[发明专利]行星齿轮式磁流变液双转筒力感反馈装置及其使用方法

权利要求书

1.行星齿轮式磁流变液双转筒力感反馈装置，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)、外励磁线圈(5)、行星轮支架(11)和电机(9)，转向柱(12)通过转向柱轴承(13)固定在轴承支架(2)上，方向盘(1)与转向柱(12)刚性连接，转向柱(12)通过联轴器(3)与转角及转矩传感器(4)的一端相连接，转角及转矩传感器(4)的另一端通过联轴器与隔磁套筒(24)相连接，隔磁套筒(24)通过隔磁套筒轴承(14)固定连接在转向柱(12)上，电机(9)的输出端通过联轴器与齿圈及与其固连的小套筒(8)固定连接，齿圈及与其固连的小套筒(8)通过小套筒轴承(22)固连到托架(10)的轴承支架上，齿圈及与其固连的小套筒(8)通过两个内轴承(17)和两个支撑轴承(23)连接到隔磁套筒(24)，齿圈及与其固连的小套筒(8)与隔磁套筒(24)之间充满磁流变液(19)，其连接处设有内密封圈(20)，内励磁线圈(18)分别缠绕在隔磁套筒(24)中间轴的两侧上，行星轮(7)固定连接在行星轮支架(11)上，齿圈及与其固连的小套筒(8)上的齿圈通过两个行星轮(7)与太阳轮及与其固连的大套筒(6)上的太阳轮啮合，太阳轮及与其固连的大套筒(6)通过太阳轮轴承(21)与齿圈及与其固连的小套筒(8)连接，太阳轮及与其固连的大套筒(6)通过两个外轴承(16)连接到隔磁套筒(24)，太阳轮及与其固连的大套筒(6)与隔磁套筒(24)之间充满磁流变液(19)，其连接处设有外密封圈(15)，外励磁线圈(5)分别缠绕于隔磁套筒(24)外周的两侧，太阳轮及与其固连的大套筒(6)和齿圈及与其固连的小套筒(8)均可以绕自身轴线旋转，转角及转矩传感器(4)通过信号线分别与力感控制器(27)和磁流变液控制器(28)连接，力感控制器(27)通过信号线依次与磁流变液控制器(28)、电流发生器(29)和外励磁线圈(5)/内励磁线圈(18)连接，电机控制器(26)通过信号线依次与电机驱动器(25)和电机(9)连接。

2.根据权利要求1所述的行星齿轮式磁流变液双转筒力感反馈装置，其特征在于，所述外励磁线圈(5)和内励磁线圈(18)缠绕方向不同。

3.根据权利要求1所述的行星齿轮式磁流变液双转筒力感反馈装置，其特征在于，电源(30)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(27)、电机控制器(26)、电机驱动器(25)、磁流变液控制器(28)、电流发生器(29)相连接。

4.根据权利要求1所述的行星齿轮式磁流变液双转筒力感反馈装置，其特征在于，所述行星轮(7)可以绕自身轴线进行旋转。

5.一种如权利要求1-4任何一项所述的行星齿轮式磁流变液双转筒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(27)，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(12)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(27)得出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(28)；

步骤二、电机控制器(26)通过电机驱动器(25)控制电机(9)维持旋转，隔磁套筒(24)被磁流变液(19)包围，随时准备接收转筒的驱动力矩并通过转角及转矩传感器(4)传递给方向盘(1)，τ₀＝1150B⁴-2140B³+1169B²-64B+0.8，其中，T₁为隔磁套筒(24)和齿圈及与其固连的小套筒(8)之间实际输出的力矩，T₂为隔磁套筒(24)和太阳轮及与其固连的大套筒(6)之间实际输出的力矩；L₁为有效工作长度；R₁为齿圈及与其固连的小套筒(8)工作半径；R₂为隔磁套筒(24)的有效工作半径；R₃为太阳轮及与其固连的大套筒(6)工作半径；τ₀为磁流变液(19)剪切磁致应力；最终接收哪一个转筒的驱动力矩由磁流变液(19)的黏度决定，转筒系统则能够将与太阳轮和齿圈固连的套筒的驱动力矩传递给隔磁套筒(24)，最终传递给驾驶员，一套转筒系统工作的同时另一套的励磁线圈没有电流，进行空转；

步骤三、磁流变液控制器(28)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(29)予以执行，磁流变液控制器(28)还能接收转角及转矩传感器(4)输出的转矩信号，根据理论力矩的数值和实际力矩的数值进行反馈调节，ΔT＝M₁-T，其中，T为齿圈和太阳轮及其固连的套筒与隔磁套筒(24)间实际方向盘反馈力矩，ΔT为反馈力矩补偿量，确保最终传递给驾驶员的力矩与理论力矩相等。