CN108891219A - 一种mr仿袋鼠腿悬架 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种MR仿袋鼠腿悬架，它属于汽车悬架技术领域。本发明的目的是模仿袋鼠为适应自然环境而演变进化出的腿部结构，设计一种结构和性能优良的仿袋鼠腿悬架。本发明采用的技术方案是：一种MR仿袋鼠腿悬架，其包括车身、大腿肌腱弹簧、大腿肌肉MR阻尼器、小腿骨杆、主销、大腿骨杆、小腿肌腱弹簧、小腿肌肉MR阻尼器、跟腱肌腱弹簧、跟腱肌肉MR阻尼器和足骨杆；所述大腿骨杆上端与车身铰接并使该铰接点构成髋关节；所述大腿骨杆下端与小腿骨杆上端铰接并使该铰接点构成膝关节；所述小腿骨杆下端与足骨杆中部铰接并使该铰接点构成踝关节，所述足骨杆末端通过主销与车轮相连；所述跟腱肌肉MR阻尼器下端与足骨杆上端铰接。

Description

一种MR仿袋鼠腿悬架
技术领域
本发明涉及一种MR仿袋鼠腿悬架，它属于汽车悬架技术领域。
背景技术
汽车悬架是弹性联接车架与车桥(或车轮)的缓冲减振装置，其品质对汽车的通过性、平顺性和稳定性有着极其重要的影响。
汽车悬架通常由隔振弹簧、减振装置和导向机构三部分组成。隔振弹簧是悬架的主要部件，其作用是支承悬置质量，缓和路面传给车身的冲击载荷。减振装置起衰减振动的阻尼的作用。导向机构用来控制车轮的定位和车身的姿态，以保证汽车的正常行驶。根据控制方式的不同，悬架一般分为被动悬架、主动悬架和半主动悬架。被动悬架由于弹簧刚度和减振器阻尼系数不可调，不能随外部路面状况而改变，只能保证在一种特定道路和速度下达到性能最优折中，无法同时满足平顺性和操纵稳定性的要求。半主动悬架多采用一个阻尼系数能在较大范围内可调的阻尼器，这样就只能适应少部分的路况和车况。主动悬架能使汽车在各种行驶条件下的乘坐舒适性和行驶安全性同时得到改善。它能很好地隔离路面振动，控制车身运动，在不同路面和载荷变化时还能相应调节车身高度，是目前最为优秀的悬架系统。
研究发现，袋鼠腿具有较好的减振缓冲作用，有利于落地的能量储存与起跳能量的释放。且袋鼠在跳跃时，具有奔跑速度快，能耗小，对地面环境要求低，运动相当平稳等特点，可将其转化为悬架的压缩、拉伸、减振行程长。袋鼠的身体在跳跃运动中非常平稳，这种平滑的运动状态可以被转换为车身的稳定性，可以通过悬挂的阻尼性能来维持。袋鼠的肌腱和肌肉是可以自由伸缩的，是用来储存和释放能量的弹性储存元件。肌肉的末端通过肌腱连接到骨头上，当肌肉收缩时，产生的作用力由肌腱传递到骨骼，导致骨骼运动和工作。这种运动形式是肌肉、肌腱储存和释放能量的结果。袋鼠的跟腱是其跳跃运动中主要的弹性储能元素，它强健且粗壮，可储存大量的能量，在袋鼠的跳跃运动中，可储存提供全部机械能的三分之一。袋鼠的肌腱也像弹簧一样伸展收缩来储存和释放弹跳能量。因此，在动物肌腱和肌肉能量储存特性的仿生研究中，袋鼠因其独特的运动构成，合理的腿部结构比例，极具特点的运动形式等特点适合做仿生悬架的研究。
发明内容
本发明的目的是模仿袋鼠为适应自然环境而演变进化出的腿部结构，设计一种结构和性能优良的MR仿袋鼠腿悬架。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种MR仿袋鼠腿悬架，其包括车身、大腿肌腱弹簧、大腿肌肉MR阻尼器、小腿骨杆、主销、大腿骨杆、小腿肌腱弹簧、小腿肌肉MR阻尼器、跟腱肌腱弹簧、跟腱肌肉MR阻尼器和足骨杆；所述大腿骨杆上端与车身铰接并使该铰接点构成髋关节；所述大腿骨杆下端与小腿骨杆上端铰接并使该铰接点构成膝关节；所述小腿骨杆下端与足骨杆中部铰接并使该铰接点构成踝关节，所述足骨杆末端通过主销与车轮相连；所述大腿肌腱弹簧镶套在大腿肌肉MR阻尼器的外表面上，所述小腿肌腱弹簧镶套在小腿肌肉MR阻尼器的外表面上，所述跟腱肌腱弹簧镶套在跟腱肌肉MR阻尼器的外表面上；所述大腿肌肉MR阻尼器的上端与车身铰接，所述大腿肌肉MR阻尼器的下端与大腿骨杆下端和小腿骨杆上端的铰接点铰接；所述小腿肌肉MR阻尼器的上端与大腿骨杆的中端铰接，所述小腿肌肉MR阻尼器的下端和所述跟腱肌肉MR阻尼器的上端与小腿骨杆中端铰接；所述跟腱肌肉MR阻尼器下端与足骨杆上端铰接。
进一步地，所述大腿肌腱弹簧与大腿肌肉MR阻尼器镶套连接时，其一端固定在大腿肌肉MR阻尼器缸体外表面的底部，其另一端固定在大腿肌肉MR阻尼器伸缩杆的外表面上；所述小腿肌腱弹簧与小腿肌肉MR阻尼器镶套连接时，其一端固定在小腿肌肉MR阻尼器缸体外表面的底部，其另一端固定在小腿肌肉MR阻尼器伸缩杆的外表面上；所述跟腱肌腱弹簧与跟腱肌肉MR阻尼器镶套连接时，其一端固定在跟腱肌肉MR阻尼器缸体外表面的底部，其另一端固定在跟腱肌肉MR阻尼器伸缩杆的外表面上。
进一步地，所述大腿肌腱弹簧、所述小腿肌腱弹簧和所述跟腱肌腱弹簧均为锥形弹簧，且其都为上部直径小、下部直径大的布置方式。
进一步地，所述大腿肌肉MR阻尼器通过可变阻尼力控制大腿骨杆与车身之间的角度，实现车身相对于大腿骨杆的高度调节。
进一步地，所述小腿肌肉MR阻尼器通过可变阻尼力控制大腿骨杆与小腿骨杆之间的角度，实现大腿骨杆相对于小腿骨杆的高度调节。
进一步地，所述跟腱肌肉MR阻尼器通过可变阻尼力控制小腿骨杆与足骨杆之间的角度，实现小腿骨杆相对于足骨杆的高度调节。
进一步地，所述大腿肌肉MR阻尼器、小腿肌肉MR阻尼器和跟腱肌肉MR阻尼器通过主动控制大腿骨杆、小腿骨杆和足骨杆间的角度变化，实现车身相对于路面的高度调节。
本发明的有益效果为：
1、本发明设置足骨杆与车轮通过主销进行连接；通过控制大腿、小腿、跟腱肌肉MR阻尼器的阻尼力和大变刚度的腿、小腿、跟腱肌腱弹簧，使大腿骨杆、小腿骨杆、足骨杆组成的三连杆杆系进行运动调节，使车辆在通过不同路面时拥有更优良、更协调的运动姿态。
2、当从车身传递来的冲击载荷较大时，跟腱肌腱弹簧与跟腱肌肉MR阻尼器、小腿肌腱弹簧与小腿肌肉MR阻尼器、大腿肌肉MR阻尼器与大腿肌腱弹簧的缓冲减振能力达不到要求的时候，则通过控制大腿、小腿、跟腱肌肉MR阻尼器的阻尼力带动仿生大腿骨杆与仿生小腿骨杆的膝关节角度变化、仿生大腿骨杆与车身的髋关节角度变化、仿生足骨干与仿生小腿骨杆的踝关节角度变化，使仿生大腿骨杆、仿生小腿骨杆、仿生足骨干发生位移变化缓冲冲击载荷，使冲击载荷的能量最终耗散以达到悬架减振目的。
因此，与背景技术相比，本发明的优点是：通过对仿生大腿、小腿、跟腱肌肉MR阻尼器阻尼的控制和仿生大腿、小腿、跟腱弹簧的变刚度特性的控制，使车辆各种工况下都能调整到最合适的运动姿态，确保车辆在不同工况下均具有良好的通过性、平顺性和舒适性。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明MR阻尼器控制单元的结构示意图；
图3是本发明MR阻尼器与肌腱弹簧镶套的结构示意图；
图4是本发明髋关节的结构示意图；
图5是本发明膝关节的结构示意图；
图6是本发明踝关节的结构示意图；
图7是本发明大腿肌肉MR阻尼器和大腿肌腱弹簧与车身铰接点的结构示意图；
图8是本发明小腿肌肉MR阻尼器和小腿肌腱弹簧与大腿骨杆铰接点的结构示意图；
图9是本发明跟腱肌肉MR阻尼器和跟腱肌腱弹簧与小腿骨杆和小腿肌肉MR阻尼器铰接点的结构示意图；
图10是本发明跟腱肌肉MR阻尼器和跟腱肌腱弹簧与足骨杆上端铰接点的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
如图1～10所示，本实施例中的一种MR仿袋鼠腿悬架，其包括车身1、大腿肌腱弹簧2、大腿肌肉MR阻尼器3、小腿骨杆5、主销6、大腿骨杆9、小腿肌腱弹簧10、小腿肌肉MR阻尼器11、跟腱肌腱弹簧12、跟腱肌肉MR阻尼器13和足骨杆15；所述大腿骨杆9上端与车身1铰接并使该铰接点构成髋关节8；所述大腿骨杆9下端与小腿骨杆5上端铰接并使该铰接点构成膝关节4；所述小腿骨杆5下端与足骨杆15中部铰接并使该铰接点构成踝关节14，所述足骨杆15末端通过主销6与车轮16相连；所述大腿肌腱弹簧2镶套在大腿肌肉MR阻尼器3的外表面上，所述小腿肌腱弹簧10镶套在小腿肌肉MR阻尼器11的外表面上，所述跟腱肌腱弹簧12镶套在跟腱肌肉MR阻尼器13的外表面上；所述大腿肌肉MR阻尼器3的上端与车身1铰接，所述大腿肌肉MR阻尼器3的下端与大腿骨杆9下端和小腿骨杆5上端的铰接点铰接；所述小腿肌肉MR阻尼器11的上端与大腿骨杆9的中端铰接，所述小腿肌肉MR阻尼器11的下端和所述跟腱肌肉MR阻尼器13的上端与小腿骨杆5中端铰接；所述跟腱肌肉MR阻尼器13下端与足骨杆15上端铰接。
进一步地，所述大腿肌腱弹簧2与大腿肌肉MR阻尼器3镶套连接时，其一端固定在大腿肌肉MR阻尼器3缸体外表面的底部，其另一端固定在大腿肌肉MR阻尼器3伸缩杆的外表面上；所述小腿肌腱弹簧10与小腿肌肉MR阻尼器11镶套连接时，其一端固定在小腿肌肉MR阻尼器11缸体外表面的底部，其另一端固定在小腿肌肉MR阻尼器11伸缩杆的外表面上；所述跟腱肌腱弹簧12与跟腱肌肉MR阻尼器13镶套连接时，其一端固定在跟腱肌肉MR阻尼器13缸体外表面的底部，其另一端固定在跟腱肌肉MR阻尼器13伸缩杆的外表面上。
进一步地，所述大腿肌腱弹簧2、所述小腿肌腱弹簧10和所述跟腱肌腱弹簧12均为锥形弹簧，且其都为上部直径小、下部直径大的布置方式。
进一步地，所述大腿肌肉MR阻尼器3通过可变阻尼力控制大腿骨杆9与车身1之间的角度，实现车身1相对于大腿骨杆9的高度调节。
进一步地，所述小腿肌肉MR阻尼器11通过可变阻尼力控制大腿骨杆9与小腿骨杆5之间的角度，实现大腿骨杆9相对于小腿骨杆5的高度调节。
进一步地，所述跟腱肌肉MR阻尼器13通过可变阻尼力控制小腿骨杆5与足骨杆15之间的角度，实现小腿骨杆5相对于足骨杆15的高度调节。
进一步地，所述大腿肌肉MR阻尼器3、小腿肌肉MR阻尼器11和跟腱肌肉MR阻尼器13通过主动控制大腿骨杆9、小腿骨杆5和足骨杆15间的角度变化，实现车身1相对于路面7的高度调节。
本发明的工作原理为：当汽车通过路面时，路面7对车轮16产生相应的冲击载荷，由于本发明悬架与车轮16通过主销6进行连接，所以冲击载荷通过车轮16经由主销6传至本发明悬架上，并最终传至车身1，引起振动。
当受到较小的路面冲击时，依次通过跟腱肌腱弹簧12与跟腱肌肉MR阻尼器13、小腿肌腱弹簧10与小腿肌肉MR阻尼器11、大腿肌腱弹簧2与大腿肌肉MR阻尼器3的三段式阻尼减震结构，依靠三段式阻尼减震结构自身的减振能力对路面冲击所带来的能量进行耗散，使车辆在通过不同路面的时候拥有最合理的运动姿态。
当传递而来的冲击载荷较大时，则通过控制大腿肌肉MR阻尼器3、小腿肌肉MR阻尼器11和跟腱肌肉MR阻尼器13带动大腿肌腱弹簧2、小腿肌腱弹簧10、跟腱肌腱弹簧12，带动仿生大腿骨杆9与仿生小腿骨杆5的膝关节4角度变化、仿生大腿骨杆9与车身1的髋关节8角度变化、仿生足骨杆15与仿生小腿骨杆5的踝关节14角度变化，使仿生大腿骨杆9、仿生小腿骨杆5、仿生足骨杆15发生位移变化缓冲冲击载荷，使冲击载荷的能量最终耗散以达到悬架减振目的。

Claims (7)

1.一种MR仿袋鼠腿悬架，其特征在于，包括车身(1)、大腿肌腱弹簧(2)、大腿肌肉MR阻尼器(3)、小腿骨杆(5)、主销(6)、大腿骨杆(9)、小腿肌腱弹簧(10)、小腿肌肉MR阻尼器(11)、跟腱肌腱弹簧(12)、跟腱肌肉MR阻尼器(13)和足骨杆(15)；所述大腿骨杆(9)上端与车身(1)铰接并使该铰接点构成髋关节(8)；所述大腿骨杆(9)下端与小腿骨杆(5)上端铰接并使该铰接点构成膝关节(4)；所述小腿骨杆(5)下端与足骨杆(15)中部铰接并使该铰接点构成踝关节(14)，所述足骨杆(15)末端通过主销(6)与车轮(16)相连；所述大腿肌腱弹簧(2)镶套在大腿肌肉MR阻尼器(3)的外表面上，所述小腿肌腱弹簧(10)镶套在小腿肌肉MR阻尼器(11)的外表面上，所述跟腱肌腱弹簧(12)镶套在跟腱肌肉MR阻尼器(13)的外表面上；所述大腿肌肉MR阻尼器(3)的上端与车身(1)铰接，所述大腿肌肉MR阻尼器(3)的下端与大腿骨杆(9)下端和小腿骨杆(5)上端的铰接点铰接；所述小腿肌肉MR阻尼器(11)的上端与大腿骨杆(9)的中端铰接，所述小腿肌肉MR阻尼器(11)的下端和所述跟腱肌肉MR阻尼器(13)的上端与小腿骨杆(5)中端铰接；所述跟腱肌肉MR阻尼器(13)下端与足骨杆(15)上端铰接。
2.根据权利要求1所述的一种MR仿袋鼠腿悬架，其特征在于：所述大腿肌腱弹簧(2)与大腿肌肉MR阻尼器(3)镶套连接时，其一端固定在大腿肌肉MR阻尼器(3)缸体外表面的底部，其另一端固定在大腿肌肉MR阻尼器(3)伸缩杆的外表面上；所述小腿肌腱弹簧(10)与小腿肌肉MR阻尼器(11)镶套连接时，其一端固定在小腿肌肉MR阻尼器(11)缸体外表面的底部，其另一端固定在小腿肌肉MR阻尼器(11)伸缩杆的外表面上；所述跟腱肌腱弹簧(12)与跟腱肌肉MR阻尼器(13)镶套连接时，其一端固定在跟腱肌肉MR阻尼器(13)缸体外表面的底部，其另一端固定在跟腱肌肉MR阻尼器(13)伸缩杆的外表面上。
3.根据权利要求1或2所述的一种MR仿袋鼠腿悬架，其特征在于：所述大腿肌腱弹簧(2)、所述小腿肌腱弹簧(10)和所述跟腱肌腱弹簧(12)均为锥形弹簧，且其都为上部直径小、下部直径大的布置方式。
4.根据权利要求1所述的一种MR仿袋鼠腿悬架，其特征在于：所述大腿肌肉MR阻尼器(3)通过可变阻尼力控制大腿骨杆(9)与车身(1)之间的角度，实现车身(1)相对于大腿骨杆(9)的高度调节。
5.根据权利要求1所述的一种MR仿袋鼠腿悬架，其特征在于：所述小腿肌肉MR阻尼器(11)通过可变阻尼力控制大腿骨杆(9)与小腿骨杆(5)之间的角度，实现大腿骨杆(9)相对于小腿骨杆(5)的高度调节。
6.根据权利要求1所述的一种MR仿袋鼠腿悬架，其特征在于：所述跟腱肌肉MR阻尼器(13)通过可变阻尼力控制小腿骨杆(5)与足骨杆(15)之间的角度，实现小腿骨杆(5)相对于足骨杆(15)的高度调节。
7.根据权利要求1所述的一种MR仿袋鼠腿悬架，其特征在于：所述大腿肌肉MR阻尼器(3)、小腿肌肉MR阻尼器(11)和跟腱肌肉MR阻尼器(13)通过主动控制大腿骨杆(9)、小腿骨杆(5)和足骨杆(15)间的角度变化，实现车身(1)相对于路面(7)的高度调节。
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