CN100557660C - 汽车驾驶模拟器的转向盘电动回正机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车驾驶模拟器的转向盘电动回正机构，它包括电机(7)、第一摩擦副、第二摩擦副、用于控制摩擦副接合或分离的控制装置，控制装置包括用于驱动摩擦副移动端移动的执行机构、单片机(14)、用于检测转向盘偏转的传感器；传感器的输出端与单片机连接，单片机控制执行机构。本发明的电机为转向盘回正提供动力，转向盘回正力量和角速度均匀；转向盘通过传感器定位，精确度高，回正定位准确且无机械磨损。

Description

汽车驾驶模拟器的转向盘电动回正机构

技术领域

本发明涉及到汽车驾驶模拟器，特别是汽车驾驶模拟器的转向盘回正机构。

背景技术

汽车驾驶模拟器是一种能正确模拟汽车驾驶动作并使驾驶员获得实车驾驶感受的仿真设备。它能根据驾驶者输入的加速、刹车、转向等信号，并能将车辆的响应动作通过视频和音频设备反馈给驾驶者。对于能促进沉浸感的触觉反馈(力反馈)，目前绝大多数汽车驾驶模拟器都无法有效模拟，其中以汽车转向盘偏转后的自动回正模拟问题尤为突出。

在实际驾车过程中，当驾驶人员转动汽车转向盘时，车辆转向机构会带动车辆前轮，使其前进方向与车体方向不在一条直线上，此时汽车处于曲线行驶状态。驾驶人员放开转向盘后，车辆前轮在机械设计结构和地面摩擦力的共同作用下，其前进方向会自行恢复至与车体保持在同一直线方向上，此时转向盘在车辆转向机构的带动下自行回正。由于汽车驾驶模拟器不存在前轮以及转向机构，因而必须配备转向盘回正机构，才能模拟出上述过程。

目前汽车驾驶模拟器多采用弹簧或卷簧器对转向盘进行挤压回正。此种方式虽能将已偏转的转向盘回正，但转向盘回正定位精度低，回正时转向盘的角速度变化大，机械结构长期运行易磨损，从而造成转向盘回正功能的失效。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种汽车驾驶模拟器的转向盘电动回正机构，该转向盘电动回正机构的转向盘回正定位精度高，转向盘回正力量和角速度均匀。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

汽车驾驶模拟器的转向盘电动回正机构，它包括电机、第一摩擦副、第二摩擦副；两摩擦副的固定端、移动端均套在转向盘的转向轴上；转向轴上设有花键，两摩擦副的移动端与转向轴花键联接；两摩擦副固定端由电机驱动绕转向轴转动，两摩擦副的固定端的转向相反；

转向盘电动回正机构还包括用于控制摩擦副接合或分离的控制装置，控制装置包括用于驱动摩擦副移动端移动的执行机构、单片机、用于检测转向盘偏转的传感器；传感器的输出端与单片机连接，单片机控制执行机构。

上述方案中，执行机构为电磁阀。

上述方案中，传感器包括转向盘偏转角度传感器。

上述方案中，两摩擦副的移动端设置在两摩擦副的固定端之间，两摩擦副的移动端之间相互连接。

上述方案中，执行机构包括用于驱动摩擦副移动端的控制柄，控制柄处于两摩擦副移动端之间，控制柄两侧分别通过弹簧与两摩擦副移动端连接。

上述方案中，传感器还包括转向盘对中感应电路。

本发明的工作原理是：电机驱动两摩擦副固定端旋转，两摩擦副固定端转向相反。当汽车驾驶模拟器转向盘处于正中位置时，用于控制摩擦副接合或分离的控制装置不动作，两摩擦副的两端不接合，转向盘不受外力作用。当转向盘发生偏转时，用于控制摩擦副接合或分离的控制装置中的传感器检测到偏转，单片机控制执行机构动作，两摩擦副中的一摩擦副两端接合，从而决定转向盘在不同方向摩擦力的作用下自行回正。

本发明的优点在于：

1、电机为转向盘回正提供动力，转向盘回正力量和角速度均匀。

2、转向盘通过传感器定位，精确度高，回正定位准确且无机械磨损。

3、当外力大于摩擦副接触面的摩擦力(驾驶员控制转向盘)时，摩擦副两端仍可发生相对移动，即转向盘可在回正过程中可继续变化偏转角度。

4、执行机构为电磁阀，可方便地控制摩擦副接合或分离。

5、传感器包括转向盘偏转角度传感器，。

6、两摩擦副的移动端设置在两摩擦副的固定端之间，方便控制，使得两摩擦副具有互斥性，即两摩擦副中的一摩擦副两端接合时，另一摩擦副两端一定分离。

7、执行机构包括用于驱动摩擦副移动端的控制柄，控制柄两侧分别通过弹簧与两摩擦副移动端连接。弹簧可控制摩擦副两端的摩擦力。

8、传感器还包括转向盘对中感应电路，可保证两摩擦副接合或分离的正确性，并且避免了上电时，转向盘不处在正中间所带来的误差。

附图说明

图1为本发明汽车驾驶模拟器的转向盘电动回正机构实施例工作状态1的结构示意图

图2为本发明实施例中的摩擦副工作状态2的结构示意图

图3为本发明实施例中的摩擦副工作状态3的结构示意图

图中，转向盘1、转向轴2、第一摩擦副固定端3、第一摩擦副移动端4、齿轮箱5、电机控制器6、电机7、第二摩擦副移动端8、第二摩擦副固定端9、偏转角度传感器10、电磁阀11、对中机构12、对中感应电路13、单片机14、弹簧15、控制柄16。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实时例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本发明汽车驾驶模拟器的转向盘电动回正机构实施例包括：电机7、第一摩擦副、第二摩擦副；两摩擦副的固定端、移动端均套在转向盘1的转向轴2上；转向轴2上设有花键，两摩擦副的移动端与转向轴2花键联接。

转向盘电动回正机构还包括用于控制摩擦副接合或分离的控制装置，控制装置包括用于驱动摩擦副移动端移动的执行机构、单片机14、用于检测转向盘偏转的传感器；传感器的输出端与单片机连接，单片机控制执行机构。执行机构为电磁阀11。

电机7为交流伺服电机，电机7由电机控制器6控制，两摩擦副的固定端由电机7通过齿轮箱5驱动绕转向轴2转动，两摩擦副的固定端的转向相反。

传感器包括转向盘偏转角度传感器10和转向盘对中感应电路13，其中转向盘偏转角度传感器10为增量式旋转编码器，它测得的偏转角度值的正负输出给单片机，用来控制驱动电磁阀11，使其朝不同方向动作。转向盘对中感应电路13采用非接触式霍尔传感器，用来感应与转向轴2联动的对中机构12是否对中，感应信号由感应电路产生后发往单片机14，以控制电磁阀11是否动作。

两摩擦副的移动端设置在两摩擦副的固定端之间，两摩擦副的移动端之间相互连接。执行机构包括用于驱动摩擦副移动端的控制柄16，控制柄16处于两摩擦副移动端之间，控制柄16两侧分别通过弹簧15与两摩擦副移动端连接。

摩擦副两端接触面上分别设有对应的球形面凸起和球形面凹槽。

摩擦副两端接触面上分别设有对应的球形面凸起和球形面凹槽，可保证摩擦副两端面的摩擦力足够大，且不影响两端之间的相对移动。

本发明汽车驾驶模拟器的转向盘电动回正机构实施例的工作原理为：

上电后，电机7由电机控制器6控制并输出动力，齿轮箱5带动第一摩擦副固定端3和第二摩擦副固定端9，绕转向盘1的转向轴2旋转，第一摩擦副固定端3和第二摩擦副固定端9的转向相反。当汽车驾驶模拟器转向盘1处于正中位置时，单片机14根据由转向盘对中感应电路13发出的感应信号使电磁阀11不动作，第一、第二摩擦副两端均不接合，转向盘1不受外力作用(如图1所示)。

当转向盘1发生偏转时，单片机14根据对中感应电路13发出的感应信号，以及由增量式旋转编码器测得的偏转角度值的正负来驱动电磁阀11，使其朝不同方向动作。

当转向盘1顺时针偏转并失去外力作用后，如图2所示，此时对中感应电路13发出感应信号至单片机14，单片机14通过电磁阀11、控制柄16、弹簧15驱动第二摩擦副移动端8向第二摩擦副固定端9移动，第二摩擦副两端接合，第二摩擦副移动端8在第二摩擦副固定端9的作用下，带动转向轴2转动，此时转向盘1逆时针回正。同理，当转向盘1逆时针偏转并失去外力作用后，如图3所示，第一摩擦副移动端4在第一摩擦副固定端3的作用下，带动转向轴2转动，此时转向盘1顺时针回正。

图2、3中的箭头方向为电磁阀11驱动控制柄16的移动方向和转向轴2、摩擦副固定端的转动方向。

增量式旋转编码器的输出信号还可以通过单片机14实时上传至汽车驾驶模拟器的PC机。

Claims (6)

1、汽车驾驶模拟器的转向盘电动回正机构，其特征在于：它包括电机(7)、第一摩擦副、第二摩擦副；两摩擦副的固定端、移动端均套在转向盘(1)的转向轴(2)上；转向轴(2)上设有花键，两摩擦副的移动端与转向轴(2)花键联接；两摩擦副的固定端由电机(7)驱动绕转向轴(2)转动，两摩擦副的固定端的转向相反；

转向盘电动回正机构还包括用于控制摩擦副接合或分离的控制装置，控制装置包括用于驱动摩擦副移动端移动的执行机构、单片机(14)、用于检测转向盘偏转的传感器；传感器的输出端与单片机连接，单片机控制执行机构。

2、如权利要求1所述的转向盘电动回正机构，其特征在于：执行机构为电磁阀(11)。

3、如权利要求1所述的转向盘电动回正机构，其特征在于：传感器包括转向盘偏转角度传感器(10)。

4、如权利要求1所述的转向盘电动回正机构，其特征在于：两摩擦副的移动端设置在两摩擦副的固定端之间，两摩擦副的移动端之间相互连接。

5、如权利要求4所述的转向盘电动回正机构，其特征在于：执行机构包括用于驱动摩擦副移动端的控制柄(16)，控制柄(16)处于两摩擦副移动端之间，控制柄(16)两侧分别通过弹簧(15)与两摩擦副移动端连接。

6、如权利要求3所述的转向盘电动回正机构，其特征在于：传感器还包括转向盘对中感应电路(13)。

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