作业时，工作平台不能自动调整空间姿态，导致车辆稳定性差，驾驶员心理紧张，作业效率和生产质量低，甚至
发生翻倾事故。
现在的自动调平系统调平的操纵主要是针对于操纵平台的整体的调平，结构复杂，成本大，调校要求较高。本课题的意义在于采用简单的结构，轻便的运作方式解决了复杂的座椅调平系统的运作，而非采用调整整个操纵平台，使笨重的调平系统能移植到小型车辆上。从成本经济性、空间使用率、燃油经济性等方面都有很好的优势。从而满足了驾乘人员对汽车舒适性、安全性的要求，促进汽车工业的发展。
本课题主要针对汽车在行驶过程中遇到不平路面时的座椅的调整，缓解晕车症状。
如果经优化改装装备到部队，可实现更大的功能：
1）在战地救护中，尤其在丛林战地救护中，因为地形复杂，对地形的不熟悉，无法快速寻找到水平地面来对伤员进行手术，现在战地救护中采用的是改变支腿长度来使担架完成水平的调节，调节不方便，需要手动调节，耗费时间长，本座椅可以实现实时调平，且调平速度快，如果经改装，可直接从汽车上通电，实现座椅的调平。
2）在特种部队的侦查中，需要使用单兵雷达，现在雷达主要是通过电机驱动，人工控制，战场信息转瞬即逝，雷达的水平调节对战场信息的捕捉有着很大的作用，本设计移植到雷达调平中，可实现无人控制，自动调平，全天候侦查。及时捕捉战场信息。
3）在海上战斗中，高射炮需要一个水平的平台来完成攻击任务，如果战舰发生倾斜，在计算弹道的过程中就会发生误差，从而使命中率降低。而战舰上的炮台的水平调节都是采用人工控制，如果移植本设计，采用PLC实时控制，可将战舰平台始终保持在一个水平位置，从而提高命中率，在战场中赢得主动权。
1.2 国内外有关自动调平汽车座椅的研究概况
目前，国内有关于悬挂式汽车座椅动平台的设计，采用的是液压缸举升的方式实现升降
温谦于2014年发表的《汽车座椅水平位置自动调整系统的研制》，介绍了用cple来控制座椅的水平。他把人体身高分为五组对应汽车座椅的五个水平位置，这就需要在座椅架的水平位置安装五个位置传感器，加上前后极限位置传感器共需七个位置，分别与cple可编程控制器的输入端相连，以便给可编程控制器传输一个控制信号来对应五组不同的身高。同时把nb-designer触摸屏已通过数据线与可编程控制器相连，把五组不同的身高输入到触摸屏中进行显示。这样驾驶员上车之后，能很直观的根据触摸屏中显示的身高数值范围选择自己的座椅位置，触摸屏将这个信息传给可编程控制器，可编程控制器依据设定好的程序讲座椅自动调整到最佳状态。
唐瑜等于2010年发表的《农机驾驶座椅自适应水平调节系统设计与实现》，文中针对驾驶员在坡地作业时存在扭腰问题进行了研究。设计的座椅在保留驾驶座椅原有调节和减震系统的情况下，在其下方左右两侧各设一个液压油缸，当农机横向倾斜时，控制系统采集到倾角变化信息，进而控制液压系统给油缸供油，通过活塞运动调整座椅恢复水平。
北京林业大学工学院姚立红设计的调平平台，实现车辆移动中调平，机构的设计原理基于“三点决定一个平面”的数学定理，采用“中心不动”的设计原则。只需要 2 个液压缸和 1 个中心旋转轴就可以实现车辆横、纵坡的找平功能。
江苏大学陆作祺设计的雷达自动调平系统利用电机的转动，经由减速箱减速后将动力传递到螺杆,再经螺杆和螺母的螺旋传动转化为调平支腿的举升。其调平原理和液压式举升腿相同。
西南交通大学潘璇，王培俊，聂良兵，程宏钊发表的《基于 AD AMS 的三自由度汽车运动平台仿真分析》，设计了以三自由度汽车运动平台并联机构为研究对象, 运用 AD A MS 软件建立由动平台、 定平台、 电动缸等构成的汽车运行虚拟运动平台。对汽车运行状态进行分析和分解。完成了 3 种主要运动的正逆解、 运动学仿真和分析, 并导出关键点坐标值表格, 为物理样机的设计制造提供可靠的数据支持和理论参考。
1 引言 1
1.1 课题的研究背景及意义 1
1.2 国内外有关自动调平汽车座椅的研究概况 2
1.3 调平系统研究现状及发展趋势 3
1.4 课题的主要内容 3
1.5 创新点 3
2 自动调平汽车座椅的总体设计 4
2.1 座椅的结构设计 4
2.2 自动调平座椅的工作原理 5
3 自动调平座椅的机械部分设计计算 5
3.1 机械调平装置的设计 5
3.2 链条的选择 8
3.3 链轮的选择 8
3.4 座椅减速电机的选择 8
3.5 电机功率的确定 9
3.6 电机轴的选择 10
3.7 轴的校核 10
3.8 座椅的选择 10
4 控制部分的设计计算 11
4.1 控制模块电路图 11
4.2 控制模块零件图 12
5 调平座椅的实物制作 12
5.1 调平座椅的实物 12
5.2 调平座椅机械部分 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
零件制作 13
5.2 控制部分实物制作 15
5.2.1 控制开关总成和控制集成板的制作 15
5.2.2 滚珠式水平传感器的制作 16
6 调平座椅的实验 16
6.1空载座椅调平实验 16
6.2 负载座椅调平实验 22
6.3电机电流的测试 27
结 论 30
致 谢 31
参 考 文 献 32
1 引言
近年来物流行业的飞速发展，决定了运输车辆需要一个舒适的运作环境。随着西部大开发战略的进一步发展，通往西北的道路越来越多，盘山公路倾角大，导致司机视野受阻。在汽车上，座椅是将乘员与车身联系在一起的重要内饰部件，它直接影响到整车的舒适性和安全性。所以，社会的发展决定了汽车工业的发展的方向，也就是决定了汽车的乘坐舒适性、安全性要有一个大的提高。
目前，国外许多知名品牌的中重型商用车都采用悬挂座椅，汽车悬挂式座椅可以减少振动对人体的影响，可以微量调整因车身倾斜导致的座椅倾斜，使座椅略接近水平，从而改善驾乘人员的视野并且提高乘座舒适性，在我国汽车座椅设计上，机械悬挂座椅已普遍使用，空气悬挂座椅还是刚刚开始并不成熟。
1.1 课题的研究背景及意义
自动化调平技术的发展使其逐渐在高空作业车辆、军事侦查车辆、园林绿化设备中广泛应用。市场上相继出现了Timbco T425B、约翰迪尔 759G、小松 K8CK 等具备调平功能的工程车辆，使得设备生产高效、安全。我国有大量的陡坡林地，但国内的小型农业作业车辆大部分功能单一，尤其是陡坡行驶或作业时，工作平台不能自动调整空间姿态，导致车辆稳定性差，驾驶员心理紧张，作业效率和生产质量低，甚至
发生翻倾事故。
现在的自动调平系统调平的操纵主要是针对于操纵平台的整体的调平，结构复杂，成本大，调校要求较高。本课题的意义在于采用简单的结构，轻便的运作方式解决了复杂的座椅调平系统的运作，而非采用调整整个操纵平台，使笨重的调平系统能移植到小型车辆上。从成本经济性、空间使用率、燃油经济性等方面都有很好的优势。从而满足了驾乘人员对汽车舒适性、安全性的要求，促进汽车工业的发展。
本课题主要针对汽车在行驶过程中遇到不平路面时的座椅的调整，缓解晕车症状。
如果经优化改装装备到部队，可实现更大的功能：
1）在战地救护中，尤其在丛林战地救护中，因为地形复杂，对地形的不熟悉，无法快速寻找到水平地面来对伤员进行手术，现在战地救护中采用的是改变支腿长度来使担架完成水平的调节，调节不方便，需要手动调节，耗费时间长，本座椅可以实现实时调平，且调平速度快，如果经改装，可直接从汽车上通电，实现座椅的调平。
2）在特种部队的侦查中，需要使用单兵雷达，现在雷达主要是通过电机驱动，人工控制，战场信息转瞬即逝，雷达的水平调节对战场信息的捕捉有着很大的作用，本设计移植到雷达调平中，可实现无人控制，自动调平，全天候侦查。及时捕捉战场信息。
3）在海上战斗中，高射炮需要一个水平的平台来完成攻击任务，如果战舰发生倾斜，在计算弹道的过程中就会发生误差，从而使命中率降低。而战舰上的炮台的水平调节都是采用人工控制，如果移植本设计，采用PLC实时控制，可将战舰平台始终保持在一个水平位置，从而提高命中率，在战场中赢得主动权。
1.2 国内外有关自动调平汽车座椅的研究概况
目前，国内有关于悬挂式汽车座椅动平台的设计，采用的是液压缸举升的方式实现升降
温谦于2014年发表的《汽车座椅水平位置自动调整系统的研制》，介绍了用cple来控制座椅的水平。他把人体身高分为五组对应汽车座椅的五个水平位置，这就需要在座椅架的水平位置安装五个位置传感器，加上前后极限位置传感器共需七个位置，分别与cple可编程控制器的输入端相连，以便给可编程控制器传输一个控制信号来对应五组不同的身高。同时把nb-designer触摸屏已通过数据线与可编程控制器相连，把五组不同的身高输入到触摸屏中进行显示。这样驾驶员上车之后，能很直观的根据触摸屏中显示的身高数值范围选择自己的座椅位置，触摸屏将这个信息传给可编程控制器，可编程控制器依据设定好的程序讲座椅自动调整到最佳状态。
唐瑜等于2010年发表的《农机驾驶座椅自适应水平调节系统设计与实现》，文中针对驾驶员在坡地作业时存在扭腰问题进行了研究。设计的座椅在保留驾驶座椅原有调节和减震系统的情况下，在其下方左右两侧各设一个液压油缸，当农机横向倾斜时，控制系统采集到倾角变化信息，进而控制液压系统给油缸供油，通过活塞运动调整座椅恢复水平。
北京林业大学工学院姚立红设计的调平平台，实现车辆移动中调平，机构的设计原理基于“三点决定一个平面”的数学定理，采用“中心不动”的设计原则。只需要 2 个液压缸和 1 个中心旋转轴就可以实现车辆横、纵坡的找平功能。
江苏大学陆作祺设计的雷达自动调平系统利用电机的转动，经由减速箱减速后将动力传递到螺杆,再经螺杆和螺母的螺旋传动转化为调平支腿的举升。其调平原理和液压式举升腿相同。
西南交通大学潘璇，王培俊，聂良兵，程宏钊发表的《基于 AD AMS 的三自由度汽车运动平台仿真分析》，设计了以三自由度汽车运动平台并联机构为研究对象, 运用 AD A MS 软件建立由动平台、 定平台、 电动缸等构成的汽车运行虚拟运动平台。对汽车运行状态进行分析和分解。完成了 3 种主要运动的正逆解、 运动学仿真和分析, 并导出关键点坐标值表格, 为物理样机的设计制造提供可靠的数据支持和理论参考。
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