基于振動能量回收的自加熱式汽車座墊設(shè)計

張 剛，李柏姝

（沈陽理工大學(xué) 汽車與交通學(xué)院，遼寧 沈陽110159）

基于振動能量回收的自加熱式汽車座墊設(shè)計

張 剛，李柏姝

（沈陽理工大學(xué) 汽車與交通學(xué)院，遼寧 沈陽110159）

目前的加熱式汽車座墊都是外加電源式，而加熱式座椅也大都出現(xiàn)在中高端車型上，這兩種加熱方式無疑會增加汽車電路的負(fù)載。對于農(nóng)用車和工程專用車輛而言，要想提高在寒冷氣候下的舒適性，以上兩種似乎都不是最佳的選擇。而該設(shè)計將齒輪齒條傳動裝置與小型發(fā)電機(jī)相結(jié)合，并應(yīng)用于汽車座墊，使座墊的自加熱成為可能。

汽車座墊；齒輪齒條傳動；發(fā)電機(jī)

汽車的加熱座墊和加熱座椅都是利用車載電源來進(jìn)行加熱的，這無疑會增加電路負(fù)載，而且對于農(nóng)用車和工程專用車輛來說，無論是加熱座墊還是加熱座椅都不是最佳的選擇。由于農(nóng)用車和工程專用車輛自身運行及其工作環(huán)境的特點，駕駛員會給座墊施加一個往復(fù)振動，本設(shè)計從座墊的往復(fù)振動這一點入手，將齒輪齒條裝置與小型發(fā)電機(jī)相結(jié)合并植入座墊內(nèi)，利用座墊的往復(fù)振動帶動齒輪齒條裝置使發(fā)電機(jī)發(fā)電。發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的電流經(jīng)過整流后輸送給碳晶電熱板，從而實現(xiàn)自加熱的功能。

1　自加熱汽車座墊結(jié)構(gòu)及工作原理

自加熱式汽車座墊，在上蓋1和下蓋8組成的內(nèi)腔中包含自發(fā)電裝置7、加熱裝置3和減震裝置2，座墊的結(jié)構(gòu)圖與剖視圖分別見圖1、圖2（上下蓋是由彈性適當(dāng)?shù)乃芰象w制成）。發(fā)電裝置7（見圖3），均位于中間隔板下端，由齒條9、齒輪10、齒輪11、齒輪12、發(fā)電機(jī)13組成。其中齒條9上端與上蓋1相連接，下端自由懸空。齒輪10與齒輪11為剛性連接。發(fā)電裝置7由齒輪軸5、6進(jìn)行軸向固定，而軸5、軸6均與下蓋相應(yīng)的側(cè)面相連接。加熱裝置3固定于中間隔板4的上端。減震裝置2的下端也固定于中間隔板4的上端，其上端與上蓋相連接。上蓋1與中間隔板4連接，而中間隔板4與下蓋8連接。

圖1　汽車座墊結(jié)構(gòu)圖

圖2　汽車座墊剖視圖

自加熱式汽車座墊是通過按壓上蓋1作為動力來帶動齒條9，然后由齒條9帶動齒輪組（齒輪10、齒輪11、齒輪12），從而帶動發(fā)電機(jī)來達(dá)到發(fā)電加熱的目的。

開關(guān)14控制加熱電路的通斷。在需要加熱時，打開開關(guān)，發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的電能即可直接對座墊加熱。在不需要加熱的情況下，發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的電能儲存在電池中，為以后的加熱使用儲存電能。

圖3　小型發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)圖

本電路所采用的是經(jīng)典整流電路［1］，如圖4所示，其組成為發(fā)電機(jī)G、二極管D1、D2、D3、D4、電池U、開關(guān)K、碳晶電熱板、電阻R，它是將磁體往復(fù)運動所產(chǎn)生的交流電進(jìn)行整流，再送入電池儲存或直接送入電熱板，真正實現(xiàn)雙向發(fā)電。

圖4　汽車座墊加熱電路圖

2　自加熱汽車座墊發(fā)電性能的仿真

這里采用頻率為5 Hz、振幅為15 mm的正弦信號［2］作為輸入；采用RS550-35100微型發(fā)電機(jī)；座墊上蓋與齒條的總質(zhì)量為M=2 kg；齒輪10、11、12所組成的齒輪系總傳動比i=0.2.以下對單個電機(jī)進(jìn)行模擬仿真。其仿真模型見圖5，發(fā)電機(jī)功率圖見圖6.

圖5　座墊Amesim模型

圖6　發(fā)電機(jī)功率圖

由圖6可得，座墊的平均發(fā)電總功率大約為130 W（碳晶電熱板一般按每平米100～120 W配功率），完全滿足使用要求。

3　結(jié)束語

通過將齒輪齒條裝置與小型發(fā)電機(jī)的結(jié)合應(yīng)用于座墊中實現(xiàn)了車輛座墊的自加熱功能。但在以下幾個方面還需作進(jìn)一步的研究和改進(jìn)：（1）通過增加發(fā)電機(jī)的數(shù)量來進(jìn)一步提高其發(fā)電性能；（2）由于各齒條不是均勻受力，因此無法保證各齒輪的同步轉(zhuǎn)動，可以考慮采用荊輪等其他機(jī)構(gòu)來進(jìn)一步改善。

［1］辛永哲，劉曉慧，候曉音.電工與電子技術(shù)基礎(chǔ)［M］.北京：北京理工大學(xué)出版社，2014.

［2］劉會英，蓋玉先，鄭超.汽車座椅主動振動控制與仿真分析［J］.中國機(jī)械工程，2006，（12）：1227-1230.

The Design of Automatically Heating Seat Cushion of Vehicle

ZHANG Gang，LI Bai-shu
（School of Automobile and Traffic，ShenYang Ligong University，Shenyang Liaoning 110159，China）

The current heating cushions of vehicle seat always use an outside supplier of electricity，although the seat warmer could be found in middle or high class cars.Both of them could increase the load of vehicle battery.In terms of agricultural and engineering vehicle，the two methods mensioned above may be not the optimum option to improve comfort in cold weather.Applying combination of gear-rack transmission and miniature genetator to the vehicle seat cushion makes it possible to heat automatically.

vehicle seat cushion；gear-rack transmission；generator

U463.99

A

1672-545X（2016）07-0241-02

2016-04-10

遼寧省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項目資助（L2015457）

張剛（1991-），男，山東濰坊人，在讀碩士，研究方向：汽車先進(jìn)設(shè)計與制造技術(shù)。