一种磁流变液的汽车线控转向路感模拟器及控制方法

技术领域

本发明涉及汽车线控转向路感模拟技术，尤其涉及一种磁流变液的汽车线控转向路感模拟器及控制方法。

背景技术

汽车电动化、智能化、网联化飞速发展，线控转向技术已经有了应用，这是汽车发展过程中的重要环节，路感是驾驶过程中反馈信息的重要组成部分，对于驾驶安全性等有重要影响。与传统转向相比，线控转向不能直接接收到来自路面的信息，因此需要一个装置来模拟出路感。

李静等设计了一种线控液压转向系统(专利号201710291027.4)，该装置为了取消模拟路感的路感电机，而采用一个线性调压阀来实现转向时的路感模拟，转向系统工作时通过电子控制单元(ECU)对线性调压阀的压力和流量进行控制，使线性调压阀呈现不同的阻尼特性，从而能产生各种路感的模拟，并且通过使用两个拉压力传感器，能够实现路感模拟的反馈控制。但该机构由于采用液压的方式，在路感反馈的实时性上有一定的缺陷，有时会有一定的滞后反应。

王道明等设计了一种汽车线控转向路感模拟装置及其控制方法(专利号202010069514.8)，该装置包括机械传动机构和信息采集与控制机构，磁流变阻尼器、输出联轴器、电磁离合器、小齿轮、第二联轴器、扭矩传感器、第一联轴器和方向盘共中心轴依次连接，所述小齿轮连接于所述电磁离合器的输出轴上，构成路感模拟机构。路感的模拟主要来自磁流变阻尼器，磁流变阻尼器能产生的阻尼有一定的上限，遇到特殊情况可能会导致危险发生。

何德管等设计了一种用于线控转向系统的路感模拟装置及其控制方法(专利号202210777016.8)，该装置包括顺次连接的转向管柱、力矩及角度传感器、减速机、以及电机及控制器。控制器控制路感电机输出目标扭矩，以实现车辆在行驶过程中的实时路感模拟。但该装置结构复杂，且转向路感模拟所需路感电机控制复杂，对电机性能要求较高。

杨晓峰等设计了一种基于液力式惯容器的线控转向系统(专利号201710484112.2)，该装置将磁流变液集成于液力式惯容器，通过改变液力式惯容器周围的磁感应强度，达到改变磁流变液的粘度，从而调节液力式惯容器阻尼力的目的。利用液力式惯容器的动惯性效应实现方向盘转向惯性的路感模拟。该装置运用到了磁流变液中挤压的工作模式，虽然可以提供阻尼，但是阻尼力很大，调节比较困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种磁流变液的汽车线控转向路感模拟器及控制方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种磁流变液的汽车线控转向路感模拟器，包括反馈模块、传递模块和控制模块；

所述反馈模块包含缸体、受力板、活塞、以及第一至第三感应线圈；

所述缸体内设有密闭的第一腔体、第二腔体、第三腔体，其中，所述第一腔体为水平设置的圆柱体，第二腔体为下端面平行于第一腔体轴线的长方体，第三腔体为环绕第一腔体并和第一腔体同轴的圆筒；且缸体在第一腔体的两端分别设有和第二腔体下端面的两端对应联通的第一通道、第二通道；所述第一腔体、第二腔体、第一通道、第二通道内充满磁流变液；

所述缸体在第二腔体两端对称设有和所述受力板配合的第一滑孔、第二滑孔；所述受力板的两端分别从第一滑孔、第二滑孔穿出，和缸体密闭滑动连接，能够沿着第一滑孔、第二滑孔自由滑动；所述受力板位于第二腔体的轴线上且平行于第二腔体的下端面；

所述缸体在第一腔体一端的中心设有和所述活塞的活塞杆相配合的第三滑孔；所述活塞设置在第一腔体内，活塞头和第一腔体相互配合，活塞杆从第三滑孔穿出至缸体外、和缸体密闭滑动连接；

所述第一感应线圈、第二感应线圈关于受力板对称设置在第二腔体的上端面、下端面，形成感应线圈组，用于产生垂直于受力板的磁场力；

所述第三感应线圈设置在所述第三腔体内，缠绕在第二腔体外，用于产生平行于活塞杆的磁场力；

所述传递模块包含内齿圈、第一至第二齿条、外齿圈、第一至第三行星齿轮、以及行星架；

所述内齿圈设置在汽车的转向柱上，和汽车的转向柱同轴固连；

所述行星架固定在汽车车架上，用于安装第一至第三行星齿轮；

所述第一至第三行星齿轮周向均匀设置在内齿圈、外齿圈之间，分别和内齿圈的外齿、外齿圈的内齿啮合；

第一齿条、第二齿条设置在缸体同一侧，其中，第一齿条和受力板的一端刚性连接，第二齿条和所述活塞的活塞杆刚性连接，第一齿条、第二齿条均平行于第一腔体的轴线；第一齿条、第二齿条上的齿相向，且第一齿条、第二齿条均和外齿圈的外齿啮合；

所述控制模块用于根据外界指令控制第一感应线圈、第二感应线圈、第三感应线圈的电流大小。

本发明还公开了一种该磁流变液的汽车线控转向路感模拟器的控制方法，包含以下步骤：

步骤1)，计算当汽车线控转向路感模拟器产生预设的方向盘反馈力矩阈值时第一感应线圈和第二感应线圈的电流大小i；

步骤2)，当控制模块接收到汽车产生的回正力矩M时，调节第一感应线圈和第二感应线圈的电流

步骤3)，当控制模块接收到报警信号时，控制调节第三感应线圈的电流至最大。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1.结构简单：行星齿轮机构安装于转向柱上，缸体通过特殊设计使得与行星齿轮机构的连接变得简单，整体的结构较为紧凑。

2.控制简单：ECU只需要通过采集到的回正力矩进行换算得到模拟路感需要的阻力，然后通过控制感应线圈的电流大小即可获得不同的阻力。

3.实时性好：磁流变液在磁场的作用下能达到毫秒级响应时间，ECU只要给线圈通上电，即可产生阻力。对于路感的变化，ECU只要不断的改变电流的大小，即可获得不同的阻力。

4.安全性高：通过提供可调节的方向盘力矩反馈，给驾驶者习惯的驾驶感受，从而减少了驾驶员犯错的几率。在驾驶员状态存在行车隐患时，给汽车线控转向路感模拟器发送报警信号即可给转向柱提供一个巨大的阻力以避免猛打方向盘产生的危险。

附图说明

图1是本发明的一种磁流变液的汽车线控转向路感模拟器的结构图。

图中，1-缸体，2-受力板，3-活塞的活塞头，4-活塞的活塞杆，5-第一感应线圈，6-第二感应线圈，7-第三感应线圈，8-内齿圈，9-外齿圈，10-第一行星齿轮，11-行星架，12-第一齿条，13-第二齿条，14-控制模块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。

应当理解，尽管这里可以使用术语第一、第二、第三等描述各个元件、组件和/或部分，但这些元件、组件和/或部分不受这些术语限制。这些术语仅仅用于将元件、组件和/或部分相互区分开来。因此，下面讨论的第一元件、组件和/或部分在不背离本发明教学的前提下可以成为第二元件、组件或部分。

如图1所示，本发明公开了一种磁流变液的汽车线控转向路感模拟器，包括反馈模块、传递模块和控制模块；

所述反馈模块包含缸体、受力板、活塞、以及第一至第三感应线圈；

所述缸体内设有密闭的第一腔体、第二腔体、第三腔体，其中，所述第一腔体为水平设置的圆柱体，第二腔体为下端面平行于第一腔体轴线的长方体，第三腔体为环绕第一腔体并和第一腔体同轴的圆筒；且缸体在第一腔体的两端分别设有和第二腔体下端面的两端对应联通的第一通道、第二通道；所述第一腔体、第二腔体、第一通道、第二通道内充满磁流变液；

所述缸体在第二腔体两端对称设有和所述受力板配合的第一滑孔、第二滑孔；所述受力板的两端分别从第一滑孔、第二滑孔穿出，和缸体密闭滑动连接，能够沿着第一滑孔、第二滑孔自由滑动；所述受力板位于第二腔体的轴线上且平行于第二腔体的下端面；

所述缸体在第一腔体一端的中心设有和所述活塞的活塞杆相配合的第三滑孔；所述活塞设置在第一腔体内，活塞头和第一腔体相互配合，活塞杆从第三滑孔穿出至缸体外、和缸体密闭滑动连接；

所述第一感应线圈、第二感应线圈关于受力板对称设置在第二腔体的上端面、下端面，形成感应线圈组，用于产生垂直于受力板的磁场力；

所述第三感应线圈设置在所述第三腔体内，缠绕在第二腔体外，用于产生平行于活塞杆的磁场力；

所述传递模块包含内齿圈、第一至第二齿条、外齿圈、第一至第三行星齿轮、以及行星架；

所述内齿圈设置在汽车的转向柱上，和汽车的转向柱同轴固连；

所述行星架固定在汽车车架上，用于安装第一至第三行星齿轮；

所述第一至第三行星齿轮周向均匀设置在内齿圈、外齿圈之间，分别和内齿圈的外齿、外齿圈的内齿啮合；

第一齿条、第二齿条设置在缸体同一侧，其中，第一齿条和受力板的一端刚性连接，第二齿条和所述活塞的活塞杆刚性连接，第一齿条、第二齿条均平行于第一腔体的轴线；第一齿条、第二齿条上的齿相向，且第一齿条、第二齿条均和外齿圈的外齿啮合；

所述控制模块用于根据外界指令控制第一感应线圈、第二感应线圈、第三感应线圈的电流大小。

本发明还公开了一种该磁流变液的汽车线控转向路感模拟器的控制方法，包含以下步骤：

步骤1)，计算当汽车线控转向路感模拟器产生预设的方向盘反馈力矩阈值时第一感应线圈和第二感应线圈的电流大小i；

步骤2)，当控制模块接收到汽车产生的回正力矩M时，调节第一感应线圈和第二感应线圈的电流

步骤3)，当控制模块接收到报警信号时，控制调节第三感应线圈的电流至最大。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。