一種力反饋及振動的汽車駕駛模擬器轉向裝置製造方法
2023-05-29 15:21:11 1
一種力反饋及振動的汽車駕駛模擬器轉向裝置製造方法
【專利摘要】一種力反饋及振動的汽車駕駛模擬器轉向裝置，它涉及汽車駕駛模擬器【技術領域】，它包含方向盤、第一旋轉軸、第一齒輪、第二旋轉軸、第二齒輪、限位旋柄、限位塊、第一條形磁鐵、第二條形磁鐵、霍爾角度傳感器、線路板、第三齒輪、光電編碼器、第三旋轉軸、第四齒輪、皮帶、第五齒輪、第四旋轉軸和電機。本實用新型結構簡單、設計合理且操作方便，它能夠實現轉向裝置的限位、轉角測量、回正和振動功能，並且能很好地修正方向盤進行振動仿真時信號錯誤問題。
【專利說明】一種力反饋及振動的汽車駕駛模擬器轉向裝置
【技術領域】 [0001] ：
[0002] 本實用新型涉及汽車駕駛模擬器【技術領域】，具體涉及一種力反饋及振動的汽車駕 駛模擬器轉向裝置。
【背景技術】 [0003] ：
[0004] 汽車駕駛模擬器通常包括方向盤、離合器、腳剎、油門、手剎、轉向燈、雨刮、檔位等 操作部件。與方向盤相連的機構即為轉向裝置，它是汽車駕駛模擬器所有操作部件中最復 雜也最為重要的操作部件，轉向裝置的仿真度將直接影響用戶對整個汽車駕駛模擬器的體 驗。通常來說，汽車駕駛模擬器中的轉向裝置需要有如下功能：限位、回正和轉角測量。如 果要獲得更好的體驗，通常轉向裝置還可以增加振動功能。
[0005] 限位：通常汽車方向盤轉動的時候都有轉動角度限制，通常包括±720度（即方向 盤可以向左轉兩圈，也可以向右轉兩圈），±540度（即方向盤可以向左轉一圈半，也可以向 右轉一圈半)。
[0006] 回正：在車輛的行駛過程中，如果方向盤轉動了一定的角度，則方向盤會自動回正 到中位。
[0007] 轉角測量：為了使得模擬駕駛程序與方向盤聯動，需要隨時知道方向盤的轉動角 度，因此就需要在方向盤上安裝轉角測量傳感器。
[0008] 振動仿真：模擬駕駛過程中車輛遇到顛簸路面時候方向盤的感覺。
[0009] 以下描述現有常見的汽車駕駛模擬器轉向裝置：
[0010] 現有方案1 :方向盤上安裝有一條中心旋轉軸，在中心旋轉軸上安裝有方向機（即 蝸輪蝸杆裝置)，從而將方向盤的旋轉運動轉化為直線運動，在直線運動的軸兩邊安裝有彈 簧，用於方向盤迴正。另外，在直線運動的軸上的一端，安裝有直線位移傳感器。在直線軸的 兩端，安裝有兩個限位螺帽，用於限制直線軸的運動範圍，從而限制了方向盤的轉動角度。 這種方案的優點是對安裝精度要求不高，生產成本較為低廉。缺點是位移傳感器通常採用 電壓大小表示方向盤轉角，電壓會有一定的波動，從而導致方向盤轉角數值波動。另外，由 於蝸輪蝸杆阻力較大，需要較大的彈簧才能回正方向盤，導致方向盤迴正力過大，安全性和 手感較差。
[0011] 現有方案2 :方向盤軸上安裝有小齒輪，小齒輪與大齒輪相連，在大齒輪上安裝限 位裝置。方向盤軸上再通過齒輪組，安裝電機和光電編碼器。其中電機用於提供方向盤迴 正力和振動仿真，光電編碼器用於測量方向盤轉角。這種方案的優點是光電編碼器能夠提 供非常高的方向盤轉角精度，且數值穩定。力矩電機能夠提供較為均勻的方向盤反力，手感 較好，另外，通過控制力矩電機可以模擬顛簸路面的方向盤振動。缺點是對安裝精度要求較 高，對於便攜模擬器來說，採用塑料開模配件，能夠保證安裝精度，但是使用壽命較短，耐用 性較差。如果採用鋼結構，則造價較高。另外一個缺點是光電編碼器在旋轉過程中(尤其是 方向盤有振動的情況下)，容易丟失信號，從而使得方向盤轉角數值出現錯誤。
[0012] 現有方案3 :方向盤軸上安裝有小齒輪，小齒輪與大齒輪相連，在大齒輪上安裝限 位裝置。另外，在方向盤軸上安裝齒輪組，在齒輪組上安裝彈簧，用於方向盤迴正。在方向 盤軸上再安裝一個偏心輪，用於安裝位移傳感器從而測量方向盤轉角。這種方案與方案1 和方案2相比，回正力手感比方案1好，比方案2差。位移傳感器的測量精度和數值抖動與 方案1類似，精度不如方案2好。安裝難度比方案1難，比方案2簡單，另外由於沒有電機， 因此無法實現方向盤振動仿真。
[0013] 比較上述三種方案，可以發現方案2能夠提供最好的效果，但是如果在方向盤振 動過程中光電編碼器出現信號偏差，隨著振動時間的延長，方向盤傳感器數值偏差越來越 大，從而導致整個系統無法使用。
[0014] 實用新型內容：
[0015] 本實用新型的目的是提供一種力反饋及振動的汽車駕駛模擬器轉向裝置，它結構 簡單、設計合理且操作方便，它能夠實現轉向裝置的限位、轉角測量、回正和振動功能，並且 能很好地修正方向盤進行振動仿真時信號錯誤問題。
[0016] 為了解決【背景技術】所存在的問題，本實用新型是採用以下技術方案：它包含方向 盤、第一旋轉軸、第一齒輪、第二旋轉軸、第二齒輪、限位旋柄、限位塊、第一條形磁鐵、第二 條形磁鐵、霍爾角度傳感器、線路板、第三齒輪、光電編碼器、第三旋轉軸、第四齒輪、皮帶、 第五齒輪、第四旋轉軸和電機，第一旋轉軸的一端套接有方向盤，第一旋轉軸的另一端套接 有第四齒輪，第一旋轉軸的中心處套接有第一齒輪，第一齒輪的右側設置有第二齒輪，第一 齒輪與第二齒輪嚙合，第二齒輪套接在第二旋轉軸上，第二旋轉軸的中心處套接有限位旋 柄，限位旋柄的下端設置有限位塊，第二旋轉軸的另一端設置有粘合在一起的第一條形磁 鐵和第二條形磁鐵，第一條形磁鐵和第二條形磁鐵的一側設置有線路板，線路板的中心處 焊接有霍爾角度傳感器，第一齒輪的左側設置有第三齒輪，第一齒輪與第三齒輪嚙合，第三 齒輪套接在第三旋轉軸的一端上，第三旋轉軸的另一端連接有光電編碼器，第四齒輪的通 過皮帶與第五齒輪連接，第五齒輪的中心套接有第四旋轉軸，第四旋轉軸的一端設置有電 機。
[0017] 本實用新型工作原理：方向盤轉動時，帶動第一旋轉軸旋轉，從而帶動第一齒輪旋 轉，第一齒輪分別帶動了第二齒輪和第三齒輪旋轉，第二齒輪旋轉帶動了第二旋轉軸旋轉， 從而帶動了限位旋柄、第一條形磁鐵和第二條形磁鐵旋轉，當限位旋柄向左或向右旋轉觸 碰到限位塊時，方向盤無法繼續轉動，這就是方向盤限位功能的實現。
[0018] 第一條形磁鐵和第二條形磁鐵旋轉時與霍爾角度傳感器的相對位置發生變化，從 而輸出不同的電壓值，從而可以得到一個轉角測量值。
[0019] 第三齒輪旋轉帶動第三旋轉軸和光電編碼器的中心軸旋轉，從而使得光電編碼器 輸出脈衝信號，統計輸出的脈衝信號，即可知道方向盤轉動的角度值。
[0020] 電機的中心軸以一定的扭矩向左或向右旋轉時，從而帶動第四旋轉軸和第五齒輪 旋轉，第五齒輪通過皮帶帶動第四齒輪旋轉，第四齒輪將電機的旋轉扭矩通過第一旋轉軸 傳遞給方向盤，從而給方向盤提供回正力；電機進行快速的左轉和右轉切換，可以模擬振動 功能，該振動依次通過第四旋轉軸、第五齒輪、皮帶、第四齒輪和第一旋轉軸傳遞到方向盤， 這就是方向盤的振動仿真功能。
[0021] 通過計數光電編碼器的脈衝值，可以知道方向盤的旋轉角度，但是在方向盤振動 時，光電編碼器的值經常出現錯誤，因此需要利用霍爾角度傳感器的值對光電編碼器的值 進行實時修正，從而輸出一個正確的轉向角度值。
[0022] 本實用新型具有以下有益效果：
[0023] 1、本實用新型可以完全實現方向盤的限位、轉角測量、回正和振動功能。
[0024] 2、針對汽車駕駛模擬器方向盤米用光電編碼器作為傳感器時，由於方向盤振動導 致信號丟失問題，通過在限位軸的一端安裝條形磁鐵和霍爾角度傳感器，實時修正方向盤 角度數值，從而解決了使用光電編碼器作為方向盤傳感器信號錯誤問題。
[0025] 3、如果光電編碼器損壞不能正常工作，可以採用霍爾角度傳感器的數值作為方向 盤的轉角測量數值，從而有效保障方向盤轉角測量的可靠性。
【專利附圖】
【附圖說明】 [0026] ：
[0027] 圖1是本實用新型結構示意圖。
[0028] 圖2是圖1的俯視圖。
【具體實施方式】 [0029] ：
[0030] 參看圖1-圖2,本【具體實施方式】採用以下技術方案：它包含方向盤1、第一旋轉軸 2、第一齒輪3、第二旋轉軸4、第二齒輪5、限位旋柄6、限位塊7、第一條形磁鐵8、第二條形 磁鐵9、霍爾角度傳感器10、線路板11、第三齒輪12、光電編碼器13、第三旋轉軸14、第四齒 輪15、皮帶16、第五齒輪17、第四旋轉軸18和電機19,第一旋轉軸2的一端套接有方向盤 1，第一旋轉軸2的另一端套接有第四齒輪15,第一旋轉軸2的中心處套接有第一齒輪3,第 一齒輪3的右側設置有第二齒輪5,第一齒輪3與第二齒輪5嚙合，第二齒輪5套接在第二 旋轉軸4上，第二旋轉軸4的中心處套接有限位旋柄6,限位旋柄6的下端設置有限位塊7， 第二旋轉軸4的另一端設置有粘合在一起的第一條形磁鐵8和第二條形磁鐵9,粘合後的第 一條形磁鐵8的S極和第二條形磁鐵9的N極設置在同一個平面，該平面與線路板11上用 於焊接霍爾角度傳感器10所在的平面平行，第一條形磁鐵8和第二條形磁鐵9的一側設置 有線路板11，線路板11的中心處焊接有霍爾角度傳感器10,第一齒輪3的左側設置有第三 齒輪12,第一齒輪3與第三齒輪12嚙合，第三齒輪12套接在第三旋轉軸14的一端上，第 三旋轉軸14的另一端連接有光電編碼器13,第四齒輪15的通過皮帶16與第五齒輪17連 接，第五齒輪17的中心套接有第四旋轉軸18,第四旋轉軸18的一端設置有電機19。
[0031] 本【具體實施方式】工作原理：方向盤1轉動時，帶動第一旋轉軸2旋轉，從而帶動第 一齒輪3旋轉，第一齒輪3分別帶動了第二齒輪5和第三齒輪12旋轉，第二齒輪5旋轉帶 動了第二旋轉軸4旋轉，從而帶動了限位旋柄6、第一條形磁鐵8和第二條形磁鐵9旋轉，當 限位旋柄6向左或向右旋轉到限位塊7時，方向盤1無法繼續轉動，這就是方向盤1限位功 能的實現。
[0032] 粘合後的第一條形磁鐵8的S極和第二條形磁鐵9的N極在同一個平面，該平面 與線路板11上焊接霍爾角度傳感器10所在的平面平行。第一條形磁鐵8和第二條形磁鐵 9旋轉時與霍爾角度傳感器10的相對位置發生變化，從而輸出不同的電壓值，從而可以得 到一個轉角測量值。
[0033] 第三齒輪12旋轉帶動第三旋轉軸14和光電編碼器13的中心軸旋轉，從而使得光 電編碼器13輸出脈衝信號，統計輸出的脈衝信號，即可知道方向盤1轉動的角度值。
[0034] 電機19的中心軸以一定的扭矩向左或向右旋轉時，從而帶動第四旋轉軸18和第 五齒輪17旋轉，第五齒輪17通過皮帶16帶動第四齒輪15旋轉，第四齒輪15將電機19的 旋轉扭矩通過第一旋轉軸2傳遞給方向盤1，從而給方向盤1提供回正力；電機19進行快 速的左轉和右轉切換，可以模擬振動功能，該振動依次通過第四旋轉軸18、第五齒輪17、皮 帶16、第四齒輪15和第一旋轉軸2傳遞到方向盤1，這就是方向盤1的振動仿真功能。
[0035] 通過計數光電編碼器13的脈衝值，可以知道方向盤1的旋轉角度，但是在方向盤 1振動時，光電編碼器13的值經常出現錯誤，因此需要利用霍爾角度傳感器10的值對光電 編碼器13的值進行實時修正，從而輸出一個正確的轉向角度值。
[0036] 在具體實施過程中，也可以不安裝第三齒輪12和第三旋轉軸14,而把光電編碼器 13安裝到第一旋轉軸2的末端或第四旋轉軸18的末端。為了節省成本，也可以不安裝第三 齒輪12、光電編碼器13和第四旋轉軸18,而只用霍爾角度傳感器10測量方向盤轉角。
[0037] 本【具體實施方式】具有以下有益效果：
[0038] 1、本實用新型可以完全實現汽車駕駛模擬器轉向裝置的限位、轉角測量、回正和 振動功能。
[0039] 2、針對汽車駕駛模擬器轉向裝置採用光電編碼器作為傳感器時，由於方向盤振動 導致信號錯誤問題，通過在限位軸的一端安裝條形磁鐵和霍爾角度傳感器，實時修正方向 盤角度數值，從而解決了使用光電編碼器作為方向盤傳感器信號錯誤問題。
[0040] 3、如果光電編碼器損壞不能正常工作，可以採用霍爾角度傳感器的數值作為方向 盤的轉角測量數值，從而有效保障方向盤轉角測量的可靠性。
【權利要求】
1. 一種力反饋及振動的汽車駕駛模擬器轉向裝置，其特徵在於它包含方向盤（1)、第 一旋轉軸（2)、第一齒輪（3)、第二旋轉軸（4)、第二齒輪（5)、限位旋柄（6)、限位塊（7)、第 一條形磁鐵（8)、第二條形磁鐵（9)、霍爾角度傳感器（10)、線路板（11)、第三齒輪（12)、光 電編碼器（13)、第三旋轉軸（14)、第四齒輪（15)、皮帶（16)、第五齒輪（17)、第四旋轉軸 (18)和電機（19)，第一旋轉軸（2)的一端套接有方向盤（1)，第一旋轉軸（2)的另一端套接 有第四齒輪（15),第一旋轉軸（2)的中心處套接有第一齒輪（3),第一齒輪（3)的右側設置 有第二齒輪（5)，第一齒輪（3)與第二齒輪（5)嚙合，第二齒輪（5)套接在第二旋轉軸（4) 上，第二旋轉軸（4)的中心處套接有限位旋柄（6)，限位旋柄（6)的下端設置有限位塊（7)， 第二旋轉軸（4)的另一端設置有粘合在一起的第一條形磁鐵（8)和第二條形磁鐵（9)，該平 面與線路板（11)上用於焊接霍爾角度傳感器（10)所在的平面平行，第一條形磁鐵（8)和 第二條形磁鐵（9)的一側設置有線路板（11)，線路板（11)的中心處焊接有霍爾角度傳感器 (10)，第一齒輪（3)的左側設置有第三齒輪（12)，第一齒輪（3)與第三齒輪（12)嚙合，第三 齒輪（12)套接在第三旋轉軸（14)的一端上，第三旋轉軸（14)的另一端連接有光電編碼器 (13)，第四齒輪（15)的通過皮帶（16)與第五齒輪（17)連接，第五齒輪（17)的中心套接有 第四旋轉軸（18)，第四旋轉軸（18)的一端設置有電機（19)。
【文檔編號】G09B9/04GK203838902SQ201420248513
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年5月15日 優先權日:2014年5月15日
【發明者】曾紀國, 蔡十華 申請人:南昌墨泥軟體有限公司