[發明專利]錐齒輪磁流變液力感反饋裝置及其使用方法

有效

• 申請號: 201810409417.1
• 申請日: 2018-05-02
• 公開（公告）號: CN108394460B
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發明（設計）人: 張素民;仲首任;姜玉瑤
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B62D6/00
• 分類號: B62D6/00;B62D3/14
• 代理公司: 北京匯捷知識產權代理事務所(普通合伙) 11531
• 代理人: 李宏偉

本發明公開了一種錐齒輪磁流變液力感反饋裝置及其使用方法，錐齒輪磁流變液力感反饋裝置包括力感模擬系統、力感控制系統、力感產生系統、換向系統和供電系統。本發明的錐齒輪機構為正反轉轉速相等，錐齒輪結構簡單，安裝方便，制造成本低，由于惰輪固定在支架上，因此工作穩定，且錐齒輪結構對內外套筒的支撐較好，機構的同軸度精度較高。

技術領域

本發明屬于汽車電控及智能化領域，涉及一種錐齒輪磁流變液力感反饋裝置及其使用方法。

背景技術

傳統車輛道路試驗具有成本高、時間長、場地條件有限以及極限工況易發生事故等缺點，采用汽車駕駛模擬系統替代傳統車輛道路試驗是目前的主流趨勢。成熟的駕駛模擬系統能較為真實地反映出車輛運動狀態、道路條件、周圍環境以及各種體感、力感，極大地降低了車輛道路試驗資金成本、時間成本和人力成本。其中準確的方向盤力感反饋是必不可少的，其很大程度上決定了駕駛員能否按照給定的路線或者駕駛意圖做出相應的操作，對駕駛員的操作決策至關重要。傳統的力感反饋裝置主要由力矩電機配合減速機構組成，但它存在控制不平順、延遲和抖動大、機械連接裝置復雜以及容易出現電機卡死等缺點。現有技術中有的能解決等速旋轉換向的問題，但是由于其機械結構與氣動式的動力來源，換向延遲較大。行星齒輪雖然可以快速換向，但是沒辦法實現等速換向，因此在一些對等速要求比較嚴格的工況沒法使用。申請號為201410021814.3，發明名稱為“把手快速換向機構”，公開日為2014年5月14日，提出了一種把手快速換向結構，該發明為平動換向。申請號為201310329852.0，發明名稱為“一種快速換向系統”，公開日為2015年2月11日，申請提出一種快速換向系統，該發明的快速換向結構使用機械結構，換向時間較長。

磁流變液是一種智能材料，是將微米尺寸的磁極化顆粒分散于非磁性液體(礦物油、硅油等)中形成的懸浮液。在零磁場情況下磁流變液可以自由流動，表現出牛頓流體的行為，其表觀黏度很小；在外加磁場作用下可在短時間(毫秒級)內表觀黏度增加幾個數量級以上，并呈現類固體特性，具有一定的抗剪切屈服應力，而且這種變化是連續的、可逆的，即去掉磁場后又恢復到原來的流動狀態，并且這種特性受外界其他因素(如溫度)影響很小。磁流變液的磁流變效應，為它在工程實際中提供了廣泛的應用前景。

發明內容

為實現上述目的，本發明提供一種錐齒輪磁流變液力感反饋裝置及其使用方法，解決了現有技術中力感反饋裝置延遲抖動以及控制不平順、機械連接裝置復雜、無法完成正反向等速旋轉以及容易卡死的問題。

本發明所采用的技術方案是，錐齒輪磁流變液雙轉筒力感反饋裝置，包括托架，托架上依次設有軸承支座、轉角及轉矩傳感器、外勵磁線圈、惰輪軸承支架和電機，轉向柱通過轉向柱軸承固定在軸承支架上，方向盤與轉向柱剛性連接，轉向柱通過聯軸器與轉角及轉矩傳感器的一端相連接，轉角及轉矩傳感器的另一端通過聯軸器與隔磁套筒相連接，隔磁套筒通過隔磁套筒軸承連接到軸承支架上，電機的輸出端通過聯軸器與錐齒輪及與其固連的小套筒固定連接，錐齒輪及與其固連的小套筒通過小套筒軸承固定連接到托架的軸承支架上，錐齒輪及與其固連的小套筒通過兩個內軸承和兩個支撐軸承連接到隔磁套筒，錐齒輪及與其固連的小套筒與隔磁套筒之間充滿磁流變液其連接處設有內密封圈，內勵磁線圈分別纏繞在隔磁套筒中間軸的兩側上，惰輪通過惰輪軸承固定連接在惰輪軸承支架上，錐齒輪及與其固連的小套筒上的錐齒輪通過兩個惰輪與錐齒輪及與其固連的大套筒上的錐齒輪嚙合，錐齒輪及與其固連的大套筒通過兩個外軸承連接到隔磁套筒，錐齒輪及與其固連的大套筒與隔磁套筒之間充滿磁流變液其連接處設有外密封圈，外勵磁線圈分別纏繞于隔磁套筒外周的兩側；轉角及轉矩傳感器通過信號線與力感控制器和磁流變液控制器連接，力感控制器通過信號線依次與磁流變液控制器、電流發生器和外勵磁線圈/內勵磁線圈連接，電機控制器通過信號線依次與電機驅動器和電機連接。

進一步的，所述外勵磁線圈和內勵磁線圈纏繞方向不同。

進一步的，電源通過供電線分別與轉角及轉矩傳感器、電機、力感控制器、電機控制器、電機驅動器、磁流變液控制器、電流發生器相連接。