旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的振動(dòng)隔離的制作方法
【專利說(shuō)明】
[0001]相關(guān)串請(qǐng)的交叉引用
【背景技術(shù)】
[0002]振動(dòng)隔咼系統(tǒng)試圖將有效載荷與振動(dòng)干擾隔咼。振動(dòng)隔咼系統(tǒng)可以是被動(dòng)、半主動(dòng)或全主動(dòng)的。全主動(dòng)的振動(dòng)隔離系統(tǒng)采用能夠施加任意幅值和相位的力、沒有任何干擾的源作為隔離系統(tǒng)的一部分。用于振動(dòng)隔離系統(tǒng)的一些應(yīng)用是地面車輛、船舶或航空器。諸如乘用車、長(zhǎng)途卡車、施工設(shè)備或類似物等的車輛典型地采用一些類型的懸架系統(tǒng)作為振動(dòng)隔離系統(tǒng)，以便將車輛乘員與車輛在其沿路徑(其中路徑可以是在和/或離開道路)行進(jìn)時(shí)遭遇的干擾所誘發(fā)的振動(dòng)隔離。然而在一些車輛中，車輛懸架可能不足以有效地將車輛乘員與道路誘發(fā)的干擾隔離。這可能在諸如半拖車卡車的牽引車等的車輛中尤其是事實(shí)，這樣的車輛可能具有比乘用車輛“更嚴(yán)苛”的懸架并且其駕駛員可能會(huì)駕駛很長(zhǎng)一段時(shí)間。諸如這些等的車輛可以具有第二懸架，以控制乘員座椅與車廂之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。座椅懸架可以是被動(dòng)、半主動(dòng)或可以是全主動(dòng)的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]在一個(gè)方面中，振動(dòng)隔離系統(tǒng)具有懸置平臺(tái)、基部和外骨架，其中外骨架包括:第一剪叉機(jī)構(gòu)，包括長(zhǎng)度不相等的第一和第二主連桿以及第一和第二副連桿，其中第一和第二主連桿在中間點(diǎn)處被可樞轉(zhuǎn)地彼此耦合；第二剪叉機(jī)構(gòu)，包括長(zhǎng)度不相等的第三和第四主連桿以及第三和第四副連桿，其中第三和第四主連桿在中間點(diǎn)處被可樞轉(zhuǎn)地彼此耦合，其中第一和第二剪叉機(jī)構(gòu)在預(yù)期行程范圍內(nèi)相對(duì)于基部支撐懸置平臺(tái)，其中第一和第二主連桿在振動(dòng)隔離系統(tǒng)在預(yù)期行程范圍內(nèi)位移時(shí)經(jīng)過(guò)平行狀態(tài)，并且第三和第四主連桿在振動(dòng)隔離系統(tǒng)在預(yù)期行程范圍內(nèi)位移時(shí)經(jīng)過(guò)平行狀態(tài)。
[0004]實(shí)施例可以包括以下特征中的一個(gè)或多個(gè)。第一、第二、第三和第四副連桿沿相同方向被定向。第一、第二、第三和第四副連桿彼此平行。第一、第二、第三和第四副連桿具有相等的長(zhǎng)度。旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器，用于輸出力以使懸置平臺(tái)在行程范圍內(nèi)相對(duì)于基部位移，旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器包括第一和第二轉(zhuǎn)子，其中旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器相對(duì)于懸置平臺(tái)和振動(dòng)隔離系統(tǒng)基部是自由平移的。針對(duì)懸置平臺(tái)的在整個(gè)行程范圍內(nèi)相對(duì)于基部的位移，第一和第二轉(zhuǎn)子相對(duì)于彼此的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)小于一個(gè)完整回轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器，包括第一和第二轉(zhuǎn)子，其中針對(duì)懸置平臺(tái)相對(duì)于基部的完整行程范圍，第一和第二轉(zhuǎn)子相對(duì)于彼此的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)小于一個(gè)完整回轉(zhuǎn)，和與外骨架分離的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于將來(lái)自旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器的輸出力施加至懸置平臺(tái)和基部中的至少一個(gè)。旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器，包括第一和第二轉(zhuǎn)子，其中第一和第二轉(zhuǎn)子兩者都相對(duì)于外骨架是自由轉(zhuǎn)動(dòng)的，其中旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器被慣性地耦合至懸置平臺(tái)和基部中的一個(gè)，和與外骨架分離的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于將來(lái)自旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器的第一和第二轉(zhuǎn)子兩者的輸出力耦合至懸置平臺(tái)和基部中的旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器未慣性地與其耦合的一個(gè)。旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器，包括第一和第二轉(zhuǎn)子，其中第一和第二轉(zhuǎn)子相對(duì)于外骨架是自由轉(zhuǎn)動(dòng)的，其中旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器相對(duì)于懸置平臺(tái)和振動(dòng)隔離系統(tǒng)基部是自由平移的。
【附圖說(shuō)明】
[0005]圖1是具有被動(dòng)車輛懸架和主動(dòng)振動(dòng)隔尚座椅系統(tǒng)的車輛的不意圖。
[0006]圖2a是主動(dòng)振動(dòng)隔離系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
[0007]圖2b是另一主動(dòng)振動(dòng)隔離系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
[0008]圖2c是另一主動(dòng)振動(dòng)隔離系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
[0009]圖2d是另一主動(dòng)振動(dòng)隔離系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
[0010]圖2e是另一主動(dòng)振動(dòng)隔離系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
[0011]圖2f是另一主動(dòng)振動(dòng)隔離系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
[0012]圖3a是另一主動(dòng)振動(dòng)隔離系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
[0013]圖3b是另一主動(dòng)振動(dòng)隔離系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
[0014]圖4a是外骨架框架的一些部分被省略的狀態(tài)下的剪叉外骨架機(jī)構(gòu)的立體圖。
[0015]圖4b是包括圖4a的外骨架框架的省略部分的剪叉外骨架機(jī)構(gòu)的立體圖。
[0016]圖5a是處于收縮位置的剪叉外骨架的立體圖。
[0017]圖5b是處于伸展位置的剪叉外骨架的立體圖。
[0018]圖6是示出了致動(dòng)器、驅(qū)動(dòng)連桿、中心軸和氣動(dòng)彈簧的雙動(dòng)作飛行致動(dòng)器的立體圖。
[0019]圖7是被包含到圖5b的外骨架組件內(nèi)的圖6的系統(tǒng)的(轉(zhuǎn)動(dòng)的)立體圖。
[0020]圖8是驅(qū)動(dòng)連桿的一個(gè)端部的剖視圖。
[0021]圖9a是示出了具有用于驅(qū)動(dòng)連桿的預(yù)加荷的彈簧支撐和連桿布置的實(shí)施例的振動(dòng)隔離系統(tǒng)的選擇部分的立體圖。
[0022]圖9b是示出示出了系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)連桿的定向的圖9a的振動(dòng)隔離系統(tǒng)的選擇部分的另一立體圖。
[0023]圖10是使用凸輪和凸輪從動(dòng)件作為直接驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的主動(dòng)振動(dòng)隔離系統(tǒng)的實(shí)施例的立體圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]本公開涉及主動(dòng)振動(dòng)隔離系統(tǒng)。將在為設(shè)備(該設(shè)備將包含有效載荷駐留在其上的懸置平臺(tái)，但也可以包含其他元件)提供了與被施加至振動(dòng)隔離系統(tǒng)與其耦合的基部的振動(dòng)輸入的隔離方面描述主動(dòng)振動(dòng)隔離系統(tǒng)。主動(dòng)振動(dòng)系統(tǒng)在基部與懸置平臺(tái)之間施加受控的力，以便為有效載荷駐留在其上的懸置平臺(tái)提供振動(dòng)隔離。在本文中所公開的實(shí)施例中的很多將討論應(yīng)用于車輛座椅的主動(dòng)振動(dòng)系統(tǒng)。然而，應(yīng)該理解的是，所描述的振動(dòng)隔離系統(tǒng)不限于車輛座椅中的應(yīng)用。期望將有效載荷與一些振動(dòng)輸入隔離的任何應(yīng)用都是在本文中所預(yù)期的。
[0025]被隔咼的設(shè)備包含與輸入振動(dòng)隔咼的整個(gè)結(jié)構(gòu)。在主動(dòng)座椅的情況下，座椅頂部框架、座墊、扶手等所有都是懸置設(shè)備的一部分。另外，主動(dòng)懸置座椅的乘員也將變成設(shè)備的一部分(因?yàn)槌藛T是我們?cè)诟綦x中最感興趣的，在該示例中乘員將是有效載荷)。待進(jìn)一步描述的實(shí)施例與主動(dòng)懸架系統(tǒng)部件的布置有關(guān)，該部件位于正在振動(dòng)的結(jié)構(gòu)和期望與振動(dòng)隔離的有效載荷之間。
[0026]在圖1的懸架中，懸架12是包括力源20、傳感器22和控制器24的主動(dòng)座椅懸架。一些主動(dòng)懸架可以具有多個(gè)傳感器，并且可能甚至多個(gè)力源。懸架12也可以具有彈簧26以支撐座椅28的靜態(tài)重量。彈簧26可以是具有可控彈簧常數(shù)的可變彈簧或者是具有施加可控預(yù)加荷的提供的彈簧。在圖1的示例中，力源20被慣性地耦合至車輛地板25。
[0027]在操作中，車輛車輪15在穿越路徑16時(shí)穿越干擾。沿著路徑的干擾引起被施加至車輛車輪的力，這進(jìn)而通過(guò)車輛懸架彈簧18和阻尼器19被傳遞至車輛地板25。安置在車輛懸架元件18和19之上的車輛本體(注意，圖中僅示出車輛的一個(gè)車輪)典型地稱作簧上質(zhì)量，并且車輪組件的質(zhì)量典型地稱作簧下質(zhì)量。簧下質(zhì)量的運(yùn)動(dòng)將力賦予到懸架元件中，這進(jìn)而將力賦予到簧上質(zhì)量中。座椅懸架12被用來(lái)將座椅28與簧上車輛質(zhì)量的運(yùn)動(dòng)隔咼。
[0028]傳感器22檢測(cè)與座椅28的垂直運(yùn)動(dòng)有關(guān)的量(如，垂直加速度、垂直位移或垂直速度)。傳感器22 (和其他傳感器，如果存在的話)的輸出被作為輸入數(shù)據(jù)提供至控制器24?；诠?yīng)至其的數(shù)據(jù)，控制器24確定應(yīng)該由力源20施加多少輸出力，以便控制座椅28的運(yùn)動(dòng)，并且控制器24發(fā)出引起力源20施加需要的力的命令。以上說(shuō)明是主動(dòng)閉環(huán)振動(dòng)控制系統(tǒng)的運(yùn)作的簡(jiǎn)化討論。適于作為座椅懸架12使用的主動(dòng)閉環(huán)振動(dòng)控制系統(tǒng)被詳細(xì)地描述在Umethala等人的題為“Active Suspending (主動(dòng)懸置)”的美國(guó)專利7，983, 813中，該專利的全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用合并于此。
[0029]在US7，983，813中，所公開的力源是具有移動(dòng)磁體電樞的線性致動(dòng)器。在一些應(yīng)用中，線性致動(dòng)器可能不是最佳選擇。例如，對(duì)于所要求的相同的行程量，可能期望采用可以裝配在比線性致動(dòng)器可裝配在其內(nèi)的物理外殼小的物理外殼內(nèi)的力源。另外，在期望高效率和/或緊湊性的應(yīng)用中，旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器可以是更好的選擇。在線性致動(dòng)器中，線性致動(dòng)器電樞的延伸到定子外殼的外側(cè)的部分對(duì)致動(dòng)器的力輸出未顯著地做貢獻(xiàn)。
[0030]在本文中所描述的實(shí)施例得益于振動(dòng)控制系統(tǒng)的元件的特定布置，如將更加詳細(xì)地描述的。在本文中所公開的實(shí)施例采用旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器。避免了諸如滾珠螺母和滾珠螺桿、行星式齒輪頭等的傳統(tǒng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的使用。這樣的傳統(tǒng)傳動(dòng)可以通過(guò)引入其中電機(jī)的多個(gè)回轉(zhuǎn)被轉(zhuǎn)換成傳動(dòng)輸出的不同數(shù)量的回轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)比來(lái)提供允許用于特定應(yīng)用的電機(jī)的尺寸被減小的有用益處(通常電機(jī)的更多回轉(zhuǎn)被轉(zhuǎn)換成傳動(dòng)輸出的較少回轉(zhuǎn)，以提供允許電機(jī)尺寸針對(duì)期望的輸出力而被減小的力放大因子)O然而，期望將運(yùn)動(dòng)傳感器定位在力被施加至受控元件(即，作為懸置設(shè)備的一部分的懸置平臺(tái))所在的點(diǎn)附近。傳動(dòng)的存在使力源的力輸出的施加點(diǎn)與被控制的懸置平臺(tái)分離(傳動(dòng)布置在力源與設(shè)備的懸置平臺(tái)部之間)。諸如齒隙、打滑、摩擦、靜摩擦和類似物等的傳動(dòng)中的任何不規(guī)則都可以引入控制環(huán)中的不穩(wěn)定性的可能性。通常，隨著部件磨損、潤(rùn)滑劣化等，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的、尤其是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期操作后的空隙、噪聲和磨損是非常難以避免的。通過(guò)避免閉合控制環(huán)內(nèi)的傳統(tǒng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的使用，這些困難被避免。
[0031]期望的是，至少在振動(dòng)隔離系統(tǒng)被布置以控制的運(yùn)動(dòng)的自由度上，在力源輸出與懸置設(shè)備之間存在有盡量實(shí)際的直接的耦合。更具體地，期望避免使來(lái)自振動(dòng)隔離系統(tǒng)的主力輸出在它被施加至懸置設(shè)備之前路由通過(guò)諸如外骨架等(外骨架的示例在后面更加詳細(xì)地描述，并且可以包含四桿連桿、剪叉機(jī)構(gòu)、伸