CN103608187B - 选择性的轮悬架系统 - Google Patents

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Abstract

一种可连接至车辆的轮子包括轴的不动件，绕所述轴是可旋转的转动件，和至少一个支持件（150）置于所述不动件和所述转动件之间从而于其间提供正常固定距离。所述支持件(150)适于当受压达到阈值时保持所述距离和当受压超过所述阈值时可恢复地改变所述距离。

Description

选择性的轮悬架系统
相关申请
本申请涉及于2011年5月11日提交的美国临时专利申请号61/485,086和于2011年10月28日提交的美国临时专利申请号61/552,505，两者的题目都为“SELECTIVE WHEELSUSPENSION SYSTEM”，其公开在此通过引用全文并入。所有以上文件的内容通过引用并入，正如在本文中完全说明的。
技术领域
本发明，在其一些实施方式中，涉及用于车辆的悬架系统，尤其涉及具有根据碰撞或扰乱参数选择性激活的悬架系统。
背景技术
旋转质量趋于适应因内/外力和来自接触表面的碰撞而产生的振动和冲击。一个例子是当轮子在非完全平坦表面上行进一段距离时轮子的振动。机动化和其他车辆通常包括笨重的悬架系统，以便保护它们的底盘或其他附属部分不会早期失效还避免对于乘客来说不舒服的情况。
悬架系统，主要包括弹簧和阻尼元件，通常连接至机器或车辆的静态部分，在一端，并跟为旋转质量或旋转器提供稳定旋转轴的轮轴或其他元件直接接触。例如，在粗糙表面上行进的轮子将传递轴向力、垂直力和其他力(例如，碰撞力和/或振动力)至轮轴，利用可位于轮轴和底盘之间的悬架装置其将被部分吸收和减少。若干尝试因在轮子内部实施悬架机构而为人所知。
近年来更有效的自走式车辆有不断增长的趋势，自走式车辆投入的人力以最小的能量损失转移至车辆的移动。现代轮椅和自行车包含轻量结构部件、具有改进强度-重量比率的轮子结构、为最小化滚动阻力而设计的轮胎等。同样多数乘骑者偏爱感受到硬性或有响应的乘骑，而不是柔软的，特别是当行驶在基本上平坦的表面上时和/或当驶过上倾斜面时，和也当加速、减速或操纵时。当悬架被实施时，制造商通常针对用户的动态喜好，在生理和提高舒适度的需要之间进行一些可接受的妥协。
发明内容
根据本发明的一些实施方式的一个方面，提供了一种可连接至车辆的轮子，所述轮子包括包括轴的不动件和可绕所述轴旋转的转动件。在本发明的一些实施方式中，至少一个支持件被置于不动件和转动件之间从而于其间提供正常固定距离。在本发明的一些实施方式中，支持件适于当受压达到阈值时保持距离和当受压超过阈值时可恢复地改变距离。
在本发明的一些实施方式中，车辆为自走式车辆，例如轮椅或自行车。在一些实施方式中，轮子包括绕从车辆伸出的至少两个轴是固定可旋转的脚轮。在本发明的一些实施方式中，不动件包括以下中的至少一个：轮轴、脚轮壳体和轴承内环。在一些实施方式中，转动件包括以下中的至少一个：轮胎、轮缘、毂壳、叉子和轴承外环。
在本发明的一些实施方式中，支持件包括适于仅在支持件受压超过阈值时改变尺寸和/或形状的弹性部件。在第一示例性实施方式中，弹性部件包括弹簧，任选地螺簧或气弹簧，任选地弹簧被提供为预载的以仅在超过阈值时压缩。在一些实施方式中，阈值允许在大于车辆和乘客总重量的压缩力下的弹簧压缩，除以轮子数和/或预载弹簧数。在第二示例性实施方式中，弹性部件包括可压缩的嵌段聚合物。在第三示例性实施方式中，弹性部件包括适于仅在支持件受压超过阈值时屈曲的屈曲构件。在本发明的一些实施方式中，弹性部件被保持在固定的尺寸、形状和/或位置直到支持件受压超过阈值。在本发明的一些实施方式中，轮子包括在轴周围均匀分布的多个支持件。
在本发明的一些实施方式中，轮子包括选择性的悬架构件，其适于仅在支持件可恢复地改变距离时和/或后吸收和/或耗散动能。在本发明的一些实施方式中，轮子包括适于在固定距离吸收和/或耗散动能的无阈值悬架构件。
在本发明的一些实施方式中，阈值和被轮子吸收的最小冲击量值相关。可选地或另外地，阈值和被轮子吸收的最小振幅相关。可选地或另外地，阈值和被轮子吸收的最大振幅相互关联。可选地或另外地，阈值和被轮子吸收的最大振动频率相互关联。
在本发明的一些实施方式中，支持件利用连接至其上的控制器是可控制的。任选地，控制器被设定以确定和/或监测正常固定距离、阈值和支持件的最大允许改变距离中的至少一个。在本发明的一些实施方式中，控制器包括保险丝、爆裂阀、可移动的屏障和屈曲构件中的至少一个。在一些实施方式中，控制器是可编程的。
在本发明的一些实施方式中，轮子包括与控制器直接通信的适于感应所测量变量的变化的传感器。在一些实施方式中，可测量变量是支持件受压的指示。可选地或另外地，可测量变量是即将到来的受压的指示。
在本发明的一些实施方式中，以下中的至少一个：选择性的悬架构件、无阈值悬架构件和至少一个支持件，是随轮子可旋转的。
根据本发明的一些实施方式的一个方面，提供一种自走式车辆的悬架系统，包括悬架装置和用于控制悬架装置的控制器。
在一些实施方式中，悬架装置被设置以吸收和/或耗散来源于轮子，任选地轮椅的后轮，和表面之间的碰撞的能量。在一些实施方式中，悬架装置包括弹簧、阻尼器、弹性器具、弹性体器具、屈曲元件和塑性可变形器具中的至少一个。
在一些实施方式中，控制器被配置以根据碰撞参数允许或制止悬架装置的运转或活动。在一些实施方式中，当碰撞包括等于或大于所选值的量值时，控制器被设置以选择性的操作悬架装置。可选地或另外地，如果碰撞在量值上低于所选值(例如：低通、高通或带通)，则控制器被设定和/或配置以制止悬架装置的运转。在一些实施方式中，控制器包括阈值设定机构、保险丝、爆裂阀、可移动的屏障和屈曲器具中的至少一个。
除非另有定义，在此使用的所有技术和/或科学术语具有与本发明所属领域普通技术人员所普遍理解的相同的含义。尽管类似于或等同于那些在此描述的方法和材料可用于本发明的实施方式的实践或测试，示例性方法和/或材料仍在以下进行描述。在冲突的情况下，专利说明书，包括定义，将控制。另外，材料、方法和实施例仅为说明性的，并不意欲为必需限制的。
附图说明
本发明的一些实施方式仅通过实施例，参考附图在本文中进行描述。现在将详细地具体参照附图，应该强调，所示的细节是通过举例的方式为了示意性讨论本发明实施方式的目的。在这方面，以附图进行的描述，使本发明领域的技术人员很清楚如何可以实施本发明的实施方式。
在图中：
图1A-B根据本发明的实施方式示意性图解了轮椅和在运动期间预期不同障碍的轮子的侧视图；
图2A-B根据本发明的实施方式示意性图解了包括示例性选择性可形成形成的支持件形成前和后的轮子部分；
图3A-C根据本发明的实施方式图解了示例性选择性的悬架单元的示意图；
图4A-B根据本发明的一些实施方式提供了与底盘部分连接的轮子的示意图解和示例性悬架系统和其可能的实施的方块图；
图5A-B根据本发明的一些实施方式示意性图解了与障碍碰撞前后包括具有示例性屈曲构件的示例性选择性的轮悬架单元的轮子；
图6A-B根据本发明的实施方式示意性图解了包括示例性选择性可放气的气囊的轮子；
图7A-B根据本发明的实施方式示意性图解了包括用于离散自由度运动的选择性的悬架构件的示例性脚轮型轮子单元的侧视图和后视图；
图8A-B根据本发明的实施方式图解了包括选择性可形成形成的轮毂单元的示例性轮子；
图9A-B根据本发明的实施方式图解了包括轮毂中板簧式选择性的悬架单元的示例性轮子；
图10A-B根据本发明的实施方式图解了包括轮毂中弹簧负载的凸轮式选择性的悬架单元的示例性轮子；
图11A-C根据本发明的实施方式图解了包括多个辐条式选择性悬架构件的示例性轮子；
图12A-B根据本发明的实施方式图解了包括选择性可滑动轮毂单元的示例性轮子；和
图13A-B根据本发明的实施方式图解了轮子和设计为底盘-至-轮子的适配器的板簧式选择性悬架。
具体实施方式
为易于说明和理解，以下优选实施方式可在轮椅或其他类型自走式车辆的示例性悬架机构的背景下进行描述。然而，本发明不限于具体描述的设备，并且可适于多种应用而不脱离本发明的总体范围。例如，含有本文所描述概念的设备可用于任何包括机动化或其他动力车辆的轮子的可旋转质量的悬架。
常见的悬架系统被建立以吸收对车辆产生减速和/或不期望振动的干扰和障碍和/或辅助轮子跟随地形并避免接触它或夹住的损失。这样做时，悬架系统被建立以吸收和/或耗散能量，包括使其可转化成有效动能。此外，常见的悬架系统(其包括，例如，如金属弹簧、缓冲材料和弹性体的部分)产生舒适或柔软的感觉，其可引起不稳定感，这是很多用户不期望的。
为了回答这些以及其他的考虑，本发明根据所吸收干扰或扰乱的类型和/或量值提供或包括用于选择性响应(或无响应)的装置。
现在参考图，图1A-B根据本发明的实施方式示意性图解了轮椅10和在运动期间预期不同障碍的后轮11的侧视图。除了含有两个后轮诸如轮子11，轮椅10进一步包括座位12和一对脚轮13。在图1A中，轮椅10沿路径20移动，所述路径20包括具有高度x的台阶或下降路缘(curb descent)21，以及多个凹处22，诸如铺砌表面上的砖缝或沟槽。如果是人行道路缘，高度x为大约10cm或更多，或者为15cm或更多，如果是标准楼梯台阶。凹处22，在另一方面，具有小于3cm的高度，通常约为1cm。在一些实施方式中，本发明的悬架系统包括用于选择性的区分从不同高度下落的装置，例如落差达到1cm，任选地达到3cm和那些等于或高于1cm、任选地3cm、任选地5cm、或更高、或更低或在中间。同样，选择性的区分可适于下落或扰乱的范围，例如，像是超过3cm和少于10cm。
显示轮椅10处于邻近朝前的台阶21的运动，它的前端向上倾斜(通常已知为进行“翘前轮”(wheelie))，绕后轮(一个或多个)11枢转——当在台阶上行驶时的一种普通实践，由护理人员或由轮椅使用者自己进行。倾斜角可在0至40°之间，和任选地更高。这样的倾斜操纵利用地面改变了轮椅的碰撞角，并且在设计有效悬架机构时应被考虑。在一些实施方式中，本发明的悬架系统被配置用于在不同碰撞角下落的有效缓冲，任选地在至少-10°至10°的角度范围，任选地-30°至30°，任选地-60°至60°。同样，在一些例子中，下落是反向进行的，意思是后轮先走，同时前脚轮仍然在顶部平台上，产生通常小于20°的缓和的“升起(nose up)”角，但任选地更高。
图1B显示了第二说明性方案，其中轮子11(仅为了说明的方便单独示出)沿路径30行进，所述路径30包括可观高度的隆起31，随后是相当窄的粗糙道路32。在一些实施方式中，本发明的悬架系统包括用于在不同高度的隆起之间选择性区分的装置，和例如可允许0.5cm或更高的隆起的缓冲，任选地1cm或更高，任选地3cm或更高。可选地或另外地，这样或其他装置可允许隆起的缓冲在高度上小于轮子半径，任选地小于它半径的3/4，任选地小于它半径的1/2。可选地或另外地，这样或其他装置可在道路类型之间(诸如在粗糙道路如道路32之间)区分，所述道路类型使得车辆和/或轮子的振动通过加速碰撞振幅和/或频率进行区分，也任选地取决于车辆的速度。
在一些实施方式的一个方面，提供了可连接至车辆的轮子，轮子包括具有轴的不动件，所述轴任选地为长轴和/或对称轴，和绕不动件的轴可旋转的转动件。车辆可为动力车辆，包括但不限于机动化车辆或辅助车辆(诸如期望用于辅助踏板式自行车或用于辅助手动式轮椅)，或自走式车辆，诸如无动力自行车和轮椅。轮子可为单独的轮子，旨在可释放的连接至车辆主体或轮子单元诸如提供具有至少两个枢转轴的轮子-至-车辆连接装置的脚轮，由此允许绕从车辆伸出的至少两个轴的固定旋转。在一些实施方式中，不动件包括以下中的至少一个：轮轴(包括但不限于快速释放轮轴)、脚轮壳体和轴承内环，而转动件包括以下中的至少一个：轮胎(充气的或实心的)、轮缘、毂壳、叉子和轴承外环。
根据本发明的一些实施方式，提供了至少一个支持件于不动件和转动件之间从而于其间提供正常固定距离。在一些实施方式中，该正常固定距离与固定式和转动件之间的同心度和任选地甚至全轮对称相应或相关联，而该距离的改变将打破这样的几何平衡。任选地，可选地或另外地，正常固定距离与不动件和/或转动件的对称或轴对称相应或相关联，而距离的改变将可恢复地使不动件和/或转动件变形为非对称或非轴对称的形状。支持件可为在边缘和轮毂辐射线之间延伸的辐条构件或任何其他轮子主体部分或构件。任选地，可选地或另外地，支持件位于例如在轴承和轮轴之间、或在轴承和毂壳之间的轮子轮毂内部。任选地，可选地或另外地，支持件位于内环和外环之间的轮子轴承(例如，衬套)内部。任选地，轮子包括在不动件轴周围均匀分布的多个支持件。
在一些实施方式中，支持件从以下意义上讲是选择性可形成的和/或可操作的：它适于当受压达到阈值时保持正常固定距离和当受压超过阈值时可恢复地改变该距离。在示例性实施方式中，支持件包括弹性部件，诸如但不限于弹簧、嵌段聚合物(例如，弹性体)和/或屈曲构件，适于仅当受压超过阈值时改变尺寸和/或形状。任选地，弹性部件保持在固定的尺寸、形状和/或位置上，直到支持件受压超过阈值。如果支持件包括屈曲构件，后者适于仅当支持件受压超过阈值时屈曲。如果支持件包括弹簧，例如螺簧、板簧或气弹簧，它可被预载以便它由此能够仅在阈值已被超过后进一步压缩。除非在本发明的具体实施方式中另有定义，“预载”或“预载的”应表示施加至弹簧的固定的压缩力，其产生或增加趋向于迫使弹簧恢复至它的松弛形状的内部应力。预载弹簧应在指定压缩形态上被固定，以便作用在其上的压缩力应能够仅在相同轴上超过额定预载力的量值上进一步压缩它。
本技术悬架系统可在弹簧元件中加入一定程度的预载，以便确保当悬架完全卸下(如在跳跃期间)时无部件的自由移动发生和/或以便在一些情况下具有更多的悬挂行进。例如，在汽车应用中，车辆的自重通常设计为一旦车辆自由地在地面上就超过预载力值。如果是常见的自走式车辆(诸如自行车和轮椅)，其用户/乘骑者自身重量为压缩弹簧的总体重量的重要部分，预载力值有时被设计为高于车辆本身的重量，但大大低于乘骑者与车辆的总计重量，因此，车辆一经乘骑者骑上并加载上其重量，悬架就进入它的操作状态。在本发明中，预载力值是指大大高于车辆和乘骑者一起的总计重量；因此，当乘骑者在车辆上时，悬架不处于它的操作范围，和任选地也处在正常或预定义条件下。任选地，根据预定阈值设计或设定预载。
阈值，根据本发明的实施方式，可包括由轮子吸收的最小冲击量值(诸如5cm自由降落在无限刚性平台上)、施加至轮子的最小振幅(诸如5g或50m/s2)、与施加至轮子的最大振幅相互关联的阈值和与由轮子吸收的最大振动频率(诸如3Hz)相互关联的阈值中的至少一个。阈值可根据车辆和/或用户的参数预定或它是由轮子和/或支持件设计所固有的。阈值是机械和/或电子可编程的，通过用户，通过有具体阈值设定装置的专业人士，或在生产和/或组装期间通过制造商。阈值，可选地或另外地，可受到连续的改变或调节，通过连续相关感应到的或以其他方式测量得的参数和预置内存。例如，总体重量的改变可被测到并被转化成阈值的调节，以便由轮子吸收的同一碰撞将类似地利用悬架装置缓冲，而忽略相反地可能被转化为放大的碰撞的增重。
在一些例子中，乘骑自走式车辆的乘骑者在下落时，乘骑者可在车辆吸收碰撞后立即开始吸收碰撞，因为他们可在下落时充当具有不同重量、动量和/或和惯性的独立物体。因此，在车辆碰撞开始时接触地面的轮子，或其结构构件，可遇到源于车辆自身重量/动量的第一较小负载，随后遇到源于乘骑者和车辆结合重量和/或乘骑者动量的第二较大负载。在本发明的一些实施方式中，轮子中选择性可形成的支持件被设置为仅在最小下落高度组合乘骑者和车辆重量的碰撞下变形。可选地，选择性可变形的支持件可被设置为也在只有车辆重量的碰撞下变形，任选地为更高的下落，假设它有效恢复以对抗随后结合乘骑者-车辆重量的碰撞。
在一些实施方式中，本发明的轮子包括适于如先前所述的仅在支持件可恢复地改变正常固定距离时和/或之后吸收和/或耗散动能的选择性的悬架构件、单元和/或系统。
根据本发明的一些实施方式的一个方面提供了车辆，任选地为诸如手动轮椅的自走式车辆，的悬架系统，其包括悬架装置和用于控制悬架装置的控制器，由此提供差别化和/或选择性属性。在一些实施方式中，悬架装置和/或控制器位于轮子中，提供为附接至轮子，和/或是随轮子可转动的。在一些实施方式中，悬架装置和/或控制器位于轮轴和轮毂之间，任选地位于轮毂中，任选地位于轮毂和轮子主体之间，任选地位于轮子主体中，任选地位于轮子主体和轮胎之间。
在一些实施方式中，悬架装置被设置以吸收和/或耗散来源于轮子，任选轮椅的后轮，和表面之间的碰撞的能量。在一些实施方式中，悬架装置包括弹簧、阻尼器、弹性器具、弹性体器具和塑性可变形的器具中的至少一个。
在一些实施方式中，悬架装置适于对碰撞产生大体上超过12Hz的响应频率，任选地超过15Hz，任选地超过20Hz。在一些实施方式中，悬架装置适于传送量值小于源于碰撞的力的量值的90%的力至就座的用户，任选地小于70%，任选地小于50%。在一些实施方式中，悬架装置和/或控制器适于有效对抗碰撞角在一定范围的碰撞。
在一些实施方式中，控制器被连接至至少一个支持件和/或被设置以控制它的运转、尺寸和/或形态。在一些实施方式中，控制器被设定以确定和/或监测以下中的至少一个：正常固定距离、阈值和所述支持件的最大允许改变距离。任选地，控制器是可编程的，例如通过用户和/或制造商。在一些实施方式中，控制器被设置以根据碰撞参数允许或制止悬架装置的运转或活动。在一些实施方式中，控制器被设置以当碰撞具有等于或大于所选值和/或阈值的量值时选择性的操作悬架装置。可选地或另外地，如果碰撞的量值低于所选值，则控制器被设定和/或配置以制止悬架装置的运转。在一些实施方式中，控制器包括保险丝、爆裂阀、可移动的屏障和屈曲器具中的至少一个。在一些实施方式中，控制器适于在碰撞之前和/或期间选择性地操作悬架装置，由此与同一非受控悬架装置相比基本上不降低悬架效率和/或性能。
在一些实施方式中，所选值可为由制造商不可改变的、预定的和/或不可逆可编程的，或可选地可为由用户可调节的、可预设定的和/或可逆可编程的。在一些实施方式中，阈值与高度、距离、速度、加速、冲量、碰撞、温度、压力和动量中的任意一个有关。在一些实施方式中，所选值为最小值、最大值或具有最小和最大限制的范围。
在一些实施方式中，本发明的悬架系统包括附加悬架装置，例如，“无阈值”悬架构件、单元和/或系统，其是控制器不可控的和/或适于在轮子的不动件和转动件之间的正常固定距离上吸收和/或耗散动能。这种附加悬架装置可被设置以处理不同类型和/或量值的不期望有的运动。例如，受控悬架装置可被设置以处理量值大于所选值的碰撞，而附加的不受控制的悬架装置可被设置以处理振动，任选地以有效的方式在具体频率范围，任选地为0.5-80Hz，任选地为1-30Hz，任选地为4-12Hz。两个悬架构件类型可位于车辆的相同或不同部分。例如，在轮椅中，受控/阈值悬架构件可位于后轮上，而不受控/无阈值悬架构件可位于前脚轮和/或叉子上或上方。在第二实施例中，两个悬架构件类型可位于后轮的不同区域，例如分别邻近轮毂和邻近轮胎。在一些实施方式中，选择性的悬架构件、无阈值悬架构件，和/或至少一个支持件是可随轮子旋转的。
在一些实施方式中，悬架系统包括与控制器直接通信的传感器，其适于感应指示与支持件受压相关的参数和/或与即将到来的支持件受压相关的参数的所测量变量的变化。在一些实施方式中，传感器可用作控制器和/或悬架装置的保险（arming）和/或安全机构。在一些实施方式中，传感器适于在碰撞前传送信息至控制器。
在一些实施方式中，悬架系统包括与任何控制器直接通信的用户界面、悬架装置、传感器和任何其间的通信连接。在一些实施方式中，用户界面包括允许控制器、悬架装置和/或传感器关闭的旁路装置。
返回参考附图，图2A-B根据本发明的实施方式示意性图解了包括示例性选择性可形成的支持件35在形成前(图2A)和后(图2B)的轮子部分36。轮子部分36包括优选，但不是必需，保持几何相似(例如，如所说明的，两者都是圆形的)的内构件34和外构件33。在一些实施方式中，当轮子转动时，内构件34和外构件33之间也有相对旋转。在一些实施方式中，内构件34在轮子旋转其间是固定的，以便外构件33以等于、小于或大于轮子速度的速度旋转。可选地，内构件34是自由旋转的，而外构件33是固定旋转的。内构件34可为连接在轮子和车辆(例如，轮椅)之间的轮轴和旋转地固定至所连接车辆的轮子轴承或衬套的内环中的任一个。外构件33可相应地为轮子轴承或衬套的外环或任何其他向外固定至其上、包括但不限于毂壳、轮子主体部分、支持件的组件和/或连接至其上的边缘(有或没有轮胎附接至其上)中的任一个。
支持件35位于内构件34和外构件33之间，而它的形状直接影响其间的距离。若内构件34和外构件33是圆形的，距离可考虑为它们的轴之间的距离。在一些实施方式中，支持件35沿轴基本上是纵长的并能够沿该轴压缩，或以其他方式弯曲或屈曲，并且由此减小内构件34和外构件33之间的距离。可选地，支持件35可为至少部分圆形的(未示出)，覆盖内构件34和外构件33之间的角程，并是可径向压缩的，离散地或连续地，沿角程。
在一些实施方式中，支持件在旨在改变其形状的外力下，诸如压缩力或任何其他压缩应力促进物，保持基本上或完全恒定的形状和/或尺寸，和任选地为刚性的和/或硬的，直到这样的应力或力超过预定阈值和/或一旦它达到允许其有不同形状和/或屈从的预设规则。如图2A所示，支持件35保持初始形状和/或尺寸且受到作用于其上的压缩力F1的影响，因此保持同心度和在内构件34和外构件33之间的正常固定距离。在一些实施方式中，支持件35在变力，包括力F1，期间保持该初始形状和/或尺寸，至少直至到达或超过阈值压缩力FTh。阈值力FTh可源于某一设计或支持件35或其任何部件或部分的任何机械、化学或物理性质，或它可为可编程的(如通过处理器或其他控制装置)或以其他方式由用户和/或在生产中可设定的。如图2B所示，一旦由超过阈值力FTh的力F2压缩，支持件随之变形和/或改变尺寸(在该实施例中：长度缩短)，由此减小内构件34和外构件33之间的距离。在一些实施方式中，支持件35被设置以重获它的初始形状，一旦压缩应力完全降低或低于阈值力FTh。支持件35可被编程以重获初始形状和/或尺寸和/或不然包括抵抗形状和/或尺寸的任何改变并且一旦应力降低就重获它的弹性部件或部分。
在一些实施方式中，支持件35包括悬架(未示出)，其用于吸收和/或耗散与作用于其上的冲击、振动和/或其他干扰信号相关的动能。在一些实施方式中，悬架包括选择性的可操作装置，其由此根据上述的预设或预定阈值力FTh并基于作用于其上的实际应力确定支持件35对形状和/或尺寸改变的总体选择性。
现在参考图3A-C，其根据本发明的实施方式图解了示例性选择性的悬架单元的示意图。图3A涉及选择性悬架单元40，其包括弹簧构件41、阻尼器42和通/断开关43。弹簧构件41可为任何弹簧类型，包括但不限于螺簧、板簧和气弹簧，被设置以吸收即将到来的冲击。阻尼器42可为任何阻尼类型机构或部件，包括但不限于充气的阻尼器、液压阻尼器、弹性体阻尼器、摩擦构件或其他，被设置以至少部分地耗散动能成为其他形式的能量，包括热。弹簧构件41和阻尼器42的组合利用旨在改变和传递即将到来的冲击和振动成为通常具有延长的周期和/或降低的量值。在一些实施方式中，当打开开关43时(如所示)，悬架单元40未被激活并将不对吸收的动能起作用。在一些实施方式中，开关43被设置以在应力和/或力达到预定阈值期间保持打开和一旦越过预定阈值就关闭。基于同时发生和/或即将到来的事件，开关43可被连接(未示出)至控制器和/或传感器，用于其操作。
图3B涉及选择性的悬架单元44，其包括预载有预载PL的弹簧构件45，和可类似于如上所述的相对于阻尼器42的阻尼器46。在一些实施方式中，预载PL确定阈压缩力值(“压缩阈值”)，直到其弹簧将不压缩和有效吸收即将到来的冲击。弹簧45可通过根据需要利用装置固定压缩它至所选程度来预载。在一些实施方式中，预载PL相对于松弛状态的弹簧45的状态(例如，形状和/或尺寸)是显著的，例如，弹簧45最初被压缩到它松弛长度的至少20%，任选地到它松弛长度的50%，或更多。在一些实施方式中，在接收到超过阈值冲击时预载弹簧45的最大行进相对于若未预载的话它的最大行进(例如，它的松弛长度)实质性地减少，任选地达到它松弛长度的10%，任选地达到它松弛长度的30%，任选地达到它松弛长度的50%，或更高或更低或在中间。
图3C涉及选择性的悬架单元47，其包括弹簧48(其可类似于弹簧41)、阻尼器49(其可类似于阻尼器42)和自释放闭锁构件，这里称为锁扣(snap)S。在一些实施方式中，锁扣S被设置以抑制弹簧48和/或阻尼器49起作用，直到打开。在一些实施方式中，锁扣S将仅在应力超过阈值下打开。在一些实施方式中，一旦起作用的应力降低至阈值以下，则锁扣S重新关闭/重新闭锁悬架单元47。
现在参考图4A-B，其根据本发明的一些实施方式提供了轮椅的后轮60经轮轴72与底盘部分70连接的示意图解，包括示例性悬架系统50和可能的其实施的方块图。根据本发明的一些实施方式，轮子60包括绕轮轴72是可旋转的轴承(一个或多个)68、轮毂66、可包括或可不包括多个辐条的轮子主体64，和任选地轮胎62(充气的或以其他方式的)。在一些实施方式中，悬架系统50包括悬架装置56、任选的控制器54和任选的传感器52，其具有如上所述的特征。如图4A所示，悬架系统50位于轮子60中或邻近轮子60，和可任选地为轮子60的一部分。在不同构造中，悬架系统50可位于轮胎62和主体64之间，主体64和轮毂66之间，或任选地位于轮毂66中，例如轴承68和轮轴72之间。悬架系统50可提供为之间轮子60和轮轴72的适配器(未示出)。传感器52可远离其余的悬架系统50部分，以便任选地预先感应有关的即将到来的事件。在示例性实施方式中，传感器52直接连接至轮椅的前脚轮(未示出)，同时传送所测量的信号至控制器54，其随后控制任选地提供在轮子60中的悬架装置56的活动。传感器52可被用于测量包括但不限于以下中任何的参数：冲击量值、振动均值、最小或最大量值、频率、温度、压力、视觉容量(visual content)、声音比特(sound bit)、坐着的人的额外的重量和/或其他。控制器54可为机械和/或电的，任选地为可编程的。可选地或另外地，控制器54提供为辅助设备，任选地个人电脑、平板电脑、蓝牙设备或控制器、PDA或智能手机。
现在参考图5A-B，其根据本发明的一些实施方式示意性图解了轮子100，其包括与障碍OBS碰撞前(图5A)后(图5B)的至少一个示例性选择性的轮悬架单元150。轮子100包括轮胎110、轮毂120和在轮毂和轮胎之间横向延伸的主体130。轮毂120可包括轴承或提高随轴(未示出)自由旋转可能性的其他装置。轮胎110可为充气的、弹性的、半刚性的或刚性的。在一些实施方式中，选择性的悬架单元150包括选择器构件152，其在该实施例中为弹性纵长构件，其被设置以在小于所选阈值屈曲力的轴向力下保持基本上笔直的形态，和当遇到超过阈值屈曲力的轴向力时屈曲至弯曲形状。在一些实施方式中，当轴向力降低或到达相同或不同于最小屈曲力的较小预定值时，弹性纵长构件重获它起初的笔直形状。
在一些实施方式中，选择性的悬架单元150包括阻尼构件154，其可或不可连接、邻近和/或包封选择器构件152，并被设置以当选择器构件152弯曲(如图5B所示)时变形。在一些实施方式中，阻尼构件154包括弹性体材料、海绵、液压或充气的阻尼器和/或在提示情况下塑性可变形的金属或复合材料；因此它的特征在于变形时的能量吸收和/或耗散。
在一些实施方式中，选择性的悬架单元150包括弹簧构件156，其可包括任何类型的弹簧元件，包括但不限于螺簧(如图5B图解的)、气弹簧、板簧或其他。在一些实施方式中，弹簧构件156被设置以当压缩或当选择器构件152屈曲时以其他方式变形时施加轴向力，由此抵抗总体压缩变形并帮助重获起初的形状。任选地，弹簧构件156包括阻尼零件，在这种情况下可不需要阻尼构件154。在一些实施方式中，阻尼构件154和/或弹簧构件156许可有限允许弯曲和/或压缩，其也限制屈曲选择器构件152的弯曲。在一些实施方式中，选择性的悬架系统包括用于避免选择器构件152在非轴向应力(未示出)下偏斜的装置。
如图5B所示，显示了轮子100在与障碍OBS碰撞期间发生部分变形。轮子区段115，包括轮胎110的区段和轮子主体130相应的边缘，被选择性的悬架单元150中心支撑着并在两个其他邻近的悬架单元之间延伸。在一些实施方式中，当选择器构件152屈曲时轮子区段11在碰撞期间最终变形(如图5B所示)，但维持原样如果碰撞对于屈曲选择器构件152来说太小。在一些实施方式中，每个轮子区段将在碰撞期间独立作出反应，并且例如轮子区段115的变形将不反射到轮子100的其他区段，而且它们将保持原样，就像是没有碰撞。在一些实施方式中，选择性的悬架单元150的作用-反作用(action-reaction)特性，当变形并重获它的正常形状时，促使轮子100改善它在障碍诸如OBS上的可遍历性，因为接触的轮子区段115，实质上增加了曲率直径和/或甚至在OBS上弯曲。在一些实施方式中，这样的设计可允许在极端粗糙和不平坦的地形上行进，或甚至爬楼梯上或下，取决于预设阈值量值。在一些实施方式中，附加的无阈值和/或不受控悬架装置位于轮子100(未示出)，例如在轮毂120周围或在轮毂120中。在一些实施方式中，这种不受控悬架装置被设置以在任何相遇下吸收和/或耗散能量。在一些实施方式中，不受控悬架装置适于在低振幅和/或低频率(或可选地高频率)相遇下工作和/或特别有效，诸如若驶过狭窄的粗糙表面和有图案的铺砖表面；然而，任选地，选择性的悬架单元150适于在高振幅相遇下工作和/或特别有效，诸如如果从楼梯和路缘落下或与不可忽略的隆起碰撞。示例性不受控悬架装置可包括弹性体或液压衬套(一个或多个)，和/或环形液压或充气可旋转的阻尼器，诸如Rogozinski等的国际专利申请号PCT/IB2012/000100中公开的示例性阻尼器，其公开在此通过引用完全并入。
现在参考图6A-B，其根据本发明的实施方式示意性图解了包括示例性选择性地可放气的气囊250的轮子200。轮子200与轮子100的类似在于它包括独立的部分，每个都具有“区域”选择性的悬架能力。轮子200包括带有轮胎210的轮子主体220。在一些设计中，可排除轮胎210。轮子主体220包括多个分隔，诸如容纳气囊250的分隔230。分隔230是至少部分弹性或塑性的，至少在它与轮胎210接触的外表面上。气囊250，用作可组合的选择性悬架单元，包括通常填充空气至预定程度、任选地至最大容量的弹性外壳252。弹簧元件254位于外壳252内部，从而迫使它至扩大的尺寸，依靠作用于其上的总力。气囊250进一步包括至少两个单向空气流动阀-放气阀256，其允许空气仅流出气囊250，和充气阀258，其允许空气仅流入气囊250。提供给弹簧254和/或放气阀256的预载(未示出)将确定阈值碰撞量值，通过其，气囊25放气并因此改变形状和降低体积。放气阀256可包括微小开口，以便由此抵抗空气流过其中并通过这样做起到阻尼媒介的作用(例如，阻尼的能量被转化成离开气囊的空气喷射的加速)。充气阀258可提供有足够大的开口，以便一旦压缩应力从阈值降低，任选地当轮子旋转时，将立刻重新充气和使气囊250为可能的将来互动做准备。
现在参考图7A-B，其根据本发明的实施方式示意性图解了包括用于离散自由度运动的选择性的悬架构件340和350的示例性脚轮型轮子单元300的侧视图和后视图。脚轮型轮子单元300包括利用轮轴312对叉子322固定可旋转的轮子310。叉子322用销326枢轴连接至杆324并进一步由抵抗杆324和/或叉子322在销326周围的俯仰运动的叉子支持件340支撑。在一些实施方式中，叉子支持件340为刚性的和/或保持固定高度直到预定阈值，并且此后尺寸可恢复地减小。可选地，叉子支持件340表现的和量值相反，从以下意义上来讲：当以小于预定阈值的量值受压时，它的高度和/或形状可弹性改变，但当应力超过阈值时变为刚性的并保持高度和/或形状。在一些实施方式中，粘弹性的或非牛顿材料(例如，silly-puttyTM，Crayola LLC，PA，USA的)可提供在叉子支持件340中，由此在低量值冲击下提供粘性流动特性(例如，提供舒适性)，和在高量值冲击下提供刚性的和/或弹性的反应。杆324枢轴可连接至利用螺栓连接332提供为轮椅(未示出)中部件的叉子或杆壳体330。这种枢转允许叉子壳体330中轮子单元300的回转或偏转运动，由此改善轮椅的可操作性。在一些实施方式中，杆支持件350提供在杆324和叉子壳体330之间，可变地或选择性地对抗回转运动。在一些实施方式中，杆支持件350适于只要受压超过阈值就改变形状和/或尺寸，或可选地它仅当受压在阈值下时接受形状和/或尺寸的改变。在一些实施方式中，叉子支持件340和杆支持件350中的至少一个包括悬架能力，以便当选择发生运动时，动能至少部分被吸收和/或耗散。
现在参考图8A-B，其根据本发明的实施方式图解了包括选择性可形成的轮毂单元450的示例性轮子400，任选地自行车轮子或轮椅后轮。轮子400包括带有轮胎420的边缘410，多个压缩辐条，诸如辐条415，支持边缘410和连接它至容纳可形成的轮毂单元450的相当刚硬的毂壳440的外边界。任选的推缘430横向连接至边缘410，以便手动推进轮椅。可形成的轮毂单元450包括覆盖具有多个径向向外从内套筒456伸出并在它们的径向更远端连接至外套筒452的支持件454的轴对称桁架455的弹性外套筒452。内套筒456提供为在可连接至轮椅的快速释放轮轴(未示出)上可安装的轴承458上。在一些实施方式中，桁架455至少相对于外套筒452是相当坚硬的，虽然支持件454保持形状和/或尺寸可恢复的(例如，弹性的)特性。在一些实施方式中，桁架455被设置以支持外套筒452的轴对称形状和/或其与轴承458的同心度，由此允许轮子400旋转时的恒定半径，直到压缩受压超过预定阈值。任选地，可选地或另外地，外套筒452为有弹力的管形构件，其设置以在压缩力的一些范围可恢复地改变它的管形或轴对称形态，而桁架455利于低于其将没有实际或实质的压缩发生的最小阈值。在后种情况下，一旦移除压缩力或落入值，任选地阈值以下，外套筒452，带或不带由桁架455产生的额外作用，将迫使整个轮毂单元450恢复返回它的轴对称形状。在一些实施方式中，当压缩阈值被越过，支持件454中的至少一个被迫可恢复地屈曲，由此改变毂壳440和轴承458之间的距离和/或同心度。在一些实施方式中，一旦压缩应力降低至压缩阈值以下，外套筒452的弹性特性辅助或促进桁架455或任何支持件454的可复原性。在一些实施方式中，一旦允许压缩应力下成形，则可形成的轮毂单元450充当选择性的悬架单元。在一些实施方式中，外套筒452和/或桁架455包括充当阻尼装置的弹性体构件或部分，而支持件454和外套筒452的组合充当轴对称径向弹簧。
现在参考图9A-B，其根据本发明的实施方式图解了包括轮毂中板簧式选择性的悬架单元550的示例性轮子500，任选地自行车轮子或轮椅后轮。轮子500包括带有轮胎520的边缘510、大直径轴承540，和多个在其间连接并在可变压缩应力下支持边缘510保持圆形形状的张力辐条530。选择性的悬架单元550被连接至轴承540内环的内表面，并包括刚性的圆形框架552和在两点上连接至它的内表面的两构件板簧554。板簧554包括两个接口556，以便利用提供在其中的销可旋转地固定它至轮椅。液压阻尼器558被提供为穿过板簧554并用它的活塞构件560固定至框架552。在一些实施方式中，板簧554和阻尼器558中的至少一个被提供为预载的，以便由此充当如先前描述的选择性的悬架单元。仅在预定阈值之上时，由轮子500吸收的冲击将使板簧554弯曲，由此可恢复地改变固定接口556和框架552之间正常固定距离。
现在参考图10A-B，其根据本发明的实施方式图解了包括轮毂中弹簧负载的凸轮式选择性悬架单元650的示例性轮子600。类似于轮子500，轮子600包括带有轮胎620的边缘610、大直径轴承640和多个在其间连接并在可变压缩应力下支持边缘610保持圆形形状的张力辐条630。选择性的悬架单元650被连接至轴承640内环的内表面，并包括刚性的圆形框架652，其利用销672对轮椅底盘部分670是固定可旋转的。凸轮样圆槽656被提供在框架652中并允许从底盘部分670伸出的移动销674沿它的圆形内边缘行进并由持续压住它紧贴圆形外围的弹簧656所支持。阻尼器660也被提供并在第一末端662连接至移动销674，和在第二末端664连接至框架652。在一些实施方式中，弹簧654和阻尼器660中的至少一个被提供为预载的，由此促进选择性的悬架能力。仅超过预定的，可能可调节的，阈值，由轮子600吸收的冲击将使框架652绕销672旋转，同时槽656的内边缘相对于移动销674移动，而冲击被弹簧656和阻尼器660吸收。
现在参考图11A-C，其根据本发明的实施方式图解了包括多个辐条类型选择性的悬架构件740(或760)的示例性轮子700。轮子700包括带有轮胎720的边缘710、轮毂730，和被对称地提供并均匀分布和连接在边缘710和轮毂730之间的多个构件740。在一些实施方式中，构件740在小于阈值量值的压缩力下，在轮毂730和边缘710上的接触区域(例如，凸缘715)之间维持固定的距离。任选地，构件740不保持或仅部分支持边缘710的圆度，因此后者任选地提供了相对于先前所示边缘的加强。在一些实施方式中，轮毂730包括中心圆形部分736，其具有穿过其并容纳利用轮轴可安装至(例如，轮椅的)底盘的轴承(未示出)的孔738。三个径向向外延伸部分734源于轮毂中心736；每个径向延伸部分734以成角度延伸的头部732结束；每个成角度延伸的头部732包括两个横向侧边；其中每个横向侧边铰接至构件740的向内连接部742。构件740包括向外连接部746，其在凸缘715上铰接至边缘710。每个构件740包括在圆柱形壳体745中可滑动地移动的活塞741。活塞741和壳体745都包括沿它们的纵向轴并平行于它们的纵向轴提供的线性槽(分别为744和748)，并且每个都包括在相应槽内可滑动地移动的销(分别为743和747)(槽748中的销743和槽744中的销747)。预载压缩弹簧750提供为在销743和747之间连接。弹簧750，当在预定阈值(根据预载)下完全松弛或压缩时，保持销743和747处于正常固定距离。当活塞741和壳体745受到超过预定阈值的压缩或延伸应力时，销最终从一个向另一个移动，由此压缩弹簧750。阻尼构件(未示出)也可被提供并设置为与弹簧750的收缩运动平行地动作。构件760为可取代构件740的可选设计，并且在保持相似质量的同时，它是基于气弹簧770而不是螺簧750。类似的，当构件760在超过阈值的应力下拉长或缩短时，气弹簧770将被迫压缩。在一些实施方式中，气弹簧770包括阻尼性能，如本领域已知的。
现在参考图12A-B，其根据本发明的实施方式图解了包括选择性可滑动轮毂单元840的示例性轮子800。轮子800包括带有轮胎820的边缘810、可滑动轮毂单元840和多个在边缘810和可滑动轮毂单元840之间连接的张力辐条830。可滑动轮毂单元840包括刚性前板841，固定连接至具有封装利用轮轴（未示出）可安装至(例如，轮椅的)底盘的轴承（未示出）的刚性通道843的刚性后板842。环形弹性体844被提供在通道843周围并在板841和842之间。四个双面紧固件845被均匀分布在弹性体844的外边缘周围，每个紧固件845通过其位于板841和842内表面上相对的对应凹处(未示出)内的两个侧面被压缩地保持。在一些实施方式中，紧固件845包括弹簧球(ball-and-spring)柱塞机构，具有在每一端上弹出并由弹簧压靠相应凹处的球。在一些实施方式中，所有弹簧都是被预载的，以便紧固件可仅在超过涉及在某一方向上作用于其上的碰撞量值的预定阈值时迁移出凹处。环(未示出)在四个紧固件845和弹性体844上提供，辐条830向内伸出的末端连接至其上。因此，由轮胎820和边缘810吸收的碰撞经辐条830和它们的连接环投射至紧固件845。在小于阈值的应力下，紧固件845将保持在原位，因此轮子800将维持刚性，而在高于阈值的应力下，紧固件845将被迫弹出它们相应的凹处。轮子主体(由轮胎820、边缘810、辐条830和紧固件845组成)间相对于轮毂单元840的相对运动籍此产生，并且提供在中间的弹性体844在充当弹簧和阻尼器抵抗运动时被迫变形。一旦应力降低，则轮毂单元840重获它的正常形状且紧固件845滑动回到原位。
现在参考图13A-B，其根据本发明的实施方式图解了连接至设计为底盘-至-轮子适配器的板簧式选择性悬架960的示例性轮子900。轮子900是任选地可购后轮，其经轮毂940可释放地可连接至轮椅。悬架960经板961可连接至轮椅，并且包括利用支撑962固定至板961的板簧963，并且具有有腔并利用轮轴950可连接至轮毂940的自由端964。板簧963通过从初始位置(966)重新放置它并利用销965固定它至它的预载位置进行预载。阻尼器967被设置为起作用如果弹簧964在应力超过其预载所确定的阈值时被迫进一步弯曲。
尽管结合其具体实施方式描述了本发明，明显的是很多可选方案、修改和变形将对本领域技术人员是显而易见的。因此，意欲包括所有落入所附权利要求的精神和宽范围的这样的可选方案，修改和变形。
本说明书提及的所有的出版物、专利和专利申请在此通过引用全文并入本说明书，就像与具体和单独地指示每个单独的出版物、专利或专利申请以通过引用在此并入的相同的程度。另外，本申请的任何参考的引用或鉴定不应被解释为承认这样的参考可利用为对本发明的现有技术。对于使用的章节标题的范围，它们不应被解释为必需限制的。

Claims (29)

1.一种可连接至车辆的轮子，该轮子包括：
包括轴的不动件；
绕所述轴是可旋转的转动件；以及
包括悬架装置的悬架系统，其中所述悬架装置被设置以吸收和/或耗散来源于该轮子下落时轮子和表面之间的碰撞能量，以及用于选择性的区分轮子从不同高度下落；
其中，所述悬架装置包括：
至少一个支持件置于所述不动件和所述转动件之间从而于其间提供正常固定距离；
所述支持件适于当受压达到预设阈值时保持所述距离和当受压超过所述预设阈值时可恢复地改变所述距离，其中所述预设阈值和被所述轮子吸收的最小冲击量值相关；以及
选择性的悬架构件，包括适于仅在所述支持件可恢复地改变所述距离时耗散动能以加热的阻尼器。
2.根据权利要求1所述的轮子，其中所述车辆为自走式车辆。
3.根据权利要求1所述的轮子，其中所述车辆为轮椅。
4.根据权利要求1所述的轮子，包括脚轮且绕从所述车辆伸出的至少两个轴是固定可旋转的。
5.根据权利要求1所述的轮子，其中所述不动件包括以下中的至少一个：轮轴、脚轮壳体和轴承内环。
6.根据权利要求1所述的轮子，其中所述转动件包括以下中的至少一个：轮胎、轮缘、毂壳、叉子和轴承外环。
7.根据权利要求1所述的轮子，其中所述支持件包括适于仅在所述支持构件受压超过所述预设阈值时改变尺寸和/或形状的弹性部件。
8.根据权利要求7所述的轮子，其中所述弹性部件包括弹簧。
9.根据权利要求8所述的轮子，其中所述弹簧被提供为预载的以仅在超过所述预设阈值时压缩。
10.根据权利要求7所述的轮子，其中所述弹性部件包括可压缩的嵌段聚合物。
11.根据权利要求7所述的轮子，其中所述弹性部件包括适于仅在所述支持件受压超过所述预设阈值时屈曲的屈曲构件。
12.根据权利要求7所述的轮子，其中所述弹性部件被保持在固定的尺寸、形状和/或位置直到所述支持件受压超过所述预设阈值。
13.根据权利要求1所述的轮子，其中所述预设阈值和被所述轮子吸收的最小振幅相关。
14.根据权利要求1所述的轮子，其中所述预设阈值和被所述轮子吸收的最大振幅相互关联。
15.根据权利要求1所述的轮子，其中所述预设阈值和被所述轮子吸收的最大振动频率相互关联。
16.根据权利要求1所述的轮子，其中所述支持件利用连接至其上的控制器是可控制的。
17.根据权利要求16所述的轮子，其中所述控制器被设定以确定和/或监测所述正常固定距离、所述预设阈值和所述支持件的最大允许改变距离中的至少一个。
18.根据权利要求16所述的轮子，其中所述控制器包括保险丝、爆裂阀、可移动的屏障和屈曲构件中的至少一个。
19.根据权利要求16所述的轮子，其中所述控制器是可编程的。
20.根据权利要求1所述的轮子，包括适于在所述固定距离吸收和/或耗散动能的无阈值悬架构件。
21.根据权利要求16所述的轮子，包括与所述控制器直接通信的适于感应所测量变量的变化的传感器。
22.根据权利要求21所述的轮子，其中所述可测量变量是所述支持件受压的指示。
23.根据权利要求21所述的轮子，其中所述可测量变量是即将到来的受压的指示。
24.根据权利要求1所述的轮子，包括在所述轴周围均匀分布的多个所述支持件。
25.根据权利要求20所述的轮子，其中所述选择性的悬架构件，所述无阈值悬架构件和所述至少一个支持件中的至少一个利用所述轮子是可旋转的。
26.根据权利要求9所述的轮子，其中所述弹簧被预载至高于车辆和乘骑者总重量的预载力值。
27.根据权利要求1所述的轮子，其中所述下落的落差最大至1cm，或者高于1cm。
28.根据权利要求1所述的轮子，其中所述下落的落差最大至3cm，或者高于3cm。
29.根据权利要求1所述的轮子，其中所述下落的落差最大至5cm，或者高于5cm。
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