六自由度汽车座椅振动试验台的制作方法
【专利摘要】本实用新型属于汽车测试【技术领域】，具体涉及一种可进行汽车座椅平顺性试验和舒适性主客观评价试验的六自由度汽车座椅振动试验台。包括支撑系统，加载系统，测量系统，控制系统和运动平台系统，所述的支撑系统用于支撑加载系统，所述加载系统由水平方向的三个电动缸和竖直方向的三个电动缸构成，运动平台系统设置在加载系统的六个电动缸上并通过六个电动缸驱动其实现六自由度运动；所述测量系统用于测量实验座椅的位移和加速度；控制系统设置在支撑系统上、用于采集测量系统测得的信号并驱动加载系统对实验座椅进行加载。本实用新型在性能测试、结构、安装、维护、精度、环境污染和噪声方面明显优于现有座椅单自由度试验台。
【专利说明】六自由度汽车座椅振动试验台
【技术领域】
[0001]本发明属于汽车测试【技术领域】，具体涉及一种可进行汽车座椅平顺性试验和舒适性主客观评价试验的六自由度汽车座椅振动试验台。
【背景技术】
[0002]汽车座椅六自由度振动试验是汽车座椅性能分析与设计的基础，汽车座椅六自由度试验机是座椅特性建模及整车性能集成、调校与开发的关键测试设备之一，它可再现座椅的各种运行工况，测定座椅响应与输入激励的关系，还可进行座椅六自由度的主客观评价振动试验，是对座椅性能测试过程中关键数据的来源。
[0003]现有技术中汽车座椅单自由度振动试验台只能进行座椅的垂向自由度振动，且采用液压缸为动力源，液压驱动方式存在诸多固有缺陷:液压系统密封易发生泄漏，液压油易对环境产生污染；液压油易受到污染，需定期更换，维护成本高；液压泵作用时噪声大；位置控制精度不高，提高精度需要昂贵的定位传感器和精密的电动液压阀门，且运动存在蠕变、滞后、盲区、压力和温度变化使控制更加复杂。这些缺陷使得单自由度座椅试验台结构复杂，适用范围窄，精度不高，成本昂贵，不能简单地扩充试验台的自由度数，进而不能对试验座椅进行六自由度的主客观评价振动试验。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是要提供一种在性能测试、结构、安装、维护、精度、环境污染和噪声方面明显优于现有座椅单自由度试验台的六自由度汽车座椅振动试验台，克服液压动力源的局限，使其可对汽车座椅进行平顺性试验和舒适性主客观评价试验，从而对汽车座椅性能进行综合评价，缩短汽车座椅的开发周期。
[0005]本发明通过以下技术方案实现:
[0006]一种六自由度汽车座椅振动试验台，包括支撑系统，加载系统，测量系统，控制系统和运动平台系统，所述的支撑系统用于支撑加载系统，所述加载系统由水平方向的三个电动缸和竖直方向的三个电动缸构成，运动平台系统设置在加载系统的六个电动缸上并通过六个电动缸驱动其实现六自由度运动；所述测量系统用于测量实验座椅的位移和加速度；控制系统设置在支撑系统上、用于采集测量系统测得的信号并驱动加载系统对实验座椅进行加载。
[0007]所述的支撑系统包括底座、横向电动缸支座和两个纵向电动缸支座，其中，底座水平固定在坚实的地基上，一个横向电动缸支座和纵向电动缸支座固定在底座上相应位置，所述两个纵向电动缸和一个横向电动缸分别设置在两个纵向电动缸支座和一个横向电动缸支座上实现对加载系统中的两个纵向电动缸和一个横向电动缸的支撑。
[0008]所述的加载系统包括三个垂向电动缸、两个纵向电动缸和一个横向电动缸，其中，所述垂向电动缸、纵向电动缸和横向电动缸两端均安装有万向节或球轴承，垂向电动缸垂直安装在底座和运动平台系统之间，其下端分别与底座通过万向节或球轴承连接，前面两个垂直电动缸上端的推杆通过万向节或球轴承与运动平台系统的水平肩臂连接，后面的一个垂直电动缸上端的推杆通过万向节或球轴承与运动平台系统的垂直安装座连接；两个纵向电动缸纵向安装，其后端分别与纵向电动缸支座的上部通过万向节或球轴承进行连接，前端的推杆通过万向节或球轴承与运动平台系统上的纵向安装座进行连接；横向电动缸横向安装，其后端与横向电动缸支座的上部通过万向节或球轴承进行连接，前端的推杆通过万向节或球轴承与运动平台系统的横向安装座进行连接。
[0009]所述的加载系统上的六个作动缸是其上带有测量作动缸长度传感器的电动缸，也可以全部或部分地更换为液压缸。
[0010]所述的测量系统包括有加速度传感器和位移传感器，其中，加速度传感器固定实验座椅上，用于测量实验座椅坐垫处的加速度响应；位移传感器固定在实验座椅的座椅骨架上，用于测量实验座椅的相对位移信号。
[0011]所述的控制系统包括信号处理模块和驱动控制模块，其中，驱动控制模块用于控制各电动缸的运动，实现座椅性能测试的加载要求；信号处理模块采集加速度传感器和位移传感器的信息及各电机的反馈信号。
[0012]所述的运动平台系统包括竖直躯体，两个水平肩臂，肋板，两个侧面臂体，纵向安装座，水平底座，横向安装座，座椅安装板和垂向安装座，其中，竖直躯体，两个水平肩臂，肋板，两个侧面臂体和水平底座共同构成了实验座椅的承载骨架，所述的座椅安装板固定在水平底座上，实验座椅安装在座椅安装板上；所述垂向安装座连接在竖直躯体的后部；水平肩臂和侧面臂体之间通过肋板连接支撑；两个侧面臂体的外侧分别连接有纵向安装座。
[0013]本发明具有以下优点和积极效果:
[0014]1、本发明创造相对于【背景技术】的主要不同点是:①整套系统的组成在现有技术中没有公开米用三个垂向电动缸、两个纵向电动缸和一个横向电动缸作为动力源，克服了液压系统的局限性和不足，③整套系统具有六个自由度，可以再现汽车座椅的实际运行工况，除了可验证试验座椅振动传递特性外，还可进行座椅的六自由度舒适性主观评价试验。
[0015]2、本发明由于采用上述结构，所以结构简单合理、价格低廉，成本低，易于制造。
[0016]3、本发明安装简单合理，结构紧凑，仅需简单布线，不需要昂贵的管道、过滤器、泵等，占地面积小。
[0017]4、本发明有高的预期使用寿命，额定负载下可实现数百万次循环，使用寿命非常长。
[0018]5、本发明维护成本极低，使用期间具有可重复、可再生性能。
[0019]6、本发明环境污染和噪声小，本身清洁且能效高。
[0020]7、本发明采用电缸做作动器，响应快，频带宽，可以覆盖整个人体敏感振动范围；【专利附图】
【附图说明】:
[0021]图1是本发明六自由度汽车座椅振动试验台的整体结构示意图。
[0022]图2是本发明图1的A向投影图。
[0023]图3是本发明图1的B向投影图(为清晰显示各电动缸，图中隐藏了控制系统4)。
[0024]图4是本发明图1的C向投影图(为清晰显示各电动缸，图中隐藏了控制系统4)。
[0025]图5是本发明加载系统中电动缸的结构示意图。
[0026]图6是本发明运动平台系统的结构示意图。
[0027]图7是本发明控制原理图。
[0028]图中:
[0029]I支撑系统，2加载系统，3测量系统，4控制系统，5运动平台系统
[0030]11底座，12横向电动缸支座，13纵向电动缸支座
[0031]21垂向电动缸，22纵向电动缸，23横向电动缸，201万向节或球轴承，202推杆
[0032]31加速度传感器，32位移传感器
[0033]51竖直躯体，52水平肩臂，53肋板，54侧面臂体，55纵向安装座
[0034]56水平底座，57横向安装座，58座椅安装板，59垂向安装座
【具体实施方式】
[0035]由附图1、2、3、4所示:该汽车座椅振动试验台包括支撑系统1，加载系统2，测量系统3，控制系统4和运动平台系统5，所述的支撑系统I用于支撑加载系统2，所述加载系统2由水平方向的三个电动缸和竖直方向的三个电动缸构成，运动平台系统5设置在加载系统2的六个电动缸上并通过六个电动缸驱动其实现六自由度运动；所述测量系统3用于测量实验座椅6的位移和加速度；控制系统4设置在支撑系统I上，用于采集测量系统3测得的信号并驱动加载系统2对实验座椅6进行加载。
[0036]所述的支撑系统I包括底座11、横向电动缸支座12和两个纵向电动缸支座13，其中，底座11水平固定在坚实的地基上，一个横向电动缸支座12和纵向电动缸支座13固定在底座11上相应位置，所述两个纵向电动缸22和一个横向电动缸23分别设置在两个纵向电动缸支座13和一个横向电动缸支座12上实现对加载系统2中的两个纵向电动缸22和一个横向电动缸23的支撑。
[0037]由附图2、3、4、5所示:所述的加载系统2包括三个垂向电动缸21、两个纵向电动缸22和一个横向电动缸23，其中，所述垂向电动缸21、纵向电动缸22和横向电动缸23两端均安装有万向节或球轴承201，垂向电动缸21垂直安装在底座11和运动平台系统5之间，其下端分别与底座11通过万向节或球轴承201连接，前面两个垂直电动缸21上端的推杆202通过万向节或球轴承201与运动平台系统5的水平肩臂52连接，后面的一个垂直电动缸21上端的推杆202通过万向节或球轴承201与运动平台系统5的垂直安装座59连接；两个纵向电动缸22纵向安装，其后端分别与纵向电动缸支座13的上部通过万向节或球轴承201进行连接，前端的推杆202通过万向节或球轴承201与运动平台系统5上的纵向安装座55进行连接；横向电动缸23横向安装，其后端与横向电动缸支座12的上部通过万向节或球轴承201进行连接，前端的推杆202通过万向节或球轴承201与运动平台系统5的横向安装座57进行连接。
[0038]所述的加载系统2上的六个作动缸是其上带有测量作动缸长度传感器的电动缸，也可以全部或部分地更换为液压缸。
[0039]由附图2和7所示:所述的测量系统3包括有加速度传感器31和位移传感器32，其中，加速度传感器31固定实验座椅6上,用于测量实验座椅坐垫处的加速度响应；位移传感器32固定在实验座椅6的座椅骨架上,用于测量实验座椅6的相对位移信号。
[0040]如图7所示:所述的控制系统4包括信号处理模块41和驱动控制模块42，其中，驱动控制模块用于控制各电动缸的运动，实现座椅性能测试的加载要求；信号处理模块采集加速度传感器31和位移传感器32的信息及各电机的反馈信号。
[0041]如图6所示:所述的运动平台系统5包括竖直躯体51，两个水平肩臂52，肋板53，两个侧面臂体54，纵向安装座55，水平底座56，横向安装座57，座椅安装板58和垂向安装座59，其中，竖直躯体51，两个水平肩臂52，肋板53，两个侧面臂体54和水平底座56共同构成了实验座椅6的承载骨架，所述的座椅安装板58固定在水平底座56上，实验座椅6安装在座椅安装板57上；所述垂向安装座59连接在竖直躯体51的后部；水平肩臂52和侧面臂体54之间通过肋板53连接支撑；两个侧面臂体54的外侧分别连接有纵向安装座55，水平底座56下部通过螺栓与横向安装座57相连。
[0042]工作原理:
[0043]试验前，由信号处理模块41根据试验要求的座椅运行工况解算出各电动缸的位移规律，并将指令送达电动缸，同时加速度传感器31和位移传感器32测得座椅的实际位移和加速度信号，并将这些信号传回信号处理模块41，及时闭环修正各电动缸的位移；信号处理模块41将各电动缸位移信号传递给驱动控制模块42,驱动控制模块42驱动垂直电动缸21、纵向电动缸22和横向电动缸23 ;试验过程中，通过三个垂直电动缸21的长度的改变可使运动平台系统5产生上下、侧倾和纵倾三个自由度的运动；通过两个纵向电动缸22长度的改变可使运动平台系统5产生纵向和绕垂直轴转动两个自由度的运动；通过横向电动缸23长度的改变可使运动平台系统5产生横向自由度的运动；通过测得六个电动缸的位移可算得其六个运动端点的位置和实验座椅6的六个自由度空间运动状态。
[0044]上述实施例仅用于说明本发明，其中六个电动缸之间的位置关系、各部件的结构和连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明保护范围之外。
【权利要求】
1.一种六自由度汽车座椅振动试验台，其特征在于:该试验台包括支撑系统，加载系统，测量系统，控制系统和运动平台系统，所述的支撑系统用于支撑加载系统，所述加载系统由水平方向的三个电动缸和竖直方向的三个电动缸构成，运动平台系统设置在加载系统的六个电动缸上并通过六个电动缸驱动其实现六自由度运动；所述测量系统用于测量实验座椅的位移和加速度；控制系统设置在支撑系统上、用于采集测量系统测得的信号并驱动加载系统对实验座椅进行加载。
2.根据权利要求1所述的一种六自由度汽车座椅振动试验台，其特征在于:所述的支撑系统包括底座、横向电动缸支座和两个纵向电动缸支座，其中，底座水平固定在坚实的地基上，一个横向电动缸支座和纵向电动缸支座固定在底座上相应位置，所述两个纵向电动缸和一个横向电动缸分别设置在两个纵向电动缸支座和一个横向电动缸支座上实现对加载系统中的两个纵向电动缸和一个横向电动缸的支撑。
3.根据权利要求1所述的一种六自由度汽车座椅振动试验台，其特征在于:所述的加载系统包括三个垂向电动缸、两个纵向电动缸和一个横向电动缸，其中，所述垂向电动缸、纵向电动缸和横向电动缸两端均安装有万向节或球轴承，垂向电动缸垂直安装在底座和运动平台系统之间，其下端分别与底座通过万向节或球轴承连接，前面两个垂直电动缸上端的推杆通过万向节或球轴承与运动平台系统的水平肩臂连接，后面的一个垂直电动缸上端的推杆通过万向节或球轴承与运动平台系统的垂直安装座连接；两个纵向电动缸纵向安装，其后端分别与纵向电动缸支座的上部通过万向节或球轴承进行连接，前端的推杆通过万向节或球轴承与运动平台系统上的纵向安装座进行连接；横向电动缸横向安装，其后端与横向电动缸支座的上部通过万向节或球轴承进行连接，前端的推杆通过万向节或球轴承与运动平台系统的横向安装座进行连接。
4.根据权利要求1所述的一种六自由度汽车座椅振动试验台，其特征在于:所述的加载系统上的六个作动缸是其上带有测量作动缸长度传感器的电动缸，也可以全部或部分地更换为液压缸。
5.根据权利要求1所述的一种六自由度汽车座椅振动试验台，其特征在于:所述的控制系统包括信号处理模块和驱动控制模块，其中，驱动控制模块用于控制各电动缸的运动，实现座椅性能测试的加载要求；信号处理模块采集加速度传感器和位移传感器的信息及各电机的反馈信号。
6.根据权利要求1所述的一种六自由度汽车座椅振动试验台，其特征在于:所述的运动平台系统包括竖直躯体，两个水平肩臂，肋板，两个侧面臂体，纵向安装座，水平底座，横向安装座，座椅安装板和垂向安装座，其中，竖直躯体，两个水平肩臂，肋板，两个侧面臂体和水平底座共同构成了实验座椅的承载骨架，所述的座椅安装板固定在水平底座上，实验座椅安装在座椅安装板上；所述垂向安装座连接在竖直躯体的后部；水平肩臂和侧面臂体之间通过肋板连接支撑；两个侧面臂体的外侧分别连接有纵向安装座。
【文档编号】G01M7/06GK203858084SQ201420125566
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年4月17日 优先权日:2014年4月17日
【发明者】郭孔辉, 赵志文, 陈禹行 申请人:长春孔辉汽车科技有限公司