本发明专利技术公开了一种高机动运载平台仿生自适应减振系统及控制方法，包括车架(1)，仿股骨内收肌油气缸(4)上端、仿胫骨连杆(5)下端和仿跖骨连杆(14)上端铰装在车架(1)上，仿股骨内收肌油气缸(4)下端、仿胫骨连杆(5)上端和仿跟腱油气缸(8)上端三者铰接于第一活动铰点(6)，仿跟腱油气缸(8)下端铰装在仿胫骨连杆(5)上的第二活动铰点(13)，控制单元通过传感器获取车架的振动幅度，根据振动幅度调节油气缸的刚度与阻尼。该系统将仿生学与工程实际应用有益结合起来，准确建立仿生高效自适应协同减振系统，在高速度、重载荷、强冲击条件下提高高机动运载平台的越野性、舒适性，延长其使用寿命的需求。需求。需求。
【技术实现步骤摘要】
一种高机动运载平台仿生自适应减振系统及调节方法
[0001]本专利技术涉及一种用在高机动运载平台悬架系统上的仿生减振结构。
技术介绍
[0002]我国极端天气趋强趋重趋频，公共安全与灾害事件频发。高机动运载平台行驶中产生的振动严重影响其在高速度、重载荷、强冲击等多因变力学环境下的越野性、乘坐舒适性以及整机使用寿命，减振系统是衰减振动的关键组成部分，它弹性地连接车架和车轮，缓冲和传递路面激励产生的振动与冲击，确保车辆的乘坐舒适性和操纵稳定性。
[0003]自然界的生物通过近40亿年进化和自然选择的博弈，总能找到适应、克服危机并解决众多问题的办法，进化出许多精巧灵敏的生物结构及优异抗冲击特性、能量吸收能力以及可再次使用特征，来维持其在严厉生存环境下的高效稳定运动，比如奔跑、跳跃和飞行等。这些为设计和制造具有优异力学性能的先进结构提供了丰富的仿生灵感。
[0004]犀牛是重达3吨、仅次于大象的第二重陆栖动物群，其在骨骼系统的支撑下，依靠肌腱单元驱动沉重的身体前进。犀牛的运动速度可达45km/h，这么庞大的体重在快速奔跑时会表现出良好的适应能力，这得益于犀牛的后肢站立时所有骨骼绕关节仍然明显弯曲，保证其有能力实现全速奔跑；脚的占空比是它在地面上的步幅持续时间的分数，低占空比意味着较大的力，而犀牛的最低占空比是0.39这使得犀牛可以实现在垂直方向上产生较高的地面反作用力，进而四肢悬空时间越长，奔跑速度越快；体重和骨骼尺寸较大的犀牛在肌肉适应方面已进化出在支撑和移动重达数吨的身躯，如犀牛后肢肌肉生理横截面积 (PCSA)为1120cm2，保障在不影响他们疾驰和达到一定速度能力的情况下，维护身体不受损伤的优异特性。后肢的骨骼结构和强有力的快速推进肌肉，满足巨大身体质量的快速运动需求，这体现出对大体重和高速度的优异适应性。
[0005]袋鼠多生活在澳大利亚草原和沙漠等恶劣环境中，应急速度达65km/h，身体各部位常遭受复杂环境的碰撞和冲击载荷。然而长期的自然选择使其进化出了高效的抗冲击策略和自适应能量缓冲机制。这些优异性能得益于袋鼠在整个跳跃过程中，会自动协调自身各部位的运动，保持身体的总质心相对于躯体质心在垂直方向上的变化不明显，从而维持跳跃时较高的身体稳定性；袋鼠所具备的优异尺寸与质量分布比，其大腿、小腿、脚掌的尺寸比例关系约为1：2： 1.35，其柔性长脚像曲梁一样具有弹性，能将身体重力和跳跃时的地面冲击力有效分散；后肢中肌肉、肌腱和韧带具有优异的能量吸收特性，肌腱吸收的势能是其肌肉的10倍，可承受高频率和数倍自身重力的冲击力。这种独特的结构组合方式对其跳跃运动的效率和能量转换起着重要作用，使得袋鼠体内的生物能与氧气消耗不会随冲击力的增大而增加，同时也有效保护了其身体结构和内部器官不受损伤。
[0006]因此，本专利技术面向地震、水域和极地冰雪等极端灾害地形条件下极强的越野通过性能、延长其使用寿命和全路面适应能力需求，从仿生学原理和生物力学机理入手，探究自然界犀牛、袋鼠的身体结构及运动特征与全地形应急救援车速度快、承载重、冲击强等应用性能之间的内在联系，并基于神经网络控制具有强鲁棒性和容错性；采取并行处理方法，计
算快速；具备自学习、自组织、自适应性；可以充分逼近任意复杂的非线性关系等优越特性，设计一套基于神经网络控制且性能优异的仿生自适应减振系统。
[0007]悬架动行程越大，可实现的舒适性越高，本专利技术在设计仿生减振系统时，主要考虑的是解决载质量和悬架振动之间内在的矛盾，即提高乘坐舒适性和避免悬架超越极限行程。
技术实现思路
[0008]本专利技术所要解决的技术问题：针对高机动运载平台在行驶过程中因路面不平产生强烈振动的问题，提供了一种仿生减振结构，并且为这种减振结构提供了一种自动调节方法。
[0009]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0010]一种高机动运载平台仿生自适应减振系统，包括车架1，仿股骨内收肌油气缸4上端、仿胫骨连杆5下端和仿跖骨连杆14上端铰装在车架1上，仿股骨内收肌油气缸4下端、仿胫骨连杆5上端和仿跟腱油气缸8上端三者铰接于第一活动铰点6，仿跟腱油气缸8下端铰装在仿胫骨连杆5上的第二活动铰点 13。
[0011]仿股骨内收肌油气缸4上端在车架1上的铰点是第一固定铰点2，第一固定铰点2高于第一活动铰点6，第一活动铰点6高于仿胫骨连杆5下端铰点，仿胫骨连杆5下端铰点与仿跖骨连杆14上端铰点重合或高于仿跖骨连杆14上端铰点。
[0012]仿胫骨连杆5上端有第一环式限位槽7，第一环式限位槽7与车架1上固定的销钉配合，限制仿胫骨连杆5摆动的幅度；仿跖骨连杆14上端有第二环式限位槽11，第二环式限位槽11与车架1上固定的销钉配合，限制仿跖骨连杆14摆动的幅度。
[0013]仿跖骨连杆14是弯折结构，第二活动铰点13位于拐点处，仿跖骨连杆14 下端有第三活动铰点15并铰装负重轮16。
[0014]仿股骨内收肌油气缸4和仿跟腱油气缸8上安装有控制单元3和控制单元 9，通过控制单元调节油气缸的刚度与阻尼。
[0015]控制单元通过传感器获取车架的振动幅度，根据振动幅度调节油气缸的刚度与阻尼。
[0016]通过传感器检测车架垂向位移和车轮垂向位移，两者的差值作为车架的振动幅度，振动幅度越大，油气缸的刚度与阻尼越大。
[0017]检测车架垂向加速度和车轮垂向位移，两者的差值作为调节油气缸阻尼的依据。
[0018]通过神经网络算法计算不同振动幅度下控制单元对油气缸刚度与阻尼的调节量。
[0019]控制器中存储有不同地形条件下车架振动幅度对应的调节量，根据当前地形和车架振动幅度调节油气缸中阻尼孔的开度。
[0020]本专利技术的有益效果：
[0021](1)依托仿生学原理，研究犀牛及袋鼠的后肢结构参数和运动特征，设计近似比例的仿股骨内收肌油气缸、仿胫骨连杆、仿跖骨连杆及仿跟腱油气缸结构布局，减振结构搭载智能自适应控制系统协同工作，控制中心通过控制仿股骨内收肌油气缸、仿跟腱油气缸的非线性滤波电子控制单元，对其刚度及阻尼进行调节，进而自适应调节悬架的软硬，使高机动运载平台在高速度、重载荷、强冲击条件下自适应调节车身姿态，拥有更优良、更高效的
运动形式，进而实现高机动运载平台优异的减振性能。
[0022](2)仿胫骨连杆、仿跖骨连杆结合环式限位槽结构，规避了传统沉重的大规格限位块，既能规划运动路径，又能限制运动范围，且工作稳定，方便生产加工，有效降低成本。
[0023](3)具备神经网络控制所具有的强鲁棒性和容错性；采取并行处理方法，计算迅速；具备自学习、自组织、自适应性；可以充分逼近任意复杂的非线性关系等优越特性。
[0024]综上，本专利技术公布一种高机动运载平台用仿生自适应减振系统，本专利技术结合仿生学原理，在研究犀牛及袋鼠的后肢结构参数和运动特征表现出高效的抗冲击策略和自适应能量缓冲机制的基础上，确定具有非线性特性的仿生减振结构并配备基于自适应神经网络的非线性滤波电子控制单元，本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种高机动运载平台仿生自适应减振系统，包括车架(1)，其特征在于：仿股骨内收肌油气缸(4)上端、仿胫骨连杆(5)下端和仿跖骨连杆(14)上端铰装在车架(1)上，仿股骨内收肌油气缸(4)下端、仿胫骨连杆(5)上端和仿跟腱油气缸(8)上端三者铰接于第一活动铰点(6)，仿跟腱油气缸(8)下端铰装在仿胫骨连杆(5)上的第二活动铰点(13)。2.根据权利要求1所述高机动运载平台仿生自适应减振系统，其特征在于：仿股骨内收肌油气缸(4)上端在车架(1)上的铰点是第一固定铰点(2)，第一固定铰点(2)高于第一活动铰点(6)，第一活动铰点(6)高于仿胫骨连杆(5)下端铰点，仿胫骨连杆(5)下端铰点与仿跖骨连杆(14)上端铰点重合或高于仿跖骨连杆(14)上端铰点。3.根据权利要求2所述高机动运载平台仿生自适应减振系统，其特征在于：仿胫骨连杆(5)上端有第一环式限位槽(7)，第一环式限位槽(7)与车架(1)上固定的销钉配合，限制仿胫骨连杆(5)摆动的幅度；仿跖骨连杆(14)上端有第二环式限位槽(11)，第二环式限位槽(11)与车架(1)上固定的销钉配合，限制仿跖骨连杆(14)摆动的幅度。4.根据权利要求2所述高机动运载平台仿生自适应减振系统，其特征在于：仿跖骨连杆(14)是弯折结构，第二活动铰点(...
【专利技术属性】
技术研发人员：李占龙，万世永，莫香亮，郝鹏祥，张正，
申请(专利权)人：贵州詹阳动力重工有限公司，
类型：发明
国别省市：
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