本實用新型涉及車輛技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種磁流變液式車輛減振座椅控制裝置及具有其的車輛。

背景技術(shù)：

對于座椅舒適性問題，研究表明，車輛座椅的振動對人的生理和心理反應(yīng)會產(chǎn)生十分不利影響，長時間處于低頻高強度的振動中會危及到駕駛員的心血管系統(tǒng)、神經(jīng)組織、肌肉組織，會造成駕駛員的聽覺衰退，反應(yīng)遲鈍，增加了駕駛員身體和精神上的負擔(dān)，更為嚴重的是增加了發(fā)生交通事故的概率。汽車在行駛的過程中會用各個方向的振動，因此座椅會相應(yīng)地產(chǎn)生各個方向的振動，存在很大的舒適性問題，且目前的汽車減振座椅大多集中在上下方向的減振上，能進行多維減振的座椅較少；其次，現(xiàn)階段的減振座椅多采用的的是連桿和彈簧阻尼組合而成的機械機構(gòu)，使用時間變長后會存在機構(gòu)磨損、易損壞和座椅異響等問題。

因此，希望有一種技術(shù)方案來克服或至少減輕現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷中的至少一個。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于提供一種磁流變液式車輛減振座椅控制裝置來克服或至少減輕現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷中的至少一個。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供一種磁流變液式車輛減振座椅控制裝置，所述磁流變液式車輛減振座椅控制裝置包括：座椅本體、阻尼組件、彈性密封連接構(gòu)件、箱體、加速度傳感器和ECU，其中：所述阻尼組件包括以垂直方式固定連接在所述座椅本體底部的阻尼板以及貫穿所述阻尼板的阻尼孔；內(nèi)部封裝有磁流變液的所述箱體通過彈性密封連接構(gòu)件與所述阻尼組件密封連接；所述阻尼組件懸浮在所述磁流變液中而能夠與所述箱體的內(nèi)表面保持為隔開狀態(tài)；所述加速度傳感器用于采集座椅加速度信息，并輸送給所述ECU；所述ECU用于接收所述加速度傳感器采集到的座椅加速度信息，并根據(jù)所述座椅加速度信息計算作用到所述磁流變液的電流控制量，以控制所述磁流變液流經(jīng)所述阻尼孔時的阻尼特性。

進一步地，所述阻尼組件中的所述阻尼板的數(shù)量為三塊，被構(gòu)造成交叉且相互垂直。

進一步地，所述阻尼組件還包括連接板，所述連接板的下表面連接各塊所述阻尼板的頂部，上表面連接所述座椅本體，所述連接板外套設(shè)所述彈性密封連接構(gòu)件。

進一步地，所述彈性密封連接構(gòu)件呈環(huán)狀，內(nèi)圈套設(shè)在所述阻尼組件外；所述彈性密封連接構(gòu)件具有供所述箱體的頂部開口嵌入的周向槽，以密封連接所述箱體和所述阻尼組件。

進一步地，所述ECU包括：比較器，其用于比較所述加速度傳感器采集到的座椅加速度信息與期望值，得到差值；和專家PID控制器，其用于將所述比較器得到的差值作為誤差輸入量，利用專家PID控制方法計算出作用到所述磁流變液的電流控制量。

進一步地，所述磁流變液式車輛減振座椅控制裝置還包括：固定磁極板，其設(shè)置在所述箱體的四個側(cè)面，各所述固定磁極板與所述專家PID控制器電連接，所述專家PID控制器輸出的電流控制量經(jīng)由所述固定磁極板后作用到所述磁流變液，以控制所述磁流變液流經(jīng)所述阻尼孔的阻尼特性。

進一步地，所述磁流變液式車輛減振座椅控制裝置還包括：模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其用于將所述比較器得到的差值由模擬信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，輸入給所述專家PID控制器以及將所述專家PID控制器輸出的電流控制量由數(shù)字信號轉(zhuǎn)化成模擬信號，該模擬信號通過所述固定磁極板后作用到所述磁流變液。

進一步地，所述磁流變液式車輛減振座椅控制裝置還包括：電流放大器，其電連接在所述模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器和固定磁極板之間，用于將所述專家PID控制器輸出的電流控制量放大后，輸送給所述固定磁極板。

進一步地，所述磁流變液式車輛減振座椅控制裝置還包括：信號放大調(diào)理電路，其電連接在所述加速度傳感器與ECU之間，用于將采集到的所述座椅加速度信息進行放大、整流和濾波后，輸送給所述ECU。

本實用新型還提供一種車輛，所述車輛包括如上所述的磁流變液式車輛減振座椅控制裝置。

本實用新型利用加速度傳感器采集座椅加速度信息，并將座椅加速度信息傳輸?shù)紼CU，ECU再根據(jù)相應(yīng)的控制策略給出相應(yīng)的電流控制量，從而改變磁場強度，使磁流變液中的磁性顆粒在磁場中會改變原本雜亂無章排列方式，變?yōu)榘凑漳硞€方向有序排列，改變磁流變液的流向，進而改變磁流變液的粘度，產(chǎn)生不同的阻尼力，使得交叉型阻尼板在該振動方向的變得困難，從而起到減振效果，在此之后進行循環(huán)，直到使座椅本體的加速度很小，接近加速度期望值為止，實現(xiàn)對座椅本體的減振，有利于提高乘員坐在座椅上的舒適性。另外，由于未采用連桿和彈簧阻尼等機械結(jié)構(gòu)，極大地改善了機構(gòu)磨損、易損壞和座椅異響等問題。

附圖說明

圖1是根據(jù)本實用新型所提供的磁流變液式車輛減振座椅控制裝置一優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是圖1中的座椅的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是圖1中的彈性密封連接件的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是圖1中的磁流變液式車輛減振座椅控制裝置采用的專家PID控制循環(huán)框圖。

具體實施方式

在附圖中，使用相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面結(jié)合附圖對本實用新型的實施例進行詳細說明。

在本實用新型的描述中，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本實用新型保護范圍的限制。

如圖1至圖3所示，本實施例所提供的磁流變液式車輛減振座椅控制裝置包括座椅本體1、阻尼組件2、彈性密封連接構(gòu)件3、箱體4、加速度傳感器5和ECU(Electronic Control Unit，車載電腦)7，其中：

阻尼組件2包括阻尼板21和連接板23，其中，阻尼板21以垂直方式固定連接在座椅本體1底部，并且，阻尼板21上布滿有貫穿阻尼板21設(shè)置的阻尼孔22。連接板23的下表面連接各塊阻尼板21的頂部，上表面通過連接件11固定連接座椅本體1。

箱體4的底部固定連接在地板12上。箱體4內(nèi)部封裝有磁流變液6，并通過彈性密封連接構(gòu)件3與阻尼組件2密封連接。阻尼組件2置于磁流變液6中，利用浮力和彈性密封連接構(gòu)件3的拉力使阻尼組件懸浮，阻尼組件2能夠懸浮在磁流變液6中，與箱體4的內(nèi)表面始終保持為隔開狀態(tài)。

加速度傳感器5用于采集座椅的實際加速度信息，并輸送給ECU7。ECU7用于接收加速度傳感器5采集到的實際加速度信息，并根據(jù)所述實際加速度信息計算作用到磁流變液6的電流控制量，以控制磁流變液6流經(jīng)阻尼孔22時的阻尼特性，以改變磁流變液6流經(jīng)阻尼孔22時的難易程度。

顯然，阻尼組件2懸浮在磁流變液6中，這相當于座椅本體1始終處于一個懸浮狀態(tài)，隨著車輛的運動工況的變化，座椅本體1會產(chǎn)生相應(yīng)的振動，與座椅本體1連接的阻尼組件2將座椅本體1的振動傳遞給磁流變液6，使磁流變液6朝與振動方向相對應(yīng)的方向流經(jīng)阻尼孔22。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以知曉的是：磁流變液6的粘度會直接影響到磁流變液6的流動性，進而影響到磁流變液6流經(jīng)阻尼孔22時的難易程度。

本實施例利用加速度傳感器5采集座椅加速度信息，并將座椅加速度信息傳輸?shù)紼CU7，ECU7再根據(jù)相應(yīng)的控制策略給出相應(yīng)的電流控制量，從而改變磁場強度，使磁流變液6中的磁性顆粒在磁場中會改變原本雜亂無章排列方式，變?yōu)榘凑漳硞€方向有序排列，改變了磁流變液6的粘度，改變磁流變液6的流向，產(chǎn)生不同的阻尼力，使得交叉型阻尼板21在該振動方向的變得困難，進行減振，之后進行循環(huán)，直到使座椅本體1的加速度很小，接近加速度期望值為止，實現(xiàn)對座椅本體1的減振，進而有利于提高乘員坐在座椅上的舒適性。另外，由于未采用連桿和彈簧阻尼等機械結(jié)構(gòu)，極大地改善了機構(gòu)磨損、易損壞和座椅異響等問題。

如圖4所示，在一個實施例中，ECU7包括比較器71和專家PID控制器72，其中：

比較器71用于比較加速度傳感器5采集到的座椅的實際加速度信息與加速度期望值，得到一個差值。加速度期望值通常選取為0，即期望座椅本體1不振動。比較器71可以是內(nèi)置在ECU7中算法的一部分，也可以是具有比較功能的比較器或比較電路等硬件。

專家PID控制器72用于將比較器71得到的差值作為誤差輸入量，利用專家PID控制方法計算出作用到磁流變液6的電流控制量。

本實施例中，加速度傳感器5將收集到的座椅的實際加速度信息與計算速度期望值進行比較，并將比較器71得到的差值作為誤差輸入量輸入到專家PID控制器中，經(jīng)過控制算法計算出作用到磁流變液6的電流控制量，對磁流變液6的阻尼特性進行控制，并再次收集加速度信號，如此循環(huán)，達到迅速精確的控制目的。

在一個實施例中，專家PID控制器72具體包括第一計算模塊721和第二計算模塊722，其中：

第一計算模塊721用于設(shè)定離散化的e(k)、e(k-1)、e(k-2)作為誤差輸入量，e(k)為當前采樣周期的誤差值，e(k-1)為前一個采樣周期的誤差值，e(k-2)為前兩個采樣周期的誤差值，k為循環(huán)次數(shù)，則可表達為：

根據(jù)Δe(k)＝e(k)-e(k-1)以及Δe(k-1)＝e(k-1)-e(k-2)，計算得到下式：

Δ²e(k)＝e(k)-2e(k-1)+e(k-2)。

第二計算模塊722用于根據(jù)第一計算模塊721確定的誤差輸入量，利用專家PID控制方法計算電流控制量，具體包括：

(1)在|e(k)|≥M₁且M₁為設(shè)定的最大誤差界限的情形下，誤差輸入量的絕對值已經(jīng)很大，所以不論誤差值的變化趨勢如何，都需要按照最大值進行輸出，以達到迅速減小誤差的作用，此時的控制器相當于開環(huán)控制。具體方法是：M₁可以設(shè)置為不同的值，并進行多次試驗反復(fù)調(diào)試，獲得各M₁值下的最大值作為電流控制量。

(2)在e(k)Δe(k)≥0的情形下，誤差輸入量的絕對值在朝著誤差絕對值增大的方向變化或者誤差輸入量為常數(shù)。

若|e(k)|>M₂，此時的誤差輸入量的絕對值較大，可考慮由控制器實施較強的控制作用，使誤差輸入量的絕對值朝減小方向變化，迅速減小誤差輸入量的絕對值，電流控制量為：

u(k)＝u(k-1)+k₁{k_p[e(k)-e(k-1)]+k_ie(k)+k_d[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]}；

或者，u(k)＝u(k-1)+k₁[k_pΔe(k)+k_ie(k)+k_dΔ²e(k)]。

式中，u(k)為第k次輸出的電流控制量，u(k-1)為第(k-1)次輸出的電流控制量；k₁為放大增益因數(shù)，k₁>1；M₂為設(shè)定的誤差界限，M₁>M₂；k_p為PID的比例系數(shù)，k_i為PID的積分系數(shù)，k_d為PID的微分系數(shù)。

若|e(k)|<M₂，此時的誤差輸入量在向著增大的方向變化，但是誤差輸入量的絕對值不大，可以考慮實施一般的控制作用，以減小誤差輸入量，使其朝誤差輸入量的絕對值減小方向變化，電流控制量為：

u(k)＝u(k-1)+k_p[e(k)-e(k-1)]+k_ie(k)+k_d[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]；

或者，u(k)＝u(k-1)+k_pΔe(k)+k_ie(k)+k_dΔ²e(k)。

(3)在e(k)Δe(k)<0、e(k)Δe(k-1)>0或e(k)＝0的情形下，誤差輸入量的絕對值朝減小的方向變化，或者已經(jīng)達到平衡狀態(tài)。此時，可考慮采取保持控制器輸出不變，電流控制量仍為：

u(k)＝u(k-1)

(4)在e(k)Δe(k)<0，Δe(k)Δe(k-1)<0的情形下，誤差輸入量處于極值狀態(tài)，如果此時誤差輸入量的絕對值較大，即|e(k)|>M₂，可考慮實施較強的控制作用；如果此時誤差輸入量的絕對值較小，即|e(k)|<M₂，可考慮實施較弱的控制作用，則電流控制量為：

u(k)＝u(k-1)+k₁k_pe_m(k) |e(k)|≥M₂；

u(k)＝u(k-1)+k₂k_pe_m(k) |e(k)|<M₂；

式中，k₂為抑制系數(shù)，0<k₂<1；e_m(k)為誤差e的第k個極值，e_m(k)通過前面的各采樣周期獲得數(shù)據(jù)進行比對后獲得。

(5)在|e(k)|<ε的情形下，誤差輸入量的絕對值已經(jīng)很小，此時加入積分環(huán)節(jié)，減少穩(wěn)態(tài)誤差，電流控制量為：

式中，ε為所期望獲得的誤差精度值，可以為任意小的實數(shù)，為對誤差的積分項。

需要說明的是：上述提到的各種情形下的PID參數(shù)值k_p、k_i、k_d是不同的，本實施例中，可將k_p的起始值設(shè)定在30-70％之間、k_i的起始值設(shè)定在24s-180s之間，k_d的起始值設(shè)定在3-180s之間，然后利用多次試驗調(diào)試進行參數(shù)設(shè)計，調(diào)整各參數(shù)的取值，最后得到各個情形下比較理想的參數(shù)值。

在一個實施例中，阻尼組件2中的阻尼板21的數(shù)量為三塊，被構(gòu)造成交叉且相互垂直。阻尼板21形成的結(jié)構(gòu)類似于在十字交叉結(jié)構(gòu)，因此，座椅本體1上下運動時：水平布置的阻尼板21起到了阻尼器的作用。座椅本體1左右、前后運動時：豎直布置的兩塊阻尼板21起到阻尼器的作用。

本實施例利用三維空間相互垂直的阻尼板，并結(jié)合利用專家PID控制方法，可實現(xiàn)空間中各方向上的阻尼變化控制，在面對不同的路面激勵的時候，ECU7接收到座椅速度信號后，可根據(jù)相應(yīng)的控制策略來給出相應(yīng)的電流控制量，從而改變磁場強度，進而產(chǎn)生不同的阻尼力，迅速而準確地衰減振動，實現(xiàn)在三維空間全方位減振，取得良好的減振效果，為提高座椅的舒適性提供有利條件。

如圖3所示，彈性密封連接構(gòu)件3由彈性材料制成，且呈環(huán)狀，內(nèi)圈套設(shè)在阻尼組件2的連接板23外。彈性密封連接構(gòu)件3具有供箱體4的頂部開口嵌入的周向槽31，以密封連接箱體4和阻尼組件2。彈性密封連接構(gòu)件3還起到類似于彈簧的作用，用于對阻尼組件2產(chǎn)生拉力使之與阻尼組件2重力平衡，加上磁流變液6的浮力作用，使之懸浮在磁流變液6中。

箱體4的四個側(cè)面分別設(shè)置繞有勵磁線圈的固定磁極板8，固定磁極板8通過電流放大器9與模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器10電連接，專家PID控制器72輸出的電流控制量依次經(jīng)由模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器10、電流放大器9和固定磁極板8，作用到所述磁流變液6。

本實施例所提供的磁流變液式車輛減振座椅控制裝置還包括模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器10，模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器10用于將比較器71得到的差值由模擬信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，輸入給專家PID控制器72以及將專家PID控制器72輸出的電流控制量由數(shù)字信號轉(zhuǎn)化成模擬信號，該模擬信號作用到磁流變液6，控制磁流變液6的阻尼特性，對座椅本體1實施三維空間全方位減振，并再次收集加速度信號，如此循環(huán)，達到迅速精確的控制目的。

本實用新型工作過程如下：

當某一方向產(chǎn)生振動時，由于彈性密封連接構(gòu)件3屬于彈性元件，其可以起到類似彈簧的作用，對座椅進行緩沖減振，并且可以限制座椅在三維方向的位移不至于過大。

與此同時，使用時，加速度傳感器5將采集到的實際加速度信息傳遞到信號放大調(diào)理電路13，信號放大調(diào)理電路13將采集到的信號進行放大、整流和濾波，并經(jīng)過模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器10的模數(shù)轉(zhuǎn)換輸入到ECU7中，ECU7在得到信號后計算第k次循環(huán)時的誤差e(k)，并和第k-1、k-2次的誤差e(k-1)、e(k-2)一起作為輸入量與加速度期望值進行比對，按照相應(yīng)的控制邏輯進行計算分析，并輸出精確的控制信號，該控制信號即為電流控制量。該電流控制量經(jīng)過模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器10的數(shù)模轉(zhuǎn)換之后輸出給電流放大器10，之后輸入固定磁極板8中，改變磁流變液6所處的磁場，磁流變液6中的磁性顆粒在磁場中會改變原本雜亂無章排列方式，變?yōu)榘凑漳硞€方向有序排列，改變了磁流變液6的粘度，改變磁流變液6的流向，產(chǎn)生不同的阻尼力，使得交叉型阻尼板21在該振動方向的變得困難，進行減振，之后進行循環(huán)，直到使座椅本體1的加速度很小，接近加速度期望值為止，實現(xiàn)對座椅本體1的減振。

本實用新型還提供一種車輛，其包括上述各實施例所述的磁流變液式車輛減振座椅控制裝置。所述車輛的其它部分為現(xiàn)有技術(shù)，在此不再展開描述。

最后需要指出的是：以上實施例僅用以說明本實用新型的技術(shù)方案，而非對其限制。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解：可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換；這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本實用新型各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。