[实用新型]基于霍尔和磁钢的汽车模拟器传感器信号处理装置

说明书

技术领域：

    本实用新型涉及汽车驾驶模拟器技术领域，尤其涉及一种基于霍尔和磁钢的汽车模拟器传感器信号处理装置。

背景技术：

现有的汽车驾驶模拟器通常分为简易汽车驾驶模拟器和互动汽车驾驶模拟器。

简易汽车驾驶模拟器通常包含方向盘、离合器、脚刹、油门、手刹、转向灯、雨刮、档位等操作部件，并且在方向盘、离合器、脚刹、油门、手刹和档位等部件上安装有开关元器件（例如光耦开关、开关霍尔等），然后通过信号处理电路将这些操作部件的操作信号以指示灯的形式显示在汽车驾驶模拟器的显示面板上。简易汽车驾驶模拟器对操作部件的信号进行了简单采集并显示，不能输入到计算机内从而与模拟驾驶程序连接。

互动汽车驾驶模拟器通常在方向盘、离合器、脚刹、油门、手刹、转向灯、雨刮、档位等操作部件上安装有传感器，然后将传感器的信号经过电路板采集处理后送入计算机，与模拟驾驶程序相连，从而实现操作部件与模拟驾驶软件的互动。

通常可以将汽车驾驶模拟器中的传感器分为开关型传感器和多值型传感器。开关传感器有：示宽灯、近光灯、远光灯、左转灯、右转灯、雨刮慢、雨刮快、车门、安全带、雾灯、倒挡、一档、二档、三档、四档和五档等，这些信号只有通和断两种状态，用开关传感器即可。多值传感器有：方向盘、离合器、脚刹、油门和手刹，为了获得更好的信号精度，这些传感器通常输出连续的模拟信号或多级的数字信号。

由于汽车前大灯、转向灯、雨刮等通常采用汽车组合开关，而档位通常采用开关霍尔传感器，点火钥匙通常采用真车配件，车门、安全带、雾灯等传感器信号也是采用开关传感器。因此各种互动汽车驾驶模拟器的开关信号处理大体相同，主要区别体现在方向盘、离合器、脚刹、油门和手刹上。

以下描述现有常用几种互动汽车驾驶模拟器信号处理装置。

现有方案1：方向盘轴上安装有一个金属圆盘，整个圆盘外圈粘有磁钢（通常为60个），在磁钢上方安装有一块带2个开关霍尔的小电路板。在方向盘旋转的过程中，通过计数开关霍尔的通断次数计算旋转角度，通过判别2个霍尔的通断次序的先后判别旋转方向。这种方法有效的前提是在方向盘旋转的过程中，每个开关霍尔不能全通或全断，必须随着方向盘的旋转有通有断，这样才能进行计数及方向判别。为了保证开关霍尔有通有断，必须采用弱磁磁钢，安装距离不能太近，也不能太远，磁钢与霍尔之间的距离必须保证非常精确。但事实上方向盘在剧烈旋转的过程中，方向盘轴剧烈振动从而使得磁钢与霍尔之间的位置变化，无法保证磁钢与霍尔之间的距离的精确性，出现漏记或错计的情况。虽然也有通过增加一个额外的磁钢及霍尔进行计数矫正，但是效果并不理想。离合器、脚刹和油门采用多个磁钢（通常为8个）排成一列，在这些磁钢的侧边或上方，安装有2个开关霍尔，用于计数及确定踏板运动方向，通常这种方案能够使得离合器、脚刹和油门在整个行程中输出6-8个信号。手刹采用一个开关霍尔，手刹拉起的时候接通，手刹放下断开。这种模拟器信号处理方案的主要优点有：（1）方向、离合器、脚刹和油门等信号的采集由于采用了较少的开关霍尔，其与微控制器的接口较简单；（2）在方向转动较慢时，离合器、脚刹和油门踩动不快时，其信号较稳定；（3）成本较低。但其缺点有：（1）对方向盘轴上磁钢和霍尔的安装精度要求极高，且随着方向盘轴振动，容易出现漏记和错记，从而导致方向盘信号出现错误；（2）离合器、脚刹和油门虽然不会出现错误计数情况，但是在整个行程中只能输出6到8个信号，精度太低；（3）手刹只能区分拉起和放下，无法体现手刹随着拉起行程变化而产生不同的制动力，因此无法用手刹模拟坡道起步。

现有方案2：方向盘、离合器、脚刹、油门和手刹全部安装位移传感器，由于高精度位移传感器通常价格较贵，为了降低成本，这种模拟器通常采用低价低质的位移传感器。由于方向盘行程极大（通常为-720度到+720度、或-540度到+540度），因此采用这种方案的模拟器方向盘无法满足精度要求；另外，由于低价低质的传感器电流稳定性差，因此很容易导致整个信号的不稳定及电路板发热量过大。