CN108398969B - 电机驱动磁流变液转子力感反馈装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电机驱动磁流变液转子力感反馈装置及其使用方法，电机驱动磁流变液转子力感反馈装置，包括力感模拟系统、力感方向控制系统、力感大小控制系统、力感产生系统和供电系统。本发明电机驱动磁流变液转子力感反馈装置由于采用了转子系统配合磁流变液，将方向盘反馈力矩的大小和方向分别进行控制，使得二者在控制过程中难度均有所降低，电机转速的控制无需过于精确，磁流变液黏度不会存在过大突变，从本质上提升了装置的响应速度。

Description

电机驱动磁流变液转子力感反馈装置及其使用方法

技术领域

本发明属于汽车电控及智能化领域，涉及一种电机驱动磁流变液转子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，力矩电机直接输出反馈力矩，需要同时控制反馈力矩的大小以及方向，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。本专利提出了一种电机驱动磁流变液转子力感反馈装置，主要区别在于理论反馈力感的大小和方向分别被控制，消除了传统力矩电机控制的不平顺和延迟特点，而且电机应用普通直流电机即可，降低了装置的成本。理论反馈力感的方向控制由电机通过齿轮传动系统驱动外转子完成，驱动方向由理论方向盘力矩的方向决定；理论反馈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接输出反馈力矩方案的延迟和抖动，既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，本发明提供一种电机驱动磁流变液转子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容易卡死的问题。

本发明所采用的技术方案是，电机驱动磁流变液转子力感反馈装置，包括托架，托架上依次设有轴承支架、转角及转矩传感器、励磁线圈和电机，转向柱通过转向柱轴承与轴承支架固定连接，方向盘和转向柱的刚性连接，转向柱通过联轴器与转角及转矩传感器的一端刚性连接，转角及转矩传感器的另一端通过联轴器与内转子的输出端固定连接，转向柱靠近转角及转矩传感器的一端通过联轴器与外转子固定连接，内转子通过两个内转子轴承连接到外转子上，内转子与外转子内部充满磁流变液，外转子与内转子的输出轴与转向柱的连接处设有密封圈，励磁线圈设在外转子的外周，转向柱靠近电机的一端与外转子齿轮刚性连接，外转子齿轮与电机齿轮啮合连接，电机的输出端与电机齿轮刚性连接；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分别与电机控制器和磁流变液控制器相连接，电机控制器通过信号线依次与电机驱动器、电机相连接；磁流变液控制器通过信号线依次与电流发生器、励磁线圈和磁流变液相连接。

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，所述内转子为滚筒式内转子和叠片式内转子的任意一种。

本发明所采用的另一种技术方案是，电机驱动磁流变液转子力感反馈装置的使用方法，具体按照以下步骤进行：

步骤一、驾驶过程中转动方向盘，转角及转矩传感器检测方向盘转角的大小以及方向并将其传递给力感控制器，回正力矩由主销内倾回正力矩M_A和轮胎拖距回正力矩M_Y组成，M_A＝QDsinβsinδ，Q＝mg·b/L，其中，M_A为主销内倾回正力矩，Q为轮胎载荷，D为主销内移距离，β为主销内倾角，δ为前轮转角，m为车辆质量，g为重力加速度，b为车辆质心至后轴的距离，L为轴距；M_Y＝F_Y(ξ'+ξ”)，

其中，M_Y为轮胎拖距回正力矩，F_Y为侧向力，ξ'为气胎拖距，ξ”为后倾拖距，v为车速，R为转弯半径，k₂为后轮侧倾刚度，k₁为前轮侧倾刚度，a为车辆质心至前轴的距离；阻尼力矩M_D＝B_s·δ_s+Q·f·sign(δ_s)，B_s为转向系统折算至转向柱的阻尼系数；δ_s为方向盘转角；f为轮胎与地面摩擦系数；sign表示取符号算子；理论方向盘力矩

其中，i为转向系统传动比；p为助力系统助力系数，F(δ_s)为理论方向盘力矩与方向盘(1)转角δ_s之间的函数；力感控制器得到理论方向盘力矩的大小以及方向，并将理论方向盘力矩的大小传递给磁流变液控制器，将理论方向盘力矩的方向传递给电机控制器；

步骤二、电机控制器接收力感控制器传递的理论方向盘力矩的方向，外转子需要与理论方向盘力矩的方向保持同向旋转才能使得内转子上产生出期望的方向盘力感，实际反馈力矩

其中，T为内转子和外转子间实际反馈力矩，L₁为有效工作长度，R₁为内转子有效工作半径，R₂为外转子有效工作半径，τ₀为磁流变液剪切磁致应力，电机齿轮和外转子齿轮根据N_motor＝-i₀×n_rotor，其中，n_rotor为外转子转动角速度，i₀为电机齿轮传动比，N_motor为电机转动角速度，得出电机的理论转速方向以及大小，保证被电机驱动的外转子的转速方向与理论方向盘力感相一致，同时保证外转子的转速大小超过驾驶员转动方向盘的转速大小，确保外转子始终处于驱动状态；

步骤三、电机控制器得到电机的理论转速方向以及大小之后将电机控制所需要的PWM信号并传输给电机驱动器，电机驱动器接收PWM信号，然后将其转换成相应的电压电流传递给电机，过程中电机负载发生变化，电机控制器通过调节PWM信号，仍能维持期望的理论转速大小和方向不变，磁流变液控制器根据理论方向盘力矩的大小得出励磁线圈的理论电流大小，励磁线圈的理论电流根据τ₀＝1150B⁴-2140B³+1169B²-64B+0.8，

得出，其中，B为磁感应强度，μ为介质磁导率，N为励磁线圈匝数，I为励磁线圈电流，l为磁路长度；并将该数值传递给电流发生器，电流发生器根据理论励磁电流的数值产生实际电流通过导线传递给励磁线圈，确保励磁线圈能够产生磁场改变磁流变液的黏度进而改变内转子产生的实际反馈力矩的数值，磁流变液控制器还能接收转角及转矩传感器输出的转矩信号，根据理论方向盘力矩M₁的数值和实际力矩T的数值进行反馈调节，反馈力矩补偿量

其中，Δτ₀为剪切应力补偿量，Δτ₀＝1150B⁴-2140B³+1169B²-64B+0.8，

确保最终传递给驾驶员的力矩与理论方向盘力矩相等，内转子上产生的实际方向盘力感的方向由外转子的转动方向决定，产生的实际方向盘力感的大小由磁流变液的黏度决定，内转子上的实际方向盘力感经由转角及转矩传感器以及转向柱传递到方向盘上，并最终反馈给驾驶员。

本发明的有益效果是，与现有技术相比，一、采用电机通过齿轮驱动外转子能够通过齿轮传动放大电机输出扭矩，故装置采用普通电机即可满足要求，降低成本；二、由于电机的转动方向需要被控制，采用齿轮传动之后电机转速比直连方案有所提高，转速灵敏度降低，因此更容易被控制；三、由于电机输出扭矩被放大，电机本身转动惯量被降低，这样当电机转动方向变换时控制其换向更加容易，时间延迟更小。且本发明采用的内转子为滚筒式和叠片式两种，滚筒式转子加工简单，方便制造，能够节约装置的工艺成本，另外滚筒式转子结构简单，所需转子材料较少，能够进一步节约装置成本，再次，滚筒式内转子与外转子之间的空隙更容易被加工至足够小，这样不仅能够节约磁流变液的用量，还能够在不增加转子结构尺寸的前提下增大内转子与外转子之间的黏性阻力，进一步提高内、外转子传递扭矩的能力；叠片式内转子能够在不增加内转子轴向尺寸的前提下增大磁流变液的作用面积，相同尺寸的内转子能够传递更大的扭矩，或者在传递扭矩相同的情况下能够减少内转子径向尺寸，缩小装置的结构尺寸。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为电机驱动磁流变液转子力感反馈装置轴测图；

图2为电机驱动磁流变液转子力感反馈装置剖视图；

图3为电机驱动磁流变液转子力感反馈装置外转子轴测图；

图4为电机驱动磁流变液转子力感反馈装置内转子轴测图；

图5为电机驱动磁流变液转子力感反馈装置励磁线圈轴测图；

图6为电机驱动磁流变液转子力感反馈装置外转子齿轮轴测图；

图7为电机驱动磁流变液转子力感反馈装置控制流程及信号传递示意图。

图中，1.方向盘；2.轴承支架；3.联轴器；4.转角及转矩传感器；5.励磁线圈；6.电机齿轮；7.电机；8.托架；9.外转子齿轮；10.转向柱；11.转向柱轴承；12.密封圈；13.内转子轴承；14.外转子；15.内转子；16.磁流变液；17.力感控制器；18.电机控制器；19.电机驱动器；20.磁流变液控制器；21.电流发生器；22.电源。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

电机驱动磁流变液转子力感反馈装置，如图1-5所示，包括力感模拟系统、力感方向控制系统、力感大小控制系统、力感产生系统和供电系统；

电机驱动磁流变液转子力感反馈装置，包括托架8，托架8上依次设有轴承支架2、转角及转矩传感器4、励磁线圈5和电机7；

力感模拟系统，用于根据方向盘转角信号运行力感模拟算法产生理论方向盘力感；包括方向盘1、轴承支架2、联轴器3、转角及转矩传感器4、转向柱10、转向柱轴承11、力感控制器17；托架8上依次设有轴承支架2和转角及转矩传感器4，转向柱10通过转向柱轴承11与轴承支架2固定连接，方向盘1和转向柱10刚性连接，转向柱10通过联轴器3与转角及转矩传感器4的一端刚性连接，转角及转矩传感器4通过信号线与力感控制器17和磁流变液控制器20连接；

力感方向控制系统，根据理论方向盘力矩的方向产生相应的控制信号用于控制电机转速大小和转速方向；包括电机控制器18、电机驱动器19和电机7，电机控制器18通过信号线依次与电机驱动器19和电机7相连接；

力感大小控制系统，根据理论方向盘力矩的大小产生相应的控制信号用于控制磁流变液16的黏度；如图7所示，力感控制器17通过信号线分别与电机控制器18和磁流变液控制器20相连接，磁流变液控制器20通过信号线依次与电流发生器21、励磁线圈5和磁流变液16相连接；

力感产生系统，根据电机7驱动外转子14的转动方向并依照黏性液体传动作用，用于在内转子15上产生实际力感反馈力矩；包括联轴器3、励磁线圈5、电机齿轮6、电机7、外转子齿轮9、转向柱10、密封圈12、内转子轴承13、外转子14、内转子15、磁流变液16，如图3-6所示；转角及转矩传感器4的另一端通过联轴器与内转子15的输出端固定连接，转向柱10靠近转角及转矩传感器4的一端通过联轴器与外转子14固定连接，内转子15通过两个内转子轴承13连接到外转子14上，内转子15与外转子14内部充满磁流变液16，外转子14与内转子15的输出轴与转向柱10的连接处设有密封圈12，励磁线圈5设在外转子14的外周，转向柱10靠近电机7的一端与外转子齿轮9刚性连接，外转子齿轮9与电机齿轮6啮合连接，电机7的输出端与电机齿轮6刚性连接；

供电系统，用于为装置提供电能；电源22通过供电线分别与转角及转矩传感器4、电机7、力感控制器17、电机控制器18、电机驱动器19、磁流变液控制器20、电流发生器21相连接。

整个力感产生系统可以看成一套转子系统，其中外转子14被电机7驱动，是主动源，内转子15被磁流变液16驱动，是从动源，外转子14作为主动源被电机7驱动，整个力感产生系统拥有四个轴承，其中最外侧两个是支撑端，起到将整个力感产生系统固连到托架8上的作用，内侧两个则起到内部连接作用。

内转子15为滚筒式内转子或叠片式内转子的任意一种。滚筒式转子加工简单，方便制造，能够节约装置的工艺成本，另外滚筒式转子结构简单，所需转子材料较少，能够进一步节约装置成本；叠片式内转子能够在不增加内转子轴向尺寸的前提下增大磁流变液的作用面积，相同尺寸的内转子能够传递更大的扭矩，可根据实际需求来选择内转子的类型。

电机驱动磁流变液转子力感反馈装置应用一种电机驱动磁流变液转子力感反馈装置的使用方法，具体按照以下步骤进行：

步骤一、驾驶模拟过程中转动方向盘1，转角及转矩传感器4检测方向盘1转角的大小以及方向并将其传递给力感控制器17，回正力矩由主销内倾回正力矩M_A和轮胎拖距回正力矩M_Y组成，M_A＝QDsinβsinδ，Q＝mg·b/L，其中，M_A为主销内倾回正力矩，Q为轮胎载荷，D为主销内移距离，β为主销内倾角，δ为前轮转角，m为车辆质量，g为重力加速度，b为车辆质心至后轴的距离，L为轴距；M_Y＝F_Y(ξ'+ξ”)，

其中，MY为轮胎拖距回正力矩，F_Y为侧向力，ξ'为气胎拖距，ξ”为后倾拖距，v为车速，R为转弯半径，k₂为后轮侧倾刚度，k₁为前轮侧倾刚度，a为车辆质心至前轴的距离；阻尼力矩M_D＝B_s·δ_s+Q·f·sign(δ_s)，B_s为转向系统折算至转向柱的阻尼系数；δ_s为方向盘1转角；f为轮胎与地面摩擦系数；sign表示取符号算子；理论方向盘力矩

其中，i为转向系统传动比；p为助力系统助力系数，F(δ_s)为理论方向盘力矩与方向盘(1)转角δ_s之间的函数；力感控制器17得到理论方向盘力矩的大小传递给磁流变液控制器20，将理论方向盘力矩的方向传递给电机控制器18；

步骤二、电机控制器18接收力感控制器17传递的理论方向盘1的力感方向信号，外转子14需要与理论方向盘力感保持同向旋转才能使得内转子15上产生出期望的方向盘力感，实际反馈力矩

其中，T为内转子15和外转子14间实际反馈力矩，L₁为有效工作长度，R₁为内转子15有效工作半径，R₂为外转子14有效工作半径，τ₀为磁流变液剪切磁致应力，电机齿轮6和外转子齿轮9根据N_motor＝-i₀×n_rotor，其中，n_rotor为外转子14转动角速度，i₀为电机齿轮6传动比，N_motor为电机7转动角速度，得出电机7的理论转速方向以及大小，保证被电机7驱动的外转子14的转速方向与理论方向盘力感相一致，同时保证外转子14的转速大小超过驾驶员转动方向盘1的转速大小，确保外转子14始终处于驱动状态；

步骤三、电机控制器18得到电机7的理论转速方向以及大小之后，将电机控制所需要的PWM信号并传输给电机驱动器19，电机驱动器19接收PWM信号，然后将其转换成相应的电压电流传递给电机7，过程中电机7负载发生变化，电机控制器18通过调节PWM信号，仍能维持期望的理论转速大小和方向不变，磁流变液控制器20根据理论方向盘力矩的大小得出励磁线圈5的理论电流大小，励磁线圈5的理论电流根据τ₀＝1150B⁴-2140B³+1169B²-64B+0.8，

得出，其中，B为磁感应强度，μ为介质磁导率，N为励磁线圈5匝数，I为励磁线圈5电流，l为磁路长度；并将该数值传递给电流发生器21，电流发生器21根据理论励磁电流的数值产生实际电流通过导线传递给励磁线圈5，确保励磁线圈5能够产生磁场改变磁流变液16的黏度进而改变内转子15产生的实际反馈力矩的数值，磁流变液控制器20还能接收转角及转矩传感器4输出的转矩信号，根据理论方向盘力矩M₁的数值和实际力矩T的数值进行反馈调节，反馈力矩补偿量

其中，Δτ₀为剪切应力补偿量，Δτ₀＝1150B⁴-2140B³+1169B²-64B+0.8，

确保最终传递给驾驶员的力矩与理论方向盘力矩相等，内转子15上产生的实际方向盘力感的方向由外转子14的转动方向决定，产生的实际方向盘力感的大小由磁流变液16的黏度决定，内转子15上的实际方向盘力感经由转角及转矩传感器4以及转向柱10传递到方向盘1上，并最终反馈给驾驶员。

实施例

从该发明装置的方向盘1正面观看，此时驾驶员从零位逆时针转动方向盘1，力感控制器17接收转角及转矩传感器4的信号得出理论方向盘力矩的方向应该为顺时针，外转子14的转动方向亦为顺时针，则力感控制器17给电机控制器18发送信号，电机控制器18给电机驱动器19发送信号，使得电机驱动器19产生PWM信号控制电机7逆时针旋转，电机7通过电机齿轮6和外转子齿轮9的作用便能够驱动外转子14进行顺时针旋转，为理论方向盘力矩提供驱动方向，力感控制器17接收转角及转矩传感器4的信号得出理论方向盘力矩的大小，通过磁流变液控制器20得出励磁线圈5的理论电流并将电流大小的信号发送给电流发生器21，电流发生器21产生实际电流输入给励磁线圈5，于是转子系统的励磁线圈5向其内部的磁流变液16产生磁场，改变磁流变液16的黏度至合适大小，在顺时针转动的外转子14的作用下，内转子15将产生与理论方向盘力矩大小相等的顺时针反馈力矩传递至方向盘1上；此时驾驶员从零位顺时针转动方向盘1，力感控制器17接收转角及转矩传感器4的信号得出理论方向盘力矩的方向应该为逆时针，于是得到外转子14的转动方向亦为逆时针，则力感控制器17给电机控制器18发送信号，电机控制器18给电机驱动器19发送信号，使得电机驱动器19产生PWM信号控制电机7顺时针旋转，电机7通过电机齿轮6和外转子齿轮9的作用便能够驱动外转子14进行逆时针旋转，为理论方向盘力矩提供驱动方向，力感控制器17接收转角及转矩传感器4的信号得出理论方向盘力矩的大小，通过磁流变液控制器20得出励磁线圈5的理论电流并将电流大小的信号发送给电流发生器21，电流发生器21产生实际电流输入给励磁线圈5，于是转子系统的励磁线圈5向其内部的磁流变液16产生磁场，改变磁流变液16的黏度至合适大小，在逆时针转动的外转子14的作用下，内转子15将产生与理论力感大小相等的逆时针反馈力矩传递至方向盘1上，转角及转矩传感器4实时监测方向盘1上的实际反馈力矩的大小，通过与理论方向盘反馈力矩的对比，力感控制器17能够通过磁流变液控制器20、电流发生器21以及励磁线圈5实时调节磁流变液16的黏度，确保方向盘1上产生的实际反馈力矩的数值和方向与理论反馈力矩均一致，经过磁流变液控制器20对励磁线圈5的控制，实时调控磁流变液16的黏度；经过电机7驱动外转子14向不同方向进行旋转，能够随时改变外转子14上驱动力矩的方向，由于实际方向盘反馈力感的大小和方向分别被控制，该发明可以在方向盘任意位置下输出任意大小和方向的力矩，整个控制过程由于磁流变液16的黏性传动作用消除了传统电机控制的延迟和抖动，因此系统的响应速度将由磁流变液16的响应速度决定；而磁流变液16的响应速度在毫秒级，因此该发明比现有传统的力感反馈装置更具优势。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.电机驱动磁流变液转子力感反馈装置，其特征在于，包括托架(8)，托架(8)上依次设有轴承支架(2)、转角及转矩传感器(4)、励磁线圈(5)和电机(7)，转向柱(10)通过转向柱轴承(11)与轴承支架(2)固定连接，方向盘(1)和转向柱(10)的刚性连接，转向柱(10)通过联轴器(3)与转角及转矩传感器(4)的一端刚性连接，转角及转矩传感器(4)的另一端通过联轴器与内转子(15)的输出端固定连接，转向柱(10)靠近转角及转矩传感器(4)的一端通过联轴器与外转子(14)固定连接，内转子(15)通过两个内转子轴承(13)连接到外转子(14)上，内转子(15)与外转子(14)内部充满磁流变液(16)，外转子(14)与内转子(15)的输出轴与转向柱(10)的连接处设有密封圈(12)，励磁线圈(5)设在外转子(14)的外周，转向柱(10)靠近电机(7)的一端与外转子齿轮(9)刚性连接，外转子齿轮(9)与电机齿轮(6)啮合连接，电机(7)的输出端与电机齿轮(6)刚性连接；转角及转矩传感器(4)通过信号线分别与力感控制器(17)和磁流变液控制器(20)连接；力感控制器(17)通过信号线分别与电机控制器(18)和磁流变液控制器(20)相连接，电机控制器(18)通过信号线依次与电机驱动器(19)、电机(7)相连接；磁流变液控制器(20)通过信号线依次与电流发生器(21)、励磁线圈(5)和磁流变液(16)相连接。

2.根据权利要求1所述的电机驱动磁流变液转子力感反馈装置，其特征在于，电源(22)通过供电线分别与转角及转矩传感器(4)、电机(7)、力感控制器(17)、电机控制器(18)、电机驱动器(19)、磁流变液控制器(20)、电流发生器(21)相连接。

3.根据权利要求1所述的电机驱动磁流变液转子力感反馈装置，其特征在于，所述内转子(15)为滚筒式内转子和叠片式内转子的任意一种。

4.一种如权利要求1-3任意一项所述的电机驱动磁流变液转子力感反馈装置的使用方法，其特征在于，具体按照以下步骤进行：

步骤一、驾驶过程中转动方向盘(1)，转角及转矩传感器(4)检测方向盘(1)转角的大小以及方向并将其传递给力感控制器(17)，回正力矩由主销内倾回正力矩M_A和轮胎拖距回正力矩M_Y组成，M_A＝QDsinβsinδ，Q＝mg·b/L，其中，M_A为主销内倾回正力矩，Q为轮胎载荷，D为主销内移距离，β为主销内倾角，δ为前轮转角，m为车辆质量，g为重力加速度，b为车辆质心至后轴的距离，L为轴距；M_Y＝F_Y(ξ'+ξ”)，

其中，M_Y为轮胎拖距回正力矩，F_Y为侧向力，ξ'为气胎拖距，ξ”为后倾拖距，v为车速，R为转弯半径，k₂为后轮侧倾刚度，k₁为前轮侧倾刚度，a为车辆质心至前轴的距离；阻尼力矩M_D＝B_s·δ_s+Q·f·sign(δ_s)，B_s为转向系统折算至转向柱的阻尼系数；δ_s为方向盘(1)转角；f为轮胎与地面摩擦系数；sign表示取符号算子；理论方向盘力矩

其中，i为转向系统传动比；_p为助力系统助力系数，F(δ_s)为理论方向盘力矩与方向盘(1)转角δ_s之间的函数；力感控制器(17)得到理论方向盘力矩的大小以及方向，并将理论方向盘力矩的大小传递给磁流变液控制器(20)，将理论方向盘力矩的方向传递给电机控制器(18)；

步骤二、电机控制器(18)接收力感控制器(17)传递的理论方向盘力矩的方向，外转子(14)需要与理论方向盘力矩的方向保持同向旋转才能使得内转子(15)上产生出期望的方向盘力感，实际反馈力矩

其中，T为内转子(15)和外转子(14)间实际反馈力矩，L₁为有效工作长度，R₁为内转子(15)有效工作半径，R₂为外转子(14)有效工作半径，τ₀为磁流变液剪切磁致应力，电机齿轮(6)和外转子齿轮(9)根据N_motor＝-i₀×n_rotor，其中，n_rotor为外转子(14)转动角速度，i₀为电机齿轮(6)传动比，N_motor为电机(7)转动角速度，得出电机(7)的理论转速方向以及大小，保证被电机(7)驱动的外转子(14)的转速方向与理论方向盘力感相一致，同时保证外转子(14)的转速大小超过驾驶员转动方向盘(1)的转速大小，确保外转子(14)始终处于驱动状态；

步骤三、电机控制器(18)得到电机(7)的理论转速方向以及大小之后将电机控制所需要的PWM信号并传输给电机驱动器(19)，电机驱动器(19)接收PWM信号，然后将其转换成相应的电压电流传递给电机(7)，过程中电机(7)负载发生变化，电机控制器(18)通过调节PWM信号，仍能维持期望的理论转速大小和方向不变，磁流变液控制器(20)根据理论方向盘力矩的大小得出励磁线圈(5)的理论电流大小，励磁线圈(5)的理论电流根据τ₀＝1150B⁴-2140B³+1169B²-64B+0.8，

得出，其中，B为磁感应强度，μ为介质磁导率，N为励磁线圈(5)匝数，I为励磁线圈(5)电流，l为磁路长度；并将该数值传递给电流发生器(21)，电流发生器(21)根据理论励磁电流的数值产生实际电流通过导线传递给励磁线圈(5)，确保励磁线圈(5)能够产生磁场改变磁流变液(16)的黏度进而改变内转子(15)产生的实际反馈力矩的数值，磁流变液控制器(20)还能接收转角及转矩传感器(4)输出的转矩信号，根据理论方向盘力矩M₁的数值和实际反馈力矩T的数值进行反馈调节，反馈力矩补偿量

其中，Δτ₀为剪切应力补偿量，Δτ₀＝1150B⁴-2140B³+1169B²-64B+0.8，

确保最终传递给驾驶员的力矩与理论方向盘力矩相等，内转子(15)上产生的实际方向盘力感的方向由外转子(14)的转动方向决定，产生的实际方向盘力感的大小由磁流变液(16)的黏度决定，内转子(15)上的实际方向盘力感经由转角及转矩传感器(4)以及转向柱(10)传递到方向盘(1)上，并最终反馈给驾驶员。

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