CN108335563A

CN108335563A - 一种g力赛车模拟器

Info

Publication number: CN108335563A
Application number: CN201810193888.3A
Authority: CN
Inventors: 赵晓华; 韩朝晖; 周培垒; 王霖; 王一霖; 田江兵; 秦璘; 蒋鹏; 毕明波; 孙鹏杰
Original assignee: Weihai Huaruan Information Technology Co Ltd
Current assignee: Weihai Huaruan Information Technology Co Ltd
Priority date: 2018-03-09
Filing date: 2018-03-09
Publication date: 2018-07-27

Abstract

本发明公开了一种G力赛车模拟器，包括支架系统、驱动系统和中控箱；所述支架系统包括水平设置的底部框架，座椅通过座椅支撑板固定在底部框架后侧的上方；所述支架系统还包括底部框架上设置的脚底踏板，所述脚底踏板为板状结构，两侧分别固定在座椅前方左右两侧的底部框架上；所述驱动系统包括竖直设置的伺服电动缸；通过电动伺服缸的运动与带动伺服缸连接部分的底部框架实现上下运动；所述中控箱通过中控箱底部托盘设置在座椅下方的底部框架上；中控箱通过电信号与伺服电动缸相连。本发明通过电动缸外壳的上下运动，带动底部框架前后、左右、倾斜等做工，进而使驾驶者体验到真实赛车行驶中各种车辆姿态。

Description

一种G力赛车模拟器

技术领域

本发明涉及赛车模拟器，尤其涉及一种G力赛车模拟器。

背景技术

G力(G-Force)原为航空专有名词，现在广泛做为高速移动时承受力道的单位。

目前已有的赛车模拟器，均是以通过小幅度升降或震动模拟出驾驶感，并且采用伺服电机间接驱动方式，造成动态响应迟钝、模拟感不真实、无法准确模拟G力值等缺点。还有一些G力赛车模拟器结构复杂，配套设备不完善、体积大，后期维护繁琐等缺点。

发明内容

为了解决上述技术所存在的不足之处，为驾驶者提供逼真的赛车体验，准确模拟出赛车的G力值，本发明提供了一种G力赛车模拟器。

为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种G力赛车模拟器，包括支架系统、驱动系统和中控箱；

所述支架系统包括水平设置的底部框架，座椅通过座椅支撑板固定在底部框架后侧的上方；

所述支架系统还包括底部框架上设置的脚底踏板，所述脚底踏板为板状结构，两侧分别固定在座椅前方左右两侧的底部框架上；

所述驱动系统包括四个竖直设置于地面的伺服电动缸，底部框架前端和后端的两侧通过伺服电动缸固定片分别一个伺服电动缸与相连接；通过电动伺服缸的运动与带动伺服缸连接部分的底部框架实现上下运动；

伺服电动缸包括电动缸壳体、电机、丝杆、中通轴和底盘，所述电动缸壳体上固定有伺服电动缸固定片，所述中通轴固定在底盘上；电机与丝杆一端相连，所述丝杆上设置有丝杆螺母副；通过丝杆转动，连接于丝杆螺母副的中通轴可以沿丝杆方向与电动缸壳体做相对运动；

所述中控箱通过中控箱底部托盘设置在在座椅下方的底部框架上；中控箱通过电信号与伺服电动缸相连。

进一步地，所述底部框架为前方宽度略窄的“凸”字形结构，两个伺服电动缸对称设置于与底部框架前端的左右两侧，另两个伺服电动缸对称设置于底部框架的左后角和右后角；所述四个伺服电动缸为底部框架提供支撑力的大小相等。

进一步地，所述伺服电动缸的具体结构为：

所述电动缸壳体包括一体化电动缸主体、电动缸外壳和电动缸下壳，电动缸主体、电动缸外壳均为中空的柱状结构，电机的外壳与电动缸主体的上端相连，电动缸下壳为设置在电动缸外壳底面的板状结构，电动缸下壳上开设有通孔；

所述中通轴和丝杆设置在电动缸壳体内；中通轴为一筒状结构，套设在丝杆的外侧，中通轴上端固定设置有中通轴底座，所述中通轴底座与丝杆螺母副固定相连；

电动缸主体内设置有梅花联轴器与丝杆支撑座，电机转子通过梅花联轴器与丝杆上端固定连接，梅花联轴器下方设置有丝杆支撑座，所述丝杆支撑座套设在丝杆上端；丝杆支撑座为一滚动轴承结构，包括轴承内圈和轴承座，所述轴承内圈与固定套设于丝杆上，轴承座固定设置在电动缸主体内；

电动缸壳体下端的内部设置有一个直线轴承，所述直线轴承穿过电动缸下壳的通孔固定在电动缸下壳上；直线轴承可移动地套设在中通轴的外部；

所述底盘包括底盘外壳、橡胶底盘和弹簧系统；橡胶底盘设置在底盘外壳内，弹簧系统固定在底盘外壳上；所述弹簧系统包括弹簧底座、减震弹簧和弹簧连接固定器，所述弹簧底座设置在底盘外壳上，减震弹簧一端安装在弹簧底座上，另一端通过弹簧连接固定器与中通轴底端相连接。

进一步地，所述丝杆为滚动丝杆。

进一步地，所述电机为直流伺服电机、交流伺服电机、步进电机、减速电机中的一种。

进一步地，所述G力赛车模拟器还包括固定在支架系统上的方向盘套件、控制踏板套件、键盘鼠标套件、显示器套件、手排挡套件；

所述方向盘套件包括方向盘和方向盘底座，所述方向盘底座设置在支架系统上；

所述控制踏板套件包括控制踏板、踏板上下调节板和踏板前后调节滑轨；所述控制踏板固定在踏板上下调节板上；所述踏板前后调节滑轨包括固定设置在底部框架上的外侧滑轨和滑动安装于外侧滑轨内的内侧滑轨，所述踏板上下调节板后侧与踏板前后调节滑轨的内侧滑轨后端铰接；

所述显示器套件包括显示器、显示器支架、和显示器角度调节器；所述显示器支架一端固定在支架系统上，另一端与显示器相连；

所述键盘鼠标套件包括键盘、鼠标、键盘鼠标支架、键盘鼠标调节器、键盘鼠标支撑柱，所述键盘鼠标支撑柱固定在支架系统上，所述键盘和鼠标固定在设置在键盘鼠标支撑柱上；

所述手排挡套件包括手排挡支架和手排挡，所述手排挡支架固定在脚底踏板上，所述手排挡设置在手排挡支架上。

进一步地，所述支架系统还包括设置于底部框架上方的上部主体支架；所述显示器支架、方向盘底座分别固定在上部主体支架上。

进一步地，所述中控箱包括中控箱外壳，所述中控箱外壳内设置有电源和控制器块；所述电源与控制器通过导线相连；所述中控箱外壳上设置有与控制器通过导线连接的控制系统接口和伺服电动缸接口，所述控制系统接口分别与方向盘、控制踏板、显示器、键盘、鼠标和手排挡相连，所述伺服电动缸接口与伺服电动缸相连。

进一步地，所述控制系统接口和伺服电动缸接口为I/O接口。

进一步地，所述座椅通过座椅滑轨固定在座椅支撑板上，座椅底部设置有座椅前后调节拉杆；座椅上设置有座椅靠背角度调节器。

本发明采用包豪斯设计为理念，以真实赛车4轮悬挂为设计理念，通过缜密计算，将4个伺服电动缸精准的设置置在底部框架的四个点，使四个伺服电动缸为底部框架提供支撑力的大小相等，达到左右对称、前后比重平衡的设计要求。本发明通过电动缸外壳的上下运动，带动底部框架前后、左右、倾斜等做工，进而使驾驶者体验到真实赛车行驶中各种车辆姿态，并且模拟出起步加速、制动减速时的G力值，转向离心力及侧滑时的横向作用力。座椅上的驾驶者可逼真感受到真实赛车行驶过程中各种行驶状态，体验速度带来的刺激，也可以帮助驾驶者熟练掌握赛车驾驶技巧。

附图说明

图1为本发明前方的结构示意图。

图2为本发明后方的结构示意图。

图3是伺服电动缸的结构示意图。

图4是伺服电动缸分解结构示意图。

图5是中控箱的结构示意图。

图中：1、中控箱；2、底部框架；3、上部主体支架；4、伺服电动缸；5、座椅；6、脚底踏板；7、座椅支撑板；8、座椅滑轨；9、座椅前后调节拉杆；10、座椅靠背角度调节器；11、方向盘；12、方向盘底座；13、控制踏板；14、踏板上下调节板；15、踏板前后调节滑轨；16、显示器；17、显示器支架；18、显示器角度调节器；19、键盘；21、键盘鼠标支架；22、键盘鼠标调节器；23、键盘鼠标支撑柱；24、手排挡支架；25、手排挡；26、中控箱底部托盘；27、伺服电动缸固定片；

4.1、电动缸主体；4.2、电动缸外壳；4.3、电动缸下壳；4.4、中通轴；4.5、丝杆；4.6、中通轴底座；4.7、梅花联轴器；4.8、丝杆支撑座；4.9、电机；4.10、方键；4.11、直线轴承；4.12、底盘外壳；4.13、橡胶底盘；4.14、弹簧底座；4.15、减震弹簧；4.16、弹簧连接固定器；

1.1、中控箱外壳；1.2、电源；1.3、系统主控板；1.4、伺服电动缸前控制器；1.5、伺服电动缸后控制器；1.6、主控板框架；1.7、控制系统I/O接口；1.8、伺服电动缸前I/O接口；1.9、伺服电动缸后I/O接口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1和2所示的一种G力赛车模拟器，包括支架系统、驱动系统和中控箱1；

支架系统包括水平设置的底部框架2和设置于底部框架上方的上部主体支架3，底部框架2为前方宽度略窄的“凸”字形结构。

驱动系统包括四个竖直设置的伺服电动缸4；每个伺服电动缸4包括电动缸壳体、电机4.9、丝杆4.5、中通轴4.6和底盘，所述中通轴固定在底盘上，电机4.9可以带动丝杆4.5转动，使中通轴4.6沿丝杆4.5方向与电动缸壳体做相对运动；在本实施例中，使用的丝杆4.5为滚动丝杆；电机4.9为直流伺服电机，同时可以替换为其他电机如交流伺服电机、步进电机、减速电机。

伺服电动缸4的底盘设置在地面上，电动缸壳体上通过伺服电动缸固定片27与底部框架2相连；通过电动伺服缸4的运动可以与带动伺服电动缸连接部分的底部框架2实现上下运动；伺服电动缸4共四个，两个伺服电动缸对称设置于与底部框架2前端的左右两侧，另两个伺服电动缸对称设置于底部框架2的左后角和右后角；所述四个伺服电动缸4为底部框架2提供支撑力的大小相等。为模拟真实赛车4轮悬挂，通过缜密计算，将4根伺服电动缸精准的放置在底盘的四个点。

支架系统上固定设置有座椅5、脚底踏板6、方向盘套件、控制踏板套件、键盘鼠标套件、显示器套件、手排挡套件，其中：

座椅5通过座椅支撑板7固定在底部框架2后侧的上方，座椅5通过座椅滑轨8固定在座椅支撑板7上，座椅5底部设置有座椅前后调节拉杆9；座椅5上设置有座椅靠背角度调节器10。

脚底踏板6为板状结构，两侧分别固定在座椅5前方左右两侧的底部框架2上。

方向盘套件包括方向盘11和方向盘底座12，所述方向盘底座12设置在上部主体支架3上。

控制踏板套件包括控制踏板13、踏板上下调节板14和踏板前后调节滑轨15；所述控制踏板13固定在踏板上下调节板14上；所述踏板前后调节滑轨15包括固定设置在底部框架2上的外侧滑轨和滑动安装于外侧滑轨内的内侧滑轨，所述踏板上下调节板14后侧与踏板前后调节滑轨15的内侧滑轨后端铰接。

显示器套件包括显示器16、显示器支架17、和显示器角度调节器18；所述显示器支架17一端固定在上部主体支架3上，另一端与显示器16相连；

键盘鼠标套件包括键盘19、鼠标、键盘鼠标支架21、键盘鼠标调节器22、键盘鼠标支撑柱23，键盘鼠标支撑柱23固定在支架系统上，键盘19和鼠标固定在设置在键盘鼠标支撑柱23上。

手排挡套件包括手排挡支架24和手排挡25，手排挡支架24固定在脚底踏板6上，手排挡25设置在手排挡支架24上。

中控箱1通过中控箱底部托盘26设置在在座椅下方的底部框架2上；中控箱1通过电信号与伺服电动缸4相连。

如图3和图4所示，伺服电动缸4的具体结构为：

电动缸壳体包括一体化铝合金材料制成的电动缸主体4.1、电动缸外壳4.2和电动缸下壳4.3，电动缸主体4.1、电动缸外壳4.2均为中空的柱状结构，电机的外壳4.2与电动缸主体4.1的上端相连，电动缸下壳4.3为设置在电动缸外壳4.2底面的板状结构，电动缸下壳4.3上开设有通孔。

中通轴4.4和丝杆4.5设置在电动缸壳体内；中通轴4.4为筒状结构的轴承钢中通轴，中通轴4.4套设在丝杆4.5的外侧；丝杆4.5上设置有丝杆螺母副中通轴4.4上端固定设置有中通轴底座4.6，所述中通轴底座4.6与丝杆螺母副固定相连。

电动缸主体内设置有梅花联轴器4.7与丝杆支撑座4.8，电机4.9转子通过梅花联轴器4.7与丝杆4.5上端固定连接，并通过方键4.10保证同轴度；梅花联轴器4.7下方设置有丝杆支撑座4.8，所述丝杆支撑座4.8套设在丝杆4.5上端；丝杆支撑座4.8为FK10轴承，包括轴承内圈和轴承座，轴承内圈与固定套设于丝杆4.5上，轴承座固定设置在电动缸主体4.1内；当丝杆4.5旋转时，中通轴4.4相对电动缸壳体做直线运动。

电动缸壳体下端的内部设置有一个直线轴承4.11，该直线轴承4.11为LMH30轴承，直线轴承4.11穿过电动缸下壳4.3的通孔固定在电动缸下壳4.3上；直线轴承4.11可移动地套设在中通轴4.4的外部。

底盘包括底盘外壳4.12、橡胶底盘4.13和弹簧系统；橡胶底盘4.13设置在底盘外壳4.12内，弹簧系统固定在底盘外壳4.12上；弹簧系统包括弹簧底座4.14、减震弹簧4.15和弹簧连接固定器4.16，所述弹簧底座4.14设置在底盘外壳4.12上，减震弹簧4.15一端安装在弹簧底座4.14上，另一端通过弹簧连接固定器4.16与中通轴4.4底端相连接。

如图5所示，中控箱1的结构包括中控箱外壳1.1，所述中控箱外壳内设置有电源1.2和控制器；控制器包括系统主控板1.3、伺服电动缸前控制器1.4和伺服电动缸后控制器1.5；电源1.2固定在中控箱外壳1.1上，外壳内设置有主控板框架1.6，用于固定系统主控板1.3；系统主控板1.3与电源1.2通过导线相连，伺服电动缸前控制器1.4和伺服电动缸后控制器1.5分别与系统主控板1.3电连接。

中控箱外壳上设置有测试UP按钮、测试DOWN按钮、测试RESET按钮、控制箱电源指示灯、控制箱状态指示灯、控制箱自检指示灯、控制系统电源开关、控制系统I/O接口1.7、伺服电动缸前I/O接口1.8、伺服电动缸后I/O接口1.9、控制箱电源保险丝、控制箱电源接口，其中伺服电动缸前I/O接口1.8和伺服电动缸后I/O接口1.9分别与伺服电动缸前控制器1.4和伺服电动缸后控制器1.5电连接，其余与系统主控板1.3电连接；伺服电动缸前I/O接口1.8和伺服电动缸后I/O接口1.9与伺服电动缸电连接，控制系统接口I/O接口1.7分别与方向盘11、控制踏板13、显示器17、键盘19、鼠标和手排挡25电相连。

本实施例的工作原理如下：

在赛车游戏中，驾驶员通过操控方向盘11、控制踏板13、手排挡25将控制信号通过中控箱的控制系统I/O接口1.7传输到中控箱系统主控板1.3实时控制游戏中的赛车动态。

中控箱连接到赛车游戏，实时采集车辆动态数据，通过伺服电动缸后控制器1.5与伺服电动缸前控制器1.4通过、伺服电动缸前I/O接口1.8和伺服电动缸后I/O接口1.9连接并驱动伺服电动缸4。

当伺服电动缸4中的电机4.9收到伺服电动缸后控制器1.5与伺服电动缸前控制器1.4驱动的信号时，开始做功，并带动丝杆4.5进行旋转运动。

由于丝杆4.5与中通轴底座4.6链接在一起，中通轴底座4.5由于中通轴4.4连接，所以丝杆4.5进行旋转运动的同时，带动中通轴4.4通过直线轴承4.4做直线运动；由于中通轴4.4固定在底座上，电动缸壳体相对地面做直线运动。

四根伺服电动缸4分别做直线运动时，可带动底部框2架前后、左右、倾斜等做工，因而精准的模拟出真实赛车的各种运动姿态，包括起步、加速、减速、换挡、转向、碰撞等。

座椅上的驾驶者可逼真感受到真实赛车行驶过程中各种行驶状态，体验速度带来的刺激，也可以帮助驾驶者熟练掌握赛车驾驶技巧。

上述实施方式并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种G力赛车模拟器，包括支架系统、驱动系统和中控箱，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的G力赛车模拟器，其特征在于：所述底部框架为前方宽度略窄的“凸”字形结构，两个伺服电动缸对称设置于与底部框架前端的左右两侧，另两个伺服电动缸对称设置于底部框架的左后角和右后角；所述四个伺服电动缸为底部框架提供支撑力的大小相等。

3.根据权利要求1所述的G力赛车模拟器，其特征在于：所述伺服电动缸的具体结构为：

4.根据权利要求3所述的G力赛车模拟器，其特征在于：所述丝杆为滚动丝杆。

5.根据权利要求3所述的G力赛车模拟器，其特征在于：所述电机为直流伺服电机、交流伺服电机、步进电机、减速电机中的一种。

6.根据权利要求1所述的G力赛车模拟器，其特征在于：所述G力赛车模拟器还包括固定在支架系统上的方向盘套件、控制踏板套件、键盘鼠标套件、显示器套件、手排挡套件；

7.根据权利要求6所述的G力赛车模拟器，其特征在于：所述支架系统还包括设置于底部框架上方的上部主体支架；所述显示器支架、方向盘底座分别固定在上部主体支架上。

8.根据权利要求6所述的G力赛车模拟器，其特征在于：所述中控箱包括中控箱外壳，所述中控箱外壳内设置有电源和控制器块；所述电源与控制器通过导线相连；所述中控箱外壳上设置有与控制器通过导线连接的控制系统接口和伺服电动缸接口，所述控制系统接口分别与方向盘、控制踏板、显示器、键盘、鼠标和手排挡相连，所述伺服电动缸接口与伺服电动缸相连。

9.根据权利要求8所述的G力赛车模拟器，其特征在于：所述控制系统接口和伺服电动缸接口为I/O接口。

10.根据权利要求1所述的G力赛车模拟器，其特征在于：所述座椅通过座椅滑轨固定在座椅支撑板上，座椅底部设置有座椅前后调节拉杆；座椅上设置有座椅靠背角度调节器。