CN107346623A - 一种单弹簧回正的汽车驾驶模拟器转向装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种单弹簧回正的汽车驾驶模拟器转向装置，它包括方向盘、第一旋转轴、第一齿轮、三角限位块、旋转阻尼器、第二旋转轴、第二齿轮、弹簧、三角限位旋柄、角度测量传感器。本发明能够实现方向盘的限位、回正和转角测量功能。采用旋转阻尼器用以降低方向盘回正的速度，从而获得较好的方向盘手感且更加安全。采用一个弹簧进行方向盘回正，回正效果好，结构简单，成本较低。弹簧套接在第二旋转轴的一端，便于拆装和更换。角度测量传感器可以采用霍尔角度传感器、电位器、光电编码器、角位移传感器等，用于测量方向盘转角大小。限位旋柄和限位块用于实现方向盘限位功能，并且采用了三角结构，接触面积大，限位块不易损坏。

Description

一种单弹簧回正的汽车驾驶模拟器转向装置

技术领域

本发明涉及汽车驾驶模拟器技术领域，特别是涉及一种单弹簧回正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。

以下描述现有技术中的汽车驾驶模拟器转向装置：

现有方案1：中国专利201520879731.8公开了一种齿轮齿条式汽车驾驶模拟器转向装置，该专利采用齿轮、齿条和一对弹簧进行限位和回正，由于齿条的摩擦阻力较大，需要较大的弹簧才能回正方向盘，导致方向盘回正力过大，回正效果差，也影响了安全性和手感。

现有方案2：中国专利201420248513.X公开了一种力反馈及振动的汽车驾驶模拟器转向装置，该专利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，且转角测量精度较高。但是这种转向装置结构较为复杂，成本较高。

现有方案3：中国专利201420372533.8公开了一种机械式回正的汽车驾驶模拟器转向装置，该专利虽然方向盘手感较好，相对上述两种方案成本较低廉，但缺点有：（1）结构较为复杂，成本较高，弹簧拆装维护非常不方便；（2）限位块常采用塑料圆柱，限位旋柄常采用较厚的铁片制成，两者接触部位为一条线段，接触面积小，压力相同时，接触部分压强大，使限位块易损坏。

现有方案4：中国专利201520224226.X公开了一种双弹簧回正的汽车驾驶模拟器转向装置，该专利两个弹簧安装在第二旋转轴的两端，容易拆装维护，但缺点有：（1）结构较为复杂，成本较高。（2）限位块常采用塑料圆柱，限位旋柄常采用较厚的铁片制成，两者接触部位为一条线段，接触面积小，压力相同时，接触部分压强大，使限位块易损坏。

发明内容

为此，本发明提出一种结构简单、成本较低、回正效果好、限位块不易损坏、弹簧容易拆装维护的一种单弹簧回正的汽车驾驶模拟器转向装置。

一种单弹簧回正的汽车驾驶模拟器转向装置，它包括方向盘、第一旋转轴、第一齿轮、三角限位块、旋转阻尼器、第二旋转轴、第二齿轮、弹簧、三角限位旋柄、角度测量传感器，所述第一旋转轴的一端套接所述方向盘，另一端套接所述旋转阻尼器，所述第一旋转轴上套接有所述第一齿轮，所述第一齿轮位于所述方向盘与所述旋转阻尼器之间，所述第二旋转轴的一端设置有所述角度测量传感器，所述第二旋转轴的另一端起依次套接有所述弹簧、所述三角限位旋柄和所述第二齿轮，所述第一齿轮与所述第二齿轮啮合，所述三角限位旋柄的侧方设置有所述三角限位块，所述弹簧的一端固定，另一端固定于所述三角限位旋柄上。

上述一种单弹簧回正的汽车驾驶模拟器转向装置的工作原理为：（1）方向盘转动时，带动第一旋转轴旋转，从而带动第一齿轮旋转，第一齿轮带动第二齿轮旋转，第二齿轮旋转带动了第二旋转轴旋转，从而带动了三角限位旋柄旋转，当三角限位旋柄向左或向右旋转触碰到三角限位块时，方向盘无法继续转动，从而实现了方向盘的限位功能。（2）连接于第二旋转轴的角度测量传感器可对第二旋转轴的角度位置进行测量，因第二旋转轴通过第二齿轮、第一齿轮与第一旋转轴实现了联动，第一旋转轴又与方向盘连接，测得第二旋转轴的角度也就可以计算出方向盘的角度位置，实现了方向盘转角测量的功能。（3）当方向盘从中位（车辆直线行驶时的方向盘位置）开始顺时针旋转时，通过第一旋转轴、第一齿轮、第二齿轮和第二旋转轴，带动三角限位旋柄逆时针旋转，三角限位旋柄逆时针旋转使得弹簧逆时针越扭越紧，从而给方向盘一个自动回正的扭矩，实现方向盘的自动回正；当方向盘从中位（车辆直线行驶时的方向盘位置）开始逆时针旋转时，通过第一旋转轴、第一齿轮、第二齿轮和第二旋转轴，带动三角限位旋柄顺时针旋转，三角限位旋柄顺时针旋转使得弹簧顺时针越扭越松，从而给方向盘一个自动回正的扭矩，实现方向盘的自动回正。

相比现有技术，本发明提出的一种单弹簧回正的汽车驾驶模拟器转向装置，结构简单、成本较低且操作方便，能够实现方向盘转向装置的限位、回正和转角测量功能。采用一个弹簧进行方向盘回正，结构简单，成本较低。安装了旋转阻尼器，用以降低方向盘回正的速度，从而获得较好的方向盘手感且更加安全。三角限位块采用三角结构，三角限位旋柄采用也采用了三角结构，两者碰撞接触时，为面与面接触方式，接触面积大，接触部分压强小，使三角限位块和三角限位旋柄耐用性好。弹簧安装在第二旋转轴的一端，容易拆装维护。

另外，根据本发明提供的一种单弹簧回正的汽车驾驶模拟器转向装置，还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，所述角度测量传感器包括第一条形磁铁、第二条形磁铁、电路板和霍尔角度传感器，所述第一条形磁铁和所述第二条形磁铁粘合在一起，并一起粘在所述第二旋转轴的末端，在所述第一条形磁铁和所述第二条形磁铁的一侧设置所述电路板，所述电路板上焊接所述霍尔角度传感器。

进一步地，所述角度测量传感器采用电位器。

进一步地，所述角度测量传感器采用光电编码器。

进一步地，将所述第一条形磁铁和所述第二条形磁铁更换为一个NS同面的磁铁。

进一步地，将所述第一条形磁铁、所述第二条形磁铁、所述霍尔角度传感器和所述电路板更换为经过封装的霍尔角度传感器。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明第一实施例的一种单弹簧回正的汽车驾驶模拟器转向装置的结构示意图；

图2是本发明第二实施例的一种单弹簧回正的汽车驾驶模拟器转向装置的结构示意图；

图3是本发明第三实施例的一种单弹簧回正的汽车驾驶模拟器转向装置的结构示意图。

图4是本发明第四实施例的一种单弹簧回正的汽车驾驶模拟器转向装置的结构示意图；

图5是本发明第五实施例的一种单弹簧回正的汽车驾驶模拟器转向装置的结构示意图；

图6是本发明第六实施例的一种单弹簧回正的汽车驾驶模拟器转向装置的结构示意图。

图7是本发明第七实施例的一种单弹簧回正的汽车驾驶模拟器转向装置的结构示意图；

图8是本发明第八实施例的一种单弹簧回正的汽车驾驶模拟器转向装置的结构示意图；

图9是本发明第九实施例的一种单弹簧回正的汽车驾驶模拟器转向装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”以及类似的表述只是为了说明的目的，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例1：

请参阅图1，本发明的第一实施例提供的一种单弹簧回正的汽车驾驶模拟器转向装置，它包括方向盘1、第一旋转轴2、第一齿轮3、三角限位块4、旋转阻尼器5、第二旋转轴6、第二齿轮7、弹簧8、三角限位旋柄9、角度测量传感器，其中，在本实施例中，所述角度测量传感器具体包括第一条形磁铁11、第二条形磁铁12、电路板13、霍尔角度传感器14。所述第一旋转轴2的一端套接有所述方向盘1，另一端套接有所述旋转阻尼器5，所述第一旋转轴2套接有所述第一齿轮3，所述第一齿轮3位于所述方向盘1与所述旋转阻尼器5之间，所述第二旋转轴6的一端设置有粘合在一起的所述第一条形磁铁11和所述第二条形磁铁12，在所述第一条形磁铁11和所述第二条形磁铁12的侧方设置有所述电路板13，在所述电路板13上焊接有所述霍尔角度传感器14，所述第二旋转轴的另一端起依次套接有所述弹簧8、所述三角限位旋柄9和所述第二齿轮7。所述三角限位旋柄9的侧方设置所述三角限位块4，所述弹簧8的一端固定，另一端固定于所述三角限位旋柄9上。

上述一种单弹簧回正的汽车驾驶模拟器转向装置的工作原理为：（1）方向盘1转动时，带动第一旋转轴2旋转，从而带动第一齿轮3旋转，第一齿轮3带动第二齿轮7旋转，第二齿轮7旋转带动了第二旋转轴6旋转，从而带动了三角限位旋柄9旋转，当三角限位旋柄9向左或向右旋转触碰到三角限位块4时，方向盘1无法继续转动，从而实现了方向盘1的限位功能。（2）连接于第二旋转轴6的第一条形磁铁11和第二条形磁铁12也随第二旋转轴6旋转，使第一条形磁铁11和第二条形磁铁12产生磁场也发生旋转变化，霍尔角度传感器14感应所述磁场并输出电压信号，采集所述电压信号即可计算出方向盘1的转角。（3）当方向盘1从中位（车辆直线行驶时的方向盘位置）开始顺时针旋转时，通过第一旋转轴2、第一齿轮3、第二齿轮7和第二旋转轴6，带动三角限位旋柄9逆时针旋转，三角限位旋柄9逆时针旋转使得弹簧8逆时针越扭越紧，从而给方向盘1一个自动回正的扭矩，实现方向盘1的自动回正；当方向盘1从中位（车辆直线行驶时的方向盘位置）开始逆时针旋转时，通过第一旋转轴2、第一齿轮3、第二齿轮7和第二旋转轴6，带动三角限位旋柄9顺时针旋转，三角限位旋柄9顺时针旋转使得弹簧8顺时针越扭越松，从而给方向盘1一个自动回正的扭矩，实现方向盘1的自动回正。

在具体实施过程中，可以将所述第一条形磁铁11和所述第二条形磁铁12更换为一个NS同面的磁铁。也可以将所述第一条形磁铁11、第二条形磁铁12、霍尔角度传感器14和电路板13更换为经过封装的霍尔角度传感器。

相比现有技术，本实施例提出的一种单弹簧回正的汽车驾驶模拟器转向装置，结构更简单、成本更低且操作方便，能够实现方向盘转向装置的限位、回正和转角测量功能。采用一个弹簧进行方向盘回正，并且安装了旋转阻尼器，用以降低方向盘回正的速度，从而获得较好的方向盘手感且更加安全。三角限位块采用三角结构，三角限位旋柄采用也采用了三角结构，两者碰撞接触时，为面与面接触方式，接触面积大，接触部分压强小，使三角限位块和三角限位旋柄耐用性好。弹簧安装在第二旋转轴的一端，容易拆装维护。此外，本实施例中，角度测量传感器采用非接触式的霍尔角度传感器进行转角测量，传感器精度高、寿命较长。

实施例2：

请参阅图2，本发明的第二实施例提供的一种单弹簧回正的汽车驾驶模拟器转向装置，它包括方向盘1、第一旋转轴2、第一齿轮3、三角限位块4、旋转阻尼器5、第二旋转轴6、第二齿轮7、弹簧8、三角限位旋柄9、角度测量传感器，其中，在本实施例中，所述角度测量采用电位器15。所述第一旋转轴2的一端套接有所述方向盘1，另一端套接有所述旋转阻尼器5，所述第一旋转轴2套接有所述第一齿轮3，所述第一齿轮3位于所述方向盘1与所述旋转阻尼器5之间，所述第二旋转轴6的一端设置有电位器15，所述第二旋转轴的另一端起依次套接有所述弹簧8、所述三角限位旋柄9和所述第二齿轮7。所述三角限位旋柄9的侧方设置所述三角限位块4，所述弹簧8的一端固定，另一端固定于所述三角限位旋柄9上。

本实施例与第一实施例相比，角度测量传感器采用电位器，与第一实施中的霍尔角度传感器相比，电位器成本更低，但电位器使用寿命更短，本实施例的其它技术效果与第一实施例相同，在此不予赘述。

实施例3：

请参阅图3，本发明的第三实施例提供的一种单弹簧回正的汽车驾驶模拟器转向装置，它包括方向盘1、第一旋转轴2、第一齿轮3、三角限位块4、旋转阻尼器5、第二旋转轴6、第二齿轮7、弹簧8、三角限位旋柄9、角度测量传感器，其中，在本实施例中，所述角度测量采用光电编码器16。所述第一旋转轴2的一端套接有所述方向盘1，另一端套接有所述旋转阻尼器5，所述第一旋转轴2套接有所述第一齿轮3，所述第一齿轮3位于所述方向盘1与所述旋转阻尼器5之间，所述第二旋转轴6的一端设置有光电编码器16，所述第二旋转轴的另一端起依次套接有所述弹簧8、所述三角限位旋柄9和所述第二齿轮7。所述三角限位旋柄9的侧方设置所述三角限位块4，所述弹簧8的一端固定，另一端固定于所述三角限位旋柄9上。

本实施例与第一实施例相比，角度测量传感器采用光电编码器，与第一实施中的霍尔角度传感器相比，光电编码器的信号更加稳定，但光电编码器更容易损坏，本实施例的其它技术效果与第一实施例相同，在此不予赘述。

实施例4：

请参阅图4，本发明的第四实施例提供的一种单弹簧回正的汽车驾驶模拟器转向装置，其与第一实施例相比，区别在于，本实施例中，弹簧8、三角限位旋柄9设置于第二齿轮7与角度测量传感器之间，三角限位旋柄9靠近第二齿轮7，弹簧8靠近角度测量传感器，所述三角限位块4的位置也进行相应调整。

实施例5：

请参阅图5，本发明的第五实施例提供的一种单弹簧回正的汽车驾驶模拟器转向装置，其与第二实施例相比，区别在于，本实施例中，弹簧8、三角限位旋柄9设置于第二齿轮7与角度测量传感器之间，三角限位旋柄9靠近第二齿轮7，弹簧8靠近角度测量传感器，所述三角限位块4的位置也进行相应调整。

实施例6：

请参阅图6，本发明的第六实施例提供的一种单弹簧回正的汽车驾驶模拟器转向装置，其与第三实施例相比，区别在于，本实施例中，弹簧8、三角限位旋柄9设置于第二齿轮7与角度测量传感器之间，三角限位旋柄9靠近第二齿轮7，弹簧8靠近角度测量传感器，所述三角限位块4的位置也进行相应调整。

实施例7：

请参阅图7，本发明的第七实施例提供的一种单弹簧回正的汽车驾驶模拟器转向装置，其与第一实施例相比，区别在于，本实施例中，弹簧8、三角限位旋柄9设置于第二齿轮7与角度测量传感器之间，三角限位旋柄9靠近角度测量传感器，弹簧8靠近第二齿轮7，所述三角限位块4的位置也进行相应调整。

实施例8：

请参阅图8，本发明的第八实施例提供的一种单弹簧回正的汽车驾驶模拟器转向装置，其与第二实施例相比，区别在于，本实施例中，弹簧8、三角限位旋柄9设置于第二齿轮7与角度测量传感器之间，三角限位旋柄9靠近角度测量传感器，弹簧8靠近第二齿轮7，所述三角限位块4的位置也进行相应调整。

实施例9：

请参阅图9，本发明的第九实施例提供的一种单弹簧回正的汽车驾驶模拟器转向装置，其与第三实施例相比，区别在于，本实施例中，弹簧8、三角限位旋柄9设置于第二齿轮7与角度测量传感器之间，三角限位旋柄9靠近角度测量传感器，弹簧8靠近第二齿轮7，所述三角限位块4的位置也进行相应调整。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种单弹簧回正的汽车驾驶模拟器转向装置，其特征在于，它包括方向盘、第一旋转轴、第一齿轮、三角限位块、旋转阻尼器、第二旋转轴、第二齿轮、弹簧、三角限位旋柄、角度测量传感器，所述第一旋转轴的一端套接所述方向盘，另一端套接所述旋转阻尼器，所述第一旋转轴上套接有所述第一齿轮，所述第一齿轮位于所述方向盘与所述旋转阻尼器之间，所述第二旋转轴的一端设置有所述角度测量传感器，所述第二旋转轴的另一端起依次套接有所述弹簧、所述三角限位旋柄和所述第二齿轮，所述第一齿轮与所述第二齿轮啮合，所述三角限位旋柄的侧方设置有所述三角限位块，所述弹簧的一端固定，另一端固定于所述三角限位旋柄上。

2.根据权利要求1所述的一种单弹簧回正的汽车驾驶模拟器转向装置，其特征在于，所述角度测量传感器包括第一条形磁铁、第二条形磁铁、电路板和霍尔角度传感器，所述第一条形磁铁和所述第二条形磁铁粘合在一起，并一起粘在所述第二旋转轴的一端，在所述第一条形磁铁和所述第二条形磁铁的侧方设置有所述电路板，所述电路板上焊接有所述霍尔角度传感器。

3.根据权利要求1所述的一种单弹簧回正的汽车驾驶模拟器转向装置，其特征在于，所述角度测量传感器采用电位器。

4.根据权利要求1所述的一种单弹簧回正的汽车驾驶模拟器转向装置，其特征在于，所述角度测量传感器采用光电编码器。

5.根据权利要求2所述的一种单弹簧回正的汽车驾驶模拟器转向装置，其特征在于，将所述第一条形磁铁和所述第二条形磁铁更换为一个NS同面的磁铁。

6.根据权利要求2所述的一种单弹簧回正的汽车驾驶模拟器转向装置，其特征在于，将所述第一条形磁铁、所述第二条形磁铁、所述霍尔角度传感器和所述电路板更换为经过封装的霍尔角度传感器。