CN110827615B - 一种应用于驾驶模拟器的转向感觉模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种应用于驾驶模拟器的转向感觉模拟装置，方向盘旋转带动由四个直齿圆柱齿轮构成的两级减速机构传动，进而带动转板旋转，并由转板提供方向盘转动的阻尼和反向的反馈力，通过底板和底座实现对方向盘角度的调整；本发明无需对模拟器座舱本身进行改装，安装灵活、便捷，可以实现转向装置转动限位、自动回正，并能实现方向盘转角测量，可以方便调节方向盘轴线与水平面的夹角，从而使驾驶员获得更加真实的驾驶感受，采用三组压簧和直线式阻尼器提供转向反馈，并可以通过更换不同弹性系数的压簧来调节转向反馈力矩；本发明整体采用环形结构，占用空间小，左右回正力度均匀且大小可调。

Description

一种应用于驾驶模拟器的转向感觉模拟装置

技术领域

本发明属于汽车驾驶模拟器技术领域，涉及一种新型的转向装置，具体涉及一种应用于驾驶模拟器的转向感觉模拟装置。

背景技术

近年来，随着计算机视觉技术、传感器技术、处理器及其接口技术以及运动平台的发展，汽车驾驶模拟器技术日趋先进，已经越来越广泛地被应用于各类汽车试验中。而方向盘力感反馈的模拟是汽车驾驶模拟器开发非常重要的研究内容，方向盘力感模拟效果的好坏会在触觉方面直接影响驾驶员沉浸感，最终影响其操作的准确性。真实的力感模拟才能使模拟器上的道路试验更加逼真，其上的试验数据更准确可靠。

而纵观目前主流的驾驶模拟器转向装置，可以发现存在以下问题。首先，转向机构过于复杂，装置体积庞大，使得高昂的成本仅仅带来非常有限的转向触感提升，得不偿失。其次，结构过于简单，并没有起到应有的模拟转向效果，驾驶员体验较差，实验结果不准确。所以设计结构简便、可靠同时不失转向真实性的新型转向装置是必要的。

下面是已公开的转向感觉模拟装置的相关发明：

中国专利公开号为CN201820376U，名称为“一种应用于驾驶模拟器的力反馈转向盘装置”的专利公开了一种包括力矩电机、光电编码器、磁粉制动器、设有拉伸弹簧的圆盘、扭矩传感器及转向盘的力反馈转向装置。该装置优点在于作为控制系统的PC机可以向各驱动装置发送控制信号，实现闭环控制且控制结果精确可靠。缺点在于整个装置的纵向长度过大，结构较为复杂，不易安装，同时成本较高，不利于发明装置的大范围普及。

中国专利公开号为CN206171555U，名称为“一种阻尼式工业车辆转向装置”的专利公开了一种由左液压缸、右液压缸组成的阻尼模块和转向机构组成的转向装置。装置优点在于能够将力反馈装置与力、速度感应控制系统相结合，使得操作员能够更好地掌控转向控制感。但缺点在于，整个装置使用了四个液压缸，同时加装了较为昂贵的力矩传感器，极大的增加了装置实现转向感觉模拟的成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于驾驶模拟器的转向感觉模拟装置，以解决目前已有的装置中普遍存在的结构复杂，体积庞大，安装困难，成本高昂等问题。该新型装置体积小，在应用的时候不需要对驾驶座舱进行改装，可以极为方便的进行安装。同时可以实现转向装置限位、回正、转角测量、变角度安装等。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：

一种应用于驾驶模拟器的转向感觉模拟装置，包括一个方向盘，方向盘的转轴为第一传动轴，以模拟车辆驾驶时车辆前进的方向为前方，第一传动轴下端固定连接有一个第一直齿圆柱齿轮，一个第二传动轴的上部由上至下依次固定连接有一个第二直齿圆柱齿轮和一个第三直齿圆柱齿轮，一个第三传动轴的上端固定连接有一个第四直齿圆柱齿轮，第一直齿圆柱齿轮与第二直齿圆柱齿轮啮合，第三直齿圆柱齿轮与第四直齿圆柱齿轮啮合；

第三直齿圆柱齿轮和第四直齿圆柱齿轮下方有一个圆盘形的转板，转板上开有四个沿转板的圆周方向间隔均匀分布的通槽结构，其中三个通槽结构为压簧槽，另一个通槽结构为一个向外弯曲的弧形通槽，转板下方有一个圆盘型的底板，底板下方有一个底座，底座包括两个半圆环支架，两个半圆环支架的后端通过一个圆柱形的底座连接柱固定在一起，底座连接柱的外圆柱面上沿底座连接柱的轴向开有一个截面为扇形的扇形槽，扇形槽的开口向前，底板的外圆柱面位于弧形通槽后方的部位向后延伸出一个底板第一连接部，底板第一连接部通过一个转轴与底座连接柱铰接使底板第一连接部能绕转轴在扇形槽中转动，底座的两个半圆环支架的前端各自向前延伸出一个半圆环连接部，每个半圆环连接部上固定向上设置有一个向前弯曲的弧形的调节臂，每个调节臂上均有多个间隔均匀设置的调节臂通孔，两个调节臂上的调节臂通孔相互对称，底板的外圆柱面上向前延伸出一个与底板第一连接部对称的底板第二连接部，底板第二连接部通过一个调节螺栓连接在两个调节臂上的任意一对调节臂通孔中。

第二传动轴穿过弧形通槽后通过轴承支承在底板上的第二传动轴通孔中，第三传动轴的中部与转板的中心固定连接，第三传动轴的下端支承在底板的中心通孔中，每个压簧槽中均对称设置有两个直线式阻尼器，每个直线式阻尼器的推杆前端支撑在对应的压簧槽侧壁上，两个直线式阻尼器的阻尼筒的后端分别固定在一个竖直设置的板状的压簧座的两侧，每个压簧槽中均有两个压簧套装在对应的直线式阻尼器上，压簧的一端抵靠在对应的压簧槽的侧壁上，另一端固定在压簧座的侧面，压簧能够与对应安装的直线式阻尼器一起伸缩；每个压簧座的下方均有一个可以360度旋转的转台设置在底板上，压簧座的下端与转台固定连接。

进一步的技术方案包括：

在方向盘和第一直齿圆柱齿轮之间有一个转角传感器固定设置在第一传动轴上，用于测量方向盘的转动角度，转角传感器与外部的控制器连接。

底板的直径小于底座的半圆环支架的内径。

两个调节臂的上端通过一个杆状的挡柱支撑并固定。

扇形槽位于上方的内壁与水平面之间的夹角a为50~55度。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

本发明整体采用环形结构，占用空间小，无需对模拟器座舱本身进行改装，安装灵活、便捷。同时利用角度可调整的底板及其旋转结构，可以方便地调节方向盘轴线与水平面的夹角，利用三组压簧和直线式阻尼器提供转向反馈且可以通过更换不同规格的压簧和阻尼器来调节转向反馈力矩，从而使驾驶员获得更加真实的驾驶感受。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1为本发明的轴测图。

图2为本发明的侧视图。

图3为本发明的转板与压簧和直线式阻尼器的连接关系的俯视图。

图 4为本发明的底座的俯视图。

图 5为本发明的底板的俯视图。

图6为本发明的底座连接柱的剖视图。

图中：1.方向盘，2.第一传动轴，3.转角传感器，4.第一直齿圆柱齿轮，5.第二传动轴，6.第二直齿圆柱齿轮，7.第三直齿圆柱齿轮，8.第三传动轴，9.第四直齿圆柱齿轮，10.转板，11.弧形通槽，12.压簧槽，13.压簧，14.压簧座，15.转台，16.底板，17.底座，18.转轴，19.调节臂，20.挡柱，21.调节螺栓，22.直线式阻尼器，23.半圆环支架，24.底座连接柱，25.扇形槽，26.底板第一连接部，27.半圆环连接部，28.调节臂通孔，29.底板第二连接部。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述：

本发明提供了一种应用于驾驶模拟器的转向感觉模拟装置，包括一个方向盘1，方向盘1的转轴为第一传动轴2，以模拟车辆驾驶时车辆前进的方向为前方，第一传动轴2下端固定连接有一个第一直齿圆柱齿轮4，一个第二传动轴5的上部由上至下依次固定连接有一个第二直齿圆柱齿轮6和一个第三直齿圆柱齿轮7，一个第三传动轴8的上端固定连接有一个第四直齿圆柱齿轮9，第一直齿圆柱齿轮4与第二直齿圆柱齿轮6啮合，第三直齿圆柱齿轮7与第四直齿圆柱齿轮9啮合；

第三直齿圆柱齿轮7和第四直齿圆柱齿轮9下方有一个圆盘形的转板10，转板10上开有四个沿转板10的圆周方向间隔均匀分布的通槽结构，其中三个通槽结构为压簧槽12，另一个通槽结构为一个向外弯曲的弧形通槽11，转板10下方有一个圆盘型的底板16，底板16下方有一个底座17，底座17包括两个半圆环支架23，两个半圆环支架23的后端通过一个圆柱形的底座连接柱24固定在一起，底座连接柱24的外圆柱面上沿底座连接柱24的轴向开有一个截面为扇形的扇形槽25，扇形槽25的开口向前，扇形槽25位于上方的内壁与水平面之间的夹角a为50度。底板16的外圆柱面位于弧形通槽11后方的部位向后延伸出一个底板第一连接部26，底板第一连接部通过一个转轴18与底座连接柱24铰接使底板第一连接部能绕转轴18在扇形槽25中转动，底座17的两个半圆环支架23的前端各自向前延伸出一个半圆环连接部27，每个半圆环连接部27上固定向上设置有一个向前弯曲的弧形的调节臂，每个调节臂19上均有多个间隔均匀设置的调节臂通孔28，两个调节臂19上的调节臂通孔28对应位置一致，底板16的外圆柱面上向前延伸出一个与底板第一连接部对称的底板第二连接部29，底板第二连接部29通过一个调节螺栓21连接在两个调节臂19上的任意一对调节臂通孔28中；两个调节臂19的上端通过一个杆状的挡柱20支撑并固定。

第二传动轴5穿过弧形通槽11后通过轴承支承在底板16上的第二传动轴通孔中，第三传动轴8的中部与转板10的中心固定连接，第三传动轴8的下端支承在底板16的中心通孔中，每个压簧槽12中均对称设置有两个直线式阻尼器22，每个直线式阻尼器22的推杆前端支撑在对应的压簧槽12的侧壁上，两个直线式阻尼器的阻尼筒的后端分别固定在一个竖直设置的板状的压簧座14的两侧。每个压簧槽12中均有两个压簧13套装在对应的直线式阻尼器22上，压簧13的一端抵靠在对应的压簧槽12的侧壁上，另一端固定在压簧座14的侧面，压簧13能够与对应安装的直线式阻尼器22一起伸缩。每个压簧座14的下方均有一个可以360度旋转的转台15设置在底板16上，压簧座14的下端与转台15固定连接。所有安装的直线式阻尼器22的尺寸和阻尼完全相同，所有压簧13的尺寸和弹性系数完全相同。

在方向盘1和第一直齿圆柱齿轮4之间有一个转角传感器3固定设置在第一传动轴2上，用于测量方向盘1的转动角度，转角传感器3与外部的控制器连接。

底板16的直径小于底座17的内径。当底座17与底板16之间的夹角为零度时，底板16正好收纳于底座17中。

本发明的工作原理：

首先，驾驶员可以根据自己的驾驶习惯改变调节螺栓21在调节臂19上的的位置，当驾驶员转动方向盘1时，第一传动轴2直接转动，第一传动轴2的转动速率与方向盘1一致，转角传感器3将测量得到的转角信号发送至控制器。经第一直齿圆柱齿轮4与第二直齿圆柱齿轮6及第三直齿圆柱齿轮7与第四直齿圆柱齿轮9构成的两级减速机构传动，第三传动轴8带动转板10旋转，转板10的转动角度小且速度缓慢。由于底板16固定，故转板10旋转的过程中，压簧槽12内壁逐渐压紧压簧座14一侧的压簧13和直线式阻尼器22，使压簧13和直线式阻尼器22压缩形变，同时压簧13和直线式阻尼器22通过压簧座14带动转台15小角度旋转使得压簧13和直线式阻尼器22的轴线始终垂直于压簧槽12的接触面即压簧槽12两侧的内壁，避免转动干涉。压簧13的压缩使得整个转板10产生相反方向的反馈力，并通过第一直齿圆柱齿轮4与第二直齿圆柱齿轮6及第三直齿圆柱齿轮7与第四直齿圆柱齿轮9构成的两级减速机构传动反向传递至方向盘1，使得驾驶员能够获得较为真实的驾驶感受。由于直线式阻尼器22行程有限，当方向盘1沿一个方向一直转动至一定角度后，自动实现转向限位。由于每个压簧槽12中压簧座14两侧的压簧13与直线式阻尼器22性能参数一致，故方向盘左右转动时力感反馈完全一致。当驾驶员转动方向盘1一定角度并松开后，在压簧13弹力的作用下，方向盘1实现自动回正。同时由于直线式阻尼器22的存在，回正过程平稳且无振动。

Claims (3)

1.一种应用于驾驶模拟器的转向感觉模拟装置，包括一个方向盘（1），方向盘（1）的转轴为第一传动轴（2），以模拟车辆驾驶时车辆前进的方向为前方，其特征在于，第一传动轴（2）下端固定连接有一个第一直齿圆柱齿轮（4），一个第二传动轴（5）的上部由上至下依次固定连接有一个第二直齿圆柱齿轮（6）和一个第三直齿圆柱齿轮（7），一个第三传动轴的（8）上端固定连接有一个第四直齿圆柱齿轮（9），第一直齿圆柱齿轮（4）与第二直齿圆柱齿轮（6）啮合，第三直齿圆柱齿轮（7）与第四直齿圆柱齿轮（9）啮合；

第三直齿圆柱齿轮（7）和第四直齿圆柱齿轮（9）下方有一个圆盘形的转板（10），转板（10）上开有四个沿转板（10）的圆周方向间隔均匀分布的通槽结构，其中三个通槽结构为压簧槽（12），另一个通槽结构为一个向外弯曲的弧形通槽（11），转板（10）下方有一个圆盘型的底板（16），底板（16）下方有一个底座（17），底座（17）包括两个半圆环支架（23），两个半圆环支架（23）的后端通过一个圆柱形的底座连接柱（24）固定在一起，底座连接柱（24）的外圆柱面上沿底座连接柱（24）的轴向开有一个截面为扇形的扇形槽（25），扇形槽（25）的开口向前，底板（16）的外圆柱面位于弧形通槽（11）后方的部位向后延伸出一个底板第一连接部（26），底板第一连接部（26）通过一个转轴（18）与底座连接柱（24）铰接使底板第一连接部（26）能绕转轴（18）在扇形槽（25）中转动，底座（17）的两个半圆环支架（23）的前端各自向前延伸出一个半圆环连接部（27），每个半圆环连接部（27）上固定向上设置有一个向前弯曲的弧形的调节臂（19），每个调节臂（19）上均有多个间隔均匀设置的调节臂通孔（28），两个调节臂（19）上的调节臂通孔（28）相互对称，底板（16）的外圆柱面上向前延伸出一个与底板第一连接部（26）对称的底板第二连接部（29），底板第二连接部（29）通过一个调节螺栓（21）连接在两个调节臂（19）上的任意一对调节臂通孔（28）中；

第二传动轴（5）穿过弧形通槽（11）后通过轴承支承在底板（16）上的第二传动轴通孔中，第三传动轴（8）的中部与转板（10）的中心固定连接，第三传动轴（8）的下端支承在底板（16）的中心通孔中，每个压簧槽（12）中均对称设置有两个直线式阻尼器（22），每个直线式阻尼器（22）的推杆前端支撑在对应的压簧槽（12）侧壁上，两个直线式阻尼器（22）的阻尼筒的后端分别固定在一个竖直设置的板状的压簧座（14）的两侧，每个压簧槽（12）中均有两个压簧（13）套装在对应的直线式阻尼器（22）上，压簧（13）的一端抵靠在对应的压簧槽（12）的侧壁上，另一端固定在压簧座（14）的侧面，压簧（13）能够与对应安装的直线式阻尼器（22）一起伸缩；每个压簧座（14）的下方均有一个可以360度旋转的转台（15）设置在底板（16）上，压簧座（14）的下端与转台（15）固定连接；

在方向盘（1）和第一直齿圆柱齿轮（4）之间有一个转角传感器（3）固定设置在第一传动轴（2）上，用于测量方向盘（1）的转动角度，转角传感器（3）与外部的控制器连接；

底板（16）的直径小于底座（17）的半圆环支架（23）的内径。

2.根据权利要求1所述的一种应用于驾驶模拟器的转向感觉模拟装置，其特征在于，两个调节臂（19）的上端通过一个杆状的挡柱（20）支撑并固定。

3.根据权利要求1所述的一种应用于驾驶模拟器的转向感觉模拟装置，其特征在于，扇形槽（25）位于上方的内壁与水平面之间的夹角a为50~55度。