[实用新型]一种电机回正及振动的汽车驾驶模拟器转向装置

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，具体涉及一种电机回正及振动的汽车驾驶模拟器转向装置。

背景技术

汽车驾驶模拟器通常包括方向盘、离合器、脚刹、油门、手刹、转向灯、雨刮、档位等操作部件。与方向盘相连的机构即为转向装置，它是汽车驾驶模拟器所有操作部件中最复杂也最为重要的操作部件，转向装置的仿真度将直接影响用户对整个汽车驾驶模拟器的体验。通常来说，汽车驾驶模拟器中的转向装置需要有如下功能：限位、回正和转角测量。如果要获得更好的体验，通常转向装置还可以增加振动功能。

限位：通常汽车方向盘转动的时候都有转动角度限制，通常包括±720度（即方向盘可以向左转两圈，也可以向右转两圈），±540度（即方向盘可以向左转一圈半，也可以向右转一圈半）。

回正：在车辆的行驶过程中，如果方向盘转动了一定的角度，则方向盘会自动回正到中位。

转角测量：为了使得模拟驾驶程序与方向盘联动，需要随时知道方向盘的转动角度，因此就需要在方向盘上安装转角测量传感器。

振动仿真：模拟驾驶过程中车辆遇到颠簸路面时候方向盘的感觉。

以下描述现有常见的汽车驾驶模拟器转向装置：

现有方案1：方向盘上安装有一条中心旋转轴，在中心旋转轴上安装有方向机（即蜗轮蜗杆装置）, 从而将方向盘的旋转运动转化为直线运动，在直线运动的轴两边安装有弹簧，用于方向盘回正。另外，在直线运动的轴上的一端，安装有直线位移传感器。在直线轴的两端，安装有两个限位螺帽，用于限制直线轴的运动范围，从而限制了方向盘的转动角度。这种方案的优点是对安装精度要求不高，生产成本较为低廉。缺点是蜗轮蜗杆阻力较大，需要较大的弹簧才能回正方向盘，导致方向盘回正力过大，安全性和手感较差。

现有方案2：方向盘轴上安装有小齿轮，小齿轮与大齿轮相连，在大齿轮上安装限位装置。方向盘轴上再通过齿轮组，安装电机和光电编码器。其中电机用于提供方向盘回正力和振动仿真，光电编码器用于测量方向盘转角。这种方案的优点是光电编码器能够提供非常高的方向盘转角精度，且数值稳定。力矩电机能够提供较为均匀的方向盘反力，手感较好，另外，通过控制力矩电机可以模拟颠簸路面的方向盘振动。缺点是对安装精度要求较高，对于便携模拟器来说，采用塑料开模配件，能够保证安装精度，但是使用寿命较短，耐用性较差。如果采用钢结构，则造价较高。另外一个缺点是光电编码器在旋转过程中（尤其是方向盘有振动的情况下），容易丢失信号，从而使得方向盘转角数值出现错误。

现有方案3：方向盘轴上安装有小齿轮，小齿轮与大齿轮相连，在大齿轮上安装限位装置。另外，在方向盘轴上安装多个齿轮组，在齿轮组上安装弹簧，用于方向盘回正。在方向盘轴上再安装一个偏心轮，用于安装位移传感器从而测量方向盘转角。通过偏心轮的方法安装位移传感器用于测量方向盘角度，结构较为复杂。另外，为了减缓弹簧的回正力，采用了多个齿轮组的方法，结构复杂，成本较高。

现有方案4：一种力反馈及振动的汽车驾驶模拟器转向装置，它包含方向盘、第一旋转轴、第一齿轮、第二旋转轴、第二齿轮、限位旋柄、限位块、第一条形磁铁、第二条形磁铁、霍尔角度传感器、线路板、第三齿轮、光电编码器、第三旋转轴、第四齿轮、皮带、第五齿轮、第四旋转轴和电机。它能够实现转向装置的限位、转角测量、回正和振动功能，并且能很好地修正方向盘进行振动仿真时信号错误问题。由于采用电机进行方向盘回正，因此具有回正力度大小可调、能够进行振动仿真、回正力均匀和方向盘手感较好的优点。同时采用光电编码器和霍尔角度传感器进行角度测量，转角测量精度较高。但是这种转向装置结构较为复杂，成本较高。