CN205937624U - 一种不承载静态载荷的智能负刚度装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种不承载静态载荷的智能负刚度装置，其结构包括具有传动轴的被动负刚度元件、用于控制被动负刚度元件启闭的启用元件和停用元件、用于改变被动负刚度元件位置或传动轴长度的电机、用于测量外部承受静态载荷结构或簧上元件中所承受静态载荷的传感器，及用于接收传感器信号并控制启用元件、停用元件、电机启闭的控制器，其中被动负刚度元件具有负弹簧系数，且被动负刚度元件的负弹簧系数绝对值不大于支撑外部承受静态载荷结构或簧上元件的正弹簧系数；通过被动负刚度元件直接或者间接连接外部承受静态载荷结构或簧上元件，改变被动负刚度元件位置或者传动轴长度，抵消外部承受静态载荷结构或簧上元件落在被动负刚度元件的静态载荷。

Description

一种不承载静态载荷的智能负刚度装置

技术领域

本实用新型涉及振动控制领域，具体地说是一种不承载静态载荷的智能负刚度装置。

背景技术

动态荷载可以造成很多危害，小至车辆的舒适度，大至地震造成的结构损坏坍塌。针对如何保护主体结构抵抗动态荷载所引起的强振动，各种振动控制技术应运而生。振动控制技术可以大致分为被动模式、半主动模式和主动模式三大类。依据这三大类的振动控制技术，人们已经发明出各种用于减轻主体结构振动的阻尼器，例如粘性流体阻尼器、粘弹性阻尼器、金属屈服阻尼器、摩擦阻尼器、调谐质量阻尼器、磁流变(magnetorheology，MR)阻尼器、可变孔阻尼器、可变摩擦阻尼器和主动质量驱动器等。

各式的阻尼器已经广泛应用在土木、机械和航空航天领域。相比于被动控制技术，半主动和主动控制技术往往可以取得更好的振动控制效果。在主动控制技术中，线性二次调节器(LQR)算法作为一种普遍采用的最优控制理论，可以产生一种具有显著负刚度特性的阻尼力-变形关系。这一结论激发了研究人员寻求一种能够与主动阻尼器一样产生相同的滞回特性并达到相同控制性能的被动式负刚度装置(negative-stiffness device，NSD)。

目前，负刚度装置的优点已经在实际应用领域中得到了验证，例如土木工程领域中，受到地面运动作用的建筑物和桥梁，机械工程领域中的车辆座椅、悬架，和敏感设备的减振台等。尽管负刚度装置在振动控制领域的优越性已经得到了验证，但仍未得到广泛应用，其原因如下：

1、半主动模式的负刚度装置需要根据其保护结构专门设计控制算法和规则，一般不具备推广性；

2、被动形式的负刚度的安装会导致系统刚度(包括静态和动态)的下降，在静态荷载发生变化时，会放大该变化造成的响应，降低系统的稳定性。

针对上述原因，采用被动负刚度技术和静荷载隔离技术，设计一种不承载静态载荷的智能负刚度装置。

发明内容

本实用新型的技术任务是解决现有技术的不足，提供一种不承载静态载荷 的智能负刚度方法。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种不承载静态载荷的智能负刚度装置，其结构包括被动负刚度元件、电机、传感器和控制器，被动负刚度元件具有负弹簧系数，且被动负刚度元件的负弹簧系数绝对值不大于支撑外部承受静态载荷结构或簧上元件的正弹簧系数；

被动负刚度元件具有向上设置的传动轴，且被动负刚度元件的安装框上设置有停用元件；被动负刚度元件的传动轴直接连接或者通过电机间接连接外部承受静态载荷结构或簧上元件，且外部承受静态载荷结构或簧上元件、电机两者中任一结构与传动轴的连接点设置启用元件；所述被动负刚度元件底部通过电机间接连接或者直接连接地面或簧下元件；

传感器用于测量外部承受静态载荷结构或簧上元件中所承受的静态载荷；

控制器用于接收传感器信号并控制电机运转，在外部承受静态载荷结构或簧上元件上承载静态载荷时，通过控制器接收来自传感器的信号并控制电机来改变被动负刚度元件位置或传动轴长度，实现抵消外部承受静态载荷结构或簧上元件落在被动负刚度元件上静态载荷的目的；

上述控制器可以通过启用元件和停用元件控制被动负刚度元件的启闭：当启用元件开启，停用元件关闭时，被动负刚度元件的传动轴与外部承受静态载荷结构或簧上元件直接连接，或者被动负刚度元件的传动轴与外部承受静态载荷结构或簧上元件通过电机间接连接，被动负刚度元件启用；当启用元件关闭，停用元件开启时，被动负刚度元件的传动轴与外部承受静态载荷结构或簧上元件松开，或者被动负刚度元件的传动轴与电机间松开。

在上述结构的基础上，被动负刚度元件包括安装框和被动负刚度元件本体。安装框上设置有停用元件。被动负刚度元件本体固定连接于安装框内部，且被动负刚度元件本体上具有传动轴，该传动轴向上穿过安装框的停用元件并直接连接外部承受静态载荷结构或簧上元件，且启用元件设置在传动轴与外部承受静态载荷结构或簧上元件的连接点，安装框底部通过电机间接连接于地面或簧下元件。在外部承受静态载荷结构或簧上元件上承载静态载荷时，通过控制器接收来自传感器的信号并控制启用元件、停用元件和电机的启闭，来改变被动负刚度元件位置，实现抵消外部承受静态载荷结构或簧上元件落在被动负刚度元件上静态载荷的目的。

在上述结构的基础上，被动负刚度元件包括安装框和被动负刚度元件本体。安装框上设置有停用元件。被动负刚度元件本体固定连接于安装框内部， 且被动负刚度元件本体上具有传动轴，该传动轴向上穿过安装框的停用元件通过电机间接连接于外部承受静态载荷结构或簧上元件，且启用元件设置在传动轴与电机的连接点，安装框底部直接连接于地面或簧下元件。在外部承受静态载荷结构或簧上元件上承载静态载荷时，通过控制器接收来自传感器的信号并控制启用元件、停用元件和电机的启闭，来改变传动轴长度，实现抵消外部承受静态载荷结构或簧上元件落在被动负刚度元件上静态载荷的目的。

在上述结构的基础上，被动负刚度元件的负弹簧系数是线性的。

在上述结构的基础上，被动负刚度元件的负弹簧系数是非线性的。

在上述结构的基础上，具体的，被动负刚度元件本体是利用磁铁间斥力、预屈曲梁突变特性或预应力弹簧的负刚度元件。

在上述结构的基础上，优选电机为直线电机，直线电机的安装轨道向下连接于地面或簧下元件，且直线电机的电机轴向上连接于安装框底部，或者，直线电机的安装轨道向上连接于外部承受静态载荷结构或簧上元件，且直线电机的电机轴向下连接于传动轴。

在上述结构的基础上，优选电机为转动电机，转动电机设置于地面或簧下元件，且转动电机的轴端通过齿轮齿条向上连接于被动负刚度元件的安装框，或者，转动电机设置于外部承受静态载荷结构或簧上元件，转动电机的轴端通过齿轮齿条向下连接传动轴。

本实用新型的一种不承载静态载荷的智能负刚度装置与现有技术相比所产生的有益效果是：

本实用新型通过设置被动负刚度元件，以及测量静态载荷的传感器、接收传感器信号并根据接收信号控制电机动作的控制器、以及根据控制器指令改变被动负刚度元件位置或传动轴长度的电机，通过改变被动负刚度元件位置或者传动轴长度，来抵消被动负刚度元件位置偏移或传动轴长度偏移，使被动负刚度元件不承载上述静态载荷，让本实用新型的智能负刚度装置的静态刚度不受影响，而只降低或抵消本实用新型的智能负刚度装置的动态刚度。

附图说明

附图1是本实用新型中实施例一的结构示意图；

附图2是本实用新型中实施例一的原理图；

附图3是本实用新型中实施例二的结构示意图；

附图4是本实用新型中实施例二的原理图；

附图5是本实用新型的智能负刚度装置中刚度与载荷频率的变化关系示意图；

附图6是被动负刚度元件的负弹簧系数是线性的结构示意图；

附图7是被动负刚度元件的负弹簧系数是非线性的结构示意图；

附图8是被动负刚度元件本体选用磁铁的结构图；

附图9是被动负刚度元件本体选用预屈曲梁的结构图；

附图10是被动负刚度元件本体选用预应力弹簧的结构图；

附图11是本实用新型的智能负刚度装置中电机为直线电机的结构示意图；

附图12是本实用新型的智能负刚度装置中电机为转动电机的结构示意图；

附图13是本实用新型中实施例三的结构示意图；

附图14表示实施例三中不同控制方法下轮胎形变时程响应；

附图15表示实施例三中不同控制方法下车身振动速度时程响应；

附图16表示实施例三中不同控制方法下车身静荷载响应；

附图17是本实用新型中实施例四的结构示意图；

附图18表示实施例四中不同控制方法下轮胎形变时程响应；

附图19表示实施例四中不同控制方法下车身振动速度时程响应；

附图20表示实施例四中不同控制方法下车身静荷载响应；

附图21是本实用新型中实施例五的结构示意图；

附图22表示实施例五中不同控制方法下的时程响应。

图中各标号表示：

1、被动负刚度元件，2、启用元件，3、停用元件，4、传感器，

5、控制器，6、电机，7、外轴连接点，8、内连接点，9、外框连接点，

10、传动轴，11、外部承受静态载荷结构或簧上元件，12、支撑弹簧，

13、车辆底盘，14、车辆轮胎，15、车身，16、被动阻尼器，

17、半主动阻尼器，18、安装框，19、地面或簧下元件；

101、动磁铁，102、静磁铁，111、预屈曲梁，121、预应力弹簧；

610、直线电机，611、安装轨道；

620、转动电机，621、齿轮，622、齿条；

31、单自由度系统质量，32、单自由度系统的刚度元件，33、为阻尼器。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的一种不承载静态载荷的智能负刚度装置作以下详细说明。

实施例一：

结合附图1，一种不承载静态载荷的智能负刚度装置，其结构包括被动负刚度元件1、电机6、传感器4和控制器5，被动负刚度元件1具有负弹簧系数， 且被动负刚度元件1的负弹簧系数绝对值不大于支撑外部承受静态载荷结构或簧上元件11的正弹簧系数。

被动负刚度元件1包括安装框18和被动负刚度元件本体。安装框18上设置有停用元件3。被动负刚度元件本体固定连接于安装框18内部，且被动负刚度元件本体上具有传动轴10，传动轴10与被动负刚度元件本体的连接点称为内连接点8，该传动轴10向上穿过安装框18的停用元件3并直接连接外部承受静态载荷结构或簧上元件11，且传动轴10与外部承受静态载荷结构或簧上元件11的连接点称为外轴连接点7，该外轴连接点7设置有启用元件2，安装框18底部通过电机6间接连接于地面或簧下元件19，且安装框18底部与电机6的连接点称为外框连接点9。

传感器4用于测量外部承受静态载荷结构或簧上元件11中所承受的静态载荷。

控制器5用于接收传感器4信号并控制电机6运转，在外部承受静态载荷结构或簧上元件11上承载静态载荷时，通过控制器5接收来自传感器4的信号并控制电机6来改变被动负刚度元件1位置，实现抵消外部承受静态载荷结构或簧上元件11落在被动负刚度元件1上静态载荷的目的。

上述控制器5可以通过启用元件2和停用元件3控制被动负刚度元件1的启闭：当启用元件2开启，停用元件3关闭时，被动负刚度元件1的传动轴10与外部承受静态载荷结构或簧上元件11直接连接，被动负刚度元件1启用；当启用元件2关闭，停用元件3开启时，被动负刚度元件1的传动轴10与外部承受静态载荷结构或簧上元件11松开。

基于外部承受静态载荷结构或簧上元件11、地面或簧下元件19两者之间已经连接有支撑弹簧12的前提下，当被动负刚度元件1起作用、且外部承受静态载荷结构或簧上元件11上承载静态载荷时，传感器4检测到外部承受静态载荷结构或簧上元件11承受静态载荷的信号，并进一步将检测到的信号传递至控制器5，控制器5控制电机6动作以改变被动负刚度元件1的安装框18位置，以抵消外部承受静态载荷结构或簧上元件11落在被动负刚度元件1上静态载荷。

结合图2，以外部承受静态载荷结构或簧上元件11承载静态载荷的变化进行原理说明：外部承受静态载荷结构或簧上元件11承载的静态载荷701、702由传感器4测量，包括在t1时刻由静态荷载701变为静态荷载702，传感器4将测量信息传递给控制器5；控制器5根据传感器4提供的信息和建模性能参数计算出了在没有被动负刚度元件1作用下外部承受静态载荷结构或簧上元件 11的静荷载变化所引起的响应用001表示，并提供指令给电机6；电机6执行控制器5的指令，将被动负刚度元件1的安装框18移动的距离用002表示。由于在没有被动负刚度元件1作用下外部承受静态载荷结构或簧上元件11的静荷载变化所引起的响应001等于被动负刚度元件1安装框18在电机6作用下移动的距离002，所以静态荷载在t1时刻的变化并没有引起被动负刚度元件1的两端产生相对位移，也就是被动负刚度元件1没有针对静态荷载在t1时刻的变化产生力。所以被动负刚度元件1起产生的控制力与静态荷载701、702无关。所以被动负刚度元件1不会影响外部承受静态载荷结构或簧上元件11的静荷载响应，即为不影响外部承受静态载荷结构或簧上元件11的静态刚度。

实施例二：

结合图3，一种不承载静态载荷的智能负刚度装置，其结构包括被动负刚度元件1、电机6、传感器4和控制器5，被动负刚度元件1具有负弹簧系数，且被动负刚度元件1的负弹簧系数绝对值不大于支撑外部承受静态载荷结构或簧上元件11的正弹簧系数。

被动负刚度元件1包括安装框18和被动负刚度元件本体。安装框18上设置有停用元件3。被动负刚度元件本体固定连接于安装框18内部，且被动负刚度元件本体上具有传动轴10，传动轴10与被动负刚度元件本体的连接点称为内连接点8，该传动轴10向上穿过安装框18的停用元件3通过电机6间接连接于外部承受静态载荷结构或簧上元件11，且传动轴10与与电机6的连接点称为外轴连接点7，该外轴连接点7设置有启用元件2，安装框18底部直接连接于地面或簧下元件19，且安装框18底部与地面或簧下元件19的连接点称为外框连接点9。

传感器4用于测量外部承受静态载荷结构或簧上元件11中所承受的静态载荷。

控制器5用于接收传感器4信号并控制电机6启闭，在外部承受静态载荷结构或簧上元件11上承载静态载荷时，通过控制器5接收来自传感器4的信号并控制电机6来改变传动轴10长度，实现抵消外部承受静态载荷结构或簧上元件11落在被动负刚度元件1上静态载荷的目的。

上述控制器5可以通过启用元件2和停用元件3控制被动负刚度元件1的启闭：当启用元件2开启，停用元件3关闭时，被动负刚度元件的传动轴10与外部承受静态载荷结构或簧上元件11通过电机6间接连接，被动负刚度元件1启用；当启用元件2关闭，停用元件3开启时，被动负刚度元件1的传动轴10与电机6间松开。

基于外部承受静态载荷结构或簧上元件11、地面或簧下元件19两者之间已经连接有支撑弹簧12的前提下，当被动负刚度元件1起作用、且外部承受静态载荷结构或簧上元件11上承载静态载荷时，传感器4检测到外部承受静态载荷结构或簧上元件11承受静态载荷的信号，并进一步将检测到的信号传递至控制器5，控制器5控制电机6动作，以改变传动轴10的长度，以抵消外部承受静态载荷结构或簧上元件11落在被动负刚度元件1上静态载荷。

结合图4，以外部承受静态载荷结构或簧上元件11承载静态载荷的变化进行原理说明：外部承受静态载荷结构或簧上元件11承载的静态荷载701、702由传感器4测量，包括在t1时刻由静态荷载701变为静态荷载702。传感器4将测量信息传递给控制器5；控制器5根据传感器4提供的信息和建模性能参数计算出了在没有被动负刚度元件1作用下外部承受静态载荷结构或簧上元件11的静荷载变化所引起的响应用003表示，并提供指令给电机6；电机6执行控制器5的指令，将传动轴10伸出安装框18的缩短量用004表示。由于在没有被动负刚度元件1作用下外部承受静态载荷结构或簧上元件11的静荷载变化所引起的响应003等于传动轴的缩短量004，所以静态荷载在t1时刻的变化并没有引起被动负刚度元件1的两端产生相对位移，也就是被动负刚度元件1没有针对静态荷载在t1时刻的变化产生力。所以被动负刚度元件1起产生的控制力与静态荷载701、702无关。所以被动负刚度元件1不会影响外部承受静态载荷结构或簧上元件11的静荷载响应，即为不影响外部承受静态载荷结构或簧上元件11的静态刚度。

实施例三：

在上述实施例二的结构基础上，参考图13，将车辆被模拟成一个常用的1/4车辆双自由度系统，将本实用新型的装置安装在车辆悬架中，使其与车辆的悬架系统呈并联布置，则外部承受静态载荷结构或簧上元件11为车身15，簧下元件为车辆底盘13，车辆底盘13下方安装着车辆轮胎14，车辆底盘13和车身15之间安装着降低振动效果的支撑弹簧12和被动阻尼器16。

有关参数为，车身15质量504.5kg，车辆底盘13和车辆轮胎15质量为62kg，悬架承载弹簧的刚度为13.1kN/m，车辆底盘13与地面之间的刚度系数为252kN/m，输入激励为速度白噪声。被动阻尼器16单独控制时，阻尼系数6000Nm/s；本实用新型的智能负刚度装置和被动阻尼器共同控制时，负刚度系数为-11kN/m，阻尼系数2500Nm/s。

参考图14，可以清楚的知晓车辆在被动阻尼器16控制、以及在本实用新型的智能负刚度装置和被动阻尼器16控制共同作用下轮胎形变的时程响应，图中 轮胎形变越小，代表车辆操控性越好。参考图15，可以清楚的知晓车辆在被动阻尼器16控制、以及在本实用新型的智能负刚度装置和被动阻尼器16共同作用下车身15振动速度的时程响应，图中车身15振动速度越小，代表车辆舒适度越好；由图15还可以看出，本实用新型的智能负刚度装置可以极大的提升被动阻尼器16的控制效果。

在车辆的使用过程中，尽管车身15质量不变而且可由悬架的承载弹簧承担，车辆所承载的静态荷载并不是不变的，例如车辆里乘客的质量可能发生变化。当乘客质量为70kg，悬架承载弹簧为13.1kN/m时，在不同振动控制方法下车身的静荷载响应参考图16。根据图16可以看到，当振动控制方法为被动阻尼器16单独控制时，被动阻尼器16不提供刚度，所以乘客质量全部由悬架承载弹簧承担，静荷载响应为5cm；当振动控制方法为被动负刚度控制时，由于负刚度系数为-11kN/m，所以抵消了部分悬架承载弹簧的刚度，所以会放大由乘客质量所造成的静荷载响应，为35cm；当振动控制方法为本实用新型的智能负刚度装置和被动阻尼器16共同控制时，由于被动负刚度元件1不承载静态荷载，乘客质量的静荷载依然全部由悬架承载弹簧承受，所以车身15的静荷载响应为5cm。

实施例四：

基于上述实施例三，本实用新型的智能负刚度装置还可以应用到汽车悬架中提升半主动阻尼器17的控制效果。参考图17，在与实施例三中安装方式不变的情况下，只改变相关参数：车身15质量504.5kg，车辆底盘13和车辆轮胎15质量为62kg，悬架承载弹簧12刚度为13.1kN/m，车辆底盘13与地面之间的刚度系数为252kN/m，输入激励为速度白噪声。半主动阻尼器17单独控制时，阻尼系数最大为9400Nm/s，最小为4000Nm/s；本实用新型的智能负刚度装置和半主动阻尼器17共同控制时，负刚度系数为-11kN/m，阻尼系数最大为4400Nm/s，最小为1500Nm/s。

参考图18，可以清楚的知晓车辆在半主动控制方式、以及在本实用新型的智能负刚度装置和半主动控制方式共同作用下轮胎形变的时程响应，图中轮胎形变越小，代表车辆操控性越好。参考图19，可以清楚的知晓车辆在半主动控制方式、以及在本实用新型的智能负刚度装置和半主动控制方式共同作用下车身振动速度的时程响应，图中车身振动速度越小，代表车辆舒适度越好；由图15还可以看出，本实用新型的智能负刚度装置可以极大的提升半主动阻尼器17的控制效果。

在车辆的使用过程中，尽管车身15质量不变而且可由悬架的承载弹簧承 担，车辆所承载的静态荷载并不是不变的，例如车辆里乘客的质量可能发生变化。当乘客质量为70kg，悬架承载弹簧为13.1kN/m时，在不同振动控制方法下车身的静荷载响应参考图20。根据图20可以知道，当振动控制方法为半主动阻尼器17单独控制时，半主动阻尼器17不提供刚度，所以乘客质量全部由悬架承载弹簧承担，静荷载响应为5cm；当振动控制方法为被动负刚度和半主动阻尼器17共同控制时，其负刚度系数为-11kN/m，所以抵消了部分悬架承载弹簧的刚度，所以会放大由乘客质量所造成的静荷载响应，为35cm；当振动方法为本实用新型的智能负刚度装置和半主动阻尼器17共同控制时，由于被动负刚度元件1不承载静态荷载，乘客质量的静荷载依然全部由悬架承载弹簧承受，所以车身15的静荷载响应为5cm。

实施例五：

基于实施例一的结构基础，参考图21，本实用新型的智能负刚度装置还可以应用到单自由度系统中，如座椅，隔振台，引擎支架等，将本实用新型的装置安装到单自由度系统，使其与单自由度系统的刚度元件32、阻尼器33呈并联布置。由于单自由度系统质量31可能发生变化，例如，座椅上不同人所造成的质量变化，隔振台上不同设备所造成的质量变化等，本实用新型的智能负刚度装置中传感器4会将接收到的信号发送至控制器5，并由控制器5控制电机6、启动元件2、停用元件3，以保护单自由度系统，使单自由度系统中的动荷载响应小，静荷载响应也不会放大。

基于上述五个实施例，需要说明的是：

1)针对被动负刚度元件1，参考图6、7，其负弹簧系数可以是线性，也可以是非线性的。

2)针对被动负刚度元件1的结构，参考图8，被动负刚度元件本体可以是利用磁铁间斥力的负刚度元件，则在安装框18的相对两侧面安装静磁铁102，在相对设置的两个静磁铁102中部设置动磁铁101，且动磁铁101具有向上设置的传动轴10；参考图9，被动负刚度元件本体也可以是利用预屈曲梁111突变特性的负刚度元件，预屈曲梁111的中部具有向上设置的传动轴10，预屈曲梁111的两端向外延伸并固定于安装框18的两个相对侧面；参考图10，被动负刚度元件本体还可以是利用预应力弹簧121的负刚度元件，预应力弹簧121的中部具有向上设置的传动轴10，预应力弹簧121的两端向外延伸并固定于安装框18的两个相对侧面；实际应用中，传动轴10、安装框18由非铁磁材料制造，在被动负刚度元件本体是上述三种结构中的任一种结构时，启用元件2与停用原件3可以控制被动负刚度元件1是否作用，启动元件2与停用元件3其中一个开启时，另 外一个关闭。启用元件2开启，停用元件3关闭时，传动轴10与安装框18松开，被动负刚度元件本体起作用；启用元件2关闭，停用元件3开启时，传动轴10与安装框18相连，被动负刚度元件本体不起作用。

3)针对电机6，参考图11，电机6可以选用直线电机610，此时，直线电机610的安装轨道611向下连接于地面或簧下元件19，且直线电机611的轴端向上连接于安装框18底部，或者，直线电机610的安装轨道611向下连接于传动轴10，且直线电机610的轴端向上连接于外部承受静态载荷结构或簧上元件11；参考图12，电机6也可以选用转动电机620，转动电机620设置于地面或簧下元件19，且转动电机620的轴端通过齿轮321齿条322外啮合向上连接于被动负刚度元件1的安装框18，或者，转动电机620的轴端通过齿轮321齿条322外啮合连接传动轴10和外部承受静态载荷结构或簧上元件11。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对本实用新型保护范围的限制，尽管该具体实施方式部分对本实用新型作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。

Claims (8)

1.一种不承载静态载荷的智能负刚度装置，包括被动负刚度元件、电机、传感器和控制器，其特征在于，所述被动负刚度元件具有负弹簧系数，且被动负刚度元件的负弹簧系数绝对值不大于支撑外部承受静态载荷结构或簧上元件的正弹簧系数；

所述被动负刚度元件具有向上设置的传动轴，所述被动负刚度元件的传动轴直接连接或者通过电机间接连接外部承受静态载荷结构或簧上元件，且外部承受静态载荷结构或簧上元件、电机两者中任一结构与传动轴的连接点设置启用元件；所述被动负刚度元件底部通过电机间接连接或者直接连接地面或簧下元件；

所述传感器用于测量外部承受静态载荷结构或簧上元件中所承受的静态载荷；

所述控制器用于接收传感器信号并控制电机的运转，在外部承受静态载荷结构或簧上元件上承载静态载荷时，通过控制器接收来自传感器的信号并控制电机来改变被动负刚度元件位置或传动轴长度，实现抵消外部承受静态载荷结构或簧上元件落在被动负刚度元件上静态载荷的目的；

所述控制器通过启用元件和停用元件控制被动负刚度元件的启闭：当启用元件开启，停用元件关闭时，被动负刚度元件的传动轴与外部承受静态载荷结构或簧上元件直接连接，或者被动负刚度元件的传动轴与外部承受静态载荷结构或簧上元件通过电机间接连接，被动负刚度元件启用；当启用元件关闭，停用元件开启时，被动负刚度元件的传动轴与外部承受静态载荷结构或簧上元件松开，或者被动负刚度元件的传动轴与电机间松开。

2.根据权利要求1所述的一种不承载静态载荷的智能负刚度装置，其特征在于，所述被动负刚度元件包括安装框和被动负刚度元件本体，所述安装框上设置有停用元件，所述被动负刚度元件本体固定连接于安装框内部，且被动负刚度元件本体上具有传动轴，该传动轴向上穿过安装框的停用元件并直接连接外部承受静态载荷结构或簧上元件，且启用元件设置在传动轴与外部承受静态载荷结构或簧上元件的连接点，安装框底部通过电机间接连接于地面或簧下元件。

3.根据权利要求1所述的一种不承载静态载荷的智能负刚度装置，其特征在于，所述被动负刚度元件包括安装框和被动负刚度元件本体，所述安装框上设置有停用元件，所述被动负刚度元件本体固定连接于安装框内部，且被动 负刚度元件本体上具有传动轴，该传动轴向上穿过安装框的停用元件通过电机间接连接于外部承受静态载荷结构或簧上元件，且启用元件设置在传动轴与电机的连接点，安装框底部直接连接于地面或簧下元件。

4.根据权利要求1所述的一种不承载静态载荷的智能负刚度装置，其特征在于，所述被动负刚度元件的负弹簧系数是线性的。

5.根据权利要求1所述的一种不承载静态载荷的智能负刚度装置，其特征在于，所述被动负刚度元件的负弹簧系数是非线性的。

6.根据权利要求1所述的一种不承载静态载荷的智能负刚度装置，其特征在于，所述被动负刚度元件本体是利用磁铁间斥力、预屈曲梁突变特性或预应力弹簧的负刚度元件。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的一种不承载静态载荷的智能负刚度装置，其特征在于，所述电机为直线电机，直线电机的安装轨道向下连接于地面或簧下元件，且直线电机的电机轴向上连接于安装框底部，或者，直线电机的安装轨道向上连接于外部承受静态载荷结构或簧上元件，且直线电机的电机轴向下连接于被动负刚度元件的传动轴。

8.根据权利要求1-6中任一项所述的一种不承载静态载荷的智能负刚度装置，其特征在于，所述电机为转动电机，转动电机设置于地面或簧下元件，转动电机的轴端通过齿轮齿条向上连接于被动负刚度元件的安装框，或者，转动电机设置于外部承受静态载荷结构或簧上元件，转动电机的轴端通过齿轮齿条向下连接传动轴。