专利名称：一种基于磁流变技术的汽车转向系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及汽车转向系统，具体地说，是采用一种磁流变阻尼装置来控制转
向力矩的转向系统。
背景技术：
磁流变体由非导磁性液体和均匀分散于其中的高磁导率、低磁滞性的微小软磁化 颖粒组成。在磁场的作用下，它可以在毫秒级的时间内由流动性良好的牛顿流体转变为高 黏度、低流动性的Bingham塑性体，而且这种转变是可逆的.磁流变体的力学性能随外加 磁场的变化而变化，利用磁流变体制做的磁流变阻尼装置具有功耗少、阻尼力大、响应速度 快、结构简单、阻尼力连续顺逆可调等优良特点。因而，在汽车领域有着广泛的应用。 传统的汽车动力转向系统由于采用固定传动比，因此难以适应高、低速不同工况 下对车辆转向系统不同反作用力的变化，产生低速时转向吃力或者高速时转向阻力过小的 问题。当前解决这个问题的一般手段是采用电子控制动力转向系统(EPS)，包括液压式和电 动式两种方法。液压式EPS系统结构复杂，能耗大，可靠度不高，容易失效。电控式EPS相 对液压式EPS舍弃了液压系统液压系统，结构紧凑，易于布置；由于采用了电控技术，可以 使得转向性能得到优化，增强随动性和安全性，但是相应地，其价格也较昂贵。
发明内容为了有效解决汽车在高速行驶时方向盘稳定性，并简化结构，降低能耗，本实用新
型提出一种基于磁流变技术的汽车转向系统。 本实用新型的技术方案如下 本实用新型提出一种基于磁流变技术的汽车转向系统，其包括转向机构、磁流变
阻尼装置、控制器、扭矩传感器和车速传感器；所述磁流变阻尼装置安装在转向机构上，磁
流变阻尼装置包括转子、定子、磁流变液和线圈，转子与转向系统的转向轴固定，定子通过
轴承安装在转向轴上，在定子和转子之间的空隙内装有磁流变液，线圈固定在定子上。扭矩
传感器安装在转向轴上，车速传感器安装在车轮毂上，所述扭矩传感器和车速传感器的信
号线分别连接进控制器；所述控制器根据扭矩传感器和车速传感器的信号，通过计算转换
成磁流变阻尼装置所需要的目标电流大小信号，并输入给磁流变阻尼装置。 本磁流变阻尼装置的转子随齿轮齿条转向机构的转向轴转动，磁流变阻尼装置受
磁流变控制器控制，磁流变控制器接受来自扭矩传感器和车速传感器的信号，依据助力特
性规律，计算出目标电流大小，将信号输入给驱动电路来改变电流大小，并输出给磁流变阻
尼装置，从而使磁流变装置的磁场发生变化中，提供合适的阻尼力，保证转向的稳定性。 本装置可以根据控制器给出的信号为汽车的转向轴来提供阻尼，在汽车转向系统 中以实现在汽车不同工况下转向系统的转向操纵力矩控制，有利于提高汽车的操纵稳定 性，解决汽车在高速行驶使方向盘"发飘"的问题。与液压式EPS和电控式EPS相比，具有
结构简单，能耗低，可靠性高，系统响应迅速等优点，更具有市场潜力。本项目是重庆市自然科学基金计划项目。
图1磁流变转向系统的简图 图2磁流变阻尼器装置的简图 图3控制器的结构框图 图中，1扭矩传感器、2磁流变阻尼装置、3转向机构、4磁流变控制器、5车速传感 器、 21外壳、22外壳安装轴承、23转子、24定子安装轴承、25线圈、26定子、27磁流变 液 31转向轴具体实施方式
以下结合附图进一步说明本实用新型。 参见图l，本转向系统包括转向机构3、磁流变阻尼装置2、磁流变控制器4、扭矩 传感器1和车速传感器5。磁流变阻尼装置2安装在转向机构3上，扭矩传感器1安装在 转向轴上，车速传感器5安装在轮毂上，用来测量汽车的车速。磁流变控制器4接受来自扭 矩传感器1和车速传感器5的信号，根据这些信号为磁流变阻尼装置提供控制转矩的指令。 该转向系统可根据驾驶员的转向动作、路况及车况信息，经磁流变控制器处理后向磁流变 装置发出控制信号，使磁流变液的粘性发生变化产生阻尼力矩，协助驾驶员完成转向过程。 在控制转向的同时，实时检测系统部件的工作状态当检测到某一部件发生故障(如蓄电池 电源欠压，车速传感器无信号输出等)时，使磁流变阻尼装置失效，同时点亮故障信号指示 灯，显示故障特征码，输出故障信号。 参见图2，磁流变阻尼装置2包含有外壳21和装配在外壳中的转子23、定子26、磁 流变液27和线圈25。外壳21通过外壳安装轴承22安装在转向轴31上。转子23与转向 机构3的转向轴31固定在一起，并与转向轴31 —起转动，定子26通过定子安装轴承24安 装在转向轴31上。在定子26和转子23之间的空隙内装有一定量的磁流变液27，线圈25 固定在定子26上，通电后，在定子26和转子23之间的磁流变液27中可以产生稳定的磁场。 根据图l和图2所示，车辆在高速行驶时，当驾驶员给转向盘一个转角，施加一个 扭矩，扭矩传感器1将产生的扭矩信号传到磁流变控制器4中，同时车速传感器5将车速信 号传到磁流变控制器4中，磁流变控制器4中会自动计算防止车辆方向盘"发飘"所需要的 阻尼力矩，再将该信号传到磁流变阻尼装置2中，根据信号，磁流变阻尼装置2中的定子22 中的线圈25就会自动通电，在磁流变液27中产生一个稳恒的磁场。由于磁流变液27在磁 场中的粘度会发生变化。固定在转向轴31上的转子23在磁场转动时，会产生一个阻止转 子转动的发作用力，形成了阻尼力矩。减小的转向力矩通过转向机构3的齿轮齿条转向器 作用到车轮，使车轮转向。 磁流变控制器的基本结构如图3所示。汽车在行驶过程中，安装在轮毂上的车速 传感器和安装在转向轴上的扭矩传感器将测得信号传递到单片机中，单片机经过数据处理 后，如需要启动阻尼装置， 一方面将信号传递给继电器的驱动程序，使继电器处于工作状态，此时FET桥式电路构成闭合回路，来控制磁流变阻尼装置中输入电流的大小，来控制阻 尼力的大小；反之，如不需启动阻尼装置，驱动电路不工作；若控制器出现故障，报警灯驱 动开始工作，明灯报警。 该控制结构表明了转向控制系统的基本工作过程单片机通过对扭矩传感器和车
速传感器的信号的分析和处理，依据磁流变体的力学性能随外加电磁场的变化而变化的原
理，计算出目标电流的大小，然后按照单片机根据相应的算法程序输出磁流变装置的控制
信号，并将这些信号分别输入到报警灯驱动电路去驱动报警灯，输入到继电器驱动电路去
驱动继电器，输入到FET基极驱动电路去驱动FET桥式电路，改变电流的大小，从而使磁流
变装置的磁场发生变化中，从而提供合适的阻尼力，保证了转向的稳定性。 在磁流变阻尼装置的驱动电路中设有电流传感器，用来检测线圈中的实际电流，
一方面将此电流作为反馈信号来对磁流变装置进行闭环控制，另方面可以将此信号作为监
控信号，万一发生重大故障时，系统将立即断开继电器，实现故障监控功能。
权利要求一种基于磁流变技术的汽车转向系统，其特征在于，包括汽车转向机构、磁流变阻尼装置、控制器、扭矩传感器和车速传感器；所述磁流变阻尼装置安装在汽车转向机构上，磁流变阻尼装置包括外壳和装在外壳中的转子、定子、磁流变液和线圈，转子与转向机构的转向轴固定，定子通过轴承安装在转向轴上，在定子和转子之间的空隙内装有磁流变液，线圈固定在定子上；扭矩传感器安装在转向轴上，车速传感器安装在车轮毂上，所述扭矩传感器和车速传感器的信号线分别连接控制器；所述控制器根据扭矩传感器和车速传感器的信号，通过计算转换成磁流变阻尼装置所需要的目标电流大小信号，并输入给磁流变阻尼装置。
2. 根据权利要求1所述的基于磁流变技术的汽车转向系统，其特征在于，所述控制器 包括单片机、报警灯驱动电路、继电器驱动电路、FET基极驱动电路；扭矩传感器和车速传 感器的信号输出线连接单片机，通过单片机对信号分析和处理，计算转换成磁流变阻尼装 置所需要的目标电流大小信号，单片机输出的控制信号分别连接到报警灯驱动电路、继电 器驱动电路和FET基极驱动电路，报警灯驱动电路的输出连接驱动报警灯，继电器驱动电 路的输出连接到继电器，FET基极驱动电路的输出连接到FET桥式电路，以改变磁流变装置 电流的大小。
专利摘要本实用新型提出一种基于磁流变技术的汽车转向系统，包括转向机构、磁流变阻尼装置、控制器、扭矩传感器和车速传感器。磁流变阻尼装置安装在转向机构上，其包括转子、定子、磁流变液和线圈，转子与转向系统的转向轴固定，定子通过轴承安装在转向轴上，在定子和转子之间的空隙内装有磁流变液，线圈固定在定子上。控制器根据扭矩传感器和车速传感器的信号，通过计算转换成磁流变阻尼装置所需要的目标电流大小信号，并输入给磁流变阻尼装置。本装置可以根据控制器给出的信号为汽车的转向轴来提供阻尼，在汽车转向系统中以实现在汽车不同工况下转向系统的转向操纵力矩控制，有利于提高汽车的操纵稳定性，解决汽车在高速行驶使方向盘“发飘”的问题。
文档编号B62D5/04GK201437372SQ20092012809
公开日2010年4月14日 申请日期2009年7月17日 优先权日2009年7月17日
发明者张兴超, 徐杰, 曹建国, 杨新桦 申请人:重庆广播电视大学;重庆理工大学