[发明专利]应用于驾驶模拟器的力反馈转向盘装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种力反馈转向盘装置，尤其是涉及一种应用于驾驶模拟器的力反馈转向盘装置。

背景技术

车辆模拟器在驾驶员培训中的应用越来越普遍，车辆驾驶模拟器通过视景显示、音效、虚拟操纵系统等创造出一种与实际相近的驾驶状况，随着电子技术的迅猛发展，虚拟驾驶的显示效果已经比较接近真实，但是逼真的驾驶状况不仅仅是视景效果，还应该包括力感反馈。真实状况下，车辆在行驶过程中，由于车辆的行驶状态、路面状况以及转向盘转角的变化，其转动转向盘所需要的力也不同，这是由于路面对转向机构的反作用、转向机构的摩擦力以及转向系统的转动惯量产生的，因此力感反馈的应用可以使虚拟驾驶更接近真实状况。

一般的车辆驾驶模拟器其转向盘是通过弹簧或者扭簧来回正，这种转向盘机构虽然能模拟简单的回正力矩，但是其回正力矩是固定的比例关系，并不能随着车辆行驶情况的变化而变化，其反馈力矩仅同转向盘转角成简单的线性关系，不能反映真实的驾驶状况。

目前市场上有较多的游戏方向盘在售，较高级的游戏方向盘也提供力反馈的力感模拟，但其仅通过一个减速电机来产生反馈力，其力反馈效果完全由电机实现，不能模拟所有的力，比如摩擦力。另外其结构简单，反馈力矩较小，一般不超过1N·m，因此只适合于游戏玩家在家庭PC上娱乐。

目前，专业驾驶训练模拟器对力感反馈的要求越来越高，特别是重型工程车辆和军用车辆驾驶员训练模拟器，这些模拟器要求模拟效果真实、反馈力矩大，最大反馈力矩要求在10N·m以上。

为了能较真实地模拟转向盘的力感，常采用转速和力矩可比例控制的伺服电机，但由于在转向盘转动过程中，常常需要电机处于堵转和强制反转状态，当反馈力矩要求较大时，所需电机功率也需要增大，一般伺服电机很容易发热烧毁。

发明内容

针对专业驾驶训练模拟器，特别是重型工程车辆和军用车辆驾驶员训练模拟器的特殊要求，本发明的目的在于提供一种应用于车辆模拟器的力反馈转向盘装置，通过采用力矩电机、磁粉制动器和弹簧力的组合来模拟反馈力感，，可以大幅提高模拟力矩的范围，在无需增加散热条件的情况下较容易地实现10N·m以上的反馈力矩要求。

本发明采用的技术方案是：

力矩电机和减速机固定在电机底座上，电机底座固定在模拟器底座上，减速机的伸出轴通过第一弹性联轴器与传动轴的一端连接，光电编码器套在传动轴的中部，固定传动轴上，传动轴的中部另外通过键连接磁粉制动器，磁粉制动器固定在制动器底座上，光电编码器固定在制动器底座的另一侧，制动器底座固定在模拟器底座上，圆盘套在传动轴上与轴固定，两根拉伸弹簧的一端通过挂钩悬挂于挂架上，挂架固定在模拟器底座上，其中一根拉伸弹簧的另一端与钢丝绳的一端连接，钢丝绳在圆盘圆柱面上的凹槽里卷绕以后，钢丝绳的另一端与另一根拉伸弹簧的另一端连接，传动轴另一端通过第二弹性联轴器与扭矩传感器一伸出端连接，扭矩传感器另一伸出端与转向盘转轴通过第三弹性联轴器连接，转向盘转轴穿过滚动轴承内孔，滚动轴承固定在转向盘面板上，转向盘面板固定在模拟器底座上。

本发明具有的有益效果是：

1、力矩电机可以提供较大的反馈力矩，并且可以长时间工作在堵转和反转状态，其功率大小合适，不会因发热而烧毁，力矩电机与伺服驱动器配合使用，可实现反馈力矩的精确控制。

2、磁粉制动器可以真实地模拟车辆转向系统中的摩擦力，并且和力矩电机配合提供更大的反馈力矩。

3、结构坚固可靠，使用寿命长，反馈力矩大，适用于重型工程车辆及军用车辆的高级驾驶模拟器的力反馈转向盘装置。

附图说明

图1是本发明的总体结构原理示意图。

图2是图1沿轴向的剖视图。

图3是本发明控制原理框图。

图中：1、模拟器底座，2、力矩电机，3、减速机，4、电机底座，5、弹性联轴器，6、光电编码器，7、制动器底座，8、磁粉制动器，9、传动轴，10、紧定螺钉，11、圆盘，12、拉伸弹簧，13、钢丝绳，14、挂架，15、弹性联轴器，16、扭矩传感器，17、传感器垫板，18、弹性联轴器，19、滚动轴承，20、转向盘面板，21、转向盘，22、PC计算机，23、控制系统。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的描述。