鄭曉林，王志坤，鄭方旭，王 偉

(德州學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院,山東 德州 253023)

0 引言

目前市場(chǎng)上現(xiàn)有的三輪車座椅多數(shù)無法調(diào)節(jié)，只是一個(gè)固定的靠板；少數(shù)電動(dòng)三輪車有手動(dòng)調(diào)節(jié)靠背前后移動(dòng)的功能，但是太過繁瑣，而且需要多次調(diào)節(jié)才能達(dá)到目的。而且，作為代步工具一般坐上去就是一兩個(gè)小時(shí)，中老年人原本就對(duì)身體的各種反應(yīng)比較慢，所以一定要舒適，以免長(zhǎng)時(shí)間出行之后，晚上回家出現(xiàn)身體酸痛等不適反應(yīng)。這款設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)代步工具的“私人訂制”。

1 預(yù)計(jì)應(yīng)用前景

這款設(shè)計(jì)主要運(yùn)用座椅靠背上壓力應(yīng)變片產(chǎn)生的小信號(hào)，通過單片機(jī)控制液壓缸使活塞桿帶動(dòng)座椅靠背向后運(yùn)動(dòng)，直到駕駛?cè)藢?duì)座椅靠背的壓力小于正常倚靠壓力時(shí)，單片機(jī)停止電壓，液壓缸停止運(yùn)動(dòng)以固定位置，實(shí)現(xiàn)了靠背的自動(dòng)后移。本設(shè)計(jì)最大程度地改進(jìn)了手動(dòng)多次調(diào)整不精確的問題，也使一款電動(dòng)三輪車能適合更多體型和年齡的人使用，節(jié)約了調(diào)整座椅所用的時(shí)間。當(dāng)人駕駛?cè)喆杰囃ㄟ^顛簸路段時(shí)，座椅靠背上的壓力應(yīng)變片檢測(cè)出壓力高頻變化，通過GPS定位，并傳到互聯(lián)網(wǎng)上，進(jìn)行路段信息的實(shí)時(shí)更新。

2 整體結(jié)構(gòu)與工作原理

2.1 靠背上的壓力應(yīng)變片的設(shè)計(jì)

座椅靠背上有兩個(gè)壓力應(yīng)變片，是通過將應(yīng)變片通過特殊的粘合劑粘合在產(chǎn)生力學(xué)應(yīng)變基體上，當(dāng)基體受力發(fā)生應(yīng)力變化時(shí)，電阻應(yīng)變片也一起產(chǎn)生形變，使應(yīng)變片的阻值發(fā)生改變，從而使加在電阻上的電壓發(fā)生變化。這種應(yīng)變片在受力時(shí)產(chǎn)生的阻值變化通常較小，所以需要組成應(yīng)變電橋，并通過后續(xù)的差動(dòng)放大器進(jìn)行放大，被單片機(jī)檢測(cè)到。

圖1 可自動(dòng)調(diào)節(jié)座椅外觀圖

2.2 單片機(jī)控制系統(tǒng)

壓力應(yīng)變片受到的壓力變化通過A/D轉(zhuǎn)換器,將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，把信號(hào)傳送給單片機(jī)，通過編寫的程序，控制液壓泵的吸油和回油以及三位四通電磁換向閥的換向。

2.3 與靠背連接的液壓缸的設(shè)計(jì)

如果應(yīng)變片受到的壓力大于人正常倚靠的壓力時(shí)，單片機(jī)在將I/O口輸出電壓放大后控制液壓泵，帶動(dòng)液壓缸，電磁換向閥換向，使座椅底部?jī)蓚€(gè)液壓缸活塞桿向外運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而致使與活塞桿后端相連的靠背保持架向后運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)靠背的自動(dòng)后移。當(dāng)駕駛?cè)穗x開座椅時(shí)，壓力應(yīng)變片受到的壓力變?yōu)榱?，單片機(jī)控制電磁換向閥換向，使高壓油反向進(jìn)給，液壓缸的活塞桿收回，帶動(dòng)與其相連的靠背保持架向前運(yùn)動(dòng)，回復(fù)原來位置。

2.4 自動(dòng)調(diào)節(jié)工作原理

首先轉(zhuǎn)動(dòng)車鑰匙為電動(dòng)三輪車供電，駕駛?cè)俗献魏髮?duì)座椅靠背產(chǎn)生壓力，使靠背上壓力應(yīng)變片產(chǎn)生擠壓變形，壓力應(yīng)變片根據(jù)變形程度產(chǎn)生小信號(hào)，這些小信號(hào)先由運(yùn)算放大器比較放大后，通過單片機(jī)檢測(cè)到，如果應(yīng)變片受到的壓力大于人正常倚靠的壓力時(shí)，單片機(jī)在將I/O口輸出電壓放大后控制液壓泵，從液壓油箱中吸油，高壓油通過液壓油管進(jìn)入液壓缸，電磁換向閥換向，使座椅底部后面兩個(gè)液壓缸活塞桿向外運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而致使與活塞桿后端相連的靠背保持架向后運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)靠背的自動(dòng)后移。當(dāng)駕駛?cè)穗x開座椅時(shí)，壓力應(yīng)變片受到的壓力變?yōu)榱?，單片機(jī)控制電磁換向閥換向，使高壓油反向進(jìn)給，液壓缸的活塞桿收回，帶動(dòng)與其相連的靠背保持架向前運(yùn)動(dòng)，回復(fù)原來位置，其他駕駛?cè)嗽谙麓务{駛時(shí)座椅靠背可以再根據(jù)自身體型做出新的調(diào)節(jié)。

3 技術(shù)關(guān)鍵

1) 壓力應(yīng)變片通過對(duì)壓力的檢測(cè)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，通過電橋電路和差動(dòng)放大器放大，被單片機(jī)檢測(cè)到，實(shí)現(xiàn)壓力變化的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

2) 使用液壓缸工作可防止多次調(diào)節(jié)導(dǎo)致的磨損或損壞，且應(yīng)用于它的自鎖性與工作平穩(wěn)。

圖2 自動(dòng)調(diào)節(jié)座椅部件圖

4 結(jié)論

可自動(dòng)調(diào)節(jié)的三輪代步車座椅靠背是追求舒適感和駕駛體驗(yàn)感的駕駛?cè)说氖走x。適用人群廣，可調(diào)節(jié)性極強(qiáng)。并且本設(shè)計(jì)不僅可以實(shí)現(xiàn)舒適的自動(dòng)調(diào)節(jié)，還可以在離開座椅后自動(dòng)返回原來位置，為其他人的下次駕駛帶來了極大的便利。