CN209617252U - 一种基于磁流变液的循环球式电液转向系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于磁流变液的循环球式电液转向系统，包括：机械传动模块、电动助力模块、磁流变液助力模块和助力控制模块；磁流变液材料置于循环球转向器内的磁流变液空腔，励磁线圈置于循环球转向器壳体的外部，励磁线圈通电产生的磁场方向与电极板通电形成的电场方向相互垂直。本实用新型简化了系统的结构，提高了转向路感的可控性。
Description
技术领域
本实用新型属于汽车转向系统技术领域，具体涉及一种基于磁流变液的循环球式电液转向系统。
背景技术
磁流变液是一种新型液体材料，当附加在磁流变液上的磁场发生变化时，其表观粘度将随着磁场的改变而改变，从而使得磁流变液可以在流体和类固体之间进行可逆的转变，同时其还具有可控性好、磁导率高、无污染、低能耗等优点。由于磁流变液能根据附加磁场在短时间内产生强大的阻尼力，可以实现传递力矩和改变阻尼的功能，目前在汽车悬架系统、传动系统、制动系统都得到了广泛应用。在汽车转向系统领域，磁流变液目前也有少量应用，例如中国专利申请号为CN201610913543.1，专利名称为“一种车辆转向控制系统”提出了一种汽车转向控制系统利用了磁流变液设计新型离合器，提升了汽车驾驶模式切换时的安全和可靠性；中国专利申请号为CN201110185746.0，专利名称为“线控转向汽车路感模拟执行装置”利用磁流变液阻尼器作为主要的路感模拟执行机构，并通过磁流变液阻尼器控制回正速度，保证方向盘的平稳；中国专利申请号为CN201420522322.8，专利名称为“一种复合式转向横拉杆”公开了一种复合式转向横拉杆，利用磁流变液的物理特性，在汽车爆胎时控制磁流变液黏度从而锁死横拉杆，减小了爆胎带来的危害。
根据磁流变液一系列优秀的特性，在汽车转向系统中其还具有较大的应用空间和价值。电液转向助力系统是一种较新颖的转向助力系统，其结合了电动助力转向系统和电控液压转向助力系统的优点，具有低能耗、经济性好、响应快、助力力矩较大、高速路感较好等优点。但是现有的电液转向系统仍采用传统的液压助力机构，整个系统能耗较高，且结构较为复杂、不便于安装与维护、制造和维修成本也相应的增加、路感与灵敏度之间不够协调。
发明内容
针对于上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种基于磁流变液的循环球式电液转向系统，解决了传统转向系统中存在的能量浪费较大的问题，本实用新型利用磁流变液的物理性能实现助力作用，大大简化了系统的结构，同时提高了高速时转向路感的可控性。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
本实用新型的一种基于磁流变液的循环球式电液转向系统，包括：机械传动模块、电动助力模块、磁流变液助力模块和助力控制模块；
所述的机械传动模块包括方向盘、转向轴、循环球转向器、转向摇臂、转向直拉杆、转向横拉杆、左转向节臂、左梯形臂、左转向节及左侧车轮、右转向节臂、右梯形臂、右转向节、右侧车轮；
所述转向轴的上端与方向盘相连，下端与循环球转向器输入端连接；所述循环球转向器包括转向螺杆、转向螺母齿条、循环球转向器壳体、齿扇以及循环钢球，其中循环钢球放置于转向螺母齿条与转向螺杆之间的密闭管路内；循环球转向器的输出端通过齿扇与转向摇臂的一端连接，转向摇臂的另一端通过转向直拉杆和左转向节臂相连，带动左转向节和左侧车轮偏转；左转向节臂经左梯形臂与转向横拉杆的一端相连；转向横拉杆的另一端与右梯形臂相连，右梯形臂经右转向节臂与右转向节相连，右转向节带动右侧车轮转向；
所述的电动助力模块包括助力电机和助力电机减速机构，所述的助力电机减速机构的输入端与助力电机相连，所述助力电机减速机构的输出端与转向轴相连；
所述的磁流变液助力模块包括磁流变液空腔、磁流变液材料、励磁线圈、电极板；
所述的磁流变液材料置于循环球转向器内的磁流变液空腔；所述的励磁线圈置于循环球转向器壳体的外部，励磁线圈通电产生的磁场方向与电极板通电形成的电场方向相互垂直；
所述的助力控制模块的输入端与转矩传感器、车速传感器、方向盘角位移传感器、位移传感器相连，输出端分别与助力电机、励磁线圈和电极板相连。
进一步地，所述的转矩传感器安装在转向轴上，通过转向轴获取驾驶员输入的转矩并将转矩信号传递给所述助力控制模块；所述的车速传感器安装在车辆上；所述的方向盘角位移传感器安装在方向盘上；所述的位移传感器安装在转向横拉杆上。
进一步地，所述的循环球转向器为长方体；其中，转向螺母齿条的两端分别设置一个密封绝缘的磁流变液空腔，两个磁流变液空腔内充满磁流变液材料，并通过导液管相互连通。
进一步地，所述电极板的数量为两个，分别沿径向置于所述循环球转向器壳体内的前后两端，电极板的外部设有绝缘层，通电时两个电极板之间产生电场。
进一步地，所述励磁线圈截面为矩形且为完全一致的两对，两对励磁线圈沿轴向对称安装于循环球转向器壳体外部的两侧，每对励磁线圈沿径向置于所述循环球转向器壳体外部的上下两端，励磁线圈中电流方向保持一致且励磁线圈安装平面垂直于电极板安装平面，同一侧上下两个励磁线圈中间使用绝缘材料隔开。
本实用新型的系统，转向时，驾驶员输入的转矩依次带动方向盘、转向轴转动；助力控制模块（ECU）根据各传感器采集到的信号，输出助力电机控制信号控制助力电机进行助力，助力电机输出的电磁转矩经助力电机减速机构作用在转向轴上，实现第一级转向助力；转向轴带动循环球转向器的转向螺杆运动，转向螺杆推动转向螺母齿条沿轴向运动，转向螺母齿条通过齿扇驱动转向摇臂往复摇动；助力控制模块通过输出励磁线圈控制信号改变励磁线圈中电流大小，调整产生的磁场大小，进而控制磁流变液材料的特性，改变其在励磁线圈和电极板形成的相互垂直的电场中受到的洛伦兹力的大小，洛伦兹力施加在转向螺母齿条上，实现第二级助力效果。
本实用新型的有益效果：
本实用新型与现有的电液复合转向系统相比，采用了磁流变液助力模块，大大简化了系统结构，解决了传统液压助力模块中的路感与灵敏度问题，同时利用磁流变液的物理特性有效提高了路感的可控性能。
本实用新型利用磁流变液与励磁线圈和电极板的结合代替了复杂的液压机构，产生相似助力效果的同时提高了系统的可靠性和可控性。
附图说明
图1为本实用新型系统的原理结构框图；
图2为本实用新型循环球转向器的A-A剖面图；
图中：1-方向盘，2-转角传感器，3-转向轴，4-转矩传感器，5-助力电机减速机构，6-助力电机，7-循环球转向器，8-励磁线圈，9-导液管，10-转向螺杆，11-转向螺母齿条，12-电极板，13-左侧车轮，14-左转向节，15-左转向节臂，16-左梯形臂，17-转向横拉杆，18-循环球转向器壳体，19-转向直拉杆，20-转向摇臂，21-齿扇，22-位移传感器，23-循环钢球，24-磁流变液空腔，25-磁流变液材料，26-位移信号，27-励磁线圈控制信号，28-助力电机控制信号，29-转矩信号，30-方向盘转角信号，31-车速信号，32-右侧车轮，33-右转向节，34-右梯形臂，35右转向节臂。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本实用新型作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本实用新型的限定。
参照图1、图2所示，本实用新型的一种基于磁流变液的循环球式电液转向系统，包括：机械传动模块、电动助力模块、磁流变液助力模块和助力控制模块（ECU）。
所述的机械传动模块包括方向盘1、转向轴3、循环球转向器7、转向摇臂20、转向直拉杆19、转向横拉杆17、左转向节臂15、左梯形臂16、左转向节14及左侧车轮13、右转向节臂35、右梯形臂34、右转向节33、右侧车轮32；
所述转向轴3的上端与方向盘1相连，下端与循环球转向器7输入端连接；所述循环球转向器7包括转向螺杆10、转向螺母齿条11、循环球转向器壳体18、齿扇21以及循环钢球23，其中循环钢球23放置于转向螺母齿条11与转向螺杆10之间的密闭管路内；循环球转向器7的输出端通过齿扇21与转向摇臂20的一端连接，转向摇臂20的另一端通过转向直拉杆19和左转向节臂15相连，带动左转向节14和左侧车轮13偏转；左转向节臂15经左梯形臂16与转向横拉杆17的一端相连；转向横拉杆17的另一端与右梯形臂34相连，右梯形臂34经右转向节臂35与右转向节33相连，右转向节33带动右侧车轮32转向；
其中，所述的循环球转向器为长方体；其中，转向螺母齿条11的两端分别设置一个密封绝缘的磁流变液空腔，两个磁流变液空腔内充满磁流变液材料，并通过导液管9相互连通。
此外，所述的循环球转向器壳体18包围转向螺杆10、转向螺母齿条11、循环钢球23和齿扇21。
所述的电动助力模块包括助力电机6和助力电机减速机构5，所述的助力电机减速机构5的输入端与助力电机6相连，所述助力电机减速机构5的输出端与转向轴3相连；
所述的磁流变液助力模块包括磁流变液空腔24、磁流变液材料25、励磁线圈8、电极板12；
所述的磁流变液材料25置于循环球转向器7内的磁流变液空腔24；所述的励磁线圈8置于循环球转向器壳体18的外部，励磁线圈8通电产生的磁场方向与电极板12通电形成的电场方向相互垂直；
所述的助力控制模块（ECU）的输入端与转矩传感器4、车速传感器、方向盘角位移传感器2、位移传感器22相连，输出端分别与助力电机6、励磁线圈8和电极板12相连。
其中，所述的转矩传感器4安装在转向轴3上，通过转向轴3获取驾驶员输入的转矩并将转矩信号29传递给所述助力控制模块；所述的车速传感器安装在车辆上，用于获取车速信号31；所述的方向盘角位移传感器2安装在方向盘1上，用于获得汽车转向时驾驶员输入的方向盘转角信号30；所述的位移传感器22安装在转向横拉杆17上，用于获得转向横拉杆输出的位移信号26。
其中，所述电极板的数量为两个，分别沿径向置于所述循环球转向器壳体内的前后两端，电极板的外部设有绝缘层，通电时两个电极板之间产生电场。
其中，所述励磁线圈截面为矩形且为完全一致的两对，两对励磁线圈沿轴向对称安装于循环球转向器壳体外部的两侧，每对励磁线圈沿径向置于所述循环球转向器壳体外部的上下两端，励磁线圈中电流方向保持一致且励磁线圈安装平面垂直于电极板安装平面，同一侧上下两个励磁线圈中间使用绝缘材料隔开。
本实用新型的系统，转向时，驾驶员输入的转矩依次带动方向盘、转向轴转动；助力控制模块根据各传感器采集到的信号，输出助力电机控制信号28控制助力电机进行助力，助力电机输出的电磁转矩经助力电机减速机构作用在转向轴上，实现第一级转向助力；转向轴带动循环球转向器的转向螺杆运动，转向螺杆推动转向螺母齿条沿轴向运动，转向螺母齿条通过齿扇驱动转向摇臂往复摇动；助力控制模块通过输出励磁线圈控制信号27改变励磁线圈中电流大小，调整产生的磁场大小，进而控制磁流变液材料的特性，改变其在励磁线圈和电极板形成的相互垂直的电场中受到的洛伦兹力的大小，洛伦兹力施加在转向螺母齿条上，实现第二级助力效果。
本实用新型具体应用途径很多，以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (5)
1.一种基于磁流变液的循环球式电液转向系统，其特征在于，包括：机械传动模块、电动助力模块、磁流变液助力模块和助力控制模块；
所述的机械传动模块包括方向盘、转向轴、循环球转向器、转向摇臂、转向直拉杆、转向横拉杆、左转向节臂、左梯形臂、左转向节、左侧车轮、右转向节臂、右梯形臂、右转向节、右侧车轮；
所述转向轴的上端与方向盘相连，下端与循环球转向器输入端连接；所述循环球转向器包括转向螺杆、转向螺母齿条、循环球转向器壳体、齿扇以及循环钢球，其中循环钢球放置于转向螺母齿条与转向螺杆之间的密闭管路内；循环球转向器的输出端通过齿扇与转向摇臂的一端连接，转向摇臂的另一端通过转向直拉杆和左转向节臂相连，带动左转向节和左侧车轮偏转；左转向节臂经左梯形臂与转向横拉杆的一端相连；转向横拉杆的另一端与右梯形臂相连，右梯形臂经右转向节臂与右转向节相连，右转向节带动右侧车轮转向；
所述的电动助力模块包括助力电机和助力电机减速机构，所述的助力电机减速机构的输入端与助力电机相连，所述助力电机减速机构的输出端与转向轴相连；
所述的磁流变液助力模块包括磁流变液空腔、磁流变液材料、励磁线圈、电极板；
所述的磁流变液材料置于循环球转向器内的磁流变液空腔；所述的励磁线圈置于循环球转向器壳体的外部，励磁线圈通电产生的磁场方向与电极板通电形成的电场方向相互垂直；
所述的助力控制模块的输入端与转矩传感器、车速传感器、方向盘角位移传感器、位移传感器相连，输出端分别与助力电机、励磁线圈和电极板相连。
2.根据权利要求1所述的基于磁流变液的循环球式电液转向系统，其特征在于，所述的转矩传感器安装在转向轴上，通过转向轴获取驾驶员输入的转矩并将转矩信号传递给所述助力控制模块；所述的车速传感器安装在车辆上；所述的方向盘角位移传感器安装在方向盘上；所述的位移传感器安装在转向横拉杆上。
3.根据权利要求1所述的基于磁流变液的循环球式电液转向系统，其特征在于，所述的循环球转向器为长方体；其中，转向螺母齿条的两端分别设置一个密封绝缘的磁流变液空腔，两个磁流变液空腔内充满磁流变液材料，并通过导液管相互连通。
4.根据权利要求1所述的基于磁流变液的循环球式电液转向系统，其特征在于，所述电极板的数量为两个，分别沿径向置于所述循环球转向器壳体内的前后两端，电极板的外部设有绝缘层，通电时两个电极板之间产生电场。
5.根据权利要求1所述的基于磁流变液的循环球式电液转向系统，其特征在于，所述励磁线圈截面为矩形且为完全一致的两对，两对励磁线圈沿轴向对称安装于循环球转向器壳体外部的两侧，每对励磁线圈沿径向置于所述循环球转向器壳体外部的上下两端，励磁线圈中电流方向保持一致且励磁线圈安装平面垂直于电极板安装平面，同一侧上下两个励磁线圈中间使用绝缘材料隔开。
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| CN112590746A (zh) * | 2020-12-25 | 2021-04-02 | 南京晨光集团有限责任公司 | 一种基于伺服电动缸的无人配送小车刹车转向系统 |
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| WO2023273643A1 (zh) * | 2021-06-30 | 2023-01-05 | 南京航空航天大学 | 一种商用车多功能电动循环球转向系统及其控制方法 |
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