CN107578665A - 一种基于磁力作用的车辆驾驶模拟器侧倾感发生装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于磁力作用的车辆驾驶模拟器侧倾感发生装置。本发明根据力的相互作用原理，通过计算电磁铁通电电流，控制安装于车辆驾驶模拟器驾驶员左侧车门的电磁铁和驾驶座椅右侧的电磁铁，使电磁铁吸引包覆于驾驶员躯干的软磁性材料，从而为车辆驾驶模拟器中的驾驶员提供符合驾驶员质量和车辆驾驶模拟器所模拟行车状态的水平方向的侧向力，使驾驶员感受到真实的转弯侧倾感。
Description
技术领域
本发明涉及一种驾驶模拟器侧倾感发生装置，特别是涉及一种基于磁力作用的驾驶模拟器侧倾感发生装置。
背景技术
为使驾驶模拟器能够在转弯时为驾驶员呈现较为真实的受力感受，人们通过驾驶模拟器座椅乃至整个驾驶模拟器驾驶室的运动向驾驶员施加作用力以模拟转弯行驶状态下驾驶员的侧倾感。一种汽车驾驶模拟器少自由度体感装置及其位姿调整方法（CN102013185，授权）通过改变两个伺服电动缸推杆伸长或缩短的长度来实现顶部模拟驾驶舱各铰接支点的运动，从而实现驾驶模拟器少自由度体感装置的侧倾位姿；一种汽车驾驶模拟器动感平台系统及模拟汽车驾驶的方法（CN105719530A，实质审查）通过驾驶室底部四个伺服电缸中左侧两个伺服电缸上升（下降）和右侧两个伺服电缸下降（上升）来实现转弯过程中因受离心力作用的侧倾感觉。
上述通过倾斜座椅来模拟车辆转弯情况驾驶员所受离心力的驾驶模拟器，虽然可以使驾驶员产生侧向的分力，但座椅平面的倾斜同时会导致驾驶员视角、驾驶操作角度的变化，从而影响驾驶员加速操作时的感受。而通过侧向移动以实现侧倾感的驾驶模拟器，侧倾感的生成受移动距离的限制，无法向驾驶员提供长时间转弯操作时的侧倾感受。如果根据力的相互作用原理，通过电磁铁吸引包覆于驾驶员躯干的软磁性材料，为驾驶员提供一个符合驾驶员质量的水平方向的侧向力以模拟转弯产生的离心力，将使驾驶员感受到更为真实的侧倾感。
发明内容
本发明为解决目前驾驶模拟器在模拟转弯工况时驾驶员感受到的侧倾感不够逼真且不能持续的缺陷，提出了一种基于磁力作用的车辆驾驶模拟器侧倾感发生装置。
为实现在不改变驾驶座椅空间姿态和位置的情况下模拟驾驶员所受的离心力，使驾驶员感受到更为真实的侧倾感受，本发明所述基于磁力作用的车辆驾驶模拟器侧倾感发生装置，包括侧向力数据采集模块、侧向力数据处理模块和侧向力执行模块。
所述侧向力数据采集模块，包括压力采集子模块、横摆角速度采集子模块和前轮转角采集子模块三部分。
所述压力采集子模块，通过安装在驾驶座椅上的压力传感器采集压力信息，并输出模拟信号，经数模转换得到数字信号，并将数字信号形式的压力值p传输到侧向力数据处理模块，用于左置电磁铁通电电流I l 的计算和右置电磁铁通电电流I r 的计算。
所述横摆角速度采集子模块，通过车辆驾驶模拟器数据接口采集当前驾驶模拟器所模拟的横摆角速度信息w，并将横摆角速度w传输到侧向力数据处理模块，用于装置中左置电磁铁通电电流I l 的计算和右置电磁铁通电电流I r 的计算。
所述前轮转角采集子模块，通过车辆驾驶模拟器数据接口采集当前驾驶模拟器所模拟的前轮转角信息，并将前轮转角传输到侧向力数据处理模块，用于装置中左置电磁铁通电电流I l 的计算和右置电磁铁通电电流I r 的计算。
所述侧向力数据处理模块，其功能为计算离心力F、左置电磁铁通电电流I l 和右置电磁铁通电电流I r 。
所述离心力F，由公式得到，其中L为驾驶模拟器车辆的轴距。
所述左置电磁铁通电电流I l 是这样得到的：当时，令左置电磁铁通电电流I l =0；当时，令驾驶员夹克在驾驶座椅处所受左置电磁铁的磁力，I l 根据F l 与左置电磁铁通电电流I l 间对应关系f(F l )=I l 得到。
所述右置电磁铁通电电流I r 是这样得到的：当时，令右置电磁铁通电电流I r =0；当时，令驾驶员夹克在驾驶座椅处所受右置电磁铁的磁力，I r 根据F r 与右置电磁铁通电电流I r 间对应关系f(F r )=I r 得到。
所述驾驶员夹克在驾驶座椅处所受左置电磁铁的磁力F l 与左置电磁铁通电电流I l 间对应关系f(F l )=I l 是这样得到的：通过检测左置电磁铁通入不同电流下驾驶员夹克在驾驶座椅处所受磁力，构造左置电磁铁通电电流I l 与驾驶员夹克在驾驶座椅处所受左置电磁铁的磁力F l 的对应关系f(F l )=I l 。
所述驾驶员夹克在驾驶座椅处所受右置电磁铁的磁力F r 与右置电磁铁通电电流I r 间对应关系f(F r )=I r 是这样得到的：通过检测右置电磁铁通入不同电流下驾驶员夹克在驾驶座椅处所受磁力，构造右置电磁铁通电电流I r 与驾驶员夹克在驾驶座椅处所受右置电磁铁的磁力F r 的对应关系f(F r )=I r 。
所述侧向力执行模块，主要包括左置电磁铁、驾驶员夹克、驾驶座椅、右置电磁铁安装支架、右置电磁铁。
所述左置电磁铁由线圈、铁芯、电源、电流控制器组成，左置电磁铁安装于驾驶员的左侧车门中，左置电磁铁的电流控制器将电磁铁的通电电流大小控制为侧向力数据处理模块计算得到的左置电磁铁通电电流I l ，从而实现左置电磁铁对驾驶员夹克的吸引，使驾驶员感受到符合驾驶模拟器所模拟的行车状态和驾驶员质量的左侧倾感受。
所述驾驶员夹克，为软磁性材料和纺织纤维混纺材质，使用时包覆于驾驶员躯干，作为电磁铁磁场的响应物。
所述驾驶座椅，其材质为非铁磁材料，避免其影响电磁铁对驾驶员夹克的吸引。
所述右置电磁铁安装支架，安装于驾驶座椅右侧，用于安装右置电磁铁。
所述右置电磁铁由线圈、铁芯、电源、电流控制器组成，右置电磁铁安装于右置电磁铁安装支架中，右置电磁铁的电流控制器将电磁铁的通电电流大小控制为侧向力数据处理模块计算得到的右置电磁铁通电电流I r ，从而实现右置电磁铁对驾驶员夹克的吸引，使驾驶员感受到符合驾驶模拟器所模拟的行车状态和驾驶员质量的右倾感受。
通过上述侧倾感发生装置，可以带来如下有益效果：
1、本发明提出一种通过电磁铁与驾驶员夹克间的磁力作用使驾驶员感受到水平方向离心力的装置，电磁铁与驾驶员夹克间的磁力作用可长时间保持，因而可使驾驶员感受到长时间的侧倾感；
2、本发明所述一种基于磁力作用的车辆驾驶模拟器侧倾感发生装置通过左置电磁铁和右置电磁铁吸引驾驶员夹克，且吸引驾驶员夹克的方向为水平向左或水平向右的，不会使驾驶座椅平面产生倾斜，从而使侧倾感更真实；
3、本发明所述一种基于磁力作用的车辆驾驶模拟器侧倾感发生装置根据驾驶座椅所受驾驶员的压力换算出驾驶员的质量，根据驾驶模拟器模拟的前轮转角、横摆角速度和计算出的质量用于驾驶员所受离心力的计算，使驾驶员可感受到与自身质量、驾驶模拟器转弯大小相吻合的侧倾感；
4、本发明所述一种基于磁力作用的车辆驾驶模拟器侧倾感发生装置包括一种驾驶员夹克，该夹克为软磁性材料和纺织纤维混纺材质，剩余磁化强度较小，在电磁铁不通电时不会影响驾驶员操作。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1为本发明的工作流程图。
图2为本发明的结构示意图。
图3为本发明中驾驶员夹克的材质示意图。
附图标记说明：1.驾驶座椅；2.驾驶员夹克；3.右置电磁铁；4.右置电磁铁安装支架；5.压力传感器；6.左置电磁铁；61.涤纶纤维；62.冷轧无取向硅钢带；7.驾驶员左侧车门。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明。
如图1至图3所示，本发明所述一种基于磁力作用的车辆驾驶模拟器侧倾感发生装置包括侧向力数据采集模块、侧向力数据处理模块和侧向力执行模块。
所述侧向力数据采集模块包括压力采集子模块、横摆角速度采集子模块和前轮转角采集子模块三部分。所述侧向力数据处理模块用于离心力F、左置电磁铁通电电流I l 和右置电磁铁通电电流I r 的计算。所述侧向力执行模块包括6.左置电磁铁、1.驾驶座椅、3.右置电磁铁、4.右置电磁铁安装支架、2.驾驶员夹克。所述驾驶座椅1由铝合金、棉麻、皮革等非铁磁材料制成，所述驾驶员夹克2的面料由涤纶纤维21和冷轧无取向硅钢带22混纺制成，所述左置电磁铁2和右置电磁铁4均由线圈、铁芯、电源、电流控制器组成。
本发明所述一种基于磁力作用的车辆驾驶模拟器侧倾感发生装置的具体工作过程如下。
通过检测左置电磁铁6加载不同通电电流I l 时驾驶员夹克2在左置电磁铁作用下所受磁力，使用三次样条插值法构造左置电磁铁通电电流I l 与驾驶员夹克2所受左置电磁铁磁力F l 的对应关系f(F l )=I l ，并将左置电磁铁通电电流I l 与驾驶员夹克在驾驶座椅处所受磁力F l 的对应关系f(F l )=I l 存储于侧向力数据处理模块以便调用。
通过检测右置电磁铁3加载不同通电电流I r 时驾驶员夹克2在右置电磁铁作用下所受磁力，使用三次样条插值法构造右置电磁铁通电电流I r 与驾驶员夹克2所受右置电磁铁磁力F r 的对应关系f(F r )=I r ，并将右置电磁铁通电电流I r 与驾驶员夹克在驾驶座椅处所受磁力F r 的对应关系f(F r )=I r 存储于侧向力数据处理模块以便调用。
将驾驶员夹克2包覆于驾驶员躯干，驾驶员坐于驾驶座椅1上进行驾驶模拟器的驾驶操作。
侧向力数据采集模块中的压力采集子模块通过安装在驾驶座椅1上的压力传感器5输出模拟信号，经数模转换得到数字信号形式的压力值p，并将压力值p传输到侧向力数据处理模块；
侧向力数据采集模块中的横摆角速度采集子模块和前轮转角采集子模块与驾驶模拟器数据接口相连，采集驾驶模拟器的横摆角速度w和前轮转角，并将横摆角速度w和前轮转角传输到侧向力数据处理模块。
侧向力数据处理模块首先通过公式求得驾驶员所受离心力F。
当时，侧向力数据处理模块令左置电磁铁通电电流I l =0，并令驾驶员夹克在驾驶座椅处所受右置电磁铁的磁力，根据F r 与右置电磁铁通电电流I r 间对应关系f (F r )=I r 得到I r ，并将右置电磁铁通电电流I r 输入到右置电磁铁3的电流控制器中。
当时，侧向力数据处理模块令右置电磁铁通电电流I r =0，并令驾驶员夹克在驾驶座椅处所受左置电磁铁的磁力，根据F l 与左置电磁铁通电电流I l 间对应关系f (F l )=I l 得到I l ，并将左置电磁铁通电电流I l 输入到左置电磁铁6的电流控制器中。
左置电磁铁的电流控制器将左置电磁铁6的通电电流大小控制为侧向力数据处理模块计算得到的左置电磁铁通电电流I l ，右置电磁铁的电流控制器将右置电磁铁3的通电电流大小控制为侧向力数据处理模块计算得到的右置电磁铁通电电流I r ，驾驶员夹克2中的冷轧无取向硅钢带会受到左置电磁铁6水平向左的吸引或右置电磁铁3水平向右的吸引，且所受吸引力符合驾驶员质量和驾驶模拟器所模拟的车辆行驶状态，驾驶员因而会感受到真实的侧倾感。
Claims (7)
1.一种基于磁力作用的车辆驾驶模拟器侧倾感发生装置，其特征在于：该装置包括侧向力数据采集模块、侧向力数据处理模块和侧向力执行模块。
2.根据权利要求1所述的侧向力数据处理模块，其特征在于：该模块的功能为计算离心力F、左置电磁铁通电电流I l 和右置电磁铁通电电流I r 。
3. 根据权利要求1所述的侧向力数据处理模块，其特征在于：当时，令左置电磁铁通电电流I l =0；当时，令驾驶员夹克在驾驶座椅处所受左置电磁铁的磁力，根据F l 与左置电磁铁通电电流I l 间对应关系f(F l )=I l 得到I l 。
4.根据权利要求1所述的侧向力数据处理模块，其特征在于：当时，令右置电磁铁通电电流I r =0；当时，令驾驶员夹克在驾驶座椅处所受右置电磁铁的磁力，根据F r 与右置电磁铁通电电流I r 间对应关系f(F r )=I r 得到I r 。
5.根据权利要求1所述的侧向力执行模块，其特征在于：该模块包含左置电磁铁、驾驶员夹克、驾驶座椅、右置电磁铁安装支架、右置电磁铁。
6.根据权利要求5所述的左置电磁铁，其特征在于：左置电磁铁安装于驾驶员的左侧车门中。
7.根据权利要求5所述的右置电磁铁，其特征在于：右置电磁铁安装于驾驶座椅右侧的右置电磁铁安装支架中。
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