CN107369355A - 一种汽车驾驶模拟器的方向盘力反馈装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种汽车驾驶模拟器的方向盘力反馈装置，所述角度传感器用于检测所述方向盘传动机构转动的角度和转动速度，所述反馈单元与所述第一直流电机和第二直流电机电连接，所述反馈单元检测到有角度和转动速度的变化后发送信号给所述第一直流电机产生瞬时反向阻力，同时所述反馈单元根据转动角度值和转动速度值的变化计算得到反向作用力，根据所述反向作用力的数值驱动所述第二直流电机产生持续反向力；所述第一直流电机和第二直流电机均与所述方向盘传动机构机械连接并分别为所述方向盘传动机构施加瞬时反向阻力和持续反向力；所述直流电机驱动单元用于驱动所述第一直流电机和第二直流电机。

Description

一种汽车驾驶模拟器的方向盘力反馈装置及方法
技术领域
本发明涉及一种汽车驾驶模拟器的方向盘力反馈装置及方法。
背景技术
目前现有的模拟器方向盘主要采用拉簧或伺服电机装置，来模拟真车的方向盘转动手感。转动方向盘时，方向盘结构带动拉簧产生反作用力，或是伺服电机转动产生扭力从而使方向盘有了摩擦力力的手感。由于拉簧产生的反作用力比较小而且不可靠；伺服电机虽然产生的扭力较真实，但一套伺服系统造价昂贵。故从实际的摩擦力模拟与成本考虑，现行方案不能较好的满足需求。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明提供一种汽车驾驶模拟器的方向盘力反馈装置。
本发明提供的技术方案为：
一种汽车驾驶模拟器的方向盘力反馈装置，包括方向盘传动机构、角度传感器、直流电机驱动单元、反馈单元、第一直流电机和第二直流电机；
所述角度传感器用于检测所述方向盘传动机构转动的角度和转动速度，并将转动角度值和转动速度值传送给所述反馈单元；
所述反馈单元与所述第一直流电机和第二直流电机电连接，所述反馈单元检测到有角度和转动速度的变化后发送信号给所述第一直流电机产生瞬时反向阻力，同时所述反馈单元根据转动角度值和转动速度值的变化计算得到反向作用力，根据所述反向作用力的数值驱动所述第二直流电机产生持续反向力；
所述第一直流电机和第二直流电机均与所述方向盘传动机构机械连接并分别为所述方向盘传动机构施加瞬时反向阻力和持续反向力；
所述直流电机驱动单元分别与所述反馈单元和所述第一直流电机及第二直流电机电连接，所述直流电机驱动单元用于驱动所述第一直流电机和第二直流电机。
优选的是，所述反馈单元还包括电压检测单元，所述电压检测单元用于检测所述第一直流电机的感应电动势，所述反馈单元根据所述感应电动势向所述第一直流电机输出瞬时反向阻力。
优选的是，所述反馈单元包括PWM输出单元，所述PWM输出单元用于输出持续的PWM波到直流电机驱动单元控制所述第二直流电机。
优选的是，所述角度传感器为霍尔传感器。
优选的是，所述电压检测单元与直流驱动电源电连接，所述电压检测单元用于控制所述直流驱动电源的通断，当所述电压检测单元检测到瞬时电压时控制所述直流驱动电源通电，所述直流驱动电源用于为所述角度传感器和直流电机驱动单元供电。
优选的是，所述直流驱动电源为低于36v的人体安全电压。
本发明同时提供一种汽车驾驶模拟器的方向盘力反馈方法，
通过角度传感器检测方向盘传动机构的角度和转动速度，当角度和转动速度均不为零时，反馈单元通过直流电机驱动单元控制第一直流电机对方向盘传动机构施加瞬时反向阻力；同时将所述角度和转动速度的信息发送给反馈单元，所述反馈单元根据所述角度和转动速度计算得到持续反向作用力信息，并根据持续反向作用力信息控制第二直流电机对方向盘传动机构施加持续反向作用力。
优选的是，当角度传感器检测到角度信息不为零，转动速度为零时，所述第一直流电机不产生瞬时反向阻力，所述第二直流电机对方向盘传动机构施加持续反向作用力。
本发明的有益效果：
本发明的汽车驾驶模拟器的方向盘力反馈装置采用两个直流电机作为执行器件，一个电机作为以瞬时反应为主，输出瞬时反向阻力，另一个电机以持续输出反应为主，输出持续反向力，使模拟器方向盘手感更佳，更真实。同时第一直流电机5和第二直流电机6也可接收外部其他信号用于模拟各种情景。同时本发明使用直流电机成本更低，方便控制。
附图说明
图1为本发明的汽车驾驶模拟器的方向盘力反馈装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明，如图1所示，一种汽车驾驶模拟器的方向盘力反馈装置，包括方向盘传动机构1、角度传感器2、直流电机驱动单元3、反馈单元4、第一直流电机5和第二直流电机6；
所述方向盘传动机构1与所述角度传感器机2械连接，所述角度传感器2与所述反馈单元4电连接，所述反馈单元4与所述直流电机驱动单元3电连接，所述直流电机驱动单元3 分别与所述第一直流电机5和第二直流电机6电连接。
所述角度传感器2用于检测所述方向盘传动机构转动的角度和转动速度，并将转动角度值和转动速度值传送给所述反馈单元4；所述角度传感器2为霍尔传感器。
所述反馈单元4与所述第一直流电机5和第二直流电机6电连接，所述反馈单元4检测到角度传感器2传送的有角度和转动速度的变化的信号后，反馈单元4发送信号给所述第一直流电机5产生瞬时反向阻力，同时所述反馈单元4根据转动角度值和转动速度值的变化计算得到反向作用力，根据所述反向作用力的数值驱动所述第二直流电机6产生持续反向力；具体地，所述反馈单元4还包括电压检测单元7，所述电压检测单元7用于检测所述第一直流电机5的感应电动势，所述反馈单元4根据所述感应电动势向所述第一直流电机输出瞬时反向阻力；所述电压检测单元7与直流驱动电源9电连接，所述电压检测单元7用于控制所述直流驱动电源的通断，当所述电压检测单元7检测到瞬时电压时控制所述直流驱动电源9通电，所述直流驱动电源9用于为所述角度传感器2和直流电机驱动单元3供电；所述反馈单元4还包括PWM输出单元8，所述PWM输出单元8用于输出持续的PWM波到所述第二直流电机6从而产生持续的反向力。当只有角度数值而没有瞬转动速度时，第一直流电机5不产生瞬时反馈。本发明的直流驱动单元3内包括分别用于控制所述第一直流电机5和第二直流电机6的两个独立的控制单元。
所述第一直流电机5和第二直流电机6均与所述方向盘传动机构1机械连接并分别为所述方向盘传动机构施加瞬时反向阻力和持续反向力；第一直流电机5和第二直流电机6均通过齿轮与所述方向盘传动机构1机械连接。
所述直流电机驱动单元3分别与所述反馈单元4和所述第一直流电机5及第二直流电机 6电连接，所述直流电机驱动单元3用于驱动所述第一直流电机5和第二直流电机6。所述直流驱动电源为低于36v的人体安全电压。
在工作时，当方向盘传动机构1检测到瞬时运动时，直流驱动电源9电源供电，角度传感器2检测角度和转动速度，并将角度和转动速度的信号发送给反馈单元4，反馈单元根据他们的大小计算得到一个瞬时反向阻力，具体地可以根据预定的固定公式带入角度和转动速度的数值计算得出瞬时反向阻力，并根据该反向阻力值发送驱动信号给所述直流电机驱动单元3驱动第一直流电机5对方向盘施加瞬时反向阻力，同时所述第一直流电机5也可以由外部信号输入瞬时反向阻力如路面不平整时；或者通过电压检测单元7检测第一直流电机5的瞬时感应电动势，并根据该感应电动势的数值方向盘施加瞬时反向阻力。所述角度传感器2 检测到有持续的角度即方向盘未归零时，控制所述直流驱动电源9持续输出，所述PWM输出单元8根据角度和转动速度计算得到的持续的反向力，向第二直流电机6输出相应波形，具体地可以根据预定的固定公式带入角度和转动速度的数值以及外部数据信息如路面阻力等计算得出持续反向力，从而实现完整的反馈。如果有需要，如模拟汽车事故或方向盘失控时，第二直流电机6也可以作为执行机构带动方向盘主动转动，信号由外部输入单元输入给反馈单元4控制。
本发明同时提供一种汽车驾驶模拟器的方向盘力反馈方法，通过角度传感器检测方向盘传动机构的角度和转动速度，当角度和转动速度均不为零时，反馈单元通过直流电机驱动单元控制第一直流电机对方向盘传动机构施加瞬时反向阻力；同时将所述角度和转动速度的信息发送给反馈单元，所述反馈单元根据所述角度和转动速度计算得到持续反向作用力信息，并根据持续反向作用力信息控制第二直流电机对方向盘传动机构施加持续反向作用力。
当角度传感器检测到角度信息不为零，转动速度为零时，所述第一直流电机不产生瞬时反向阻力，所述第二直流电机对方向盘传动机构施加持续反向作用力。
本发明已通过优选的实施方式进行了详尽的说明。然而，通过对前文的研读，对各实施方式的变化和增加也是本领域的一般技术人员所显而易见的。申请人的意图是所有这些变化和增加都落在了本发明权利要求所保护的范围中。

Claims (8)

1.一种汽车驾驶模拟器的方向盘力反馈装置，其特征在于：
包括方向盘传动机构、角度传感器、直流电机驱动单元、反馈单元、第一直流电机和第二直流电机；
所述角度传感器用于检测所述方向盘传动机构转动的角度和转动速度，并将转动角度值和转动速度值传送给所述反馈单元；
所述反馈单元与所述第一直流电机和第二直流电机电连接，所述反馈单元检测到有角度和转动速度的变化后发送信号给所述第一直流电机产生瞬时反向阻力，同时所述反馈单元根据转动角度值和转动速度值的变化计算得到反向作用力，根据所述反向作用力的数值驱动所述第二直流电机产生持续反向力；
所述第一直流电机和第二直流电机均与所述方向盘传动机构机械连接并分别为所述方向盘传动机构施加瞬时反向阻力和持续反向力；
所述直流电机驱动单元分别与所述反馈单元和所述第一直流电机及第二直流电机电连接，所述直流电机驱动单元用于驱动所述第一直流电机和第二直流电机。
2.根据权利要求1所述的汽车驾驶模拟器的方向盘力反馈装置，其特征在于：
所述反馈单元还包括电压检测单元，所述电压检测单元用于检测所述第一直流电机的感应电动势，所述反馈单元根据所述感应电动势向所述第一直流电机输出瞬时反向阻力。
3.根据权利要求1所述的汽车驾驶模拟器的方向盘力反馈装置，其特征在于：
所述反馈单元包括PWM输出单元，所述PWM输出单元用于输出持续的PWM波到直流电机驱动单元控制所述第二直流电机。
4.根据权利要求3所述的汽车驾驶模拟器的方向盘力反馈装置，其特征在于：
所述角度传感器为霍尔传感器。
5.根据权利要求2所述的汽车驾驶模拟器的方向盘力反馈装置，其特征在于：
所述电压检测单元与直流驱动电源电连接，所述电压检测单元用于控制所述直流驱动电源的通断，当所述电压检测单元检测到瞬时电压时控制所述直流驱动电源通电，所述直流驱动电源用于为所述角度传感器和直流电机驱动单元供电。
6.根据权利要求5所述的汽车驾驶模拟器的方向盘力反馈装置，其特征在于：
所述直流驱动电源为低于36v的人体安全电压。
7.一种汽车驾驶模拟器的方向盘力反馈方法，其特征在于：
通过角度传感器检测方向盘传动机构的角度和转动速度，当角度和转动速度均不为零时，反馈单元通过直流电机驱动单元控制第一直流电机对方向盘传动机构施加瞬时反向阻力；同时将所述角度和转动速度的信息发送给反馈单元，所述反馈单元根据所述角度和转动速度计算得到持续反向作用力信息，并根据持续反向作用力信息控制第二直流电机对方向盘传动机构施加持续反向作用力。
8.根据权利要求7所述的汽车驾驶模拟器的方向盘力反馈方法，其特征在于：
当角度传感器检测到角度信息不为零，转动速度为零时，所述第一直流电机不产生瞬时反向阻力，所述第二直流电机对方向盘传动机构施加持续反向作用力。
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