負(fù)剛度液壓系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可變剛度結(jié)構(gòu)，所述可變剛度結(jié)構(gòu)被構(gòu)造為支撐可變負(fù)荷，該可變剛度結(jié)構(gòu)包括連接到可變負(fù)荷的正剛度元件、負(fù)剛度元件和液壓系統(tǒng)，所述液壓系統(tǒng)連接到正剛度元件和負(fù)剛度元件并且被構(gòu)造為在可變剛度結(jié)構(gòu)支撐可變負(fù)荷時(shí)響應(yīng)于可變負(fù)荷中的變化調(diào)節(jié)正剛度元件和負(fù)剛度元件的相對(duì)位置。
【專利說明】
負(fù)剛度液壓系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]以下說明整體涉及非線性結(jié)構(gòu)的剛度，更具體地，涉及負(fù)剛度液壓系統(tǒng)?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]負(fù)剛度可以由非線性行為產(chǎn)生。例如，簡單并廣泛使用的可以產(chǎn)生負(fù)剛度的非線性結(jié)構(gòu)包括突彈跳變梁、屈曲梁、過度旋轉(zhuǎn)以及部件之間的滾動(dòng)或滑動(dòng)接觸。同時(shí)表現(xiàn)出正剛度和負(fù)剛度的非線性結(jié)構(gòu)在多種機(jī)械設(shè)計(jì)應(yīng)用中有潛在用處。舉例來說，負(fù)剛度元件(例如，可以顯示非線性表現(xiàn)的屈曲型梁)可以與正剛度元件結(jié)合，例如支撐彈簧，以在位移范圍內(nèi)提供具有零或準(zhǔn)零剛度(QZS)的結(jié)構(gòu)。因?yàn)橥ㄟ^很低剛度的系統(tǒng)的振動(dòng)傳遞最小，所以該結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)零剛度可以用于(使用于)從不需要的振動(dòng)隔離另一個(gè)對(duì)象或塊(例如，結(jié)構(gòu)、裝置、封裝和/或儀器)。然而，這些相關(guān)技術(shù)的隔離結(jié)構(gòu)在它們的隔離模式中往往不穩(wěn)定，并且由于它們的阻尼和隔振能力而不易使用，這是因?yàn)橹圃旒夹g(shù)和方法通常不夠精確到足以生產(chǎn)不需要頻繁調(diào)整的QZS結(jié)構(gòu)。此外，傳統(tǒng)的QZS結(jié)構(gòu)在存在系統(tǒng)中可能包括大的位移的大靜態(tài)負(fù)荷變化(例如，大的靜力變化)時(shí)不能夠維持低至零剛度。一種方法是使用電動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)與主支撐彈簧平行的較軟的第二正彈簧。然而，這種方法具有僅能夠調(diào)節(jié)力的較小變化的限制。另一個(gè)方法使用(應(yīng)用)被動(dòng)負(fù)剛度系統(tǒng)，其中大的動(dòng)作會(huì)導(dǎo)致負(fù)剛度元件脫開并相對(duì)于正元件滑動(dòng)。然而，該系統(tǒng)具有滑動(dòng)后不能重設(shè)它的最小剛度的缺陷，這限制了它隔離不需要的振動(dòng)的能力。
[0003]因此，需要一種用于重新定中心的負(fù)剛度而不完全脫離負(fù)剛度元件的低成本、穩(wěn)固的技術(shù)方案。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的實(shí)施例的多個(gè)方面涉及一種支撐大的靜力的同時(shí)能夠隔離振動(dòng)的系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明的實(shí)施例的多個(gè)方面涉及能夠隔離低振幅振動(dòng)并同時(shí)承受靜力中的大的變化的多種液壓隔離系統(tǒng)。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，該液壓隔離系統(tǒng)將可控的負(fù)剛度元件與液壓系統(tǒng)(該液壓系統(tǒng)提供負(fù)剛度元件與一些外部正剛度系統(tǒng)之間的連接性的連續(xù)可變的調(diào)節(jié))相結(jié)合，以通過負(fù)剛度元件處理靜力中的變化。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，當(dāng)該系統(tǒng)響應(yīng)于靜力中的變化進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，被動(dòng)的負(fù)剛度元件中的壓縮被保持。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，提供了一種被構(gòu)造為支撐可變負(fù)荷的可變剛度結(jié)構(gòu)， 該可變剛度結(jié)構(gòu)包括:連接到可變負(fù)荷的正剛度元件；負(fù)剛度元件;和液壓系統(tǒng)，所述液壓系統(tǒng)連接到正剛度元件和負(fù)剛度元件，并被構(gòu)造為當(dāng)該可變剛度結(jié)構(gòu)支撐可變負(fù)荷時(shí)響應(yīng)于可變負(fù)荷中的變化調(diào)節(jié)正剛度元件與負(fù)剛度元件的相對(duì)位置。
[0007]在一個(gè)實(shí)施例中，正剛度元件被構(gòu)造為將可變負(fù)荷連接到外部主體，并且負(fù)剛度元件被構(gòu)造為將可變負(fù)荷的振動(dòng)與外部主體隔離。
[0008]在一個(gè)實(shí)施例中，可變負(fù)荷中的變化產(chǎn)生可變負(fù)荷和外部主體的相對(duì)位置的位移，超過位移的可操作范圍，在所述可操作范圍內(nèi)，負(fù)剛度元件向變剛度結(jié)構(gòu)的總剛度常數(shù)提供負(fù)剛度常數(shù)，并且響應(yīng)于可變負(fù)荷中的變化，液壓系統(tǒng)被構(gòu)造為通過施加流體壓力以調(diào)節(jié)正剛度元件與負(fù)剛度元件的相對(duì)位置將可變剛度結(jié)構(gòu)返回到位移的可操作范圍。
[0009]在一個(gè)實(shí)施例中，可變剛度結(jié)構(gòu)被構(gòu)造為在響應(yīng)于可變負(fù)荷中的變化調(diào)節(jié)正剛度元件與負(fù)剛度元件的相對(duì)位置時(shí)保持基本恒定的剛度。
[0010]在一個(gè)實(shí)施例中，基本恒定的剛度為約零剛度。[〇〇11]在一個(gè)實(shí)施例中，正剛度元件被構(gòu)造為向可變剛度結(jié)構(gòu)的總剛度常數(shù)提供正剛度常數(shù)。
[0012]在一個(gè)實(shí)施例中，液壓系統(tǒng)包括致動(dòng)器，并且被構(gòu)造為在調(diào)節(jié)正剛度元件與負(fù)剛度元件的相對(duì)位置之前脫離負(fù)剛度元件以及在調(diào)節(jié)正剛度元件與負(fù)剛度元件的相對(duì)位置之后重新接合負(fù)剛度元件。
[0013]在一個(gè)實(shí)施例中，液壓系統(tǒng)包括:連接到負(fù)剛度元件的液壓室;蓄壓器;和閥系統(tǒng)， 所述閥系統(tǒng)被構(gòu)造為使流體在液壓室與蓄壓器之間移動(dòng)，其中響應(yīng)于可變負(fù)荷中的變化， 液壓室被構(gòu)造為在負(fù)剛度元件上施加流體壓力以調(diào)節(jié)負(fù)剛度元件相對(duì)于正剛度元件的位置。
[0014]在一個(gè)實(shí)施例中，閥系統(tǒng)被構(gòu)造為根據(jù)可變負(fù)荷中的變化升高或降低液壓室內(nèi)的流體壓力。
[0015]在一個(gè)實(shí)施例中，閥系統(tǒng)包括在相反方向上布置并且被構(gòu)造為當(dāng)液壓室或蓄壓器中的流體壓力超過釋放壓力時(shí)允許液壓室與蓄壓器之間的流體流動(dòng)的兩個(gè)或更多個(gè)壓力釋放閥。
[0016]在一個(gè)實(shí)施例中，兩個(gè)或更多個(gè)壓力釋放閥包括被動(dòng)閥。
[0017]在一個(gè)實(shí)施例中，閥系統(tǒng)包括被動(dòng)閥和主動(dòng)閥中的一個(gè)或多個(gè)。
[0018]在一個(gè)實(shí)施例中，液壓系統(tǒng)包括:第一液壓室，所述第一液壓室連接在正剛度元件與可變負(fù)荷之間；第二液壓室，所述第二液壓室連接在負(fù)剛度元件和主體之間；和閥系統(tǒng)， 所述閥系統(tǒng)被構(gòu)造為響應(yīng)于可變負(fù)荷中的變化使流體在第一液壓室和第二液壓室之間移動(dòng)，以調(diào)節(jié)負(fù)剛度元件相對(duì)于正剛度元件的位置。
[0019]在一個(gè)實(shí)施例中，閥系統(tǒng)被構(gòu)造為通過降低第一液壓室和第二液壓室之間的流體壓力偏差調(diào)節(jié)負(fù)剛度元件相對(duì)于正剛度元件的位置。
[0020]在一個(gè)實(shí)施例中，閥系統(tǒng)包括被動(dòng)閥和主動(dòng)閥中的一個(gè)或多個(gè)。
[0021]在一個(gè)實(shí)施例中，可變剛度結(jié)構(gòu)還包括連接到第一液壓室和第二液壓室中的一個(gè)的傳感器，其中，該傳感器被構(gòu)造為感測(cè)第一液壓室和第二液壓室中的一個(gè)內(nèi)的流體壓力， 并且其中閥系統(tǒng)還被構(gòu)造為根據(jù)所感測(cè)的流體壓力控制負(fù)剛度元件的剛度。[〇〇22]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，正剛度元件包括第一橡膠盤和第二橡膠盤，并且通過內(nèi)支柱連接到可變負(fù)荷。
[0023]在一個(gè)實(shí)施例中，負(fù)剛度元件包括一對(duì)帶扣的盤，所述盤具有連接到主體的第一端部和被構(gòu)造為沿內(nèi)支柱的長度滑動(dòng)的第二端部。
[0024]在一個(gè)實(shí)施例中，NS元件的剛度由連接到負(fù)剛度元件的第一端部或第二端部的致動(dòng)器控制。
[0025]在一個(gè)實(shí)施例中，液壓系統(tǒng)包括:第一液壓室，所述第一液壓室位于第一橡膠盤和負(fù)剛度元件之間；第二液壓室，所述第二液壓室位于第一橡膠盤和負(fù)剛度元件之間；和閥系統(tǒng)，所述閥系統(tǒng)被構(gòu)造為響應(yīng)于可變負(fù)荷中的變化使流體在第一液壓室和第二液壓室之間移動(dòng)，以調(diào)節(jié)負(fù)剛度元件相對(duì)于內(nèi)支柱的位置。
[0026]在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)閥系統(tǒng)調(diào)節(jié)負(fù)剛度元件相對(duì)于內(nèi)支柱的位置時(shí)，負(fù)剛度元件的剛度保持基本恒定。
[0027]在一個(gè)實(shí)施例中，液壓系統(tǒng)包括:第一液壓室，所述第一液壓室連接在負(fù)剛度元件與可變負(fù)荷之間；第二液壓室，所述第二液壓室連接在負(fù)剛度元件與主體之間；第一蓄壓器;和閥系統(tǒng)，所述閥系統(tǒng)被構(gòu)造為使流體在第一蓄壓器與第一液壓室和第二液壓室之間移動(dòng)，其中第一液壓室和第二液壓室中的每一個(gè)被構(gòu)造為響應(yīng)于可變負(fù)荷中的變化在負(fù)剛度元件上施加流體壓力，以調(diào)節(jié)負(fù)剛度元件相對(duì)于正剛度元件的位置。
[0028]在一個(gè)實(shí)施例中，閥系統(tǒng)被構(gòu)造為根據(jù)可變負(fù)荷中的變化升高或降低第一液壓室和第二液壓室內(nèi)的流體壓力。
[0029]在一個(gè)實(shí)施例中，閥系統(tǒng)被構(gòu)造為根據(jù)可變負(fù)荷中的變化平衡第一液壓室和第二液壓室之間的流體壓力。
[0030]在一個(gè)實(shí)施例中，可變剛度結(jié)構(gòu)還包括連接到第一液壓室和第二液壓室中的一個(gè)的傳感器，其中，傳感器被構(gòu)造為感測(cè)第一液壓室和第二液壓室中的一個(gè)內(nèi)的流體壓力，并且其中閥系統(tǒng)還被構(gòu)造為根據(jù)感測(cè)的流體壓力控制負(fù)剛度元件的剛度。[0031 ]在一個(gè)實(shí)施例中，液壓系統(tǒng)還包括第一致動(dòng)器，所述第一致動(dòng)器被構(gòu)造為將流體從第一液壓室和第二液壓室中的一個(gè)推動(dòng)到第一液壓室和第二液壓室中的另一個(gè)。
[0032]在一個(gè)實(shí)施例中，液壓系統(tǒng)還包括被構(gòu)造為升高或降低第一蓄壓器中的流體壓力的第二致動(dòng)器。
[0033]在一個(gè)實(shí)施例中，液壓系統(tǒng)還包括:第二蓄壓器，其中閥系統(tǒng)還被構(gòu)造為使流體在第二蓄壓器與第一液壓室和第二液壓室之間移動(dòng)。
[0034]根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，提供了一種隔離系統(tǒng)，包括:主體;可變負(fù)荷;和連接到主體和可變負(fù)荷的可變剛度結(jié)構(gòu)，該可變剛度結(jié)構(gòu)被構(gòu)造為在存在可變負(fù)荷中的變化時(shí)將可變負(fù)荷的振動(dòng)與主體隔離，該可變剛度結(jié)構(gòu)包括:連接到可變負(fù)荷的正剛度元件;負(fù)剛度元件;和液壓系統(tǒng)，所述液壓系統(tǒng)連接到正剛度元件和負(fù)剛度元件，并且被構(gòu)造為當(dāng)該可變剛度結(jié)構(gòu)支撐可變負(fù)荷時(shí)響應(yīng)于可變負(fù)荷中的變化調(diào)節(jié)負(fù)剛度元件與正剛度元件的相對(duì)位置。
[0035]在一個(gè)實(shí)施例中，液壓系統(tǒng)包括:連接到負(fù)剛度元件的液壓室;蓄壓器;和閥系統(tǒng)， 所述閥系統(tǒng)被構(gòu)造為使流體在液壓室與蓄壓器之間移動(dòng)，其中液壓室被構(gòu)造為響應(yīng)于可變負(fù)荷中的變化在負(fù)剛度元件上施加流體壓力，以調(diào)節(jié)負(fù)剛度元件相對(duì)于正剛度元件的位置。
[0036]在一個(gè)實(shí)施例中，隔離系統(tǒng)包括:第一液壓室，所述第一液壓室連接在負(fù)剛度元件與可變負(fù)荷之間；第二液壓室，所述第二液壓室連接在負(fù)剛度元件與主體之間；閥系統(tǒng)，所述閥系統(tǒng)被構(gòu)造為響應(yīng)于可變負(fù)荷中的變化使流體在第一液壓室與第二液壓室之間移動(dòng)， 以調(diào)節(jié)負(fù)剛度元件相對(duì)于正剛度元件的位置。
[0037]因此，本發(fā)明的實(shí)施例能夠在中振動(dòng)頻率到高振動(dòng)頻率保持低剛度(S卩，高隔離) 同時(shí)允許大負(fù)荷通過該隔離系統(tǒng)。
[0038]提供本
【發(fā)明內(nèi)容】
是為了介紹在具體說明中進(jìn)一步說明的方案的一些選擇。本
【發(fā)明內(nèi)容】
并不旨在識(shí)別所要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵或基本特征，也不旨在用于限制所要求保護(hù)的主題的范圍?！靖綀D說明】
[0039]本發(fā)明實(shí)施例的上述及其它特征和優(yōu)點(diǎn)通過參考以下結(jié)合附圖的詳細(xì)說明將更加清晰。在附圖中，相同的附圖標(biāo)記在整個(gè)附圖中用以表示相同的特征和部件。附圖不一定按照比例繪制。
[0040]圖1A示出了負(fù)剛度元件的力-位移關(guān)系100a;[〇〇41]圖1B示出了包括負(fù)剛度元件和正剛度元件的通用準(zhǔn)零剛度(QZS)彈簧系統(tǒng)的力-位移關(guān)系l〇〇b;[〇〇42]圖2為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的液壓隔離系統(tǒng)的功能表示；[〇〇43]圖3A和3B示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的在自適應(yīng)準(zhǔn)零剛度(QZS)系統(tǒng)中重新調(diào)節(jié)負(fù)剛度元件的連接性以在當(dāng)前靜力下保持低剛度范圍的概念；
[0044]圖4A為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施例的使用單面、被動(dòng)、低壓的液壓系統(tǒng)的液壓隔離系統(tǒng)的功能表示；
[0045]圖4B為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施例的使用單面、主動(dòng)、低壓的液壓系統(tǒng)的液壓隔離系統(tǒng)的功能表示；
[0046]圖4C為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施例的使用單面的混合低壓液壓系統(tǒng)的液壓隔離系統(tǒng)的功能表示，所述液壓隔離系統(tǒng)同時(shí)具有主動(dòng)閥和被動(dòng)閥；
[0047]圖5為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施例的使用雙面、混合、高壓的液壓系統(tǒng)的液壓隔尚系統(tǒng)的不意圖；
[0048]圖6為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施例的使用雙面的液壓系統(tǒng)的液壓隔離系統(tǒng)中的安裝架的示意圖；以及
[0049]圖7為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施例的用于調(diào)節(jié)負(fù)剛度元件的連接性而不改變負(fù)剛度值的雙面液壓隔離系統(tǒng)的示意圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0050]在很多機(jī)械結(jié)構(gòu)中，例如在運(yùn)輸系統(tǒng)中使用的結(jié)構(gòu)，理想的是受到寬范圍的靜力 (例如，G-負(fù)荷)時(shí)隔離寬帶振動(dòng)。本發(fā)明涉及一種能夠在支持大的靜力的同時(shí)仍然隔離振動(dòng)的主要被動(dòng)系統(tǒng)(例如，可變剛度結(jié)構(gòu))的多個(gè)實(shí)施例。
[0051]本發(fā)明的可變剛度結(jié)構(gòu)可以結(jié)合到任何系統(tǒng)或裝置中，其中期望通過該結(jié)構(gòu)或裝置防止或至少降低振動(dòng)傳遞，例如，舉例來說陀螺儀(其中，陀螺儀的準(zhǔn)確度與振動(dòng)隔離的水平成比例)、客車(例如，引擎與車輛底盤之間或車輪與道路之間的振動(dòng)隔離)、航行器(例如，直升機(jī)槳葉與直升機(jī)輪轂之間的振動(dòng)隔離)、照相機(jī)(其中，振動(dòng)降低可以提高圖像質(zhì)量)、雷達(dá)和其它靈敏的測(cè)量設(shè)備、精密瞄準(zhǔn)設(shè)備(例如，智能彈藥瞄準(zhǔn)系統(tǒng))、靈敏的醫(yī)療設(shè)備、衛(wèi)星和/或類似設(shè)備。傳遞率是振動(dòng)隔離質(zhì)量的量度，它被定義為被隔離的系統(tǒng)或裝置的響應(yīng)幅度與輸入到該系統(tǒng)或裝置的激振振幅的比率(即，激振振幅是本發(fā)明的可變剛度結(jié)構(gòu)被構(gòu)造成防止或至少降低傳送到振動(dòng)敏感結(jié)構(gòu)的力或位移)。
[0052]在常規(guī)的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)中，往往很難解決靜力中的大幅變化(例如，負(fù)荷中的“DC偏移”)。負(fù)荷中的“DC偏移”指任何負(fù)荷變化，其中該變化的頻率分量小于總體系統(tǒng)的固有頻率的1/5。本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種能夠隔離低幅度振動(dòng)且同時(shí)允許靜力中的大幅變化的具有準(zhǔn)零剛度(QZS)剛度的液壓隔離器。[〇〇53] 在一些實(shí)施例中，當(dāng)通過使用幾乎無源的網(wǎng)絡(luò)來允許DC負(fù)荷通過網(wǎng)絡(luò)時(shí)，低剛度 (例如，高隔離)被保持在中到高頻率以降低(例如，最小化)系統(tǒng)使用的功率。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，液壓隔離系統(tǒng)將可控負(fù)剛度元件與液壓系統(tǒng)相結(jié)合，提供了負(fù)剛度元件和一些外部正剛度系統(tǒng)之間的連接性的連續(xù)變化調(diào)節(jié)，以通過該負(fù)剛度元件解決靜力中的變化。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，當(dāng)響應(yīng)靜力中的變化調(diào)節(jié)該系統(tǒng)時(shí)，維持無源負(fù)剛度元件中的壓縮。因此，本發(fā)明的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了具有高靜態(tài)(例如，“DC”)剛度和減少(例如，最小)的施加功率的寬帶寬隔咼。[〇〇54]圖1A示出了負(fù)剛度元件的力-位移關(guān)系100a。圖1B示出了包括負(fù)剛度元件和正剛度元件的通用準(zhǔn)零剛度(QZS)彈簧系統(tǒng)的力-位移關(guān)系100b。
[0055]負(fù)剛度結(jié)構(gòu)是處于一些不穩(wěn)定狀態(tài)的結(jié)構(gòu)，例如處在屈曲或皺縮狀態(tài)。一些實(shí)例為屈曲梁或過中心的肘節(jié)機(jī)構(gòu)。在臨界位移之外，該結(jié)構(gòu)的剛度是正的，但是在臨界范圍內(nèi)，剛度是負(fù)的(在圖1A中用Kn表示)。負(fù)剛度可以采取任意形狀，但是通常位于與位移成三次曲線(例如，虛線曲線102)關(guān)系與線性(例如，實(shí)線曲線104)關(guān)系之間，如圖1A所示。當(dāng)負(fù)剛度結(jié)構(gòu)與正剛度結(jié)構(gòu)平行地結(jié)合(例如，具有曲線112表示的線性力-位移關(guān)系的彈簧) 時(shí)，該系統(tǒng)可以穩(wěn)定到非線性準(zhǔn)零剛度(QZS)系統(tǒng)，表現(xiàn)為有限的力范圍114內(nèi)的低剛度以及該范圍以外的高剛度，如圖1B中的曲線110所示。這種無源系統(tǒng)在平均力保持在“低剛度” 范圍內(nèi)且振幅與頻率之間的關(guān)系固定的應(yīng)用中是有用的。實(shí)例可以包括在地面或固定表面上運(yùn)行的機(jī)器或設(shè)備。
[0056]對(duì)于具有改變的振動(dòng)頻譜或額外的環(huán)境負(fù)荷和加速度的系統(tǒng)，可以控制(例如，調(diào)節(jié))自適應(yīng)負(fù)剛度部件以假定正剛度彈簧(例如，曲線112)與近零剛度(例如，靠近曲線110 的中心部分)之間的任意剛度。盡管這種假定在靜力小并且持續(xù)時(shí)間有限的情況中是有用的，但當(dāng)該低頻率或準(zhǔn)靜力大并且持續(xù)更長時(shí)，該負(fù)荷可能會(huì)遠(yuǎn)離力位移曲線110的低剛度部分作用，從而通過網(wǎng)狀系統(tǒng)傳遞更多振動(dòng)。[〇〇57]圖2為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施例的液壓隔離系統(tǒng)(例如，液壓QZS系統(tǒng)或液壓耦合的負(fù)剛度系統(tǒng))200的功能表示。該隔離系統(tǒng)200包括質(zhì)量塊(mass)(例如，可變負(fù)荷) 201、結(jié)構(gòu)(例如，主體)212和安裝架205,安裝件205用于從結(jié)構(gòu)212的運(yùn)動(dòng)(可以是例如攝像機(jī)安裝架中的情況)中保護(hù)(例如，隔離)質(zhì)量塊201、從振動(dòng)塊201中保護(hù)(例如，隔離)結(jié)構(gòu) 212或者在某些情況中同時(shí)保護(hù)兩者(例如，發(fā)動(dòng)機(jī)架中)。安裝架205可以部分地表示為阻尼元件207和正剛度元件(例如，正剛度彈簧或靜態(tài)剛度元件)208。阻尼元件207和正剛度 (PS)元件208分別呈現(xiàn)安裝架205的消耗和承載特性，并且可以例如是黏性阻尼器和螺旋彈簧或者固態(tài)的橡膠件。圖2中示出的阻尼元件207和正剛度元件208為簡單的單自由度網(wǎng)狀系統(tǒng)，該網(wǎng)狀系統(tǒng)可以是平移的或扭轉(zhuǎn)的。然而，本發(fā)明的實(shí)施例并不限于此，所示的彈簧和阻尼器組合可以用更復(fù)雜的正剛度系統(tǒng)代替。[〇〇58]在一個(gè)實(shí)施例中，安裝架205還包括負(fù)剛度元件(例如，可變負(fù)剛度)206和液壓系統(tǒng)(例如，液壓離合機(jī)構(gòu))220。沒有液壓系統(tǒng)220,則如果施加在安裝架205中的靜力保持基本恒定(例如，處于圖1B的低剛度范圍114內(nèi))，負(fù)剛度(NS)元件206使隔離系統(tǒng)200表現(xiàn)出零與PS元件208的剛度之間的任意剛度。然而，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在有大的靜力偏移情況中(例如，可能導(dǎo)致隔離系統(tǒng)200從圖1B的低剛度范圍114落下的偏移)，液壓系統(tǒng)220向隔離系統(tǒng)200提供低能量機(jī)構(gòu)以調(diào)節(jié)NS元件206的(力或位移中的)范圍，從而補(bǔ)償靜力偏移。在圖2中，NS元件206示意性地被顯示為在每一個(gè)端部處被固定的單個(gè)梁。然而，NS元件206不限于此，而是可以包括任意復(fù)雜的負(fù)元件，例如貝氏墊圈(Belleville washer)、屈曲梁或柱、高次模(2,3)屈曲梁、屈曲盤、多連桿機(jī)構(gòu)和/或類似元件。液壓系統(tǒng)220可以是單面的， 即僅連接在NS元件206的一端與質(zhì)量塊201和結(jié)構(gòu)212中的相應(yīng)的一個(gè)之間，或者液壓系統(tǒng) 220可以是雙面的，即連接到NS元件206的兩端，從而將所述NS元件在兩端與質(zhì)量塊201和結(jié)構(gòu)212分離(例如，由圖2中的液壓系統(tǒng)220的虛線端所示出)。[〇〇59]圖3A和3B示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的在自適應(yīng)準(zhǔn)零剛度(QZS)系統(tǒng)中重新調(diào)節(jié)負(fù)剛度元件的連接性以在當(dāng)前靜力下維持低剛度范圍的概念。圖3A示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施例的具有三次曲線的負(fù)剛度元件(例如由圖1A的曲線102所示出的)的自適應(yīng)QZS系統(tǒng)的力-位移關(guān)系。圖3B示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施例的具有線性負(fù)剛度元件(例如由圖1B中的曲線104所示出的)的自適應(yīng)QZS系統(tǒng)的力-位移關(guān)系。
[0060]在圖3A和3B中，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，曲線300a和300b表示自適應(yīng)QZS系統(tǒng)的基線力-位移關(guān)系。由Kd給出有效的(或總的)低剛度，Kd是在位移范圍中靜態(tài)剛度Ks (它穩(wěn)定系統(tǒng)并支撐靜態(tài)負(fù)荷，F(xiàn)s)和負(fù)剛度1^的和，其中負(fù)剛度元件提供負(fù)剛度常數(shù)。當(dāng)靜力^改變(例如，由于附加塊或慣性負(fù)荷的影響)時(shí)，自適應(yīng)QZS系統(tǒng)改變負(fù)剛度彈簧和正剛度彈簧之間的相對(duì)位置以調(diào)節(jié)低剛度區(qū)域從而與新的Fs值匹配。曲線302、304、312和314代表自適應(yīng) QZS系統(tǒng)通過改變?cè)撓到y(tǒng)的負(fù)剛度元件與正剛度元件的相對(duì)位移可以采取的其它力-位移關(guān)系的實(shí)例。如圖3A和3B所示，該調(diào)節(jié)建立了對(duì)可變低頻率負(fù)荷具有高的有效靜態(tài)剛度且同時(shí)或并發(fā)地對(duì)較高頻率振動(dòng)負(fù)荷具有低動(dòng)態(tài)剛度的系統(tǒng)。
[0061]圖4A-4C為根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的用于靜態(tài)和動(dòng)態(tài)負(fù)荷過濾的單面液壓隔離系統(tǒng)(例如，單面液壓耦合NS系統(tǒng))400-1到400-3的功能表示。[〇〇62]圖4A為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施例的使用單面、無源、低壓的液壓系統(tǒng)420-1的液壓隔離系統(tǒng)400-1的功能表示。低壓系統(tǒng)可以是允許其中的液壓流體具有大氣壓力以下的壓力的系統(tǒng)。在一個(gè)實(shí)施例中，質(zhì)量塊201通過正剛度(PS)元件(例如，正壓彈簧)208和阻尼器207連接到結(jié)構(gòu)(例如，主體)212。盡管阻尼器207和PS元件208代表簡單的單自由度網(wǎng)狀系統(tǒng)，例如鋼結(jié)構(gòu)或橡膠結(jié)構(gòu)，但是本發(fā)明的實(shí)施例不限于此，阻尼器/PS元件組合可以由任意更加復(fù)雜的正剛度系統(tǒng)代替。負(fù)剛度(NS)元件(例如，可控的負(fù)剛度彈簧)206與PS元件平行地結(jié)合。[〇〇63] 在一個(gè)實(shí)施例中，NS元件206的一端連接到(例如，剛性地連接到)結(jié)構(gòu)212，而另一端連接到液壓系統(tǒng)420-1的液壓室(例如，液壓柱)422。質(zhì)量塊201連接到(例如，固定到)液壓室422(液壓室422可以具有固定的容積)，從而約束質(zhì)量塊201連接到NS元件206。在一個(gè)可選實(shí)施例中，NS元件206連接到(例如，剛性地連接到)質(zhì)量塊201，并且液壓室422連接在 NS元件206和結(jié)構(gòu)212之間。[〇〇64]在一個(gè)實(shí)施例中，液壓室422通過被動(dòng)閥系統(tǒng)426連接到低壓(例如，低于大氣壓力)液壓蓄壓器(例如，流體儲(chǔ)存器)424。在一個(gè)實(shí)例中，液壓蓄壓器424可以保持在基本上為零的壓力或其它低壓力下。
[0065]在一個(gè)實(shí)施例中，液壓流體包括乙二醇、酯、有機(jī)磷酸酯、聚a_烯烴、丙二醇、硅油和/或類似流體。例如，液壓流體包括油、丁醇、酯(例如，鄰苯二甲酸酯，例如DEHP，以及己二酸酯，例如二(2-乙基己基)己二酸酯)、聚亞烷基二醇(PAG)、有機(jī)磷酸酯(例如，磷酸三丁酯)、聚硅氧烷、烷基化的芳香烴、聚a烯烴(例如聚異丁烯)、腐蝕抑制劑(包括除酸劑)、抗侵蝕添加劑和/或類似流體。
[0066]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，每次由負(fù)荷或質(zhì)量塊201施加的靜力變化超出閥值(例如，預(yù)定閥值)時(shí)，隔離系統(tǒng)400-1通過增加或減少液壓室422內(nèi)的流體體積來響應(yīng)該變化。 隔離系統(tǒng)400-1可以通過很多途徑檢測(cè)靜力的變化，包括判定NS元件206的位移對(duì)于一定時(shí)間長度(例如，預(yù)設(shè)的時(shí)間長度)是否超過閥值(高于或低于它的中間點(diǎn))、判定液壓系統(tǒng) 420-1中(例如，液壓室422中)的壓力對(duì)于一定時(shí)間長度是否超過閥值(例如，預(yù)設(shè)閥值)、判定由傳感器(例如，轉(zhuǎn)換器)檢測(cè)到的NS元件206與結(jié)構(gòu)212之間的力對(duì)于一定時(shí)間長度是否超過閥值(高于或低于〇)和/或類似方法。[0〇67]測(cè)量的時(shí)間分量可以允許隔尚系統(tǒng)400-1濾出突然的沖擊。根據(jù)液壓隔尚系統(tǒng) 400-1的應(yīng)用，時(shí)間長度可以從0秒變化到幾秒。測(cè)量的時(shí)間分量可以由例如數(shù)字過濾器(例如，當(dāng)微處理器控制該系統(tǒng)時(shí))、橫過傳感器信號(hào)的模擬過濾器(例如，橫過轉(zhuǎn)換器的輸出的電容器)或者物理過濾器(例如，到壓力轉(zhuǎn)換器的限止流)實(shí)施。[〇〇68]在一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)靜力變化的檢測(cè)之后，隔離系統(tǒng)400-1可以通過例如對(duì)NS元件 206重新定中心將該隔離系統(tǒng)調(diào)節(jié)(例如，重設(shè))到新的力水平。這樣做時(shí)，隔離系統(tǒng)400-1可以脫離(例如，釋放)NS元件206(給予NS元件206零或者很小的正剛度)、補(bǔ)償液壓系統(tǒng)420-1 中的壓力(例如，平衡液壓室422和蓄壓器424之間的壓力)到例如大氣壓力，然后重新接合 NS元件206。因此，在一個(gè)實(shí)施例中，液壓隔離系統(tǒng)400-1根據(jù)力和位置重新定位NS元件206。 [〇〇69]在一個(gè)實(shí)施例中，NS元件206的接合/脫開通過連接到(例如，可操作地連接到)NS 元件206的一個(gè)或多個(gè)致動(dòng)器執(zhí)行。該一個(gè)或多個(gè)致動(dòng)器還可以控制NS元件的剛度，并且可以位于NS元件206與質(zhì)量塊201之間或者NS元件206與結(jié)構(gòu)212之間的任意合適的位置(例如，NS元件的端部)。
[0070]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，兩個(gè)或更多個(gè)壓力釋放閥(例如，無源壓力釋放閥)426 布置在相反方向上，并且被構(gòu)造為當(dāng)流體壓力超過釋放壓強(qiáng)Pr時(shí)允許液壓室422與蓄壓器 424之間的流體流動(dòng)(在相反方向上)。釋放壓力Pr的值取決于液壓隔離系統(tǒng)400-1的應(yīng)用， 所述液壓隔離系統(tǒng)可以支撐從單個(gè)器械到整個(gè)航行器的任何東西。在一個(gè)實(shí)施例中，釋放壓力Pr大于負(fù)剛度元件206產(chǎn)生的最大力(例如，圖1A所示的峰至峰力大小的一半)除以液壓柱面積(例如，液壓室422的面積)。在一個(gè)實(shí)施例中，隔離系統(tǒng)400-1感測(cè)何時(shí)壓力釋放閥中的一個(gè)或多個(gè)開放，并且在一個(gè)或多個(gè)壓力釋放閥426任然開放時(shí)通過例如脫開(例如， 釋放)NS元件206并將NS元件206返回到它的不作用位置(例如，當(dāng)可變負(fù)荷或質(zhì)量塊201基本恒定時(shí)，所述NS元件的初始居中位置)來重置NS元件206。一旦NS元件206重新接合且一個(gè)或多個(gè)壓力釋放閥關(guān)閉，則隔離系統(tǒng)400-1(例如，NS元件206)的負(fù)剛度增加。在一個(gè)實(shí)例中，因?yàn)镹S元件206可以快速地接合和脫開，因此該過程可以很快發(fā)生并且是“準(zhǔn)連續(xù)”地。 在一個(gè)實(shí)例中，該快速調(diào)節(jié)可以以大約2Hz的頻率發(fā)生;但是，該過程也可以快到以100Hz的頻率發(fā)生。可以根據(jù)NS元件206的穩(wěn)定位移范圍(例如，與圖1B中的低剛度范圍114相對(duì)應(yīng)的位移范圍)和負(fù)剛度元件的壓力差范圍設(shè)置釋放壓力(以及因此而來的容許的釋放壓力增量)，該釋放壓強(qiáng)可以等于或者大于負(fù)剛度元件206產(chǎn)生的最大力(例如，圖1A所示的峰至峰力大小的一半)除以液壓柱422面積。[〇〇71]圖4B為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施例的使用單面的、主動(dòng)低壓液壓系統(tǒng)420-2的液壓隔咼系統(tǒng)400-2的功能表不。[〇〇72]除了液壓隔離系統(tǒng)400-2使用主動(dòng)液壓系統(tǒng)而非被動(dòng)的以外，圖4B中示出的隔離系統(tǒng)400-2與上文中關(guān)于圖4A說明的隔離系統(tǒng)400-1基本相似。
[0073]在一個(gè)實(shí)施例中，液壓隔離系統(tǒng)400-2執(zhí)行與上述相同的接合/釋放過程，但是，一個(gè)或多個(gè)主動(dòng)壓力釋放閥428的打開/關(guān)閉以及NS元件206的接合/脫開的時(shí)間直接由控制單元430控制，所述控制單元響應(yīng)于關(guān)于圖4A如上所述的負(fù)荷/質(zhì)量塊201變化。雖然一個(gè)或多個(gè)壓力釋放閥428是主動(dòng)的，但是液壓系統(tǒng)420-2的流體壓力還是由負(fù)荷/質(zhì)量塊201驅(qū)動(dòng)而可以不需要栗維持蓄壓器424中的壓力。蓄壓器424可以是高壓蓄壓器(例如，具有高于大氣壓的流體壓力的儲(chǔ)存器)。[〇〇74]圖4C為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施例的使用同時(shí)具有主動(dòng)和被動(dòng)閥426和428的單面的混合低壓液壓系統(tǒng)420-3的液壓隔離系統(tǒng)400-3的功能表達(dá)。[〇〇75]圖4B中所示的隔離系統(tǒng)400-3中使用的元件與上文關(guān)于圖4A-4B說明的隔離系統(tǒng) 400-1和400-2中的元件基本相似，這些元件和它們的操作的說明將不再重復(fù)。[〇〇76]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，主動(dòng)閥428可以處理較低的靜態(tài)負(fù)荷變化(這可能需要低的流體速度)，而被動(dòng)閥426可以被用于為調(diào)節(jié)較高的靜態(tài)負(fù)荷變化。例如，主動(dòng)閥428可以在低于兩倍于最大負(fù)剛度力的靜態(tài)負(fù)荷(即，由負(fù)剛度元件20生成的最大力或者峰至峰力大小)或者低于最大負(fù)剛度力的靜態(tài)負(fù)荷的兩倍的靜態(tài)負(fù)荷下被觸發(fā)，而被動(dòng)閥428可以在大于最大負(fù)剛度力的兩倍的靜態(tài)負(fù)荷下被觸發(fā)。[〇〇77]在一個(gè)實(shí)施例中，被動(dòng)閥426的釋放壓力被設(shè)置為對(duì)應(yīng)于比最大負(fù)剛度力更高的力，以強(qiáng)迫、保證被動(dòng)閥426僅在該系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)打開。如果閥門在液壓隔離系統(tǒng)400-3處在不穩(wěn)定區(qū)域中(在力峰值之間，如圖1A所示，或者在低剛度區(qū)域114內(nèi))時(shí)打開，那么負(fù)剛度元件206可能快速通過，并且可能失去所有隔離特性直到重置系統(tǒng)400-3為止。主動(dòng)閥428可以保證系統(tǒng)400-2在穩(wěn)定區(qū)域(例如，接近零剛度)中操作并防止系統(tǒng)400-2在不穩(wěn)定求你中打開閥門。
[0078]圖5為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施例的使用雙面、混合、高壓的液壓系統(tǒng)520的液壓隔尚系統(tǒng)500的不意圖。[〇〇79]圖5中所示的雙面液壓隔離系統(tǒng)500類似于上文關(guān)于圖4A-4C說明的單面隔離系統(tǒng) 400-1到400-3,區(qū)別在于與單面隔離系統(tǒng)400-1到400-3的實(shí)施例相比，隔離系統(tǒng)500使用更高壓力系統(tǒng)520來適應(yīng)更大的力(例如，更大的負(fù)荷/質(zhì)量塊201變化)。
[0080]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，代替液壓蓄壓器(例如，流體儲(chǔ)存器)，雙面隔離系統(tǒng)500包括在 NS元件206的另一端(例如，較低的一側(cè))處的第二液壓室(例如，液壓柱)523。在一個(gè)實(shí)施例中，橫過兩個(gè)液壓室522和523的正壓力偏壓減小(例如，防止)空穴現(xiàn)象，并且允許隔離系統(tǒng)調(diào)節(jié)來自可能拉動(dòng)流體腔的NS元件206的更大的力(相對(duì)于單面隔離系統(tǒng))。在一個(gè)實(shí)施例中，液壓室522連接到下液壓室523,而非將上液壓室522連接到蓄壓器，并且隔離系統(tǒng)移動(dòng) (例如，往返移動(dòng))上液壓室522和下液壓室523之間的流體以保持NS元件206的壓縮力，同時(shí)允許支撐的質(zhì)量塊/負(fù)荷201或結(jié)構(gòu)(例如，主體)212代替PS元件208。[0081 ]在一個(gè)實(shí)施例中，隔離系統(tǒng)500通過將NS元件206脫開質(zhì)量塊201、平衡液壓系統(tǒng) 520中的液壓及重新接入NS元件206來調(diào)節(jié)(例如，適應(yīng))以改變靜態(tài)力中的變化(例如，負(fù)荷/質(zhì)量塊201中的變化產(chǎn)生的)，這采用與上文關(guān)于圖4A和4B的說明基本相同的方式。 [0〇82]盡管圖5說明了一種包括主動(dòng)壓力釋放閥524和被動(dòng)壓力釋放閥526的混合液壓系統(tǒng)，但在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，液壓系統(tǒng)可以不包括被動(dòng)閥526或者不包括主動(dòng)閥528。 [〇〇83]圖6為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施例的使用雙面液壓系統(tǒng)的隔離系統(tǒng)的安裝架 605的示意圖。
[0084]在一個(gè)實(shí)施例中，該雙面隔離系統(tǒng)包括安裝架605,所述安裝架用于支撐通過支桿 (例如，剛性內(nèi)支桿或中心軸)602連接(例如，附著)到安裝架605的負(fù)荷/質(zhì)量塊201。安裝架 605可以通過安裝架殼體611的側(cè)面(例如，左側(cè)面和右側(cè)面)連接到結(jié)構(gòu)(例如，主體)，并且用于降低(例如，防止)質(zhì)量塊/負(fù)荷和結(jié)構(gòu)之間的振動(dòng)傳送。在一個(gè)實(shí)施例中，安裝架605包括上液壓室和下液壓室(例如，第一液壓室或液壓柱和第二液壓室或液壓柱)622和623以及 DC偏移閥627，該DC偏移閥可以包括上文中關(guān)圖4A-4C和圖5說明的主動(dòng)和/或被動(dòng)壓力釋放閥。DC偏移閥627用于當(dāng)上液壓室622和下液壓室623的壓力差超過閾值時(shí)通過允許轉(zhuǎn)移兩個(gè)液壓室622和623之間的流體平衡上液壓室622和下液壓室623中的流體壓力。在一個(gè)實(shí)施例中，所述閾值可以是與等于或大于最大負(fù)剛度力并低于最大負(fù)剛度力的五倍的力相對(duì)應(yīng)的壓力。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)室的壓力通過壓力傳感器監(jiān)測(cè)，該壓力傳感器可以定位在液壓室內(nèi)。[〇〇85]在一個(gè)實(shí)施例中，高剛度元件(例如，高剛度橡膠安裝架)608同時(shí)用作正剛度元件和阻尼器，并可以包括一對(duì)橡膠盤，并且在中心處可以連接到支桿602且在外邊界處連接到安裝架殼體611。吧元件606可以包括一對(duì)帶扣的盤，并且在一端(例如，基部)上可以通過安裝架殼體611連接到(例如，錨定到)結(jié)構(gòu)，同時(shí)NS元件606的另一端可以在液壓室622和623 之間自由浮動(dòng)而不連接到剛性支桿602。在一個(gè)實(shí)施例中，NS元件606的浮動(dòng)端被構(gòu)造成通過例如0型環(huán)或其它流體密封裝置沿著支桿602的長度滑動(dòng)。在一個(gè)實(shí)施例中，上液壓室和下液壓室622和623中的每一個(gè)包括形成在高剛度元件608的一側(cè)和NS元件206的相應(yīng)的一側(cè)之間的空腔。因此，上液壓室622和下液壓室623中的每一個(gè)的一側(cè)可以通過高剛度元件 608連接到(例如，剛性連接到)負(fù)荷/質(zhì)量塊201。[〇〇86] NS元件606的剛度可以通過連接(例如，可操作地連接)在NS元件606的基部與結(jié)構(gòu)之間的致動(dòng)器610控制。
[0087]圖7為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施例的用于在不改變NS元件的剛度的情況下調(diào)節(jié)負(fù)剛度元件的連接性的雙面液壓隔離系統(tǒng)700的示意圖。[〇〇88]圖7中所示的雙面液壓隔離系統(tǒng)700分別類似于上文中關(guān)于圖4A-4C和圖5說明的單面隔離系統(tǒng)400-1到400-3和雙面隔離系統(tǒng)500,并且包括相似的元件，關(guān)于這些元件的說明在這里不再重復(fù)。
[0089]根據(jù)一些實(shí)施例，雙面液壓隔離系統(tǒng)700使用液壓系統(tǒng)720,所述液壓系統(tǒng)720在不改變NS元件206的剛度的情況下能夠僅通過調(diào)節(jié)NS元件206相對(duì)于質(zhì)量塊/負(fù)荷201的期望量的位置來響應(yīng)靜態(tài)力的不平衡。
[0090]液壓系統(tǒng)720包括第一液壓室和第二液壓室(第一液壓柱和第二液壓柱)722和 723，每個(gè)通過閥門中的兩個(gè)或更多個(gè)(例如，可控制單向閥)724a-b和725a-b連接到高壓蓄壓器(例如，高壓儲(chǔ)存器)726a和低壓蓄壓器(例如，低壓儲(chǔ)存器)726b中的一個(gè)或多個(gè)。閥 724a-b和725a-b中的每一個(gè)可以被控制為在三種狀態(tài)下操作:關(guān)閉(例如，OFF)、打開(ON) 并允許單向流動(dòng)、以及打開(ON)并允許反向流動(dòng)。液壓系統(tǒng)720還可以包括第一致動(dòng)器728 和第二致動(dòng)器730,所述第一致動(dòng)器可以同時(shí)(例如，同步地)推/拉液壓室722和723(例如， 從一個(gè)液壓室抽吸流體并推到另一個(gè)中)，所述第二致動(dòng)器可以用于提高或降低高壓蓄壓器726a中的壓力。在一個(gè)實(shí)施例中，致動(dòng)器728可以包括用于在相反方向上推動(dòng)的兩個(gè)或更多個(gè)對(duì)抗活塞，由此獲得推/拉作用。[〇〇91]每當(dāng)隔離系統(tǒng)700被適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)(例如，不存在靜態(tài)失衡)并且NS元件206關(guān)于它的中立位置(例如，中心位置或者完全壓縮的狀態(tài))振動(dòng)時(shí)，液壓系統(tǒng)720不被激活(“鎖定的”)。
[0092]在靜力不平衡的情況中，液壓系統(tǒng)720可以通過使用第一液壓室和第二液壓室722 和723中的一個(gè)或多個(gè)壓力傳感器、NS元件206上的位移傳感器和/或類似傳感器檢測(cè)該不平衡。在一個(gè)實(shí)施例中，NS元件206可以被第一和第二致動(dòng)器728和730中的一個(gè)或多個(gè)主動(dòng)地驅(qū)動(dòng)回到它的中心位置。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例(例如，“高力”系統(tǒng))，閥724a平衡液壓室722和 723之間的壓力，然后關(guān)閉。隨后，第一致動(dòng)器728可以將足夠量的流體從第一液壓室722推動(dòng)到第二液壓室723(或者，反之亦然)，以將NS元件206返回到它的中立位置。在失衡時(shí)NS元件206保持抵抗“硬停止”的實(shí)施例中，第一致動(dòng)器728的行程是固定的，可以使用螺線管作為致動(dòng)器。然而，本發(fā)明的實(shí)施例并不限于此，可以使用(應(yīng)用)任意的其它致動(dòng)器，包括栗、 電動(dòng)機(jī)、伺服電動(dòng)機(jī)、形狀記憶致動(dòng)器、氣動(dòng)致動(dòng)器或類似致動(dòng)器。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例(例如， “低力”系統(tǒng))，第二致動(dòng)器730可以代替第一致動(dòng)器728使用(應(yīng)用)或者與第一致動(dòng)器728— 起使用(應(yīng)用)，以將NS元件206返回到它的中立位置(同時(shí)閥724a打開)。[〇〇93]根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，液壓系統(tǒng)720通過儲(chǔ)存來自DC偏移或蓄壓器726a中的系統(tǒng)振動(dòng)的壓力、然后以控制方式使用儲(chǔ)存的壓力以將NS元件206返回到中立位置來調(diào)節(jié) NS元件206到中立位置，不需要任何外部能量(用于移動(dòng)液壓流體)。最初，蓄壓器726a可以處于低壓力下。在一個(gè)實(shí)例中，蓄壓器726a可以通過閥732被平衡到蓄壓器726b中的壓力。 當(dāng)NS元件206被檢測(cè)到由于液壓室722和723中的一個(gè)內(nèi)高壓而不在適當(dāng)?shù)奈恢脮r(shí)，可以打開閥724a或725a以將該壓力傳遞到蓄壓器726a。一旦蓄壓器726a內(nèi)的壓力達(dá)到閾值壓力， 則可以關(guān)閉閥724a或725b，并且閥724b或725b可以將液壓室723和724中的壓力平衡到低壓力，然后關(guān)閉。最后，通過再次打開閥724a或725b以及相對(duì)的低壓閥724b或725b、使用儲(chǔ)存在蓄壓器726a中的壓力克服NS元件206的負(fù)剛度將NS元件206推回到中立位置。達(dá)到中立位置時(shí)，可以關(guān)閉閥724a-b和725a-b。
[0094]在靜力僅有輕微(或中度)變化的情況中，液壓室722/723內(nèi)可能沒有足夠的增大壓力以充分控制蓄壓器726a。為進(jìn)一步增加到液壓系統(tǒng)720的堅(jiān)固性，第二致動(dòng)器730可以用于增加蓄壓器726a內(nèi)的壓力，以補(bǔ)償液壓室722/723內(nèi)的不充足的壓力增長。當(dāng)液壓室 722/723中沒有足夠的壓力時(shí)，除了第二致動(dòng)器730或者代替第二致動(dòng)器730,第一致動(dòng)器 728可以用于(使用于)執(zhí)行與蓄壓器726a基本相同的功能。[〇〇95] 在一個(gè)實(shí)施例中，第一致動(dòng)器和第二致動(dòng)器728和730中的一個(gè)或多個(gè)可以連接到大的相關(guān)技術(shù)的加壓的液壓或氣動(dòng)系統(tǒng)，以向任何靜力失衡提供更快和/或更精確的響應(yīng)。 在一個(gè)實(shí)例中，位置傳感器可以檢測(cè)NS元件206的位置，伺服閥(使用系統(tǒng)壓力)可以驅(qū)動(dòng)NS元件206到它的中立位置。閉環(huán)控制系統(tǒng)，例如上文所述的一個(gè)，可以足以保持隔離，致動(dòng)器 728和/或730可以僅以低頻負(fù)荷變化(例如，靜態(tài)負(fù)荷變化)的速率移動(dòng)。
[0096]根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，液壓流體可以是不可壓縮的(S卩，壓力變化時(shí)它的體積保持基本恒定)。然而，本發(fā)明的實(shí)施例不限于此，相反地，而是可以包括適當(dāng)?shù)目蓧嚎s流體。
[0097]在本發(fā)明的實(shí)施例中，液壓隔離系統(tǒng)可以包括任意適當(dāng)類型的一個(gè)或多個(gè)致動(dòng)器，例如活性材料(例如，壓電材料、形狀記憶合金、磁致伸縮材料、電活性聚合物以及介電彈性體)、伺服電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、螺線管、超聲波驅(qū)動(dòng)器、音圈、液壓系統(tǒng)、楔形物、杠桿、 錐形軸和/或類似裝置。
[0098]根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，一個(gè)或多個(gè)傳感器被構(gòu)造為測(cè)量或檢測(cè)液壓隔離系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)情況，例如，舉例來說，被隔離的質(zhì)量塊或負(fù)荷的位置、一個(gè)或多個(gè)剛度元件 (例如，NS和/或PS元件)的位置、一個(gè)或多個(gè)剛度元件上的應(yīng)變、一個(gè)或多個(gè)液壓室內(nèi)的流體壓力、液壓隔離系統(tǒng)的溫度和/或類似情況。此外，一個(gè)或多個(gè)傳感器可以被構(gòu)造為檢測(cè)和/或測(cè)量一體形成有液壓隔離系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)或系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)情況。舉例來說，在液壓隔離系統(tǒng)被安裝在車輛內(nèi)的實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)傳感器可以被構(gòu)造為收集外部信息，例如每分鐘引擎轉(zhuǎn)數(shù)(RPM)、速度、制動(dòng)、轉(zhuǎn)向輸入和/或類似信息。所述一個(gè)或多個(gè)傳感器可以是適于檢測(cè)和/或測(cè)量NS離合系統(tǒng)的相關(guān)狀態(tài)的任何類型的傳感器，例如位置傳感器(例如，線性可變差動(dòng)變壓器(LVDT)傳感器、光學(xué)傳感器和/或基于激光的傳感器)、應(yīng)變傳感器、為一個(gè)或多個(gè)剛度元件(例如，NS和/或PS元件)提供負(fù)荷信息的測(cè)壓傳感器(例如，惠斯登電橋配置中的應(yīng)變計(jì))、補(bǔ)償熱效應(yīng)的溫度傳感器和/或類似傳感器。所述一個(gè)或多個(gè)傳感器可以被構(gòu)造為向控制系統(tǒng)發(fā)送一個(gè)或多個(gè)信號(hào)，該控制系統(tǒng)根據(jù)來自一個(gè)或多個(gè)傳感器的一個(gè)或多個(gè)輸入信號(hào)驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器以膨脹或收縮。[〇〇99]雖然已經(jīng)結(jié)合上述說明性實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，但是這里描述的實(shí)施例并不意在詳盡說明或?qū)⒈景l(fā)明的范圍限制為所公開的確切形式。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的人員將會(huì)理解，在不有意背離本發(fā)明的原理、精神和范圍，如前所述的權(quán)利要求和同等項(xiàng)的情況下，對(duì)所述的整體和操作的結(jié)構(gòu)和方法的修改和變化都可以實(shí)施。雖然在此已經(jīng)使用了相關(guān)術(shù)語，例如“外部”、“內(nèi)部”、“上”、“下”以及類似術(shù)語來說明一個(gè)元件與另一個(gè)元件的空間關(guān)系，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，這些術(shù)語意在包含除附圖中所描述的方向之外的本發(fā)明的多種元件和部件的不同方位。此外，在此使用的術(shù)語“基本上”、“大約”以及類似術(shù)語用作相近術(shù)語而不是程度術(shù)語，并且意在說明本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的測(cè)量或計(jì)算值中的固有偏差。此外，如這里所使用的，當(dāng)部件被稱為在另一個(gè)部件“上”時(shí)，它可以直接位于另一個(gè)元件上或者也可以在他們之間存在其它部件。此外，當(dāng)部件被稱為“親合”到或“連接”到另一個(gè)部件時(shí)，它可以直接連接到另一個(gè)部件或者在它們之間存在介入的部件。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種構(gòu)造用于支撐可變負(fù)荷的可變剛度結(jié)構(gòu)，所述可變剛度結(jié)構(gòu)包括:正剛度元件，所述正剛度元件連接到所述可變負(fù)荷；負(fù)剛度元件;和液壓系統(tǒng)，所述液壓系統(tǒng)連接到所述正剛度元件和所述負(fù)剛度元件，并且當(dāng)所述可變 剛度結(jié)構(gòu)支撐所述可變負(fù)荷時(shí)，所述液壓系統(tǒng)被構(gòu)造為響應(yīng)所述可變負(fù)荷中的變化調(diào)節(jié)所 述正剛度元件與所述負(fù)剛度元件的相對(duì)位置。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變剛度結(jié)構(gòu)，其中:所述正剛度元件被構(gòu)造為將所述可變負(fù)荷連接到外部主體；以及所述負(fù)剛度元件被構(gòu)造為將所述可變負(fù)荷的振動(dòng)與所述外部主體隔離。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可變剛度結(jié)構(gòu)，其中:所述可變負(fù)荷中的所述變化產(chǎn)生所述可變負(fù)荷和所述外部主體的所述相對(duì)位置的位 移，超過位移的可操作范圍，在所述可操作范圍內(nèi)，所述負(fù)剛度元件向所述可變剛度結(jié)構(gòu)的 總剛度常數(shù)提供負(fù)剛度常數(shù);以及響應(yīng)于所述可變負(fù)荷中的所述變化，所述液壓系統(tǒng)被構(gòu)造為通過施加流體壓力以調(diào)節(jié) 所述正剛度元件和所述負(fù)剛度元件的所述相對(duì)位置將所述可變剛度結(jié)構(gòu)返回到所述位移 的可操作范圍。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變剛度結(jié)構(gòu)，其中，所述可變剛度結(jié)構(gòu)被構(gòu)造為由于所述正 剛度元件與所述負(fù)剛度元件的相對(duì)位置響應(yīng)于所述可變負(fù)荷的變化而被調(diào)節(jié)而保持基本 恒定的剛度。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變剛度結(jié)構(gòu)，其中，所述正剛度元件被構(gòu)造為向所述可變剛 度結(jié)構(gòu)的總剛度常數(shù)提供正剛度常數(shù)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變剛度結(jié)構(gòu)，其中，所述液壓系統(tǒng)包括致動(dòng)器，并且被構(gòu)造 為在調(diào)節(jié)所述正剛度元件與所述負(fù)剛度元件的所述相對(duì)位置之前脫離所述負(fù)剛度元件以 及在調(diào)節(jié)所述正剛度元件與所述負(fù)剛度元件的所述相對(duì)位置之后重新接合所述負(fù)剛度元 件。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變剛度結(jié)構(gòu)，其中，所述液壓系統(tǒng)包括:液壓室，所述液壓室連接到所述負(fù)剛度元件；蓄壓器;和閥系統(tǒng)，所述閥系統(tǒng)被構(gòu)造為使流體在所述液壓室與所述蓄壓器之間移動(dòng)，其中，響應(yīng)于所述可變負(fù)荷變化，所述液壓室被構(gòu)造為在所述負(fù)剛度元件上施加流體 壓力，以調(diào)節(jié)所述負(fù)剛度元件相對(duì)于所述正剛度元件的位置。8.根據(jù)權(quán)利要求8所述的可變剛度結(jié)構(gòu)，其中，所述閥系統(tǒng)被構(gòu)造為根據(jù)所述可變負(fù)荷 中的變化升高或降低所述液壓室內(nèi)的所述流體壓力。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的可變剛度結(jié)構(gòu)，其中，所述閥系統(tǒng)包括在相反方向上布置的兩 個(gè)或更多個(gè)壓力釋放閥，所述壓力釋放閥被構(gòu)造為當(dāng)所述液壓室或所述蓄壓器中的流體壓 力超過釋放壓力時(shí)允許所述液壓室與所述蓄壓器之間的流體流動(dòng)。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的可變剛度結(jié)構(gòu)，其中，所述兩個(gè)或更多個(gè)壓力釋放閥包括被 動(dòng)閥。11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的可變剛度結(jié)構(gòu)，其中，所述閥系統(tǒng)包括被動(dòng)閥和主動(dòng)閥中的一個(gè)或多個(gè)。12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變剛度結(jié)構(gòu)，其中，所述液壓系統(tǒng)包括:第一液壓室，所述第一液壓室連接在所述負(fù)剛度元件與所述可變負(fù)荷之間；第二液壓室，所述第二液壓室連接在所述負(fù)剛度元件和主體之間;和閥系統(tǒng)，所述閥系統(tǒng)被構(gòu)造為響應(yīng)于所述可變負(fù)荷中的所述變化使流體在所述第一液 壓室和所述第二液壓室之間移動(dòng)，以調(diào)節(jié)所述負(fù)剛度元件相對(duì)于所述正剛度元件的所述位 置。13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變剛度結(jié)構(gòu)，其中，所述正剛度元件包括第一橡膠盤和第 二橡膠盤，并且所述正剛度元件通過內(nèi)支桿連接到所述可變負(fù)荷。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的可變剛度結(jié)構(gòu)，其中，所述負(fù)剛度元件包括一對(duì)帶扣的盤， 所述盤具有連接到主體的第一端部和被構(gòu)造為沿著所述內(nèi)支桿的長度滑動(dòng)的第二端部。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的可變剛度結(jié)構(gòu)，其中，所述液壓系統(tǒng)包括:第一液壓室，所述第一液壓室位于所述第一橡膠盤和所述負(fù)剛度元件之間；第二液壓室，所述第二液壓室位于所述第一橡膠盤和所述負(fù)剛度元件之間;和 閥系統(tǒng)，所述閥系統(tǒng)被構(gòu)造為響應(yīng)于所述可變負(fù)荷中的所述變化在所述第一液壓室和所述第二液壓室之間移動(dòng)流體，以調(diào)節(jié)所述負(fù)剛度元件相對(duì)于所述內(nèi)支桿的所述位置。16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的可變剛度結(jié)構(gòu)，其中，當(dāng)所述閥系統(tǒng)調(diào)節(jié)所述負(fù)剛度元件相 對(duì)于所述內(nèi)支桿的所述位置時(shí)，所述負(fù)剛度元件的剛度保持基本上恒定。17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變剛度結(jié)構(gòu)，其中，所述液壓系統(tǒng)包括:第一液壓室，所述第一液壓室連接在所述負(fù)剛度元件與所述可變負(fù)荷之間；第二液壓室，所述第二液壓室連接在所述負(fù)剛度元件與主體之間；第一蓄壓器;和閥系統(tǒng)，所述閥系統(tǒng)被構(gòu)造為使流體在所述第一蓄壓器與所述第一液壓室和所述第二 液壓室之間移動(dòng)，其中，所述第一液壓室和所述第二液壓室中的每一個(gè)被構(gòu)造為響應(yīng)于所述可變負(fù)荷中 的所述變化在所述負(fù)剛度元件上施加流體壓力，以調(diào)節(jié)所述負(fù)剛度元件相對(duì)于所述正剛度 元件的所述位置。18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的可變剛度結(jié)構(gòu)，其中，所述閥系統(tǒng)被構(gòu)造為根據(jù)所述可變負(fù) 荷中的所述變化升高或降低所述第一液壓室和所述第二液壓室內(nèi)的流體壓力。19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的可變剛度結(jié)構(gòu)，其中，所述閥系統(tǒng)被構(gòu)造為根據(jù)所述可變負(fù) 荷中的所述變化平衡所述第一液壓室和所述第二液壓室之間的流體壓力。20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的可變剛度結(jié)構(gòu)，還包括連接到所述第一液壓室和所述第二 液壓室中的一個(gè)的傳感器，其中，所述傳感器被構(gòu)造為感測(cè)所述第一液壓室和所述第二液壓室中的一個(gè)內(nèi)的流體 壓力，和其中，所述閥系統(tǒng)還被構(gòu)造為根據(jù)所述感測(cè)的流體壓力控制所述負(fù)剛度元件的所述剛度。21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的可變剛度結(jié)構(gòu)，其中，所述液壓系統(tǒng)還包括第一致動(dòng)器，所 述第一致動(dòng)器被構(gòu)造為將流體從所述第一液壓室和所述第二液壓室中的一個(gè)推動(dòng)到所述第一液壓室和所述第二液壓室中的另一個(gè)中。22.根據(jù)權(quán)利要求17所述的可變剛度結(jié)構(gòu)，其中，所述液壓系統(tǒng)還包括被構(gòu)造為增加或 降低所述第一蓄壓器中的流體壓力的第二致動(dòng)器。23.根據(jù)權(quán)利要求17所述的可變剛度結(jié)構(gòu)，其中，所述液壓系統(tǒng)還包括:第二蓄壓器，其中，所述閥系統(tǒng)進(jìn)一步被構(gòu)造為使流體在所述第二蓄壓器與所述第一液壓室和所述 第二液壓室之間移動(dòng)。24.—種隔尚系統(tǒng)，包括:主體；可變負(fù)荷;和權(quán)利要求1中所述的可變剛度結(jié)構(gòu)，所述可變剛度結(jié)構(gòu)連接到所述主體和所述可變負(fù) 荷，并且所述可變剛度結(jié)構(gòu)被構(gòu)造為在存在所述可變負(fù)荷內(nèi)的變化時(shí)將所述可變負(fù)荷的振 動(dòng)與所述主體隔離。25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的隔離系統(tǒng)，其中，所述液壓系統(tǒng)包括:液壓室，所述液壓室連接到所述負(fù)剛度元件；蓄壓器;和閥系統(tǒng)，所述閥系統(tǒng)被構(gòu)造為使流體在所述液壓室與所述蓄壓器之間移動(dòng)，其中，所述液壓室被構(gòu)造為響應(yīng)于所述可變負(fù)荷中的所述變化在所述負(fù)剛度元件上施 加流體壓力，以調(diào)節(jié)所述負(fù)剛度元件相對(duì)于所述正剛度元件的所述位置。26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的隔離系統(tǒng)，其中，所述隔離系統(tǒng)包括:第一液壓室，所述第一液壓室連接在所述負(fù)剛度元件與所述可變負(fù)荷之間；第二液壓室，所述第二液壓室連接在所述負(fù)剛度元件與所述主體之間;和閥系統(tǒng)，所述閥系統(tǒng)被構(gòu)造為響應(yīng)于所述可變負(fù)荷中的所述變化使流體在所述第一液 壓室與所述第二液壓室之間移動(dòng)，以調(diào)節(jié)所述負(fù)剛度元件相對(duì)于所述正剛度元件的所述位 置。27.—種用于存在可變負(fù)荷中的變化時(shí)從主體隔離所述可變負(fù)荷的振動(dòng)的系統(tǒng)，所述 系統(tǒng)包括:正剛度元件，所述正剛度元件連接到所述可變負(fù)荷；負(fù)剛度元件;和用于響應(yīng)于所述可變負(fù)荷中的變化調(diào)節(jié)所述正剛度元件和所述負(fù)剛度元件的相對(duì)位 置的裝置。
【文檔編號(hào)】F16F15/027GK105960546SQ201480074732
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2014年12月4日
【發(fā)明人】C·B·邱吉爾, G·A·赫雷拉, G·P·麥克奈特, J·J·米庫爾斯基
【申請(qǐng)人】Hrl實(shí)驗(yàn)室有限責(zé)任公司