本發(fā)明涉及由汽車發(fā)動機激勵引起的振動控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種汽車座椅導軌振動主動控制裝置。

背景技術(shù)：

汽車發(fā)動機激勵不僅容易引起汽車各零部件的疲勞損傷，縮短其使用壽命，而且不可避免的產(chǎn)生結(jié)構(gòu)噪聲，直接影響乘客的乘坐舒適性。為了解決汽車發(fā)動機激勵引起的振動問題，研究表明動力吸振器可以有效衰減此類振動。

傳統(tǒng)的被動吸振器一般由慣性質(zhì)量和彈性元件構(gòu)成，其作為減振裝置已得到了廣泛的應用。被動吸振器的特點是僅在特定的頻帶內(nèi)能夠較好的吸收主系統(tǒng)的振動，且不可調(diào)節(jié)。為了實現(xiàn)在更寬頻帶下的減振，研究人員在被動吸振器的基礎上開發(fā)了半主動吸振器，其特點是通過改變吸振器的剛度或阻尼參數(shù)，調(diào)節(jié)自身的共振頻率，從而在更寬的頻帶內(nèi)實現(xiàn)吸振。發(fā)動機激勵具有變頻激勵的特點，工況較為復雜。面對較為復雜的振動問題，被動及半主動吸振器難以取得較好的減振效果，且由于汽車上布置空間約束較大，使得被動及半主動吸振器的使用受到較大限制。近年來，主動振動控制技術(shù)引起了較多關(guān)注，相比被動及半主動吸振器，主動振動控制裝置在寬頻帶內(nèi)具有更好的減振效果。

為了解決由發(fā)動機激勵引起的座椅導軌振動較大的問題，開發(fā)了主動振動控制裝置。主動振動控制裝置是利用加速度傳感器感測汽車座椅導軌處的振動，作為反饋信號輸入給電子控制單元，電子控制單元根據(jù)反饋信號輸出控制信號，并通過驅(qū)動模塊輸出一定的交變電流給作動器，作動器產(chǎn)生一個反作用力對發(fā)動機傳遞過來的激勵力進行抵消，從而實現(xiàn)主動振動控制。

汽車座椅導軌振動主動控制裝置通過感測座椅導軌處的振動加速度信號，利用控制單元對振動信號進行處理，經(jīng)過控制算法對作動器輸入一定幅值、頻率和相位的電流信號，使作動器輸出的反作用力實時對激勵力進行抵消。該主動振動控制裝置具有體積小，安裝方便，成本低等特點，能夠解決由發(fā)動機激勵引起的座椅導軌的振動問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種汽車座椅導軌振動主動控制裝置，它可以在發(fā)動機怠速工況下，對座椅導軌的振動進行閉環(huán)主動控制。通過感測發(fā)動機怠速工況下座椅導軌的振動，在發(fā)動機-座椅導軌的振動傳遞路徑上施加驅(qū)動力，對發(fā)動機在怠速工況下傳遞到座椅導軌的激勵力進行抵消，從而達到振動主動控制的目的。因此，需要開發(fā)一套能夠?qū)ψ螌к壍恼駝舆M行感測，且根據(jù)感測的振動水平，輸出一定幅值和頻率的驅(qū)動力對發(fā)動機-座椅導軌傳遞路徑上的激勵力進行實時抵消的裝置。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種汽車座椅導軌振動主動控制裝置，它包括加速度傳感器、電子控制單元、驅(qū)動模塊和作動器，所述的加速度傳感器感測座椅導軌的振動加速度，并作為閉環(huán)控制的振動信號傳遞給所述的電子控制單元；所述的電子控制單元用于根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速值和加速度傳感器提供的振動信號，并與預定幅值進行對比得到誤差信號，從而生成并輸出控制信號；所述的驅(qū)動模塊根據(jù)接收到的控制信號后輸出一定幅值和頻率的驅(qū)動信號；所述的作動器安裝在副車架上，用于接收驅(qū)動模塊輸出的驅(qū)動信號并產(chǎn)生一定的驅(qū)動力與發(fā)動機傳遞給座椅導軌的激勵力進行抵消，達到主動振動控制的目的。

進一步地，所述的加速度傳感器安裝于座椅導軌處，用于通過感測座椅導軌處的振動信號，作為反饋信號傳輸給電子控制單元。

進一步地，所述控制信號的生成具體包括：

將獲得的發(fā)動機轉(zhuǎn)速值確定發(fā)動機振動的主階次頻率；

依據(jù)所述的振動主階次頻率對接收的振動信號進行帶通濾波，保留在振動主階次附近的振動信號頻率成分；

對接收到的主階次頻率成分的振動進行判斷，即濾波后的振動信號在主階次頻率附近的振動超過預定幅值時，主動控制裝置開始工作，并生成所述的控制信號。

進一步地，所述的驅(qū)動模塊用于接收到電子控制單元輸出的控制信號，對控制信號施加一定的增益，生成具有一定幅值和頻率的交變電流作為驅(qū)動信號作用于作動器，所述驅(qū)動信號與所述的振動信號反相。

進一步地，所述的作動器包括電磁鐵、彈性單元、底座、導向組件和作動器支架，所述電磁鐵通過彈性單元與底座相連，所述彈性單元支撐電磁鐵的動質(zhì)量部分，所述底座與電磁鐵的靜鐵芯和彈性單元相連，并通過導向組件使底座與作動器支架固連；所述導向組件起到保持電磁鐵軸向運動的作用，并與作動器支架通過螺栓固連；作動器支架通過螺栓與副車架固連。

進一步地，所述的電磁鐵包括動設有中心孔的動鐵芯、靜鐵芯及線圈繞組，所述的動、靜鐵芯為導磁性能良好的軟磁材料，動、靜鐵芯在裝配上具有一定的軸向初始間距；所述的軸向初始間距為動鐵芯軸向運動的最大位移行程；所述線圈繞組固定在動鐵芯內(nèi)部，包括線圈保持架和繞制在所述線圈保持架上的線圈；所述動鐵芯上表面設有注塑孔和動鐵芯散熱孔，左右兩側(cè)對稱開有線圈引線出口，線圈引線從其中一線圈引線出口處引出；靜鐵芯放置在底座上，并通過導向組件與底座固連，其邊緣留有靜鐵芯散熱孔；所述的動鐵芯與線圈繞組構(gòu)成電磁鐵的動質(zhì)量，靜鐵芯構(gòu)成電磁鐵的靜質(zhì)量；

所述的導向組件包括螺栓、墊片和導向軸，所述導向軸為非導磁性材料，導向軸穿過動鐵芯中心通孔放置在靜鐵芯上，墊片放置在導向軸上，螺栓分別穿過墊片、導向軸、靜鐵芯和底座，并與作動器支架固連。通過擰緊螺栓，使得墊片壓緊導向軸，從而導向軸、靜鐵芯和底座三者之間緊密裝配。

進一步地，所述的彈性單元包括橡膠件和橡膠件骨架，所述的橡膠件經(jīng)過硫化處理，與橡膠件骨架固連，具有一定的形狀及厚度，可提供合適的軸向剛度以支撐電磁鐵動質(zhì)量的重量；所述橡膠件骨架通過翻邊處理與動鐵芯下端面壓緊過盈配合；

進一步地，所述動鐵芯中心通孔內(nèi)置有與所述導向軸間隙配合的套筒，所述導向軸外表面中間加工有儲油槽，槽內(nèi)涂有潤滑脂，所述套筒內(nèi)壁涂有起到減小滑動摩擦作用的特氟龍。

進一步地，所述的作動器支架材料為鋁，具有防銹作用，其中心設有連接導向組件的螺紋孔，所述作動器支架兩端具有一定孔徑的通孔，用于與副車架固連。

進一步地，所述作動器支架上開有用于固定線圈引線的線圈引線通孔。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點：

1）汽車座椅導軌振動主動控制裝置可以對座椅導軌的振動進行閉環(huán)主動控制，系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)定性。通過實時感測座椅導軌的振動響應，控制作動器施加驅(qū)動力從而抵消發(fā)動機傳遞的激勵力，具有較明顯的減振效果。

2）該汽車座椅導軌振動主動控制裝置與目前廣泛采用的振動控制裝置（半主動、被動吸振器）相比，不受減振目標的模態(tài)參數(shù)的影響，能夠?qū)崿F(xiàn)在較寬頻帶達到更好的減振效果。且該振動主動控制裝置結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，連接方式簡單，其作動器可根據(jù)不同的減振需要進行尺寸縮放，布置方便。

3）該汽車座椅導軌振動主動控制裝置，僅需對控制算法進行修改，即可滿足不同工況下的減振需求，成本低，使用靈活。

附圖說明

圖1是本發(fā)明中汽車座椅導軌振動主動控制裝置簡圖。

圖2是本發(fā)明中汽車座椅導軌振動主動控制裝置的控制方法實施流程示意圖。

圖3為本發(fā)明中作動器總成的結(jié)構(gòu)簡圖。

圖4為本發(fā)明中作動器導向組件結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本發(fā)明中作動器電磁鐵結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為本發(fā)明中電磁鐵動鐵芯結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7為本發(fā)明中電磁鐵線圈保持架結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8為本發(fā)明中電磁鐵靜鐵芯結(jié)構(gòu)示意圖。

圖9為本發(fā)明中作動器彈性單元結(jié)構(gòu)示意圖。

圖10為本發(fā)明中作動器底座結(jié)構(gòu)示意圖。

圖11為本發(fā)明中作動器支架結(jié)構(gòu)示意圖。

圖12為本發(fā)明中作動器的力學模型示意圖。

其中： 1、導向組件；1-1、螺栓；1-2墊片；1-3導向軸；1-4 儲油槽；2、電磁鐵；2-1、電磁鐵殼體；2-2、套筒；2-3、動鐵芯；2-301、注塑孔；2-302、動鐵芯散熱孔；2-303、線圈繞組槽；2-304、線圈引線出口；2-305、動鐵芯與彈性單元連接端；2-306、動鐵芯磁軛；2-307、動鐵芯中心孔；2-308、線圈保持架固定槽；2-4線圈繞組；2-401、線圈保持架端面；2-402、線圈保持架柱面；2-5、靜鐵芯；2-501、靜鐵芯散熱孔；2-502、靜鐵芯磁軛；2-503、連接端面；2-504、靜鐵芯中心孔；3、彈性單元；3-1、橡膠件骨架；3-2、橡膠件；3-3、彈性單元中心孔；3-4、橡膠件的硫化表面；4、底座；4-1、橡膠硫化槽；4-2 底座柱面；4-3底座槽；5、作動器支架；5-1、螺紋孔；5-2、限位槽；5-3、通孔；5-4、線圈引線通孔。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細地說明。

如圖1所示，一種汽車座椅導軌振動主動控制裝置，包括加速度傳感器、電子控制單元、驅(qū)動模塊和作動器。所述的加速度傳感器感測座椅導軌的振動加速度，并作為閉環(huán)控制的振動信號傳遞給所述的電子控制單元；所述的電子控制單元用于根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速值和加速度傳感器提供的振動信號，并與預定幅值進行對比得到誤差信號，從而生成并輸出控制信號；所述的驅(qū)動模塊根據(jù)接收到的控制信號后輸出一定幅值和頻率的驅(qū)動信號；所述的作動器安裝在副車架上，用于接收驅(qū)動模塊輸出的驅(qū)動信號并產(chǎn)生一定的驅(qū)動力與發(fā)動機傳遞給座椅導軌的激勵力進行抵消，達到主動振動控制的目的。

具體而言，所述的加速度傳感器安裝于座椅導軌處，用于通過感測座椅導軌處的振動信號，作為反饋信號傳輸給電子控制單元。所述的驅(qū)動模塊用于接收到電子控制單元輸出的控制信號，對控制信號施加一定的增益，生成具有一定幅值和頻率的交變電流作為驅(qū)動信號作用于作動器，所述驅(qū)動信號與所述的振動信號反相。

具體而言，所述控制信號的生成具體包括：

將獲得的發(fā)動機轉(zhuǎn)速值確定發(fā)動機振動的主階次頻率；依據(jù)所述的振動主階次頻率對接收的振動信號進行帶通濾波，保留在振動主階次附近的振動信號頻率成分；對接收到的主階次頻率成分的振動進行判斷，即濾波后的振動信號在主階次頻率附近的振動超過預定幅值時，主動控制裝置開始工作，并生成所述的控制信號。

具體而言，本實施例的所述電子控制單元同步接收發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號，并判斷出發(fā)動機振動的主階次頻率，根據(jù)得到的主階次頻率，對加速度傳感器傳遞過來的振動信號進行帶通濾波，從而保留主階次頻率附近的振動信號頻率成分；電子控制單元對濾波后的振動信號在主階次頻率附近的振幅進行誤差判斷，如果超過預定幅值時，輸出控制指令給驅(qū)動模塊，反之，不輸出控制指令；驅(qū)動模塊根據(jù)接受到的控制指令，產(chǎn)生驅(qū)動信號驅(qū)動作動器工作；作動器輸出驅(qū)動力。

如圖3所示，本實施例中，所述作動器包括導向組件1、電磁鐵2、彈性單元3、底座4和作動器支架5。

如圖4，所述的導向組件1包括螺栓1-1、墊片1-2、導向軸1-3。導向軸穿1-3過動鐵芯中心孔2-307放置在靜鐵芯2-5上，墊片放置在導向軸上，螺栓分別穿過墊片、導向軸、靜鐵芯和底座，并與作動器支架固連。導向組件1通過螺栓1-1使作動器與作動器支架5固定連接，且可保證電磁鐵2的動鐵芯2-3進行軸向往復運動。其中，所述的導向軸1-3為非導磁性材料，本發(fā)明中采用304不銹鋼，其外表面設計有儲油槽1-4，且外表面要求有良好的表面粗糙度，導向軸1-3與套筒2-2間隙配合。通過擰緊螺栓1-1，使得墊片1-2壓緊導向軸1-3，從而導向軸1-3、靜鐵芯2-5和底座4三者之間緊密裝配。

如圖5所示，所述的電磁鐵由電磁鐵殼體2-1、套筒2-2、動鐵芯2-3、線圈繞組2-4和靜鐵芯2-5組成。所述的電磁鐵殼體2-1為塑料材料，起到防塵和絕緣的作用。所述的套筒2-2鑲嵌在動鐵芯中心孔2-307內(nèi)部，套筒2-2內(nèi)表面涂有一定厚度的特氟龍，起到減小與導向軸1-3之間發(fā)生滑動摩擦的作用。所述的動鐵芯2-3結(jié)構(gòu)如圖6所示，動鐵芯2-3為導磁性材料，其中心設置有動鐵芯中心孔2-307，本實施例中采用45#鋼，動鐵芯2-3上表面留有兩個注塑孔2-301和四個動鐵芯散熱孔2-302；左右兩側(cè)開有線圈引線出口2-304，線圈引線從其中一側(cè)的線圈引線出口2-304出來，左右兩側(cè)開口的目的是保證動鐵芯2-3在軸向往復運動中平衡；動鐵芯2-3底部設置有凸環(huán)形動鐵芯與彈性單元連接端2-305，動鐵芯中心孔2-307底部邊緣設置有動鐵芯磁軛2-306，所述動鐵芯磁軛2-306采用盤形極面設計，有益于提高電磁鐵的電磁力特性；動鐵芯中心孔2-307與套筒2-2過盈配合；動鐵芯2-3留有線圈繞組槽2-303，裝配時，線圈繞組2-4放置于動鐵芯線圈繞組槽2-303中，并通過注塑將線圈繞組2-4與動鐵芯2-3固連。所述的線圈繞組2-4由銅線圈和線圈保持架構(gòu)成，線圈保持架結(jié)構(gòu)如圖7所示，多層銅線圈繞制在線圈保持架柱面2-402上，線圈保持架端面2-401起到固定繞制的多層銅線圈的作用，線圈保持架尺寸大小應保證線圈繞組2-4能放進動鐵芯線圈繞組槽2-303，并保留少量空間為注塑用；動鐵芯2-3內(nèi)壁留有線圈保持架固定槽2-308，通過注塑，塑膠流入線圈保持架固定槽2-308內(nèi)，有利于線圈繞組2-4與動鐵芯2-3的固連。所述的靜鐵芯2-5結(jié)構(gòu)如圖8所示，其為導磁性材料，本實施例中采用45#鋼，靜鐵芯2-5中心設置有靜鐵芯中心孔2-504，邊緣留有三個靜鐵芯散熱孔2-501；靜鐵芯磁軛2-502采用盤形極面結(jié)構(gòu)，并與動鐵芯磁軛2-306之間留有一定氣隙間距，保證動鐵芯2-3在軸向往復運動時具有一定的位移行程。線圈繞組2-4在通電狀態(tài)下，動鐵芯2-3與靜鐵芯2-5之間產(chǎn)生相互的電磁吸力。靜鐵芯的連接端面2-503在螺栓1-1和墊片1-2 的作用下，與導向軸1-3下端面緊密連接，由于靜鐵芯2-5下表面與底座4上表面緊貼，因此在導向組件1的作用下，導向組件1、靜鐵芯2-5和底座4構(gòu)成一個整體，并與作動器支架5共同構(gòu)成作動器的基底質(zhì)量。

所述的彈性單元3結(jié)構(gòu)如圖9所示，由橡膠件骨架3-1和橡膠件3-2組成。橡膠件3-2通過硫化與橡膠件骨架3-1連接，橡膠件骨架3-1通過翻邊處理與動鐵芯2-3固定連接，配合時有一定過盈量；橡膠件的硫化表面3-4與底座4相連；彈性單元中心孔3-3可防止螺栓1-1與底座4內(nèi)表面硬接觸。

所述的底座4結(jié)構(gòu)如圖10所示，橡膠件3-2通過橡膠硫化槽4-1將橡膠硫化到底座內(nèi)表面；底座柱面4-2通過與橡膠件的硫化表面3-4連接，起到支撐彈性單元3的目的；底座4底部設計有底座槽4-3，其與作動器支架5的限位槽5-2配合，起到限位的作用。

所述的作動器支架5的結(jié)構(gòu)如圖11所示，導向組件1的螺栓1-1通過螺紋孔5-1 與作動器支架5固連，限位槽5-2與底座槽4-3裝配，防止底座相對作動器支架發(fā)生滑動；作動器支架5通過通孔5-3與副車架連接；作動器支架還留有線圈引線通孔5-4，用于固定線圈繞組2-4的線圈引線。

如圖2所示，本實施例的實現(xiàn)原理包括以下步驟：

座椅導軌振動的感測：加速度傳感器布置在座椅導軌處，感測座椅導軌的振動加速度響應，作為振動信號反饋給電子控制單元；

主階次頻率產(chǎn)生：電子控制單元實時接收發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號，以確定發(fā)動機振動的主階次振動頻率；

帶通濾波處理：依據(jù)所述的主階次振動頻率，對接收的加速度傳感器傳遞過來的振動信號進行濾波，保留在主階次頻率附近的振動信號頻率成分；

誤差判斷步驟：濾波后的振動信號在主階次頻率附近的振幅超過預定幅值時判定為主動控制系統(tǒng)工作；

控制信號產(chǎn)生：依據(jù)誤差判斷，確定抑制座椅導軌振動的控制信號；

驅(qū)動信號產(chǎn)生：依據(jù)控制信號，驅(qū)動模塊施加一定的增益，產(chǎn)生驅(qū)動信號；

驅(qū)動力的產(chǎn)生：作動器接收到驅(qū)動信號，其動鐵芯2-3與靜鐵芯2-5之間形成磁場并產(chǎn)生電磁力，使得動鐵芯2-3相對靜鐵芯2-5產(chǎn)生相對位移，彈性單元3發(fā)生軸向壓縮，通過控制驅(qū)動信號，使動鐵芯2-3在電磁力和彈性力的共同作用發(fā)生軸向往復運動，底座4受到靜鐵芯2-5電磁力和彈性單元3彈性力的共同作用，作為驅(qū)動力傳遞給作動器支架5，作動器支架5輸出驅(qū)動力作用于副車架。

綜上所述，本實施例的汽車座椅導軌振動主動控制裝置包括加速度傳感器、電子控制單元、驅(qū)動模塊及作動器。本實施例的主動振動控制邏輯包括：診斷步驟，根據(jù)所述的座椅導軌振動信號，判斷誤差振動水平；以及控制步驟，接收所述診斷步驟的判斷信號，發(fā)出作用于作動器的指令，使得作動器產(chǎn)生驅(qū)動力用于抵消由發(fā)動機傳遞到座椅導軌的激勵力。

本實施例中作動器產(chǎn)生驅(qū)動力的原理包括：

如圖12所示，作動器通過螺栓1-1與作動器支架5固定，作動器支架5通過通孔5-3與副車架相連；螺栓1-1將墊片1-2、導向軸1-3、靜鐵芯2-5及底座4壓緊且均相對作動器支架5固定，共同構(gòu)成作動器的基底質(zhì)量m₁；動鐵芯2-3、線圈繞組2-4及橡膠件骨架3-1之間固定，其與電磁鐵殼體2-1、套筒2-2共同構(gòu)成作動器的動質(zhì)量m₂，并由橡膠件3-2支撐；線圈引線與驅(qū)動模塊連接。當電子控制單元輸出控制指令，驅(qū)動模塊根據(jù)控制指令輸出驅(qū)動信號（交變電流）給線圈引線時，在動鐵芯2-3與靜鐵芯2-5之間生成磁場，使得動鐵芯2-3與靜鐵芯2-5之間產(chǎn)生交變的電磁力F_m；橡膠件3-3提供一定的剛度k₂和阻尼C₂；在橡膠件3-2的彈性作用下，動質(zhì)量m₂進行軸向的往復運動；在電磁力F_m和橡膠件3-3彈性力的共同作用下，作動器通過底座4對作動器支架5產(chǎn)生驅(qū)動力，并通過作動器支架5傳遞給副車架。電子控制單元通過調(diào)節(jié)通入線圈繞組2-4的電流幅值及頻率，即可調(diào)節(jié)作動器驅(qū)動力的幅值和頻率，實現(xiàn)對座椅導軌的振動進行主動控制?？刂七^程中，須保證線圈繞組2-4的通電電流在最大允許電流范圍內(nèi)，并保證動鐵芯2-3在有效位移行程內(nèi)往復運動，防止其與墊片1-2、靜鐵芯2-5發(fā)生碰撞，產(chǎn)生不必要的噪聲。

本發(fā)明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍之內(nèi)。