自動調平汽車座椅設計

史名奇

(南京航空航天大學金城學院，江蘇 南京 211156)

1 自動調平汽車座椅的研究背景及意義

(1)為暈車的乘員提供自動調平汽車座椅，減少汽車側傾、俯仰擺動引起的暈車。當車身側傾、俯仰擺動時，會引起乘員暈車嘔吐，乘員坐在自動調平汽車座椅上，座椅水平或接近水平，可消除或減少側傾、俯仰擺動，從而消除或減少暈車。

(2)為戰地救護車形成動平臺。將汽車座椅換成擔架，則形成汽車上自動調平擔架，可用于戰地救護車上，當汽車停在斜坡上時，通過汽車上自動調平擔架，可將擔架調成水平，這樣便于在車上開展手術等醫務工作。

(3)為雷達車上的雷達提供動工作平臺。雷達車上的雷達有一個轉動自由度，只需要調整側傾和俯仰角，自動調平汽車座椅上的自動調平機構可滿足要求，將汽車座椅換成雷達底座，即可用自動調平機構調整雷達底座的姿態[1-4]。

2 自動調平汽車座椅的總體設計

座椅主要包括：汽車座椅、左右擺動控制器、連接座椅支架、鏈、左右擺動導軌、滾子、座椅底座、十字軸、滾子軸、前后擺動控制器、鏈輪、鏈輪軸、減速電機、前后擺動導軌、前后擺動導軌等零件，各部分功用如下：

(1)控制器用于捕捉汽車座椅的傾斜信號，控制電機的正反轉，左右擺動控制器、前后擺動控制器分別控制左右和前后擺動。

(2)減速電機的作用是驅動鏈輪，以帶動座椅轉動，實現調平。

(3)連接座椅支架用來連接座椅，在十字軸上方。

(4)前后擺動導軌用來支承十字軸，實現座椅的前后擺動調平。

(5)左右擺動導軌用來支承座椅，實現座椅的左右擺動調平。

(6)滾子軸用來連接滾子和十字軸，用軸承作為滾子，滾子在導軌中滾動。

(7)鏈固定再前后擺動導軌、左右擺動導軌上方，用來傳遞動力。

3 自動調平汽車座椅的設計計算

3.1 械調平裝置的設計

自動調平汽車座椅的裝配圖如圖1所示。1-汽車座椅，2-左右擺動控制器，3-連接座椅支架，4-鏈條， 5-左右擺動導軌，6-滾子，7-座椅底座，8-十字軸，9-滾子軸，10-前后擺動控制器，11-鏈輪，12-鏈輪軸，12-減速電機，13-前后擺動導軌，14-前后擺動導軌。

設計中采用一個空間圓的形式，使座椅整體在這個圓里面轉動，根據座椅下底座尺寸確定前后轉動圓直徑為360 mm，左右轉動圓直徑為330 mm。根據汽車理論中汽車傾角極限位置原理，汽車爬坡最大傾角16°，左右傾斜最大傾角為40°，座椅和座椅支架之間的連接采用軸承連接，擬采用弧長為 400 mm 的圓弧作為連接左右轉動時，兩軸承的固定件。擬采用 300 mm 的弧長作為連接前后轉動時，兩軸承的固定件[5-7]。以此確定左右轉動弧長為 640 mm，前后轉動弧長為738 mm，為了美觀，兩轉動弧都采用740 mm。

3.2 座椅減速電機的選擇

本設計采用渦輪蝸桿永磁直流減速電機(見圖2)，其主要參數如下：

圖2 渦輪桿減速電機

工作電壓/V：DC12；

額定轉速/(r·min)：1 800 ；

輸出轉速/(r·min)：45；

額定功率/W：250。

渦輪蝸桿有反向自鎖性能，符合本設計懸停的理念，故采用渦輪蝸桿減速電機。如圖所示，本設計擬采用乘客重量為 100 kg，根據實驗，初步確定座椅轉速為 4 r/min。鏈輪和鏈條之間的傳動比因無法確定具體鏈輪節數，所以擬采用周長只比來確定傳比。I鏈輪/鏈條= 30Π/330Π=1/11確定電機轉速為 44 r/min，經查閱相關數據，擬采用輸出轉速 45 r/min 。

3.3 控制模塊電路圖

控制模塊要求能實現電機的正反轉，且能捕捉座椅發生傾斜時的信號，并在一定的延遲下接通并控制工作電路工作，從而使座椅調平。本設計采用的是光敏電阻作為輸入信號來控制電路，利用滾珠式水平儀里面的滾珠來實現對發光二極管光線的遮擋，實現光敏電阻的動作來控制繼電器的動作。當座椅水平時，發光二極管照亮光敏電阻，控制電路未接通，繼電器未動作，當座椅發生傾斜時，滾珠沿軌道滾到透光孔，遮擋光線，使控制電路閉合，繼電器接通。為實現電機的正反轉，采用一個控制電路控制兩個繼電器形成一個單刀雙擲開關，以實現電機的正反轉[8-10]。如圖3所示，和渦輪蝸桿電機的工作電源匹配，擬采用12 V的控制電壓。控制模塊用 10 A、30 V 繼電器。

圖3 控制模塊電路

4 結語

根據自制的自動調平汽車座椅，進行自動調平汽車座椅的試驗，包括自動調平汽車座椅空載時調平試驗、有負載時調平試驗和電機的電流測試，獲得自動調平汽車座椅空載和有負載的連續調平實驗錄像。試驗結果表明空載座椅、有負載座椅能在前、后、左、右傾斜以及一般位置傾斜時自動調平，電機的設計合理，本設計可行。