[发明专利]用于驾驶模拟器的人感系统

说明书

本发明公开一种用于驾驶模拟器的人感系统，能够给予驾驶训练人员逼真的力感反馈，通过传感器量测驾驶训练人员施加在操纵杆或脚蹬上的力、位置、速度等信号，基于采集到的信号解算出当前应当加于执行机构上的力度大小，并产生对应的电机驱动信号，驱动对应通道的伺服电机产生对应的力矩，经由连杆机构传递至驾驶盘、操纵杆、脚蹬和油门，并反馈至操纵的手握端，从而模拟出在真实飞行驾驶中操纵感觉，以达到对力感的模拟。

技术领域

本发明涉及驾驶模拟器技术领域，具体而言涉及一种用于驾驶模拟器的人感系统。

背景技术

驾驶模拟器是一种有人参与的复杂的模拟仿真系统，能够模拟和复现特定环境下的驾驶和操纵状态，广泛应用于装甲车、坦克、飞机等驾驶模拟训练中，它的功能和目的是在不实际进入装甲车、坦克、飞机等驾驶舱进行实际驾驶和操纵的情况下，将操纵实景、过程、力感等感知以尽可能真实的程度提供给训练人员。其中，在模拟器的设计中，尤其是力感系统，即人感系统的设计，其目的是提供逼真的力的感觉，对训练人员进行模拟训练，能够提前了解和适应操纵场景以及可能的驾驶、飞行状态，并能够及时和准确的做出判断、发出正确的操纵指令。因此，人感系统设计的性能直接决定驾驶模拟器的力感模拟效果。

现有驾驶模拟器的人感系统设计通常基于液压式人感系统或者电驱动式人感系统，随着电机以及电机驱动技术发展，目前以电驱动式人感系统为主要的方式。以用于飞机的驾驶模拟器的主操纵杆力感模拟系统为例，主要设计包括：检测训练人员操纵主操纵杆而产生的转动信号，将转动信号通过信号处理后输入给力感仿真模型，模型输出需要模拟的力（即施加到主操纵杆的力），并据此驱动伺服电机转动，通过加载机构将电机输出的力矩施加到主操纵杆上，对驾驶训练人员提供力感的反馈。

在一些改进的方案中，还提出一种基于加载力反馈的闭环控制仿真方式，即在加载机构输出端检测驾驶训练人员实际施加的力，与力感仿真模型输出的力进行比较，基于比较结果生成驱动伺服电机的驱动控制信号，以补偿和抑制多余力，提高力感模拟的真实性。

另外，现有技术中还通过其他的方式来补偿和抑制多余力，例如基于缓冲弹簧从结构设计上抑制和补偿，以及基于扰动观测器、神经网络模型以及自适应控制系统模型进行抑制。这些方式尽管从软件或者硬件上实现对基本的力感反馈反馈系统的整体设计以及常见的多余力问题的抑制，但作为主要问题的主操纵杆的操纵来说，对前端系统和后端系统之间连接以及力感反馈未进行完整力系统回路的模拟。

现有技术文献：

专利文献1：CN110827620A 一种数字式操纵负荷系统；

专利文献2：CN110444078A 一种模拟飞机的操纵负荷系统；

专利文献3：CN110706550A 一种模拟飞机的电动操纵负荷系统；

专利文献4：CN111063235A 一种飞行模拟器的操控负荷训练仿真系统。

发明内容

本发明目的在于提供一种用于驾驶模拟器的人感系统，尤其适用于飞行模拟器的人感系统，提供一种能够给予驾驶训练人员逼真的力感反馈的操纵负荷系统，通过传感器量测驾驶训练人员施加在操纵杆或脚蹬上的力、位置、速度等信号，基于采集到的信号解算出当前应当加于执行机构上的力度大小，并产生对应的电机驱动信号，驱动对应通道的伺服电机产生对应的力矩，通过连杆机构传递至驾驶盘、操纵杆、脚蹬和油门，并反馈至操纵的手握端，从而模拟出在真实飞行驾驶中操纵感觉，以达到对力感的模拟。

为实现上述目的，本发明的第一方面提出一种用于驾驶模拟器的人感系统，包括：

用于检测主操纵杆的俯仰操纵状态的第一传感器组以及用于检测主操纵杆被操纵实际施加的力（F_x1）的第一力传感器；

用于检测驾驶盘的横滚操纵状态的第二传感器组以及用于检测驾驶盘被操纵实际施加的力（F_x2）的第二力传感器；