磁流变线控转向力反馈装置设计及试验研究

摘要

线控转向系统将转向操纵机构与转向执行机构通过控制信号连接，取消了机械转向系统之间的刚性连接部件，导致来自路面及轮胎激励所产生的反馈力无法直接传递给驾驶员。所以，线控转向系统需要通过特定的装置来实现转向盘路感模拟以及转向盘的自动回正功能。目前，线控转向力反馈功能多以电机配合减速器来实现，但一般的电机执行器在匹配减速机构后尺寸通常比较大，在工作时有明显的刚性冲击、能耗较高等不足，且当电机控制失效时，可能会拖动方向盘做不希望的运动而引发事故。因此，本文提出了一种基于磁流变液的线控转向力反馈装置，以实现低能耗、工作柔和的转向盘路感模拟，满足线控转向系统的工程实际需求。
　　本研究主要内容包括：①从机械转向系统出发，研究了机械转向系中转向盘反馈力矩的来源；对每种转向盘反馈力矩产生的机理进行分析，建立其理论计算模型。根据某车型的结构参数，利用Simulink对理论模型进行仿真，为研究基于磁流变液的线控转向力反馈装置提供理论基础。②在现有旋转式磁流变阻尼器结构形式的基础上，提出了一种同时利用转子侧、端面工作间隙的混合工作模式。根据侧、端面工作间隙的结构形式，分别推导了其产生反馈力矩的理论计算公式。综合侧面和端面单一工作模式理论模型的特点，总结了混合工作模式的力矩模型。③根据磁路设计的基本定律，建立了混合模式磁流变线控转向力反馈装置的磁路设计模型。利用有限元软件ANSYS，分别对侧、端面单一模式和混合模式的磁路结构进行有限元分析，验证了理论设计方法的有效性。对混合模式力矩影响因素进行分析，研究了混合模式端面积与侧面积之比的关系，以及合适的工作间隙宽度范围。利用 APDL参数化设计语言对装置的主要结构参数进行优化设计，使装置结构更加紧凑。④对力反馈装置进行机械结构设计，介绍了装置主要零部件的设计思路和选型方法，以及装置整体结构的布局情况。根据试验要求，设计了力反馈装置试验台，对试验设备进行选型购置。最后，对力反馈装置进行磁滞特性、力矩-转速特性及动态响应特性研究。

目录

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中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1.1 研究背景和意义

1.2 研究现状

1.3 本文研究目的与内容

2 转向盘力反馈理论分析

2.1 转向盘力反馈研究现状

2.2 转向盘力矩建模及仿真

2.3 基于磁流变液的线控转向力反馈装置工作原理

2.4 本章小结

3 磁流变力反馈装置理论模型

3.1 磁流变液的性能及本构模型

3.2 转子侧面工作间隙理论模型

3.3 转子端面工作间隙理论模型

3.4 侧、端面混合工作模式的力矩模型

3.5 本章小结

4 力反馈装置的仿真分析与优化

4.1 混合模型磁流变力反馈装置的磁路设计模型

4.2 初始结构参数确定

4.3 力反馈装置力矩分析

4.4 力反馈装置优化设计

4.5 本章小结

5 力反馈装置的设计与试验研究

5.1 力反馈装置机械结构设计

5.2 试验台设计

5.3 试验研究

5.4 本章小结

6 全文总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录：

B. 作者在攻读硕士学位期间申请的专利目录：