CN109094317B - 一种带有仿生关节的仿袋鼠腿悬架 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带有仿生关节的仿袋鼠腿悬架，包括腿骨杆、小腿骨杆、足骨杆、仿生关节、连杆和限位机构；大腿骨杆上端与车身通过仿生髋关节铰接，大腿骨杆下端和小腿骨杆上端与仿生膝关节铰接，小腿骨杆下端和足骨杆上端分别与仿生踝关节铰接，仿生髋关节和仿生踝关节之间通过MR阻尼器Ⅰ连接，足骨杆下端和MR阻尼器Ⅱ下端与车轮中心铰接，连杆上端与限位机构铰接；仿生关节包括圆盘、圆弧槽、圆形孔，圆弧槽两侧设密封圈，圆弧槽内装填磁流变液、弧形弹簧、弧形阻尼块。本发明通过对袋鼠独特的运动构成、合理的腿部结构比例、极具特点的运动形式等特点，模仿袋鼠腿的腿部结构和生物关节的优良特性，使车辆具有良好的通过性、平稳性和舒适性。

Description

一种带有仿生关节的仿袋鼠腿悬架

技术领域

本发明涉及汽车悬架技术领域，涉及一种仿袋鼠腿悬架，尤其涉及一种带有仿生关节的仿袋鼠腿悬架。

背景技术

汽车悬架是汽车的车架与车桥之间一切传力连接装置的总称，其作用是传递车轮和车架之间的力和力扭，并且缓冲不平路面传给车架或车身的冲击力，并减少由此引起的震动，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。

研究发现，生物界的各种生物对人类社会的发展起到了至关重要的作用，应用仿生学解决实践生活中的问题，已经获得了学术界的普遍认可。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，在缓冲减振中起到重要的作用。且自然进化而来的袋鼠腿部结构使其跳跃行走于复杂地形时，具有奔跑速度快、越障能力强、运动稳健等特点。

中国专利201710592346.9一种仿袋鼠腿车用悬架，公开了一种基于气动人工肌肉的仿袋鼠腿悬架，但袋鼠腿部各关节的缓冲减振作用不能得到体现；控制单元较少，不能实现稳定快速的实时调节；并且弹簧和阻尼器的布局和功能设计有些不合理、结构较为复杂。

发明内容

为了进一步完善仿袋鼠腿悬架，本发明公开了一种带有仿生关节的仿袋鼠腿悬架，通过对袋鼠独特的运动构成、合理的腿部结构比例、极具特点的运动形式等特点，模仿袋鼠腿的腿部结构和生物关节的优良特性，使车辆具有良好的通过性、平稳性和舒适性。

本发明的技术方案是这样实现的：

本发明公开了一种带有仿生关节的仿袋鼠腿悬架，与车身连接，包括：大腿骨杆、小腿骨杆、足骨杆、仿生关节、连杆和限位机构，所述仿生关节分别为仿生髋关节、仿生膝关节、仿生踝关节；所述大腿骨杆上端与车身通过所述仿生髋关节铰接，所述大腿骨杆下端和所述小腿骨杆上端分别与所述仿生膝关节铰接，所述小腿骨杆下端和足骨杆上端分别与所述仿生踝关节铰接，所述仿生髋关节和所述仿生踝关节之间通过MR阻尼器Ⅰ连接，通过控制可变阻尼力以控制所述大腿骨杆与小腿骨杆之间的角度，实现所述大腿骨杆相对于所述小腿骨杆的高度；所述足骨杆下端和MR阻尼器Ⅱ下端均与车轮中心铰接，MR阻尼器Ⅱ通过控制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；所述连杆上端与用于供连接杆上端左右滑移并限位的所述限位机构铰接，所述限位机构与所述仿生髋关节位于同一水平面上；

所述仿生关节包括圆盘、对称设置在所述圆盘上圆弧槽、设置在所述圆盘中心的圆形孔，所述圆弧槽的两侧设有密封圈，所述圆弧槽内装填有磁流变液、弧形弹簧、以及对称设置在弧形弹簧两侧的弧形阻尼块，所述弧形弹簧的两端分别与弧形阻尼块接触，并在所述弧形阻尼块上设有用于实现弧形阻尼块两侧磁流变液流通的阻尼孔；所述仿生关节通过上述特殊设计可以对冲击载荷进行部分缓冲。仿生关节可以通过结构设计来展现生物关节的优良特性，可放置于杆式悬架的杆件连接处，依靠仿生关节来实现基本的缓冲减振作用。

作为一种优选实施方式，所述限位机构是由与所述连杆上端铰接的滑块、对称分设在所述滑块两侧的限位器、以及卡固在所述限位器和滑块之间的弹簧组成的；进一步地，所述弹簧为锥形弹簧，且所述锥形弹簧大头一端与所述限位器固接，所述锥形弹簧小头一端与所述滑块固接；较佳地，所述连杆上端与所述滑块通过转动副铰接；仿袋鼠腿悬架通过锥形弹簧的可变刚度特性的和限位块的限位作用对大腿骨杆与车身间的角度进行限制，并对悬架系统的部分冲击进行缓冲减振。

作为一种优选实施方式，在所述仿生关节内还设有两个用于弧形阻尼块之间传递力的连接件、以及用于与外界连接的拨叉，并在所述密封圈上设有通孔，所述连接件的两端分别穿过密封圈上的通孔与所述弧形阻尼块固接，所述拨叉通过圆形孔可旋转的固定在所述圆盘上，所述拨叉还分别与所述连接件固接，各骨杆通过拨叉与圆盘进行连接。

作为一种优选实施方式，所述弧形阻尼块的两弧形面分别与所述圆弧槽的内侧面接触，且所述弧形弹簧、圆弧槽与所述圆盘的弧度一致，所述圆弧槽和弧形阻尼块两侧径线的延长线均通过所述圆形孔；进一步地，所述弧形阻尼孔与所述圆盘的弧度一致；优选地，所述弧形弹簧的外径与所述圆弧槽的内径相一致。

作为一种优选实施方式，所述仿生髋关节设置在车身上，所述大腿骨杆上端与所述仿生髋关节的拨叉连接，所述大腿骨杆下端和所述小腿骨杆上端分别与所述仿生膝关节的拨叉连接，所述小腿骨杆下端和足骨杆上端分别与所述仿生踝关节的拨叉连接，所述MR阻尼器Ⅰ的两端分别与所述仿生髋关节和所述仿生踝关节的圆形孔连接。

本发明的有益效果为：

（1）本发明通过控制MR阻尼器Ⅰ和MR阻尼器Ⅱ的阻尼力，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）当从路面传递过来冲击载荷时，仿生踝关节、仿生膝关节、仿生髋关节通过自身的减振特性及MR阻尼器的特性对冲击载荷进行缓冲，达到悬架减振目的；

（3）当从车身传递来的冲击载荷较大时，MR阻尼器和仿生关节自身的缓冲减振能力达不到要求时，则通过控制MR阻尼器的阻尼力和仿生关节的阻尼力带动足骨杆与小腿骨杆的角度变化、小腿骨杆与大腿骨杆的角度变化、大腿骨杆与车身的角度变化缓冲冲击载荷，达到悬架减振目的；

（4）本发明通过对仿生关节的设计，使仿生关节自身有一定的缓冲减振能力，并通过对MR阻尼器和仿生关节的控制，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

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1使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是本发明仿生关节的内部结构图。

图4是本发明仿生关节安装时的结构示意图。

图中：1、滑块；2、锥形弹簧；3、限位器；4、大腿骨杆； 5、仿生髋关节； 6、车身；7、MR阻尼器Ⅰ；8、仿生踝关节；9、足骨杆；10、转动副；11、车轮；12、MR阻尼器Ⅱ；13、小腿骨杆；14、仿生膝关节；15、连杆；16、圆盘；17、弧形弹簧；18、圆弧槽；19、圆形孔；20、弧形阻尼块；21、扇形槽；22、阻尼孔；23、密封圈；24、拨叉；25、连接件。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1~3所示的带有仿生关节的仿袋鼠腿悬架，与车身6连接，其包括：大腿骨杆4、小腿骨杆13、足骨杆9、仿生关节、连杆15和限位机构，所述仿生关节分别为仿生髋关节5、仿生膝关节14、仿生踝关节8；所述大腿骨杆4上端与车身6通过所述仿生髋关节5铰接，所述大腿骨杆4下端和所述小腿骨杆13上端分别与所述仿生膝关节14铰接，所述小腿骨杆13下端和足骨杆9上端分别与所述仿生踝关节8铰接，所述仿生髋关节5和所述仿生踝关节8之间通过MR阻尼器Ⅰ7连接，通过控制可变阻尼力以控制所述大腿骨杆4与小腿骨杆13之间的角度，实现所述大腿骨杆4相对于所述小腿骨杆13的高度；所述足骨杆9下端和MR阻尼器Ⅱ12下端均与车轮11中心铰接，MR阻尼器Ⅱ12通过控制可变阻尼力控制小腿骨杆13与足骨杆9之间的角度，实现小腿骨杆13相对于足骨杆9的高度调节；所述连杆15上端与用于供连接杆15上端左右滑移并限位的所述限位机构铰接，所述限位机构与所述仿生髋关节位5于同一水平面上。

具体地，所述限位机构是由与所述连杆15上端铰接的滑块1、对称分设在所述滑块1两侧的限位器3、以及卡固在所述限位器3和滑块1之间的锥形弹簧2组成的，所述锥形弹簧2大头一端与所述限位器3固接，所述锥形弹簧2小头一端与所述滑块1固接；所述连杆15上端与所述滑块1通过转动副10铰接；仿袋鼠腿悬架通过锥形弹簧的可变刚度特性的和限位块的限位作用对大腿骨杆与车身间的角度进行限制，并对悬架系统的部分冲击进行缓冲减振。

进一步地，所述仿生关节包括圆盘16、对称设置在所述圆盘16上圆弧槽18、设置在所述圆盘16中心的圆形孔19，所述圆盘16上圆弧槽18以外的区域构成扇形槽21，扇形槽为预留的工作空间，亦可根据工况进行调整；所述圆弧槽18的两侧设有密封圈83，所述圆弧槽18内装填有磁流变液、弧形弹簧17、以及对称设置在弧形弹簧17两侧的弧形阻尼块20，所述弧形弹簧17的两端分别与弧形阻尼块20接触，并在所述弧形阻尼块20上设有用于实现弧形阻尼块20两侧磁流变液流通的阻尼孔22；且圆弧槽18的弧长和弧形弹簧17的长度和刚度可以根据实际情况进行调整，所述仿生关节通过上述特殊设计可以对冲击载荷进行部分缓冲。

如图4所示，为了更方便仿生关节与外界的各骨杆连接，所述仿生关节内还设有两个用于弧形阻尼块20之间传递力的连接件25、以及用于与外界连接的拨叉24，并在所述密封圈23上设有通孔，所述连接件25的两端分别穿过密封圈23上的通孔与所述弧形阻尼块20固接，所述拨叉24通过圆形孔19可旋转的固定在所述圆盘16上，所述拨叉24还分别与所述连接件25的中部固接，各骨杆通过拨叉24与圆盘16进行连接；其中，所述弧形阻尼块20的两弧形面分别与所述圆弧槽18的内侧面接触，且所述弧形弹簧17、圆弧槽18、弧形阻尼孔22与所述圆盘16的弧度一致，所述圆弧槽18和弧形阻尼块20两侧径线的延长线均通过所述圆盘16的圆心，所述弧形弹簧17的外径与所述圆弧槽18的内径相一致；为了实现仿生关节的作用，仿生骨杆可与拨叉24和圆盘16进行连接，通过拨叉24和圆盘16的相对运动实现仿生关节的仿生骨杆间的相对运动。拨叉24在圆盘16内运动，带动弧形阻尼块20压缩弧形弹簧17和磁流变液，通过弧形弹簧17的弹力特性和磁流变液的阻尼特性对冲击载荷进行缓冲减振。且可通过控制磁流变液的阻尼特性实现对仿生关节的控制，通过仿生关节自身的减振特性对冲击载荷进行缓冲，达到车辆减振的要求。

具体地，所述仿生髋关节5设置在车身上，所述大腿骨杆4上端与所述仿生髋关节5的拨叉连接，所述大腿骨杆4下端和所述小腿骨杆13上端分别与所述仿生膝关节14的拨叉连接，所述小腿骨杆13下端和足骨杆9上端分别与所述仿生踝关节8的拨叉连接，所述MR阻尼器Ⅰ7的两端分别与所述仿生髋关节5和所述仿生踝关节8的圆形孔连接。

仿生关节和MR阻尼器可协同或单独工作对车辆进行实时调节，使车辆在行驶过程拥有良好的姿态和减振特性。

工作原理为：当汽车通过路面时，路面对车轮产生的冲击载荷，该悬架与车轮通过转动副进行连接，所以冲击载荷通过车轮经由转动副传至本发明悬架上，并最终传至车身，引起振动。

当受到较小的路面冲击时，依次通过MR阻尼器Ⅱ、仿生踝关节、MR阻尼器Ⅰ、仿生膝关节、仿生髋关节和锥形弹簧的阻尼减震结构，依靠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MR阻尼器Ⅰ、MR阻尼器Ⅱ的阻尼力带动仿生踝关节、仿生膝关节和仿生髋关节的角度变化，也可同时控制仿生关节的减振特性，通过MR阻尼器和仿生关节的协同作用使大腿骨杆、小腿骨杆和足骨杆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的目的。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种带有仿生关节的仿袋鼠腿悬架，与车身连接，其特征在于，包括：大腿骨杆、小腿骨杆、足骨杆、仿生关节、连杆和限位机构，所述仿生关节分别为仿生髋关节、仿生膝关节、仿生踝关节；所述大腿骨杆上端与车身通过所述仿生髋关节铰接，所述大腿骨杆下端和所述小腿骨杆上端分别与所述仿生膝关节铰接，所述小腿骨杆下端和足骨杆上端分别与所述仿生踝关节铰接，所述仿生髋关节和所述仿生踝关节之间通过MR阻尼器Ⅰ连接，以控制所述大腿骨杆与小腿骨杆之间的角度，实现所述大腿骨杆相对于所述小腿骨杆的高度；所述足骨杆下端和MR阻尼器Ⅱ下端均与车轮中心铰接，MR阻尼器Ⅱ通过控制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；所述连杆上端与用于供连接杆上端左右滑移并限位的所述限位机构铰接，所述限位机构与所述仿生髋关节位于同一水平面上；

所述仿生关节包括圆盘、对称设置在所述圆盘上圆弧槽、设置在所述圆盘中心的圆形孔，所述圆弧槽的两侧设有密封圈，所述圆弧槽内装填有磁流变液、弧形弹簧、以及对称设置在弧形弹簧两侧的弧形阻尼块，所述弧形弹簧的两端分别与弧形阻尼块接触，并在所述弧形阻尼块上设有用于实现弧形阻尼块两侧磁流变液流通的阻尼孔。

2.如权利要求1所述带有仿生关节的仿袋鼠腿悬架，其特征在于：所述限位机构是由与所述连杆上端铰接的滑块、对称分设在所述滑块两侧的限位器、以及卡固在所述限位器和滑块之间的弹簧组成的。

3.如权利要求2所述带有仿生关节的仿袋鼠腿悬架，其特征在于：所述连杆上端与所述滑块通过转动副铰接。

4.如权利要求2所述带有仿生关节的仿袋鼠腿悬架，其特征在于：所述弹簧为锥形弹簧，且所述锥形弹簧大头一端与所述限位器固接，所述锥形弹簧小头一端与所述滑块固接。

5.如权利要求1所述带有仿生关节的仿袋鼠腿悬架，其特征在于：在所述仿生关节内还设有两个用于弧形阻尼块之间传递力的连接件、以及用于与外界连接的拨叉，并在所述密封圈上设有通孔，所述连接件的两端分别穿过密封圈上的通孔与所述弧形阻尼块固接，所述拨叉通过圆形孔可旋转的固定在所述圆盘上，所述拨叉还分别与所述连接件固接，各骨杆通过拨叉与圆盘进行连接。

6.如权利要求5所述带有仿生关节的仿袋鼠腿悬架，其特征在于：所述弧形阻尼块的两弧形面分别与所述圆弧槽的内侧面接触，且所述弧形弹簧、圆弧槽与所述圆盘的弧度一致，所述圆弧槽和弧形阻尼块两侧径线的延长线均通过所述圆形孔。

7.如权利要求5所述带有仿生关节的仿袋鼠腿悬架，其特征在于：所述弧形阻尼块与所述圆盘的弧度一致。

8.如权利要求5所述带有仿生关节的仿袋鼠腿悬架，其特征在于：所述弧形弹簧的外径与所述圆弧槽的内径相一致。

9.如权利要求5所述带有仿生关节的仿袋鼠腿悬架，其特征在于：所述仿生髋关节设置在车身上，所述大腿骨杆上端与所述仿生髋关节的拨叉连接，所述大腿骨杆下端和所述小腿骨杆上端分别与所述仿生膝关节的拨叉连接，所述小腿骨杆下端和足骨杆上端分别与所述仿生踝关节的拨叉连接，所述MR阻尼器Ⅰ的两端分别与所述仿生髋关节和所述仿生踝关节的圆形孔连接。

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