[发明专利]磁流变液双转子制得的力感反馈装置及使用方法

权利要求书

1.磁流变液双转子制得的力感反馈装置，其特征在于，包括托架(10)，托架(10)上依次设有轴承支架(2)、转角及转矩传感器(4)、第二励磁线圈(5)、行星轮轴承支架(12)、第一励磁线圈(8)和电机(9)，转向柱(25)通过转向柱轴承(14)固定在轴承支架(2)上，转向柱(25)与方向盘(1)刚性连接，转向柱(25)通过联轴器(3)与转角及转矩传感器(4)的一端相连接，电机(9)的输出端通过联轴器与第一内转子(22)相连，第一内转子(22)通过第一内转子轴承(24)固定连接在托架(10)的轴承支架上，第一外转子(23)通过两个第一外转子轴承(21)与第一内转子(22)相连接，第一内转子(22)和第一外转子(23)内部充满磁流变液(20)其连接处设有密封圈(16)，第一套转子系统包括第一内转子(22)和第一外转子(23)，第一励磁线圈(8)环绕在第一外转子(23)外，第二内转子(19)通过联轴器与转角及转矩传感器(4)的另一端相连接，第一内转子(22)通过联轴器与第二内转子(19)刚性连接，第二外转子(18)通过第二内转子轴承(15)固定在托架(10)的轴承支架上，第二内转子(19)通过两个第二外转子轴承(17)与第二外转子(18)连接，第二内转子(19)和第二外转子(18)内部充满磁流变液(20)其连接处设有密封圈(16)，第二套转子系统包括第二内转子(19)和第二外转子(18)，第二励磁线圈(5)环绕在第二外转子(18)外；大齿圈(7)与第一外转子(23)刚性连接，行星轮(13)通过行星轮轴承(11)连接到行星轮轴承支架(12)，太阳轮(6)通过两个行星轮(13)与大齿圈(7)啮合，太阳轮(6)与第二外转子(18)刚性连接；转角及转矩传感器(4)通过信号线分别与力感控制器(26)和磁流变液控制器(29)连接，力感控制器(26)通过信号线依次与磁流变液控制器(29)、电流发生器(30)相连接，电机控制器(27)通过信号线依次与电机驱动器(28)、电机(9)相连接。

2.根据权利要求1所述的磁流变液双转子制得的力感反馈装置，其特征在于，所述第一内转子(22)和第二内转子(19)采用的内转子为滚筒式内转子或叠片式内转子的任意一种。

3.根据权利要求1所述的磁流变液双转子制得的力感反馈装置，其特征在于，电源(31)通过供电线分别与转角及转矩传感器(4)、电机(9)、力感控制器(26)、电机控制器(27)、电机驱动器(28)、磁流变液控制器(29)、电流发生器(30)相连接。

4.一种如权利要求1-3任意一项所述的磁流变液双转子制得的力感反馈装置的使用方法，其特征在于，具体按照以下步骤进行：

步骤一、在驾驶过程中转动方向盘(1)，转角及转矩传感器(4)检测方向盘(1)转角的大小以及方向并将其传递给力感控制器(26)，回正力矩由主销内倾回正力矩M_A和轮胎拖距回正力矩M_Y组成，M_A＝QDsinβsinδ，Q＝mg·b/L，其中，M_A为主销内倾回正力矩，Q为轮胎载荷，D为主销内移距离，β为主销内倾角，δ为前轮转角，m为车辆质量，g为重力加速度，b为车辆质心至后轴的距离，L为轴距；M_Y＝F_Y(ξ'+ξ”)，其中，M_Y为轮胎拖距回正力矩，F_Y为侧向力，ξ'为气胎拖距，ξ”为后倾拖距，v为车速，R为转弯半径，k₂为后轮侧倾刚度，k₁为前轮侧倾刚度，a为车辆质心至前轴的距离，阻尼力矩M_D＝B_s·δ_s+Q·f·sign(δ_s)，其中，B_s为转向系统折算至转向柱(25)的阻尼系数，δ_s为方向盘(1)转角，f为轮胎与地面摩擦系数，sign表示取符号算子；理论方向盘力矩其中，i为转向系统传动比，p为助力系统助力系数，F(δ_s)为理论方向盘力矩与方向盘(1)转角δ_s之间的函数，力感控制器(26)将理论方向盘力矩的大小以及方向并传递给磁流变液控制器(29)；

步骤二、电机控制器(27)通过电机驱动器(28)控制电机(9)维持等速旋转，第二外转子(18)和第一外转子(23)作为主动源被电机(9)驱动并被行星轮(13)换向，第二外转子(18)和第一外转子(23)被磁流变液(20)驱动，能够随时传递与电机(9)同向或者反向的大小可控的力矩L₁为有效工作长度；R₁为第一内转子(22)/第二内转子(19)有效工作半径；R₂为第一外转子(23)/第二外转子(18)有效工作半径；τ₀为磁流变液(20)剪切磁致应力，并通过转角及转矩传感器(4)传递给方向盘(1)，最终哪一个外转子接收驱动力矩是由磁流变液控制器(29)决定的；

步骤三、磁流变液控制器(29)根据理论方向盘力矩M₁的大小得出励磁线圈的理论电流大小，根据理论方向盘力矩M₁的方向得出应该向哪个励磁线圈供电，τ₀＝1150B⁴-2140B³+1169B²-64B+0.8，其中，B为磁感应强度；μ为介质磁导率，N为励磁线圈匝数，I为励磁线圈电流，l为磁路长度，然后通过电流发生器(30)予以执行；该套转子系统则能够将内转子上的驱动力矩同向或者反向传递给转向柱(25)，最终传递给驾驶员，一套转子系统工作的同时另一套的励磁线圈没有电流，进行空转，磁流变液控制器(29)还能接收转角及转矩传感器(4)输出的转矩信号，根据理论方向盘力矩的数值和实际力矩的数值进行反馈调节，ΔT＝M₁-T，Δτ₀＝1150B⁴-2140B³+1169B²-64B+0.8，其中，T为内外转子间实际方向盘反馈力矩，ΔT为反馈力矩补偿量，Δτ₀为磁流变液(20)剪切应力补偿量，确保最终传递给驾驶员的力矩与理论方向盘力矩相等。