專利名稱：一種基于磁流變技術(shù)的汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，具體地說，是采用一種磁流變阻尼裝置來控制轉(zhuǎn)
向力矩的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
磁流變體由非導(dǎo)磁性液體和均勻分散于其中的高磁導(dǎo)率、低磁滯性的微小軟磁化 穎粒組成。在磁場的作用下，它可以在毫秒級的時(shí)間內(nèi)由流動性良好的牛頓流體轉(zhuǎn)變?yōu)楦?黏度、低流動性的Bingham塑性體，而且這種轉(zhuǎn)變是可逆的.磁流變體的力學(xué)性能隨外加 磁場的變化而變化，利用磁流變體制做的磁流變阻尼裝置具有功耗少、阻尼力大、響應(yīng)速度 快、結(jié)構(gòu)簡單、阻尼力連續(xù)順逆可調(diào)等優(yōu)良特點(diǎn)。因而，在汽車領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。 傳統(tǒng)的汽車動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由于采用固定傳動比，因此難以適應(yīng)高、低速不同工況 下對車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不同反作用力的變化，產(chǎn)生低速時(shí)轉(zhuǎn)向吃力或者高速時(shí)轉(zhuǎn)向阻力過小的 問題。當(dāng)前解決這個(gè)問題的一般手段是采用電子控制動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)，包括液壓式和電 動式兩種方法。液壓式EPS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，能耗大，可靠度不高，容易失效。電控式EPS相 對液壓式EPS舍棄了液壓系統(tǒng)液壓系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)緊湊，易于布置；由于采用了電控技術(shù)，可以 使得轉(zhuǎn)向性能得到優(yōu)化，增強(qiáng)隨動性和安全性，但是相應(yīng)地，其價(jià)格也較昂貴。

發(fā)明內(nèi)容為了有效解決汽車在高速行駛時(shí)方向盤穩(wěn)定性，并簡化結(jié)構(gòu)，降低能耗，本實(shí)用新
型提出一種基于磁流變技術(shù)的汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下 本實(shí)用新型提出一種基于磁流變技術(shù)的汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其包括轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、磁流變
阻尼裝置、控制器、扭矩傳感器和車速傳感器；所述磁流變阻尼裝置安裝在轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)上，磁
流變阻尼裝置包括轉(zhuǎn)子、定子、磁流變液和線圈，轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向軸固定，定子通過
軸承安裝在轉(zhuǎn)向軸上，在定子和轉(zhuǎn)子之間的空隙內(nèi)裝有磁流變液，線圈固定在定子上。扭矩
傳感器安裝在轉(zhuǎn)向軸上，車速傳感器安裝在車輪轂上，所述扭矩傳感器和車速傳感器的信
號線分別連接進(jìn)控制器；所述控制器根據(jù)扭矩傳感器和車速傳感器的信號，通過計(jì)算轉(zhuǎn)換
成磁流變阻尼裝置所需要的目標(biāo)電流大小信號，并輸入給磁流變阻尼裝置。 本磁流變阻尼裝置的轉(zhuǎn)子隨齒輪齒條轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)動，磁流變阻尼裝置受
磁流變控制器控制，磁流變控制器接受來自扭矩傳感器和車速傳感器的信號，依據(jù)助力特
性規(guī)律，計(jì)算出目標(biāo)電流大小，將信號輸入給驅(qū)動電路來改變電流大小，并輸出給磁流變阻
尼裝置，從而使磁流變裝置的磁場發(fā)生變化中，提供合適的阻尼力，保證轉(zhuǎn)向的穩(wěn)定性。 本裝置可以根據(jù)控制器給出的信號為汽車的轉(zhuǎn)向軸來提供阻尼，在汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 中以實(shí)現(xiàn)在汽車不同工況下轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向操縱力矩控制，有利于提高汽車的操縱穩(wěn)定 性，解決汽車在高速行駛使方向盤"發(fā)飄"的問題。與液壓式EPS和電控式EPS相比，具有
結(jié)構(gòu)簡單，能耗低，可靠性高，系統(tǒng)響應(yīng)迅速等優(yōu)點(diǎn)，更具有市場潛力。本項(xiàng)目是重慶市自然科學(xué)基金計(jì)劃項(xiàng)目。
圖1磁流變轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的簡圖 圖2磁流變阻尼器裝置的簡圖 圖3控制器的結(jié)構(gòu)框圖 圖中，1扭矩傳感器、2磁流變阻尼裝置、3轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、4磁流變控制器、5車速傳感 器、 21外殼、22外殼安裝軸承、23轉(zhuǎn)子、24定子安裝軸承、25線圈、26定子、27磁流變 液 31轉(zhuǎn)向軸具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本實(shí)用新型。 參見圖l，本轉(zhuǎn)向系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)3、磁流變阻尼裝置2、磁流變控制器4、扭矩 傳感器1和車速傳感器5。磁流變阻尼裝置2安裝在轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)3上，扭矩傳感器1安裝在 轉(zhuǎn)向軸上，車速傳感器5安裝在輪轂上，用來測量汽車的車速。磁流變控制器4接受來自扭 矩傳感器1和車速傳感器5的信號，根據(jù)這些信號為磁流變阻尼裝置提供控制轉(zhuǎn)矩的指令。 該轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可根據(jù)駕駛員的轉(zhuǎn)向動作、路況及車況信息，經(jīng)磁流變控制器處理后向磁流變 裝置發(fā)出控制信號，使磁流變液的粘性發(fā)生變化產(chǎn)生阻尼力矩，協(xié)助駕駛員完成轉(zhuǎn)向過程。 在控制轉(zhuǎn)向的同時(shí)，實(shí)時(shí)檢測系統(tǒng)部件的工作狀態(tài)當(dāng)檢測到某一部件發(fā)生故障(如蓄電池 電源欠壓，車速傳感器無信號輸出等)時(shí)，使磁流變阻尼裝置失效，同時(shí)點(diǎn)亮故障信號指示 燈，顯示故障特征碼，輸出故障信號。 參見圖2，磁流變阻尼裝置2包含有外殼21和裝配在外殼中的轉(zhuǎn)子23、定子26、磁 流變液27和線圈25。外殼21通過外殼安裝軸承22安裝在轉(zhuǎn)向軸31上。轉(zhuǎn)子23與轉(zhuǎn)向 機(jī)構(gòu)3的轉(zhuǎn)向軸31固定在一起，并與轉(zhuǎn)向軸31 —起轉(zhuǎn)動，定子26通過定子安裝軸承24安 裝在轉(zhuǎn)向軸31上。在定子26和轉(zhuǎn)子23之間的空隙內(nèi)裝有一定量的磁流變液27，線圈25 固定在定子26上，通電后，在定子26和轉(zhuǎn)子23之間的磁流變液27中可以產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場。 根據(jù)圖l和圖2所示，車輛在高速行駛時(shí)，當(dāng)駕駛員給轉(zhuǎn)向盤一個(gè)轉(zhuǎn)角，施加一個(gè) 扭矩，扭矩傳感器1將產(chǎn)生的扭矩信號傳到磁流變控制器4中，同時(shí)車速傳感器5將車速信 號傳到磁流變控制器4中，磁流變控制器4中會自動計(jì)算防止車輛方向盤"發(fā)飄"所需要的 阻尼力矩，再將該信號傳到磁流變阻尼裝置2中，根據(jù)信號，磁流變阻尼裝置2中的定子22 中的線圈25就會自動通電，在磁流變液27中產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)恒的磁場。由于磁流變液27在磁 場中的粘度會發(fā)生變化。固定在轉(zhuǎn)向軸31上的轉(zhuǎn)子23在磁場轉(zhuǎn)動時(shí)，會產(chǎn)生一個(gè)阻止轉(zhuǎn) 子轉(zhuǎn)動的發(fā)作用力，形成了阻尼力矩。減小的轉(zhuǎn)向力矩通過轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)3的齒輪齒條轉(zhuǎn)向器 作用到車輪，使車輪轉(zhuǎn)向。 磁流變控制器的基本結(jié)構(gòu)如圖3所示。汽車在行駛過程中，安裝在輪轂上的車速 傳感器和安裝在轉(zhuǎn)向軸上的扭矩傳感器將測得信號傳遞到單片機(jī)中，單片機(jī)經(jīng)過數(shù)據(jù)處理 后，如需要啟動阻尼裝置， 一方面將信號傳遞給繼電器的驅(qū)動程序，使繼電器處于工作狀態(tài)，此時(shí)FET橋式電路構(gòu)成閉合回路，來控制磁流變阻尼裝置中輸入電流的大小，來控制阻 尼力的大?。环粗?，如不需啟動阻尼裝置，驅(qū)動電路不工作；若控制器出現(xiàn)故障，報(bào)警燈驅(qū) 動開始工作，明燈報(bào)警。 該控制結(jié)構(gòu)表明了轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的基本工作過程單片機(jī)通過對扭矩傳感器和車
速傳感器的信號的分析和處理，依據(jù)磁流變體的力學(xué)性能隨外加電磁場的變化而變化的原
理，計(jì)算出目標(biāo)電流的大小，然后按照單片機(jī)根據(jù)相應(yīng)的算法程序輸出磁流變裝置的控制
信號，并將這些信號分別輸入到報(bào)警燈驅(qū)動電路去驅(qū)動報(bào)警燈，輸入到繼電器驅(qū)動電路去
驅(qū)動繼電器，輸入到FET基極驅(qū)動電路去驅(qū)動FET橋式電路，改變電流的大小，從而使磁流
變裝置的磁場發(fā)生變化中，從而提供合適的阻尼力，保證了轉(zhuǎn)向的穩(wěn)定性。 在磁流變阻尼裝置的驅(qū)動電路中設(shè)有電流傳感器，用來檢測線圈中的實(shí)際電流，
一方面將此電流作為反饋信號來對磁流變裝置進(jìn)行閉環(huán)控制，另方面可以將此信號作為監(jiān)
控信號，萬一發(fā)生重大故障時(shí)，系統(tǒng)將立即斷開繼電器，實(shí)現(xiàn)故障監(jiān)控功能。
權(quán)利要求一種基于磁流變技術(shù)的汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其特征在于，包括汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、磁流變阻尼裝置、控制器、扭矩傳感器和車速傳感器；所述磁流變阻尼裝置安裝在汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)上，磁流變阻尼裝置包括外殼和裝在外殼中的轉(zhuǎn)子、定子、磁流變液和線圈，轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)向軸固定，定子通過軸承安裝在轉(zhuǎn)向軸上，在定子和轉(zhuǎn)子之間的空隙內(nèi)裝有磁流變液，線圈固定在定子上；扭矩傳感器安裝在轉(zhuǎn)向軸上，車速傳感器安裝在車輪轂上，所述扭矩傳感器和車速傳感器的信號線分別連接控制器；所述控制器根據(jù)扭矩傳感器和車速傳感器的信號，通過計(jì)算轉(zhuǎn)換成磁流變阻尼裝置所需要的目標(biāo)電流大小信號，并輸入給磁流變阻尼裝置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于磁流變技術(shù)的汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器 包括單片機(jī)、報(bào)警燈驅(qū)動電路、繼電器驅(qū)動電路、FET基極驅(qū)動電路；扭矩傳感器和車速傳 感器的信號輸出線連接單片機(jī)，通過單片機(jī)對信號分析和處理，計(jì)算轉(zhuǎn)換成磁流變阻尼裝 置所需要的目標(biāo)電流大小信號，單片機(jī)輸出的控制信號分別連接到報(bào)警燈驅(qū)動電路、繼電 器驅(qū)動電路和FET基極驅(qū)動電路，報(bào)警燈驅(qū)動電路的輸出連接驅(qū)動報(bào)警燈，繼電器驅(qū)動電 路的輸出連接到繼電器，F(xiàn)ET基極驅(qū)動電路的輸出連接到FET橋式電路，以改變磁流變裝置 電流的大小。
專利摘要本實(shí)用新型提出一種基于磁流變技術(shù)的汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，包括轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、磁流變阻尼裝置、控制器、扭矩傳感器和車速傳感器。磁流變阻尼裝置安裝在轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)上，其包括轉(zhuǎn)子、定子、磁流變液和線圈，轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向軸固定，定子通過軸承安裝在轉(zhuǎn)向軸上，在定子和轉(zhuǎn)子之間的空隙內(nèi)裝有磁流變液，線圈固定在定子上。控制器根據(jù)扭矩傳感器和車速傳感器的信號，通過計(jì)算轉(zhuǎn)換成磁流變阻尼裝置所需要的目標(biāo)電流大小信號，并輸入給磁流變阻尼裝置。本裝置可以根據(jù)控制器給出的信號為汽車的轉(zhuǎn)向軸來提供阻尼，在汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中以實(shí)現(xiàn)在汽車不同工況下轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向操縱力矩控制，有利于提高汽車的操縱穩(wěn)定性，解決汽車在高速行駛使方向盤“發(fā)飄”的問題。
文檔編號B62D5/04GK201437372SQ20092012809
公開日2010年4月14日 申請日期2009年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月17日
發(fā)明者張興超, 徐杰, 曹建國, 楊新樺 申請人:重慶廣播電視大學(xué);重慶理工大學(xué)