[發明專利]超磁致伸縮材料制得的力感反饋裝置及其使用方法有效
| 申請號： | 201810409822.3 | 申請日： | 2018-05-02 |
| 公開（公告）號： | CN108394462B | 公開（公告）日： | 2019-11-26 |
| 發明（設計）人： | 張素民;仲首任;廖夢迪 | 申請（專利權）人： | 吉林大學 |
| 主分類號： | B62D6/00 | 分類號： | B62D6/00 |
| 代理公司： | 11531 北京匯捷知識產權代理事務所(普通合伙) | 代理人： | 李宏偉<國際申請>=<國際公布>=<進入 |
| 地址： | 130000 吉*** | 國省代碼： | 吉林;22 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 超磁致伸縮材料 反饋裝置 模擬系統 突變 供電系統 超磁致伸縮棒 產生系統 反饋力矩 控制過程 控制系統 彈性力 可控的 響應 | ||
1.超磁致伸縮材料制得的力感反饋裝置，其特征在于，包括支架(7)，支架(7)上設有滑槽，滑槽上設有滑塊(37)，支架(7)上依次設的轉向柱軸承支座(2)、轉角及轉矩傳感器(4)、卷簧總成(5)和超磁致伸縮棒總成(6)均設有通孔并通過螺釘與滑塊(37)相連接，方向盤(1)和轉向柱(8)剛性連接，轉向柱(8)通過轉向柱軸承(9)固定連接到轉向柱軸承支座(2)上，轉向柱(8)通過聯軸器(3)與轉角及轉矩傳感器(4)的一端剛性連接，轉角及轉矩傳感器(4)的另一端與通過聯軸器(3)與動摩擦盤(13)軸上的鍵相連接，超磁致伸縮棒總成(6)的外筒(17)通過螺釘分別與底蓋(19)和調整蓋(30)固定連接構成超磁致伸縮棒總成(6)的外殼，超磁致伸縮棒總成(6)內的固定筒(27)通過螺釘分別與左固定板(15)和右固定板(18)連接構成上下兩個固定筒總成，超磁致伸縮棒總成(6)的外殼內依次設有上固定筒總成、連接件(29)、碟片彈簧(14)和下固定筒總成，碟片彈簧(14)的固定端與調整蓋(30)的內壁相接觸，碟片彈簧(14)的擠壓端置于連接件(29)的軸肩，連接件(29)的花鍵軸穿過碟片彈簧(14)的通孔，固定筒總成中左固定板(15)和右固定板(18)之間依次裝入左導磁板(16)、圓筒磁軛(26)和右導磁板(20)，圓筒磁軛(26)外周面與固定筒(27)內周面相接觸，圓筒磁軛(26)內周面與線圈骨架(21)上纏繞的勵磁線圈(25)相接觸，上下固定筒總成中的圓筒磁軛(26)之間設有套筒(22)，套筒(22)內設有超磁致伸縮棒(24)，超磁致伸縮棒(24)一端設有左導向塊(28)，另一端設有右導向塊(23)，左固定板(15)、左導磁板(16)、右導磁板(20)的中心均設有通孔，連接件(29)貫穿于左固定板(15)和左導磁板(16)并與左導向塊(28)相連接，連接件(29)的花鍵軸通過花鍵槽與調整蓋(30)固定連接，靜摩擦盤(31)通過摩擦盤蓋(32)與調整蓋(30)相連接，連接件(29)的花鍵軸通過花鍵槽與靜摩擦盤(31)非摩擦面的花鍵槽連接，靜摩擦盤(31)的摩擦面與動摩擦盤(13)相接觸，動摩擦盤(13)的軸貫穿卷簧總成(5)并與其固定連接，摩擦盤軸承(12)置于動摩擦盤(13)和摩擦盤蓋(32)之間，摩擦盤蓋(32)通過螺釘與調整蓋(30)固定連接；圓盤狀的連接件(29)中心處設有貫穿于其自身的軸，連接件(29)一側軸端設有均勻排列的花鍵槽，另一側軸端四周平滑，圓盤狀的動摩擦盤(13)的軸端上設有一個花鍵槽，圓盤狀的靜摩擦盤(31)中心處鏤空設有均勻排列的花鍵槽并與連接件(29)一側軸端相對應，轉角及轉矩傳感器(4)通過信號線分別與力感控制器(33)、超磁致伸縮棒控制器(34)連接，力感控制器(33)通過信號線依次與超磁致伸縮棒控制器(34)、電流發生器(35)、勵磁線圈(25)連接。
2.根據權利要求1所述的超磁致伸縮材料制得的力感反饋裝置，其特征在于，所述卷簧總成(5)包括第一卷簧(10)和第二卷簧(11)，第一卷簧(10)和第二卷簧(11)按不同旋向固定連接在卷簧總成(5)的外圓筒上。
3.根據權利要求1所述的超磁致伸縮材料制得的力感反饋裝置，其特征在于，所述左固定板(15)、左導磁板(16)、右導磁板(20)均設有通孔，通孔位于同一軸線上。
4.根據權利要求1所述的超磁致伸縮材料制得的力感反饋裝置，其特征在于，電源(36)通過供電線分別與力感控制器(33)、轉角及轉矩傳感器(4)、超磁致伸縮棒控制器(34)、電流發生器(35)相連接。
5.根據權利要求1所述的超磁致伸縮材料制得的力感反饋裝置，其特征在于，所述左導向塊(28)、右導向塊(23)、超磁致伸縮棒(24)與連接件(29)位于同一軸線上。
6.一種如權利要求1-5任何一項所述的超磁致伸縮材料制得的力感反饋裝置的使用方法，其特征在于，具體按照以下步驟進行：
步驟一、在駕駛模擬過程中轉動方向盤(1)，卷簧總成(5)提供彈性力，轉角及轉矩傳感器(4)檢測方向盤(1)轉角的大小以及方向，回正力矩由主銷傾角和位移及接地面分布的微元側反力引起，MA＝QDsinβsinδ，MY＝FYe，其中，MA為主銷內傾引起的路面對車輪的轉向力矩，Q為轉向輪胎負載，D為主銷傾角位移，β為主銷傾角，δ為輪胎轉角，MY為主銷后傾引起的力矩，FY為輪胎側偏力，e為輪胎拖矩；阻尼力矩由轉向系統和地面摩擦引起，MD＝Bs·θ+Q·f·sign(θ)，其中，Bs為轉向系統中轉向軸的阻尼系數，θ為方向盤(1)轉角，f是地面摩擦系數，sign(θ)表示摩擦力矩方向與方向盤(1)轉動方向相反，因此，理論方向盤的總反饋力矩可表示為：
T總＝F(θ)＝(MA+MY)/i+(MD-Bs·θ)/i+Bs·θ，其中，i為轉向系統的傳動比；由T簧＝f(θ)＝(MA+MY)/i，得出卷簧總成(5)提供的彈性力，動摩擦盤(13)與靜摩擦盤(31)所需提供的阻尼力矩
其中，F為超磁致伸縮棒(24)所提供的動摩擦盤(13)與靜摩擦盤(31)之間的壓力，R為動摩擦盤(13)與靜摩擦盤(31)的內筒半徑，η為動摩擦盤(13)單位面積的壓力，μ0為動摩擦盤(13)與靜摩擦盤(31)之間的摩擦系數，r為積分半徑，0≤r≤R；將阻尼力矩T盤傳遞給力感控制器(33)，力感控制器(33)根據理論總反饋力矩T總＝T盤+T簧，得出理論方向盤力矩的大小以及方向并傳遞給超磁致伸縮棒控制器(34)；
步驟二、根據步驟一中F與超磁致伸縮棒(24)所提供的力大小相等，方向相同，超磁致伸縮棒(24)的內部應力其中，Ar為超磁致伸縮棒(24)對應的截面面積；超磁致伸縮棒(24)的應變量其中，ε為超磁致伸縮棒(24)的應變量，Lr為超磁致伸縮棒(24)的長度，ΔL為超磁致伸縮棒(24)的變化長度，Es為磁化強度達到飽和值時超磁致伸縮棒(24)所對應的彈性模量，λs為超磁致伸縮棒(24)的飽和伸縮系數，σs為超磁致伸縮棒(24)的飽和應力，M是超磁致伸縮棒(24)的磁化強度，Ms為超磁致伸縮棒(24)內的磁化強度飽和值；超磁致伸縮棒(24)的應變量其中，B為磁感應強度，E為超磁致伸縮棒(24)的彈性模量，d33為超磁致伸縮棒(24)的壓磁系數，μσ橫壓力下超磁致伸縮棒(24)的導磁率，He為超磁致伸縮棒(24)內的有效作用磁場強度；磁感應強度B＝μH，其中，μ為介質導磁率，H為磁場強度；由安培環路定理Hl＝NI，其中，N是勵磁線圈(25)的圈數，I是勵磁線圈(25)的電流，l是磁路長度，超磁致伸縮棒控制器(34)根據理論方向盤力矩的大小得出勵磁線圈(25)的理論電流大小，然后通過電流發生器(35)予以執行；
步驟三、卷簧總成(5)和動摩擦盤(13)共同提供的阻力矩通過轉角及轉矩傳感器(4)傳遞給方向盤(1)，并隨時通過轉角及轉矩傳感器(4)向超磁致伸縮材料棒控制器(34)傳遞轉矩信號，通過實時轉矩大小與理論轉矩大小的比較完成反饋調節。
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