CN109780194A - 一种驾驶模拟器换挡机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种驾驶模拟器换挡机构，包括：挡位箱，其顶部具有多个挡位孔；限位板，其可拆卸设置在所述挡位箱顶部，所述限位板上具有多个相互连通的限位凹槽；换挡杆座，其设置在所述挡位箱和所述限位板之间，所述换挡杆座能够沿所述限位凹槽滑动；霍尔开关，其设置在所述挡位孔底部；磁钢，其设置在所述挡位孔内，并通过弹性体支撑在所述霍尔开关上方，所述磁钢为永磁体，能够产生工作磁场，本发明的挡位箱和限位板分体设置，可以通过改变限位板上凹槽形状，满足不同挡位模拟需求。

Description

一种驾驶模拟器换挡机构

技术领域

本发明涉及驾驶模拟器领域，尤其涉及一种驾驶模拟器换挡机构。

背景技术

随着工业的发展，汽车逐渐走入人们的日常生活之中，但是汽车工业需要大量的资金成本、时间成本及人力成本，同时室外道路试验和使用实验受到场地和气候条件限制，以及极限工况下易发生事故或者无法进行试验，在这样的情况下人们将计算机模拟技术应用在汽车上，发明出驾驶模拟器进行模拟仿真实验。

目前国内高校和科研机构对驾驶模拟器都有需求。除了高校和科研机构，借助驾驶模拟器技术，可以在有限的空间下，对大量驾驶人员进行系统化的培训，一方面可以解决我国驾驶员培训周期长、压力大、资源紧缺的问题，另一方面也可以有效降低驾校周围的交通事故发生率，还能降低驾校的废气排放。因此驾驶模拟器的普及是有助于社会进步的。

随着自动挡车辆的普及，驾校也开始安装模拟自动挡车辆的驾驶模拟器系统。但是手动挡和自动挡驾驶模拟器结构不同，重复购买，极大的浪费了金钱和空间，不利于企业发展。

发明内容

本发明设计开发了一种驾驶模拟器换挡机构，其挡位箱和限位板分体设置，可以通过改变限位板上凹槽形状，满足不同挡位模拟需求。

本发明还有一个目的是在挡位孔内设置压力开关，并在压力开关上设置磁钢，二者构成工作磁场，可以准确检测换挡杆座位置。

本发明另一个目的是给出磁钢和霍尔开关之间弹性体的高度和弹力系数，以保证模拟器挡位的检测灵敏度。

本发明提供的技术方案为：

一种驾驶模拟器换挡机构，包括：

挡位箱，其顶部具有多个挡位孔；

限位板，其可拆卸设置在所述挡位箱顶部，所述限位板上具有多个相互连通的限位凹槽；

换挡杆座，其设置在所述挡位箱和所述限位板之间，所述换挡杆座能够沿所述限位凹槽滑动；

霍尔开关，其设置在所述挡位孔底部；

磁钢，其设置在所述挡位孔内，并通过弹性体支撑在所述霍尔开关上方，所述磁钢为永磁体，能够产生工作磁场。

优选的是，所述挡位孔为柱形，所述挡位孔顶部具有限位圈。

优选的是，还包括自锁钢球，其设置在所述挡位孔内，位于所述磁钢上方，所述自锁钢球能够沿所述限位孔内部滑动。

优选的是，所述换挡杆座为圆柱形，底部具有半球形凹槽，所述自锁钢球能够进入所述半球凹槽内。

优选的是，还包括限位杆，其一端可拆卸连接所述换挡杆座。

优选的是，所述挡位箱具有九个限位孔，其包括设置在所述挡位箱中部的：P挡限位孔、R挡和3挡限位孔、N挡和空挡限位孔、D挡和4挡限位孔，和S挡限位孔；

1挡限位孔，其设置在所述R挡和3挡限位孔一侧；

5挡限位孔，其设置在所述R挡和3挡限位孔另一侧；

2挡限位孔，其设置在所述D挡和4挡限位孔一侧；

4挡限位孔，设置在所述D挡和4挡限位孔另一侧；

其中，所述P挡限位孔、R挡和3挡限位孔、N挡和空挡限位孔、D挡和4挡限位孔，和S挡限位孔呈“一”字型等间距排列。

优选的是，所述限位板包括手动挡限位板和自动挡限位板。

优选的是，所述手动挡限位板包括：

第一限位凹槽；

第二限位凹槽，其与所述第一限位凹槽平行设置；

第三限位凹槽，其与所述第二限位凹槽平行设置；

贯通凹槽，其设置在所述第一限位凹槽、所述第二限位凹槽和所述第三限位凹槽中部，连通所述所述第一限位凹槽、所述第二限位凹槽和所述第三限位凹槽。

优选的是，所述自动挡限位板包括纵向限位凹槽。

优选的是，所述弹性体的高度计算公式为：

其中，h为弹性体高度，R为挡位孔截面积半径，L为挡位孔深度，π为圆周率；

所述弹性体的弹力系数计算公式为：

其中，l为弹性体固有长度，l_c为弹性体的极限压缩长度，F_max为弹性体承受的极限压力，π为圆周率，F为作用在弹性体上的压力。

本发明所述的有益效果

本发明的优势在于，可以方便的拆装来模拟出不同挡种类位的换挡机构。所以选用了紧固螺钉用以固定和定位，容易拆卸。为了拆装方便，将换挡杆分成杆座和杆体两部分，在安装时，先把换挡杆座放在中间的挡位孔上，然后安装限位板，最后拧上换挡杆体。同时，为了辅助使用者，可以在不同换挡杆体的头部球端画有不同的挡位布置图，然后按照需求进行更换。

附图说明

图1为本发明所述的驾驶模拟器换挡机构的结构示意图。

图2为本发明所述的挡位箱的结构示意图。

图3为本发明所述的手动挡限位板结构示意图。

图4为本发明所述的自动挡限位板结构示意图。

图5为本发明所述的手动挡限位板对应模拟挡位结构示意图。

图6为本发明所述的自动挡限位板对应弄你挡位结构示意图。

图7为本发明所述的挡位孔内部结构示意图。

图8为本发明所述的换挡杆座和换挡杆体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1所示，本发明提供的驾驶模拟器换挡机构包括：挡位箱100、限位板200和换挡机构。

其中，挡位箱100为方形，顶部具有多个限位孔，挡位箱100的大小和限位板200相同，二者通过四个紧固螺钉160连接，作为一种优选，挡位箱和限位板200之间具有间隙。

如图2所示，在另一实施例中，挡位箱100上排列有九个挡位孔，其中挡位箱100中部具有等间距分布的五个挡位孔，自上至下，分别记为P挡限位孔117、R挡和3挡限位孔113、N挡限位孔和空挡限位孔110、D挡和4挡限位孔114和S挡限位孔118，在R挡和3挡限位孔113两侧分别设有1挡限位孔111和5挡限位孔115，在D挡和4挡限位孔114两侧分别设有2挡限位孔112和倒挡限位孔116。

如图3、4所示，限位板200为两种结构，包括自动挡限位板和手动挡限位板，手动挡限位板包括：第一限位凹槽210、第二限位凹槽220和第三限位凹槽230，三者平行设置，贯通凹槽240设置在第一限位凹槽210、第二限位凹槽220和第三限位凹槽230中部，连通第一限位凹槽210、第二限位凹槽220和第三限位凹槽230。将手动限位板通过螺栓160固定在挡位箱100上方，限位孔从限位板的凹槽中漏出，一挡限位孔111位于第一限位凹槽210一端；二挡限位孔112位于在第一限位凹槽210另一端；三挡限位孔113位于第二限位凹槽220一端；四挡限位孔114位于第二限位凹槽220另一端；五挡限位孔115位于第三限位凹槽230一端；倒挡限位孔116位于第三限位凹槽230另一端；空挡限位孔110设置在位于贯通凹槽240中部

如图4所示，自动挡限位板包含一个纵向限位凹槽250，将自动限位板通过螺栓160固定在挡位箱100上方，限位孔从自动挡限位板的纵向凹槽中漏出，纵向限位凹槽内漏出的为等间距间隔设置的P挡限位孔117、R挡和3挡限位孔113、N挡限位孔110、D挡和4挡限位孔114和S挡限位孔118。

如图8所示，限位板的空腔内安装换挡杆座310，换挡杆座310和换挡杆体320通过自带的螺纹连接。把换挡机构拆成两部分的主要目的是方便拆装，换挡杆座310为圆柱形，圆柱形换挡杆座底部具有球形凹槽311，换挡杆座310的外侧具有环形槽，环形槽能够扣合在限位凹槽的边缘，换挡杆座310能够沿限位凹槽边缘滑动。

如图7所示，挡位孔内有锁紧机构和信号采集机构，限位箱100的九个挡位孔内均设置有霍尔开关120，霍尔开关通过螺栓固定在挡位孔底部，磁钢130设置在挡位孔内，并通过弹簧131弹性支撑在霍尔开关120上方，作为一种优选，磁钢130为永磁体，能够产生工作磁场，自锁钢球140放置在挡位孔内，位于磁钢130上方，自锁钢球140能够沿限位孔内部滑动。挡位孔大体为圆柱体，顶端有缩小的趋势，这样设计可以使自锁钢球140不会在弹簧131的作用下自己从挡位孔中弹出。自锁钢球的下面放有磁钢130，磁钢是能产生工作磁场的永磁体，与最下面的霍尔开关120共同构成信号采集机构。在实际工作中，磁钢130产生的磁感应强度能作用到霍尔开关120的分量与磁钢130和霍尔开关120的感应片面积重合关系很大，二者不正面对时，磁钢对霍尔开关的影响可以忽略不计，所以不用担心其他磁钢对霍尔开关的影响。

实施以驾驶模拟器换挡机构的工作过程为例，作进一步说明：

如图5、6所示，模拟的手动挡六挡变速器为例说明工作状态，开始时换挡杆320位于中间的空挡处，由于手动限位板作用，换挡杆320不能上下移动，只能在挡位箱100和手动限位板形成的间隙平面内运动，自锁钢球140在弹簧131的作用下顶入换挡杆座310底部半球凹槽，在没有外力的作用情况下，不能自发运动。

当驾驶员想要挂挡时，如驾驶员想要挂入一挡，需要用力向左侧搬动换挡杆320，克服弹簧力，才能使换挡杆320运动。随后驾驶员将换挡杆320推至一挡的挡位孔111处，换挡杆座将一挡挡位孔111处的自锁钢球140压入挡位孔中。此时磁钢130也随着自锁钢球140向下运动，当磁钢130和霍尔片相互接近，距离缩小到预设的工作距离时，霍尔开关120受到的磁感应强度便超过阙值，霍尔开关120的输出电平发生变化，传递出信号。在此之后即使二者之间的距离再缩小，也不会使霍尔开关120的输出发生变化。

等到换挡杆完全进入挡位孔，在弹簧131的作用下，原本被压入挡位孔的自锁钢球140弹起，随后卡住换挡杆座310的底部半球凹槽，便完成了挂挡动作。此时磁钢130也随着自锁钢球140向上运动，二者相互远离，霍尔开关120受到的磁感应强度便逐渐减小，当磁钢130和霍尔片之间的距离达到预定时，霍尔开关的输出电平状态又回到起始状态。这样就产生了一个脉冲信号，经过处理传递给计算机，就可以获得驾驶员的操作信息了。

模拟自动挡位的限位板，其模拟的自动挡位工作原理和手动挡基本一致。通过上述描述可以看出，本发明专利中根据驾驶员的需求不同，更换限位板种类，通过霍尔开关的信号采集数据，降低了所需成本和空间，同时能够适应不同种类驾驶模拟器的工作要求。

在另一实施例中，本发明选用弹簧支撑磁钢，弹性体的高度计算公式为：

其中，h为弹性体高度，R为挡位孔截面积半径，L为挡位孔深度，π为圆周率；

弹性体的弹力系数计算公式为：

其中，l为弹性体固有长度，l_c为弹性体的极限压缩长度，F_max为弹性体承受的极限压力，π为圆周率，F为作用在弹性体上的压力。

本发明的优势在于，可以方便的拆装来模拟出不同挡种类位的换挡机构。所以选用了紧固螺钉用以固定和定位，容易拆卸。为了拆装方便，将换挡杆分成杆座和杆体两部分，在安装时，先把换挡杆座放在中间的挡位孔上，然后安装限位板，最后拧上换挡杆体。同时，为了辅助使用者，可以在不同换挡杆体的头部球端画有不同的挡位布置图，然后按照需求进行更换。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种驾驶模拟器换挡机构，其特征在于，包括：

挡位箱，其顶部具有多个挡位孔；

限位板，其可拆卸设置在所述挡位箱顶部，所述限位板上具有多个相互连通的限位凹槽；

换挡杆座，其设置在所述挡位箱和所述限位板之间，所述换挡杆座能够沿所述限位凹槽滑动；

霍尔开关，其设置在所述挡位孔底部；

磁钢，其设置在所述挡位孔内，并通过弹性体支撑在所述霍尔开关上方，所述磁钢为永磁体，能够产生工作磁场。

2.根据权利要求1所述的驾驶模拟器换挡机构，其特征在于，所述挡位孔为柱形，所述挡位孔顶部具有限位圈。

3.根据权利要求2所述的驾驶模拟器换挡机构，其特征在于，还包括：自锁钢球，其设置在所述挡位孔内，位于所述磁钢上方，所述自锁钢球能够沿所述限位孔内部滑动。

4.根据权利要求3所述的驾驶模拟器换挡机构，其特征在于，所述换挡杆座为圆柱形，底部具有半球形凹槽，所述自锁钢球能够进入所述半球形凹槽内。

5.根据权利要求4所述的驾驶模拟器换挡机构，其特征在于，还包括限位杆，其一端可拆卸连接所述换挡杆座。

6.根据权利要求1所述的驾驶模拟器换挡机构，其特征在于，所述挡位箱具有九个限位孔，其包括设置在所述挡位箱中部的：P挡限位孔、R挡和3挡限位孔、N挡和空挡限位孔、D挡和4挡限位孔和S挡限位孔；

1挡限位孔，其设置在所述R挡和3挡限位孔一侧；

5挡限位孔，其设置在所述R挡和3挡限位孔另一侧；

2挡限位孔，其设置在所述D挡和4挡限位孔一侧；

4挡限位孔，设置在所述D挡和4挡限位孔另一侧；

其中，所述P挡限位孔、R挡和3挡限位孔、N挡和空挡限位孔、D挡和4挡限位孔，和S挡限位孔呈“一”字型等间距排列。

7.根据权利要求6所述的驾驶模拟器换挡机构，其特征在于，所述限位板包括手动挡限位板和自动挡限位板。

8.根据权利要求7所述的驾驶模拟器换挡机构，其特征在于，所述手动挡限位板包括：

第一限位凹槽；

第二限位凹槽，其与所述第一限位凹槽平行设置；

第三限位凹槽，其与所述第二限位凹槽平行设置；

贯通凹槽，其设置在所述第一限位凹槽、所述第二限位凹槽和所述第三限位凹槽中部，连通所述所述第一限位凹槽、所述第二限位凹槽和所述第三限位凹槽。

9.根据权利要求7所述的驾驶模拟器换挡机构，其特征在于，所述自动挡限位板包括纵向限位凹槽。

10.根据权利要求4所述的驾驶模拟器换挡机构，其特征在于，所述弹性体的高度计算公式为：

其中，h为弹性体高度，R为挡位孔截面积半径，L为挡位孔深度，π为圆周率；

所述弹性体的弹力系数计算公式为：

其中，l为弹性体固有长度，l_c为弹性体的极限压缩长度，F_max为弹性体承受的极限压力，π为圆周率，F为作用在弹性体上的压力。