[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

说明书

本发明公开了一种行星齿轮式磁流变液双转筒力感反馈装置及其使用方法，行星齿轮式磁流变液双转筒力感反馈装置包括力感模拟系统、力感控制系统、力感产生系统、换向系统和供电系统。本发明采用了双套转筒系统，并且配合行星齿轮换向系统，使得控制过程中没有参数的突变，使用套筒式的换向装置，不仅节省了空间，同时免去了其他换向结构中的摩擦盘的结构，使零件数量减少，结构尺寸较小，且换向结构与传动结构分开，使得各结构作用明确。

技术领域

本发明属于汽车电控及智能化领域，涉及一种行星齿轮式磁流变液双转筒力感反馈装置及其使用方法。

背景技术

传统车辆道路试验具有成本高、时间长、场地条件有限以及极限工况易发生事故等缺点，采用汽车驾驶模拟系统替代传统车辆道路试验是目前的主流趋势。成熟的驾驶模拟系统能较为真实地反映出车辆运动状态、道路条件、周围环境以及各种体感、力感，极大地降低了车辆道路试验资金成本、时间成本和人力成本。其中准确的方向盘力感反馈是必不可少的，其很大程度上决定了驾驶员能否按照给定的路线或者驾驶意图做出相应的操作，对驾驶员的操作决策至关重要。传统的力感反馈装置主要由力矩电机配合减速机构组成，但它存在控制不平顺、延迟和抖动大、机械连接装置复杂以及容易出现电机卡死等缺点，因此本专利提出了一种单筒行星齿轮式磁流变液力感反馈装置，主要区别在于力感的方向控制由电机带动反向旋转的行星齿轮系统完成，力感的大小控制由励磁线圈控制磁流变液黏度完成，在一定程度上消除了传统力矩电机直连方案的延迟和抖动，能保证力矩准确反馈，又能克服力矩电机的一系列不足。

磁流变液是一种智能材料，是将微米尺寸的磁极化颗粒分散于非磁性液体(矿物油、硅油等)中形成的悬浮液。在零磁场情况下磁流变液可以自由流动，表现出牛顿流体的行为，其表观黏度很小；在外加磁场作用下可在短时间(毫秒级)内表观黏度增加几个数量级以上，并呈现类固体特性，具有一定的抗剪切屈服应力，而且这种变化是连续的、可逆的，即去掉磁场后又恢复到原来的流动状态，并且这种特性受外界其他因素(如温度)影响很小。磁流变液的磁流变效应，为它在工程实际中提供了广泛的应用前景。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供一种行星齿轮式磁流变液双转筒力感反馈装置及其使用方法，解决了现有技术中力感反馈装置延迟抖动以及控制不平顺、机械连接装置复杂以及换向时冲击较大的问题。

本发明所采用的技术方案是，行星齿轮式磁流变液双转筒力感反馈装置，包括托架，托架上依次设有轴承支架、转角及转矩传感器、外励磁线圈、行星轮支架和电机，转向柱通过转向柱轴承固定在轴承支架上，方向盘与转向柱刚性连接，转向柱通过联轴器与转角及转矩传感器的一端相连接，转角及转矩传感器的另一端通过联轴器与隔磁套筒相连接，隔磁套筒通过隔磁套筒轴承固定连接在转向柱上，电机的输出端通过联轴器与齿圈及与其固连的小套筒固定连接，齿圈及与其固连的小套筒通过小套筒轴承固连到托架的轴承支架上，齿圈及与其固连的小套筒通过两个内轴承和两个支撑轴承连接到隔磁套筒，齿圈及与其固连的小套筒与隔磁套筒之间充满磁流变液其连接处设有内密封圈，内励磁线圈分别缠绕在隔磁套筒中间轴的两侧上，行星轮固定连接在行星轮支架上，齿圈及与其固连的小套筒上的齿圈通过两个行星轮与太阳轮及与其固连的大套筒上的太阳轮啮合，太阳轮及与其固连的大套筒通过太阳轮轴承与齿圈及与其固连的小套筒连接，太阳轮及与其固连的大套筒通过两个外轴承连接到隔磁套筒，太阳轮及与其固连的大套筒与隔磁套筒之间充满磁流变液其连接处设有外密封圈，外励磁线圈分别缠绕于隔磁套筒外周的两侧，太阳轮及与其固连的大套筒和齿圈及与其固连的小套筒均可以绕自身轴线旋转，转角及转矩传感器通过信号线分别与力感控制器和磁流变液控制器连接，力感控制器通过信号线依次与磁流变液控制器、电流发生器和外励磁线圈/内励磁线圈连接，电机控制器通过信号线依次与电机驱动器和电机连接。

进一步的，所述外励磁线圈和内励磁线圈缠绕方向不同。

进一步的，电源通过供电线分别与转角及转矩传感器、电机、力感控制器、电机控制器、电机驱动器、磁流变液控制器、电流发生器相连接。

进一步的，所述行星轮可以绕自身轴线进行旋转。