磁流变自回正线控转向力反馈装置

摘要

本发明涉及一种磁流变自回正线控转向力反馈装置，包括固定外筒、输入轴转子总成、滚珠导向轴、滑块和弹簧，工作时通过输入轴转子总成带动滚珠导向轴转动，从而带动滑块随之转动，使滑块产生相对于滚珠导向轴的轴向移动，压缩其中一端的弹簧，使滑块受到一个与运动方向相反的作用力；当撤去输入轴转子总成上的力矩时，通过弹簧的作用力使滑块恢复到平衡位置，滑块回到平衡位置过程中带动输入轴转子总成转动到初始位置。本发明能耗低、可靠性高、能实现大角度转向及刚度可调自回正功能，工作柔和，避免了传统电机执行器工作时刚性冲击大的缺点。

说明书

技术领域

本发明涉及车辆线控转向系统，具体涉及一种磁流变自回正线控转向力反馈装置。

背景技术

车辆转向系统的功能是遵循驾驶员的输入指令使转向轮转向，以获得车辆整体的方向控 制。线控转向即将方向盘与转向轮之间通过控制信号连接的转向技术，是未来汽车线控技术 的一个重要组成部分。线控转向系统由于取消了方向盘与转向执行机构之间的刚性连接，可 节省车内有限空间、降低整车质量，相对传统转向系统而言，更便于实施主动控制以实现理 想的转向特性，是未来汽车智能转向的最佳方案。同时，由于其省去了机械连接，导致无法 直接传递来自路面及轮胎激励所产生的反馈力/力矩，即“方向盘路感”及自回正特性，但线 控转向系统依然需要通过特定的装置来实现方向盘路感模拟以及方向盘的自动回正功能。目 前，所研发的各类方向盘力反馈装置多以步进电机作为执行器并与扭簧组合来实现，但电机 执行器及其所匹配的减速机构的尺寸通常比较大，且电机执行器在工作时有明显的刚性冲击、 能耗较高等不足之处，同时扭簧的应用也极大的限制了方向盘转角范围。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种磁流变自回正线控转向力反馈装置，其能耗低、可 靠性高、能实现大角度转向及刚度可调自回正功能。

本发明公开了一种磁流变自回正线控转向力反馈装置，包括固定外筒、输入轴转子总成、 滚珠导向轴和位于固定外筒内的内筒；

所述输入轴转子总成一端位于固定外筒内，所述输入轴转子总成另一端从固定外筒穿出 并与其转动且密封配合，所述输入轴转子总成位于固定外筒内一端与内筒连接并与其密封配 合，所述输入轴转子总成与内筒同轴，所述固定外筒内的输入轴转子总成沿周向嵌有励磁线 圈，所述励磁线圈设有导线通过输入轴转子总成内部伸出固定外筒；

所述滚珠导向轴一端位于内筒内，所述滚珠导向轴另一端穿过内筒并从固定外筒穿出， 所述滚珠导向轴与输入轴转子总成同轴，所述滚珠导向轴分别与内筒和固定外筒转动且密封 配合，所述滚珠导向轴与输入轴转子总成转动配合；

所述内筒内的滚珠导向轴设有沿滚珠导向轴轴向滑动的滑块，所述滑块与滚珠导向轴螺 旋配合，所述滑块与内筒转动配合，所述滚珠导向轴位于滑块两侧设有沿滚珠导向轴轴向移 动的弹簧力调节装置，所述滑块与弹簧力调节装置之间设有弹簧；

所述固定外筒与输入轴转子总成和内筒之间间隙填充有磁流变液。

本发明还公开了一种磁流变自回正线控转向力反馈装置，包括固定外筒、输入轴转子总 成和滚珠导向轴；

所述固定外筒内设有隔板将固定外筒内部分为腔室Ⅰ和腔室Ⅱ；

所述输入轴转子总成一端位于腔室Ⅰ内，所述输入轴转子总成另一端从固定外筒穿出并 与其转动且密封配合，所述滚珠导向轴一端与固定外筒内输入轴转子总成连接，所述滚珠导 向轴另一端穿过腔室Ⅱ并伸出固定外筒，所述滚珠导向轴与输入轴转子总成同轴，所述滚珠 导向轴与隔板转动且密封配合，所述滚珠导向轴与固定外筒转动配合；

所述腔室Ⅱ内的滚珠导向轴设有沿滚珠导向轴轴向滑动的滑块，所述滑块与滚珠导向轴 螺旋配合，所述滚珠导向轴位于滑块两侧设有沿滚珠导向轴轴向移动的弹簧力调节装置，所 述滑块与弹簧力调节装置之间设有弹簧；

所述腔室Ⅰ内填充有磁流变液。

进一步，所述滚珠导向轴沿轴向设有螺旋凹槽Ⅱ，所述滑块内壁设有与螺旋凹槽Ⅱ滑动 配合的滑动装置；所述滑动装置包括与螺旋凹槽Ⅱ相匹配的螺旋凹槽Ⅰ，所述螺旋凹槽Ⅰ内 设有多个滚珠。

进一步，所述滚珠导向轴沿轴向设有螺纹，所述滑块与滚珠导向轴螺纹配合。

进一步，所述内筒内壁设有沿滚珠导向轴延伸方向的导向滑槽Ⅰ，所述滑块设有与导向 滑槽Ⅰ滑动配合的凸块。

进一步，所述腔室Ⅱ内壁设有沿滚珠导向轴延伸方向的导向滑槽Ⅱ，所述滑块设有与导 向滑槽Ⅱ滑动配合的凸块。

进一步，所述弹簧力调节装置为自锁螺母，所述自锁螺母与滚珠导向轴螺纹配合。

进一步，所述弹簧两端设有弹簧座。

进一步，所述内筒包括可拆卸式的端盖Ⅰ，所述端盖Ⅰ与内筒螺纹连接并与其密封配合， 所述滚珠导向轴穿过端盖Ⅰ。

进一步，所述固定外筒包括可拆卸式的端盖Ⅱ，所述端盖Ⅱ与固定外筒螺纹连接并与其 密封配合，所述滚珠导向轴从端盖Ⅱ伸出。

本发明的有益效果在于：本发明具有以下优点：

（1）利用柔性的磁流变旋转阻尼调节装置实现转向盘力反馈的功能，代替了传统线控转 向系中相对刚性的电机的功能，具有低能耗、高可靠性和工作柔和的特点；

（2）滑块与滚珠导向轴间采用螺纹副或循环球运动副与一对压缩螺旋弹簧配合的结构形 式，不仅减小了滑块与滚珠导向轴间相对运动的摩擦力，同时也使得其与采用扭簧或拉簧等 来实现转向盘自回正功能的同类装置相比，更易于实现转向盘大角度转向及自回正功能的需 求；

（3）通过自锁螺母的调节，来改变滑块两侧弹簧的压缩量，从而实现系统转向刚度及转 向盘中心位置的调节。

附图说明

为了使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详 细描述，其中：

图1为本发明实施例1的结构示意图；

图2为本发明实施例1滑块的结构示意图；

图3为本发明图2的A-A剖视图；

图4为本发明实施例2的结构示意图；

图5为本发明实施例3的结构示意图；

图6为本发明实施例4的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

实施例1

如图1、图2和图3所示，本发明的磁流变自回正线控转向力反馈装置，包括固定外筒1、 输入轴转子总成2、滚珠导向轴4和位于固定外筒1内的内筒3；

所述输入轴转子总成2一端位于固定外筒1内，所述输入轴转子总成2另一端从固定外 筒1穿出并与其转动且密封配合，进一步优化，所述输入轴转子总成2设有轴承Ⅲ25与固定 外筒1转动配合，所述输入轴转子总成2位于固定外筒1内一端与内筒3连接并与其密封配 合，所述输入轴转子总成2与内筒3同轴，所述固定外筒1内的输入轴转子总成2沿周向嵌 有励磁线圈5，所述励磁线圈5设有导线6通过输入轴转子总成2内部伸出固定外筒1；

所述滚珠导向轴4一端位于内筒3内，所述滚珠导向轴4另一端穿过内筒3并从固定外 筒1穿出，所述滚珠导向轴4与输入轴转子总成2同轴，所述滚珠导向轴4分别与内筒3和 固定外筒1转动且密封配合，所述滚珠导向轴4与输入轴转子总成转动2配合；进一步优化， 所述滚珠导向轴4设有轴承Ⅱ8与内筒3转动配合，所述滚珠导向轴4设有轴承Ⅰ7与输入轴 转子总成2转动配合；

所述内筒3内的滚珠导向轴4设有沿滚珠导向轴4轴向滑动的滑块9，所述滑块9与滚 珠导向轴4螺旋配合，所述滑块9与内筒3转动配合，所述滚珠导向轴4位于滑块9两侧设 有沿滚珠导向轴4轴向移动的弹簧力调节装置10，所述滑块9与弹簧力调节装置10之间设 有弹簧11；

所述固定外筒1与输入轴转子总成2和内筒3之间间隙填充有磁流变液，通过导线6对 励磁线圈5施加外加电流，使励磁线圈5产生磁场并作用于磁流变液，通过改变外加电流， 可调节作用于磁流变液磁场的强弱，从而改变磁流变液的粘度，使得转动方向盘时所需克服 的阻尼力也相应改变。

本实施例中，所述滚珠导向轴4沿轴向设有螺旋凹槽Ⅱ16，所述滑块9内壁设有与螺旋 凹槽Ⅱ16滑动配合的滑动装置；所述滑动装置包括与螺旋凹槽Ⅱ16相匹配的螺旋凹槽Ⅰ14， 所述螺旋凹槽Ⅰ14内设有多个滚珠15。滚珠15在滑块9转动的过程中，把滑块9与滚珠导 向轴4原来的滑动摩擦，转变为滚动摩擦，减小对设备的磨损。

本实施例中，所述内筒3内壁设有沿滚珠导向轴4延伸方向的导向滑槽Ⅰ12，所述滑块 9设有与导向滑槽Ⅰ12滑动配合的凸块13。

本实施例中，所述弹簧力调节装置10为自锁螺母，所述自锁螺母与滚珠导向轴4螺纹配 合。通过旋动自锁螺母来调节自锁螺母相对于滚珠导向轴4的轴向位置，从而调节滑块9两 侧弹簧11的压缩量，来实现转向基值刚度及输入轴转子总成2中心位置的调节。

本实施例中，所述弹簧11两端设有弹簧座18，避免弹簧11在压缩和伸长的过程中直接 对滑块9和弹簧力调节装置10的磨损。进一步优化，所述弹簧座18与弹簧力调节装置10之 间设有推力圆柱滚子轴承19，可以承受单方向较大的轴向载荷，并减小对弹簧力调节装置10 的磨损。

本实施例中，所述内筒3包括可拆卸式的端盖Ⅰ20，所述端盖Ⅰ20与内筒3螺纹连接并 与其密封配合，所述滚珠导向轴4穿过端盖Ⅰ20。

本实施例中，所述固定外筒1包括可拆卸式的端盖Ⅱ21，所述端盖Ⅱ21与固定外筒1螺 纹连接并与其密封配合，所述滚珠导向轴4从端盖Ⅱ21伸出。

实施例2

如图4所示，作为本发明实施例1的另外一种实施方式，所述滚珠导向轴4沿轴向设有 螺纹17，所述滑块9与滚珠导向轴4螺纹配合。滑块9与滚珠导向轴4使用了大升角螺纹的 往复运动形式，实现了转向盘大角度转向的功能。

实施例3

如图5所示，本发明还公开了另外一种磁流变自回正线控转向力反馈装置，包括固定外 筒1、输入轴转子总成2和滚珠导向轴4；

所述固定外筒1内设有隔板22将固定外筒1内部分为腔室Ⅰ23和腔室Ⅱ24；

所述输入轴转子总成2一端位于腔室Ⅰ23内，所述输入轴转子总成2另一端从固定外筒 1穿出并与其转动且密封配合，进一步优化，所述输入轴转子总成2设有轴承Ⅲ25与固定外 筒1转动配合，所述滚珠导向轴4一端与固定外筒1内输入轴转子总成2连接，所述滚珠导 向轴4另一端穿过腔室Ⅱ24并伸出固定外筒1，所述滚珠导向轴4与输入轴转子总成2同轴， 所述滚珠导向轴4与隔板22转动且密封配合，进一步优化，所述输入轴转子总成2设有轴承 Ⅳ26与隔板22转动配合，所述滚珠导向轴4与固定外筒1转动配合；

所述腔室Ⅱ24内的滚珠导向轴4设有沿滚珠导向轴4轴向滑动的滑块9，所述滑块9与 滚珠导向轴4螺旋配合，所述滚珠导向轴4位于滑块9两侧设有沿滚珠导向轴4轴向移动的 弹簧力调节装置10，所述滑块9与弹簧力调节装置10之间设有弹簧11；

所述腔室Ⅰ23内填充有磁流变液。

本实施例中，所述滚珠导向轴4沿轴向设有螺旋凹槽Ⅱ16，所述滑块9内壁设有与螺旋 凹槽Ⅱ16滑动配合的滑动装置；所述滑动装置包括与螺旋凹槽Ⅱ16相匹配的螺旋凹槽Ⅰ14， 所述螺旋凹槽Ⅰ14内设有多个滚珠15。滚珠15在滑块9转动的过程中，把滑块9与滚珠导 向轴4原来的滑动摩擦，转变为滚动摩擦，减小对设备的磨损。

本实施例中，所述腔室Ⅱ24内壁设有沿滚珠导向轴4延伸方向的导向滑槽Ⅱ27，所述滑 块9设有与导向滑槽Ⅱ27滑动配合的凸块13。

本实施例中，所述弹簧力调节装置10为自锁螺母，所述自锁螺母与滚珠导向轴4螺纹配 合。通过旋动自锁螺母来调节自锁螺母相对于滚珠导向轴4的轴向位置，从而调节滑块9两 侧弹簧11的压缩量，来实现转向基值刚度及输入轴转子总成2中心位置的调节。

本实施例中，所述弹簧11两端设有弹簧座18，避免弹簧11在压缩和伸长的过程中直接 对滑块9和弹簧力调节装置10的磨损。进一步优化，所述弹簧座18与弹簧力调节装置10之 间设有推力圆柱滚子轴承19，可以承受单方向较大的轴向载荷，并减小对弹簧力调节装置10 的磨损。

本实施例中，所述固定外筒1包括可拆卸式的端盖Ⅱ21，所述端盖Ⅱ21与固定外筒1螺 纹连接并与其密封配合，所述滚珠导向轴4从端盖Ⅱ21伸出。

实施例4

如图6所述，作为本发明实施例3的另外一种实施方式，所述滚珠导向轴4沿轴向设有 螺纹17，所述滑块9与滚珠导向轴4螺纹配合。滑块9与滚珠导向轴4使用了大升角螺纹的 往复运动形式，实现了转向盘大角度转向的功能。

本发明在使用过程中，给方向盘输入一定的力矩，使方向盘转动的时候，输入轴转子总 成2会随着转动一定的角度，从而间接带动滚珠导向轴4转动；滑块9与滚珠导向轴4通过 螺纹副或循环球运动副的形式，使滑块9产生相对于滚珠导向轴4的轴向移动，从而压缩其 中一端的弹簧11，使滑块9受到一个与运动方向相反的作用力；当撤去方向盘上的力矩时， 通过弹簧11的作用力使滑块9恢复到平衡位置，滑块9回到平衡位置过程中带动输入轴转子 总成2转动，使方向盘实现回正。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过参照本发 明的优选实施例已经对本发明进行了描述，但本领域的普通技术人员应当理解，可以在形式 上和细节上对其做出各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范 围。