一种仿袋鼠腿车用悬架的制作方法

本发明涉及汽车悬架技术领域，尤其涉及一种仿袋鼠腿结构及功能的车用悬架。

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，是汽车最重要的三大总成（发动机、变速箱和悬架）之一；其主要作用是传递车轮与车身间的所有力和力矩，且缓和并衰减路面激励通过车轮经悬架传给车身的振动和冲击，使车辆拥有良好的通过性、操纵稳定性和舒适性等。

典型的汽车悬架结构由弹性元件、减震器以及导向机构等组成，这三部分分别起缓冲、减振和力的传递作用。根据结构不同，汽车悬架可分为非独立悬架和独立悬架两种；根据控制方式不同，汽车悬架可分为被动悬架、半主动悬架和主动悬架。一般来说，被动悬架的阻尼、刚度等参数随着车辆行驶工况的变化进行被动调节，其调节范围和程度有限，很难满足不同工况下车辆的通过性、操纵稳定性和舒适性等高性能要求；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取代了被动悬架中的阻尼器，且可对悬架刚度与减振器阻尼系数进行有级调节和车身高度的自动调节；主动悬架是目前性能最优的车用悬架，其可通过执行机构和控制策略来实时调节悬架的阻尼、刚度等参数，以满足车辆在不同工况下的通过性、操纵稳定性和舒适性等要求。

袋鼠是一种属于袋鼠目的有袋动物。不同种类的袋鼠在各种不同的自然环境中生活，从凉性气候的雨林和沙漠平原到热带地区，分布十分广泛。袋鼠的跳跃是四足动物中最有特点的，其奔跑速度快，能耗小，对地面环境要求低，运动相当平稳。其踝关节是跳跃驱动力输出的最关键部位。和人类腿部的骨骼相比，袋鼠的腿骨长而结实，给肌肉和肌腱提供附着。袋鼠的腿与其他哺乳动物类似，主要区别是骨骼的相对长度，其股骨短而粗，胫骨和腓骨很长。就像使用弹簧，把弹簧压到尽可能多时，放松后会造成很大力量的反弹。当袋鼠脚落地的时候，其肌腱也会大幅度压缩为下一次的弹跳提供冲力。袋鼠的膝关节特化了厚厚的海绵状软骨，作为减少磨损的减震器有效地保护了袋鼠的膝盖。袋鼠的脚、脚趾结构发达，可以缓冲和吸收能量，并能再次利用。再次利用的原理是：小腿有一根特殊的弹性肌腱，起到储能的作用，可以辅助肌肉的收缩。

技术实现要素：

本发明的目的是在于通过模仿袋鼠为适应自然环境而演变进化出的腿部结构，设计一种性能优良的仿袋鼠腿车用悬架。该悬架可使车辆主动适应各种工况，并通过气动人工肌肉主动控制悬架姿态，使车辆具有优良的通过性、操纵稳定性和舒适性等。

本发明是采用以下技术方案实现的：一种仿袋鼠腿车用悬架，包括股骨杆、胫腓骨杆和足骨杆；股骨杆上端与车身铰接,铰接点构成胯关节，股骨杆下端与胫腓骨杆上端铰接，铰接点构成膝关节；胫腓骨杆下端与足骨杆铰接，铰接点构成踝关节，足骨杆末端与车轮相连；还包括大腿肌肉束阻尼器、小腿肌肉束阻尼器、大腿气动人工肌肉以及小腿气动人工肌肉；大腿肌肉束阻尼器的上端与车身铰连接，下端与股骨杆下端铰连接；大腿气动人工肌肉位于大腿肌肉束阻尼器与胯关节之间，大腿气动人工肌肉上端与车身铰连接，下端与股骨杆铰连接；小腿人工气动肌肉上端铰连接股骨杆，下端铰连接足骨杆的前端；所述小腿肌肉束阻尼器位于胫腓骨杆与小腿人工气动肌肉之间；小腿肌肉束阻尼器的上端与股骨杆铰连接，下端与足骨杆铰连接。

当汽车经过坑洼路面时，面对产生的冲击载荷，本发明所述悬架通过控制大、小腿气动人工肌肉带动大、小腿肌肉束阻尼器，对股骨杆、胫腓骨杆以及足骨杆组成的杆系随之进行运动调节，使车辆在通过不同路面时拥有最佳协调的运动姿态。

进一步的，还包括小腿肌腱弹簧和大腿肌腱弹簧；所述小腿肌腱弹簧与小腿肌肉束阻尼器并联；所述大腿肌腱弹簧与大腿肌肉束阻尼器并联。

大腿肌腱弹簧和大肌肉束阻尼器相配合，同时小腿肌腱弹簧和小腿肌肉束阻尼器相配合，共同对股骨杆、胫腓骨杆以及足骨杆组成的杆系随之进行运动调节，较之肌肉束阻尼器单独使用时，车辆在通过不同路面时拥有更优良、更协调的运动姿态。

大腿气动人工肌肉通过控制股骨杆与车身之间的角度，实现了车身相对于股骨杆的高度调节。

小腿气动人工肌肉通过控制胫腓骨杆与足骨杆之间的角度，实现了车轮相对于胫腓骨杆的高度调节。

足骨杆以踝关节为支撑点形成了一个杠杆，故车轮部分输入的激励通过杠杆原理传输到股骨杆上，能使小腿气动人工肌肉对胫腓骨杆与足骨杆之间的角度进行调节，实现了车身相对于地面的高度调节。

进一步的，所述足骨杆与车轮通过主销进行连接；通过控制大、小腿气动人工肌肉带动大、小腿肌腱弹簧和大、小腿肌肉束阻尼器，导致股骨杆、胫腓骨杆以及足骨杆组成的杆系随之进行运动调节，使车辆在通过不同路面时拥有最佳协调的运动姿态。

本发明的有益效果：通过控制大、小腿气动人工肌肉带动大、小腿肌腱弹簧和大、小腿肌肉束阻尼器，导致股骨杆、胫腓骨杆以及足骨杆组成的杆系随之进行运动调节，使车辆在通过不同路面时拥有最佳协调的运动姿态，以确保车辆在不同工况下均具有良好的通过性、操纵稳定性和舒适性等。

附图说明

图1是本发明所述的车辆悬架的一个实施例的结构示意图。

图2是图1的侧视图。

图3是本发明所述的的气动人工肌肉控制单元的结构示意图。

图4为本发明所述的踝关节结构示意图。

图5为本发明所述的膝关节结构示意图。

图6为本发明所述的胯关节结构示意图。

1-车身，2-胯关节，3-小腿气动人工肌肉，4-小腿肌腱弹簧，5-小腿肌肉束阻尼器，6-踝关节，7-大腿气动人工肌肉，8-大腿肌腱弹簧，9-大腿肌肉束阻尼器，10-股骨杆，11-膝关节，12-胫腓骨杆，13-足骨杆，14-主销，15-车轮，16-横向稳定杆。

具体实施方式

如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，本实施例中的一种仿袋鼠腿车用悬架，包括股骨杆10、胫腓骨杆12和足骨杆13；股骨杆10上端与车身1铰接，铰接点构成胯关节2，股骨杆10下端与胫腓骨杆12上端铰接，铰接点构成膝关节11；胫腓骨杆12下端与足骨杆13铰接，铰接点构成踝关节6，足骨杆13末端与车轮15相连；还包括大腿肌肉束阻尼器9、小腿肌肉束阻尼器5、大腿气动人工肌肉7以及小腿气动人工肌肉3；大腿肌肉束阻尼器9的上端与车身1铰连接，下端与股骨杆10下端铰连接；大腿气动人工肌肉7位于大腿肌肉束阻尼器9与胯关节2之间，大腿气动人工肌肉7上端与车身1铰连接，下端与股骨杆10铰连接；小腿人工气动肌肉3上端铰连接股骨杆10，下端铰连接足骨杆13的前端；所述小腿肌肉束阻尼器5位于胫腓骨杆12与小腿人工气动肌肉3之间；小腿肌肉束阻尼器5的上端与股骨杆10铰连接，下端与足骨杆13铰连接；还包括小腿肌腱弹簧4和大腿肌腱弹簧8；所述小腿肌腱弹簧4与小腿肌肉束阻尼器5并联；所述大腿肌腱弹簧8与大腿肌肉束阻尼器9并联。

小腿肌腱弹簧4与小腿肌肉束阻尼器5并联时，小腿肌腱弹簧4套在小腿肌肉束阻尼器5外侧，小腿肌腱弹簧4上端与股骨杆10相连接，下端连接在小腿肌肉束阻尼器5上；大腿肌腱弹簧8与大腿肌肉束阻尼器9并联时，大腿肌腱弹簧8套在大腿肌肉束阻尼器9外侧，大腿肌腱弹簧8上端与车身1相连接，下端连接在大腿肌肉束阻尼器9上。

进一步地，当汽车通过不同路况时，路面对车轮15产生相应的冲击载荷，由于所述悬架与车轮15通过主销14进行连接，所以冲击载荷通过车轮15经由主销14传至悬架上，并最终传至车身1，引起振动。

进一步地，当汽车经过坑洼路面时，面对产生的冲击载荷，本发明悬架通过控制大腿气动人工肌肉7和小腿气动人工肌肉3带动大腿肌腱弹簧8、小腿肌腱弹簧4和大腿肌肉束阻尼器9、小腿肌肉束阻尼器5，对股骨杆10、胫腓骨杆12以及足骨杆13组成的杆系随之进行运动调节，使车辆在通过不同路面时拥有最佳协调的运动姿态。

进一步地，面对传递而来的冲击载荷，通过控制小腿气动人工肌肉3带动小腿肌腱弹簧4、小腿肌肉约束阻尼器5对足骨杆13与胫腓骨杆12之间的角度进行调节，通过调节角度产生的杆系位移变化先缓冲掉部分瞬时冲击载荷，并且通过小腿肌腱弹簧4、小腿肌肉约束阻尼器5对冲击载荷所带来的能量进行存放与耗散。

进一步地，当传递而来的冲击载荷较大，不能通过调节小腿部分达到缓冲目的时，再通过控制大腿气动人工肌肉7带动大腿肌腱弹簧8、大腿肌肉约束阻尼器9对进行股骨杆10与车身1之间的角度进行调节，通过调节角度产生的位移变化缓冲掉剩余部分冲击载荷，并且通过大腿肌腱弹簧8、大腿肌肉约束阻尼器9对冲击载荷的能量进行存放与耗散。

进一步地，通过大腿气动人工肌肉7、小腿气动人工肌肉3控制相应的大腿肌腱弹簧8、小腿肌腱弹簧4、大腿肌肉束阻尼器9、小腿肌肉束阻尼器5对悬架杆系进行调节，在面对路面冲击载荷时，悬架起到调节缓冲作用，调节了车身1与轮胎15之间的的高度，达到了减振的目的。