创新项目：多功能电动后座椅

1、浙江农林大学汽车电器与电子控制技术课程创新训练申请书 项目名称 多功能电动后座椅 项目负责人 廖振清 专业班级 交通运输113班 联系电话 电子邮件 填表日期 2014年3月11日 填表说明一、本表要求按顺序逐项填写，项目要实事求是，讲诚信，不能有雷同，表达要明确、严谨。空缺项要填“无”。二、格式要求：申报书中各项内容以Word文档格式填写，表格中的字体为小四号仿宋体，1.5倍行距；表格空间不足的，可以扩展或另附纸张；均用A4纸打印，于左侧装订成册。三、申请参加本项目团队人数不得超过5人（1人为立项负责人，参与合作研究者2-4人）。项目名称多功能电动后座椅项目所属一级学科汽车电器

2、与电子控制系统项目来源()自主立题 ( )教师科研选题 ( )企事业选题 ( )其他_（选项打）申请经费 2000起止时间2014年 3月至2014年6月负责人姓名学号专业班级所在学院联系电话E-mail 具体分工廖振清0交通113工程学院 负责人参加成员杨领0交通113工程学院处理数据周小明2交通113工程学院处理数据金彬彬5交通113工程学院收集资料王一伦8交通113工程学院收集资料导师姓名彭何欢学院职务/职称联系电话 E-mail 项目内容简介（限100字） 舒适性是乘坐空间的一项重要衡量指标，要提高舒适性，就得打破

3、传统的后座椅格局，将之改造成可移动可变换的多功能后座椅。合理利用后备箱的空间，配合电路控制，结合后座椅的独特设计，实现“立起可坐，放下可躺”的功能。1、 项目研究背景（可以是已有的基础，与本项目有关的研究积累和已取得的成绩，已具备的条件，尚缺少的条件及方法等）研究背景电动座椅：电动座椅指成员只需扳动或按动某些按钮，便可以实现由电动驱动座椅前移后退，靠背的前后移动等。 现代轿车的座椅多是电动可调的，又称电动座椅。人们对轿车舒适性的评价多是通过座椅感受的，所以轿车上配备的电动座椅必须要满足便利性和舒适性两大要求，即驾驶者通过操纵键，不仅能使驾驶者获得最好的视野，便于操纵方向盘、踏板、变速杆等，还可

4、以将座椅调整到最佳的位置上，获得最舒适和最习惯的乘坐角度。为了满足这些要求，汽车厂家不断采用机械和电子技术手段，制造出可调整的电动座椅。 在座椅造型方面，应充分考虑人体身高、重量、乘坐姿势和重量分布等因素，应用人体工程学等先进技术，制造出乘坐舒适、久坐不乏的座椅，可调式电动座椅应按人体轮廓要求设计，能为人体的头部、背部、腰部和臀部提供最佳位置，有些还具有加热功能，在寒冷天气可使乘坐更加舒适。由于座椅还起到车厢装饰的作用，因此座椅面料的颜色要与车厢的总色调配合一致，且手感柔和、质地优良，使人们一坐上去就有一种舒适的感觉。 轿车的电动座椅系统由双向电动机、传动机构、调节控制电路等组成。研究积累1、

5、 电动座椅的类型 在一些高级轿车中，乘客的电动座椅控制系统依靠电力可以实现座椅滑行、倾斜的调整；驾驶员的电动座椅控制系统不仅可以实现座椅滑行、倾斜的调整，而且还可以实现前垂直、后垂直、头枕和腰垫位置的调整，有的还带有位置存储功能。电动座椅的类型根据分类方式的不同可分为以下几种：1根据使用电动机的数量分类根据使用电动机的数量，电动座椅可分为单电动机式、双电动机式、三电动机式和四电动机式等。 （1）单电动机式 单电动机式只能对电动座椅的前后两个方向进行调整。（2）双电动机式 双电动机式可以对电动座椅的4个方向进行调整，即不仅前后两个方向的位置可以移动，其高低也可以进行自动调整。 （3）三电动机式

6、三电动机式可以对电动座椅的6个方向进行调整，即不仅能向前后两个方向移动，还可分别对座椅的前部和后部的高低进行调整。（4）四电动机式 四电动机式的调整功能除了具有以上三电动机式的调整功能以外，还可对靠背的倾斜度进行调整。电动座椅装用的电动机最多可达8个，除了保证上述基本运动外，还可对头枕高度、座椅长度和扶手的位置进行调整。2根据有无加热器分类根据有无加热器，电动座椅可分为无加热器式与有加热器式两种。有加热器式电动座椅可以在冬季寒冷的时候对座椅的坐垫进行加热，以使驾驶员或乘客乘坐更舒适。3根据有无存储功能分类根据有无存储功能，电动座椅可分为无存储功能与有存储功能两种。有存储功能的电动座椅，可以将每

7、次驾驶员或乘客调整电动座椅后的数据存储下来，作为以后重新调整座椅位置时的基准。此外，在座椅中还附加了一些特种功能的装置，如在气垫座椅上使用电动气泵，对各个专用气囊（腰椎支撑气囊、侧背支撑气囊、座位前部的大腿支撑气囊）进行充气，起到调节支撑腰椎、侧背、大腿的作用。具有8种功能的电动座椅如图 6 一 1 所示，具有全方位可调节功能的电动座椅如图 6 一 2 所示。图 6 一 1 具有8种功能的电动座椅1座椅前后调节 2靠背倾斜调节 3座椅上下调节 4靠枕上下、前后调节 5座椅前部支撑调节 6侧背支撑调节 7腰椎支撑气垫调节图 6 一2 具有全方位可调节功能的电动座椅1座椅前后移动调节 2靠背倾斜度

8、调节 3靠背上部调节 4靠枕前后调节 5靠枕上下调节 6侧背支撑调节 7腰椎支撑气垫调节 8座椅前部支撑调节 9座椅高度调节2、 电动座椅的组成电动座椅主要由座椅开关和位置传感器、电子控制器ECU、执行机构的驱动电动机三大部分组成。开关和位置传感器包括座椅各位置（头枕、靠背、腰部、滑动、前垂直、后垂直）的电动开关、座椅各位置传感器、安全带扣环传感器及转向盘倾斜传感器等；ECU包括转向柱倾斜与伸缩ECU和电动座椅ECU；执行机构主要包括座椅调整、安全带扣环及转向盘倾斜调整的驱动电动机等，而且这些电动机均可灵活地进行正反转，以执行各种装置的调整功能。1电动座椅的组成（1）电动机 电动座椅大多采用永

9、磁式电动机驱动，并通过装在座位侧板上或门扶手上的肘节式控制开关来控制电路通路和电流方向，使某一电动机按所需的方向运转，以达到调整座椅的目的。为了防止电动机过载，大多数永磁式电动机内装有热过载保护断路器。有些电动座椅采用串激电动机来驱动，并装有两个磁场线圈，使其可作双向运转。这种电动机多使用继电器控制电流方向，当开关换向时，可听到继电器动作的“咔嗒”声。（2）手动调节开关 它主要是用来调整座椅的各种位置。当按下此开关后，电控单元就会控制相应电动机运转，按照驾驶员的要求调整座椅的位置。（3）存储和复位开关 它主要是用来存储或恢复驾驶员已经调整好的座椅位置。只要按下此按钮，就能按存储的各个座椅位置的

10、要求调整座椅的位置。（4） 位置传感器 位置传感器主要是用来检测座椅的各种位置，其结构如图 6 一 3 所示。它主要由齿轮、滑块和螺旋杆（可变电阻器）组成，其工作原理和一般电位计相似。螺旋杆由电动机通过齿轮驱动旋转，并带动滑块在电阻器上滑动，从而使输出电压信号发生变化。电控单元根据此电压信号决定座椅的位置。只要座椅位置调定后，驾驶员按下存储和复位开关，电控单元就把这些电压信号存储起来，作为重新调整位置时的基准。图 6 一 3 座椅位置传感器( 5 ) ECU 及其控制 ECU主要用来控制靠手动调节开关的座椅调节装置，也能根据从转向柱倾斜与伸缩ECU、位置传感器等送来的信号存储座椅位置。考虑到驾

11、驶员的不同体型和喜好的驾驶姿势，自动调节系统能在该ECU中存储2种不同的座椅位置（供选择），靠一“单独”开关的点动，ECU即可将座椅调整到驾驶员所期望的位置。 座椅进行调整时，由手动调节开关通过电控单元控制调整量，然后利用存储和复位开关控制某一位置的数据存储；座椅位置信号取自变阻器上的电压降。根据每个自由度上的电动机驱动座椅，从而使变阻器随动。根据变阻器的电压降，控制单元识别座椅的运动机构是否到达“死点”，如果到达“死点”位置时，电控单元及时切断供电电源，保护电动机和座椅驱动机构。2电动座持的控制电路（l）无存储功能的电动座椅 无存储功能的电动座椅的典型结构主要由座椅本体、座椅调节器开关、座椅

12、调节器和调节器电动机等组成。其控制电路如图 6 一 4 所示。图 6 一 4 电动座椅控制电路图（2）有存储功能的电动座椅 现代高级轿车的电动座椅多采用6向调整方式，这种系统除具有改变座椅的前后、高低、靠背斜度位置的电子驱动装置外，还设了一个具有存储功能的电子控制装置，该装置只要一按按钮，就能按存储的各个座椅位置的要求调整位置。图 6 一 5 是一种典型的电子控制可调座椅结构原理框图。它有4个电动机用来调整座椅，还有一个单独的存储器存储4个座椅的位置。图 6 一5 典型的电子控制可调座椅结构原理框图2、 项目研究内容（目前研究的现状、方法、观点、难点、特点）（一）、国外研究现状 最早手动调节座

13、椅在1921年在英国投入使用。手动调节方式需要人员先通过手柄放松座椅的锁止机构，之后通过改变身体的坐姿和位置来带动座椅移动，组后将锁止机构的手柄放松，将座椅固定在所选位置上。1954年卡迪拉克汽车ELDORADO款汽车首先推出4路电动座椅。 汽车自动座椅实际是人体工程与电子技术相互结合的产物，它能自动适应不同体型成员乘坐舒适性的要求。这种用用微机控制的电动座椅出现于80年代，1983年日本日产（nissan）和丰田（toyota）公司分别在公爵拍桥车和皇冠牌轿车上使用。 人因工程是一门新兴的边缘科学，起源与欧洲，形成与美国。发展至今已经有60多年的历史。人因工程研究的是在工作中、家庭生活与闲暇

14、时怎样考虑人的健康、安全、舒适和工作效率的学科。人、机和环境的和谐统一是其核心指导思想。1968年，国际人机工程学学会在瑞士召开了以座椅为主题的第一次国际学术研讨会，在这次会议后，在全世界掀起了座椅设计的高潮。至今这场云东海如火如荼。 蜗杆传动广泛应用于汽车座椅的电动调节。 1922年美国创制成平面直齿蜗杆传动，被誉为威氏蜗杆。50年代，日本人发展了此项技术，这就是他们在市场上推销的，有相当竞争能力的平面蜗杆传动。 1953年西德尼曼教授为蜗杆传动做出了新的贡献，发明了凹圆弧齿圆柱蜗杆传动，这就是当今世界闻名的“Cavex Worm”。 此外日本在1927年陆续发表了一些有关新型蜗杆传动的文章

15、，并已取得了一定成果。（二）、国内研究现状 丰田普瑞维亚于1990年推出，很早就通过各种渠道进入中国市场，也是打开了中国汽车电动座椅制造发展之门，之后越来越多的汽车厂家开始在中国发售电动座椅的轿车，之后的中国汽车制造力求完美的诠释电动座椅，使之更加完善，功能更加齐全。1991年9月5日至9日，中国汽车工程学会汽车电器委员会在杭州召开了1991年度汽车学术报告会议，会议指出发展汽车电器的自动化，汽车电动座椅的设计生产就是我国赶超外国汽车车身电器的一个重要方向。至今，中国的高级轿车厂商纷纷将电动座椅是为车辆不可缺失的组成。随着技术的不断成熟，制造价格普遍降低，该车神殿其目前正在向家用车行方向转移。

16、电动座椅设计的背景 座椅是汽车的基本附属器件，随着人们生活水平的提高，对汽车座椅的舒适性需求也越来越高，需求对汽车座椅的调节能够更加简单、方便、快捷。目前，汽车座椅位置的调节多采用基于手动调节方式的计息和电动控制两种方式。 轿车电动座椅以驾驶员的座椅为主。从服务对象出发，电动座椅必须满足便利性和舒适性两大要求。也就是说驾驶者通过键钮操纵，即可以将座椅套挣到最佳位置上，使驾驶者获得最好视野，得到易于操纵方向盘、踏板、变速杆等操纵件的便利，还可以获得最舒适和最习惯的乘坐角度。为了满足这些要求，世界汽车生产大国的有关厂家都镜像采用机械和电子技术手段，制造出可调整的电动座椅。（三）、观点及特点 座椅是

17、汽车的基本附属器件，随着人们生活水平的提高，对汽车座椅的舒适性需求也越来越高，需求对汽车座椅的调节能够更加简单、方便、快捷。目前，汽车座椅位置的调节多采用基于手动调节方式的计息和电动控制两种方式。轿车电动座椅以驾驶员的座椅为主。从服务对象出发，电动座椅必须满足便利性和舒适性两大要求。也就是说驾驶者通过键钮操纵，即可以将座椅套挣到最佳位置上，使驾驶者获得最好视野，得到易于操纵方向盘、踏板、变速杆等操纵件的便利，还可以获得最舒适和最习惯的乘坐角度。为了满足这些要求，世界汽车生产大国的有关厂家都镜像采用机械和电子技术手段，制造出可调整的电动座椅。 我们的设计就是研究设计一种电动调节式座椅，其汽车座椅

18、位置的调节主要方向是垂直调节。 通过前期对比研究，确定了每个运动机构方案的构成。分别设计可逆电动机为动力源，涡轮蜗杆、滚珠丝杆、平面连杆机构，并将其互相组合，以达到调节座椅的目的。3、 项目创新点（50字以内） 配合导轨、蜗轮、电路等，后座椅能够电动调节位置、角度、高度。占用后备箱的部分空间，实现座椅完全放平变“躺椅”。4、 项目实施方案及进度安排（查阅资料、自主设计项目研究方案、实验研究、数据统计、处理与分析、研制开发、填写结题表、撰写研究论文和总结报告、参加结题答辩和成果推广等）（一)、座椅坐垫升降部分 方案1： 一椅座、一对分别位于该椅座两侧的椅架、一驱动构件及一被动构件。该椅座具有一本

19、体及一对固设于该本体左右两侧的组接部；该对椅架各具有一配合该组接部的第一椅角，第一椅脚外缘沿其轴向设有一齿条；该驱动构件具有一固定于该椅座本体的马达，及一与该马达传动连接的主动传动件；该被动构件具有一枢设于该椅座本体上的第一轴杆，该第一轴杆与该主动传动件传动连接，于该第一轴杆两相反端分别设有一齿轮，该二齿轮分别啮合于该各第一椅脚的齿条。 方案2： 由蜗杆轴，蜗轮，心轴等组成。调整时，直流电动机产生的力矩带动蜗杆轴，驱动涡轮传动，使心轴在涡轮内旋进或旋出，带动座椅上下运动。 方案3：由蜗杆轴，蜗轮，滚珠丝杠，连杆机构组成。调整时，直流电动机产生的力矩带动蜗杆轴，驱动涡轮转动并带动滚珠丝杠转动，带

20、动由与滚珠丝杠配合的螺母前进或后退，螺母上连接了连杆机构，连杆机构运动带动座椅的上升与下降。 由于现在工业技术的成熟，汽车本身配件的完整程度，结合运动部件的可靠性和便于维修等因素。重点考虑汽车坐垫上下运动的重复性对运动寿命和安全要求。更结合全部运动机构设计的要求，充分利用资源，尽量采用相同的材料和类似运动设计方案，所以选择有滚珠丝杠的方案3.（二）、座椅坐垫前后移动部分 方案1：基体，其设置在所述车座或垫灯中之一处：可移动体，其设置在移动部处，所述可移动体装配到所述基体上，从而相对于所述于基体延伸或缩回；齿条，其固定到所述可移动体的顶面或底面中之一上，所述齿条形成为板状形状，其在所述可移动体的

21、延伸和缩回方向上延伸，并且具有齿；小齿轮，其容置于所述基体和所述可移动体中的另一个之内并且与所述齿条相啮合；驱动单元，用来驱动小齿轮；以及引导机构，其设置在所述基体和所述可移动体处以沿着所述可移动体的延伸和缩回方向引导所述可移动体。 方案2：由蜗杆，蜗轮，齿条，导轨组成。齿条安装在导轨上，调整时，直流电动机产生力矩经过蜗杆传至两侧的蜗轮上，经齿条带动，使座椅伸缩移动。方案3：由蜗杆轴，蜗轮，滚珠丝杠组成。调整时，直流电动机产生的力矩蜗杆轴，驱动涡轮转动并带动滚珠丝杠转动，带动由与滚珠丝杠配合的螺母前进或后退。由于螺母与上轨连接在一起，所以带动座椅前后移动。 由于现在工业技术的成熟，汽车车身配件

22、的完整程度，结合运动部件的可靠性和便于维修等因素。重点考虑汽车坐垫上下运动的重复性对运动机构寿命和安全要求。更结合全部运动机构设计的要求，充分利用资源，尽量采用相同的材料和类似运动设计方案，所以选择有滚珠丝杠的方案3.（三）、座椅靠背倾斜部分 方案1：由双向控制开关、控制电机、蜗杆、蜗轮、蜗轮轴、蜗轮室盖和座椅靠背调节轴组成。双向控制开关将电源与电机相连，控制电机的转动方向。控制电机轴的延伸部分为蜗杆，蜗杆与涡轮轴内有一空心扁槽与座椅靠背调节轴的扁头插入联接。按动双向控制开关，使控制电机轴，即蜗杆顺时针，蜗杆驱动蜗轮转动并将转动方向改变后传递给蜗轮轴，蜗轮轴驱动座椅靠背调节轴，使座椅靠背前倾或

23、或后仰转动，达到调节座椅靠背的目的。 方案2：靠背调节机构的主要部件是铰链销钉、链轮、内齿轮（30个齿）、外齿轮（29个齿）等。铰链销钉有一个偏心凸轮，凸轮中间轴A与安装在座垫侧的外齿轮同轴；铰链销钉的中间轴B与安装在座椅靠背侧的链轮同轴，并与内齿轮同轴转动。当靠背与头枕调节开关置于A或B方向时，靠背调节用的电动机运转，并带动链轮转动，安装在链轮上的铰链销钉也可以同样的转向一起转动。由于外齿轮安装在座垫侧，因而铰链销钉的中间轴B围绕着带偏心凸轮的中间A旋转。这样，内齿轮就与外齿轮啮合，铰链销钉每转一圈，所啮合的齿轮转动12度。 经过仔细研究和比较，由于方案2的实施需要大量的零件配备和专门的生产

24、设计环节，鉴于方案1的简单易操作性，又可以又可以利用以前汽车的车身部件，综合前面的设计环节，故选择方案1.5、 项目经费预算与用途（购置实验材料、试剂、药品、加工测试、资料、复印、调研、交通等经费开支）名称数量（个）费用（元）用途座椅1400电路板180设计电路汽车座椅升降器125改变座椅高度电机1200使座椅向后张开电线100米200蜗轮、蜗杆若干20传递动力位置传感器160感应座椅向后倾斜角度开关15连接件若干20导轨1102改装工具、场地200（租用）图纸、复印等306、 项目预期成果（研究论文、设计、调研报告、申请专利、开发软件、研制产品、项目鉴定等）研制一种汽车电动座椅，系统具有自动测量座椅安装的位置极限，记忆多个座椅位置等功能，使电动座椅的安装变得更加简便，座椅的位置调节方便、快捷；可以大大提高座椅的可控性，提高乘坐者的舒适感，即使在行驶中的汽车也可轻松地调整的汽车座椅位置，减少驾驶者的疲劳感。座椅自动控制系统也可以在医院病床上得到很好的应用，它可以帮助行动较困难的病人轻松地坐立，甚至站立起来。 电动座椅充分考虑人体尺寸、人体重量和乘坐姿势等因素，进行