CN111816021A - 模拟方向盘自动归位与车轮旋转角度显示的方法与装置 - Google Patents

Abstract

模拟方向盘自动归位与车轮旋转角度显示的方法和装置，属于汽车教学设备领域，是由方向盘、方向盘轴、外壳、齿条组件、大齿轮、大齿轮轴、中齿轮、车轮模型轴和车轮模型组成的，该方法是在与方向盘固定连接的轴上连接一齿条，齿条通过带动大齿轮、中齿轮，最后带动一车轮模型，当方向盘转动时，通过传动，该车轮模型能显示与方向盘转动同方向成比例的转动；齿条的两边安装有弹簧，当施加在方向盘上的外力撤除时，弹簧能反向推动方向盘回归原位。该方法和装置使汽车驾驶员的培训设备的方向盘单元能更加逼真地模拟真实汽车的情况。

Description

模拟方向盘自动归位与车轮旋转角度显示的方法与装置

技术领域

本发明涉及模拟方向盘自动归位与车轮旋转角度显示的方法与装置，具体地说是应用在驾驶员培训中的辅助学习设备上的一种单元，属于汽车教学设备领域。

背景技术

随着国民经济的飞速发展，汽车越来越多、越来越快地走入家庭，因此驾驶员的培训就尤为迫切。在目前的驾驶员培训中，通常都是学员经过理论考试后，开始上车训练。由于此时学员对汽车的各种部件还很陌生，因此直接上车培训的方法并不高效。为了提高学院学习的效果，特别是使学员在上车之前能够最大程度地、能够尽快地熟悉汽车的一些基本配置，一些模拟驾驶器被开发出来，投入到了驾驶员的培训中，但目前绝大多数的驾驶器在汽车功能的模仿上还有一些差距，还偏机械。比如在方向盘的模拟中，仅仅是一根轴连着一个方向盘而已，方向盘的很多功能都没有被模拟出来。并且，在学员学车时，往往很想知道方向盘转过一定角度后，车轮大概转过多少角度，但现在的所以的模拟驾驶器都没有这种功能。

发明内容

针对上述的不足，本发明提供了模拟方向盘自动归位与车轮旋转角度显示的方法与装置。

本发明是通过以下技术方案实现的：模拟方向盘自动归位与车轮旋转角度显示的方法，该方法的方向盘固定安装在方向盘轴上，在方向盘轴上有一小齿轮，小齿轮与一齿条啮合，齿条同时又与一大齿轮啮合，大齿轮与一中齿轮同轴，该中齿轮又与另一中齿轮啮合，所述两个中齿轮模数与齿数完全相同，后一个中齿轮的轴上安装一车轮模型；当方向盘旋转时，经过传动后，车轮模型产生同方向转向，因而能够通过观察车轮模型的转向知晓所模拟驾驶器的车型的车轮转向与角度；所述齿条的两端安装有弹簧，弹簧在外力的作用下能够被等距离的拉长和压缩，大齿轮与方向盘轴上的小齿轮的传动比为模拟驾驶器所模拟的车型的方向盘能在顺时针和逆时针方向所转过的圈数，以便能够准确地模拟方向盘旋转时车轮的旋转角度；所述方向盘所能旋转的圈数决定着齿条所能够移动的距离，假设所模拟的车型的方向盘顺时针能够旋转2.5圈，则该模拟驾驶器上的方向盘也只能顺时针旋转2.5圈，其进一步旋转被齿条的运动止点所限制，逆时针旋转时同理；所述方向盘处于正中位置时，所述弹簧既不受拉力也不受压力；当方向盘旋转时，一方面弹簧给出反作用力，产生方向盘旋转时的阻尼，另一方面，当方向盘的外力撤除时，所述弹簧的拉力和压力能够使方向盘自动旋转回正中的原位位置。

模拟方向盘自动归位与车轮旋转角度显示的装置，是由方向盘、方向盘轴、外壳、齿条组件、大齿轮、大齿轮轴、中齿轮、车轮模型轴和车轮模型组成的，所述方向盘轴为齿轮轴，上加工有小齿轮；所述外壳上表面，车轮模型下有角度盘；所述齿条组件由齿条、导柱、导向销、弹簧和导柱安装盘组成；所述弹簧套装在导柱上，弹簧的一端固定联接在齿条上，另一端固定联接在导柱安装盘上，导柱安装盘安装在外壳上；所述导柱上有导向槽，导柱安装在齿条通孔内，导柱能够轴向移动；所述导向销有多个，固定联接在齿条内，导向销的下端与导柱上的导向槽相配合；所述方向盘安装在方向盘轴的上方，方向盘轴的下方安装轴承，轴承通过轴承盖安装在外壳上；所述齿条两面都有齿条齿，方向盘轴上的小齿轮与齿条的一面相啮合，大齿轮与齿条的另一面相啮合，小齿轮的转动能够通过齿条的运动传递给大齿轮；大齿轮与一个中齿轮同轴，都安装在大齿轮轴上，大齿轮轴的两端都安装有轴承和轴承盖，轴承盖安装在外壳上；所述中齿轮与安装在车轮模型轴上的另一个中齿轮啮合，车轮模型固定安装在车轮模型轴的上端部，车轮模型轴通过轴承和轴承盖安装在外壳上。

所述大齿轮与小齿轮的传动比为1:n，其中n为模拟驾驶器所针对的训练车型的方向盘处于正中原位时顺时针旋转和逆时针旋转所能达到的圈数之和。

所述弹簧安装时处于初始长度，在相同外力的作用下能够等长度地被拉伸和压缩，所述弹簧的刚度能够通过作用于齿条并在方向盘撤除外力时，推动齿条移动并最终作用使方向盘旋转回归正中原位。

所述齿条能够向左右两个方向运动的距离分别对应于方向盘逆时针或顺时针所能转动的最大角度。

该发明的有益之处是，更逼真地模拟汽车驾驶中的方向盘的情况，实现了方向盘旋转中的阻尼和方向盘顺时针、逆时针的旋转限位。将两个相同的弹簧安装在齿条的两侧，当方向盘旋转时，通过方向盘轴上的小齿轮带动与其啮合的齿条移动，在导柱的导向作用下，齿条沿导柱运动，此时一根弹簧受拉，另一根弹簧受压，同时，运动通过齿条传给大齿轮，又通过大齿轮传给与其同轴的中齿轮，该中齿轮通过啮合传动给另一个中齿轮，最后这个中齿轮使其所安装的车轮模型轴旋转，从而带动车轮模型轴端部的车轮模型旋转，车轮模型旋转的角度能够从外壳上表面的角度盘上看出来。当方向盘旋转到极限位置时，对应着弹簧也被压缩到极限位置，此时实现了对方向盘旋转的限位；当方向盘撤除使其旋转的外力时，在弹簧的作用下，齿条向中间原位运动，通过齿条与小齿轮的啮合传动，带动方向盘回归正中原位；该装置中有大量的齿轮，一方面保持严格的传动比，另一方面，这些齿轮在转动时所具有的转动惯量，更接近真实汽车上方向盘旋转时所需要的旋转阻尼，使模拟驾驶器更逼真。

附图说明

附图1为本发明的结构示意图；

附图2为本发明拆去外壳后的结构示意图；

附图3为齿条组件的组成示意图；

附图4为齿条的结构示意图；

附图5为导柱的结构示意图；

附图6为方向盘轴的结构示意图；

附图7为大齿轮轴的结构示意图；

附图8为车轮模型轴的结构示意图；

附图9为外壳示意图；

图中，1、方向盘，2、方向盘轴，3、外壳，4、齿条组件，5、大齿轮，6、大齿轮轴，7、中齿轮，8、车轮模型轴，9、车轮模型；31、角度盘；41、齿条，42、导向销，43、导柱，44、弹簧，45、导柱安装盘；411、齿条通孔，412、销孔，413、齿条齿；431、导向槽；201、小齿轮。

具体实施方式

模拟方向盘自动归位与车轮旋转角度显示的方法，该方法的方向盘1固定安装在方向盘轴2上，在方向盘轴2上有一小齿轮201，小齿轮201与一齿条41啮合，齿条41同时又与一大齿轮5啮合，大齿轮5与一中齿轮7同轴，该中齿轮7又与另一中齿轮7啮合，所述两个中齿轮7模数与齿数完全相同，后一个中齿轮7的轴上安装一车轮模型9；当方向盘1旋转时，经过传动后，车轮模型9产生同方向转向，因而能够通过观察车轮模型9的转向知晓所模拟驾驶器的车型的车轮转向与角度；所述齿条41的两端安装有弹簧44，弹簧44在外力的作用下能够被等距离的拉长和压缩，大齿轮5与方向盘轴2上的小齿轮201的传动比为模拟驾驶器所模拟的车型的方向盘1能在顺时针和逆时针方向所转过的圈数，以便能够准确地模拟方向盘1旋转时车轮的旋转角度，旋转角度能够从角度盘上看出来；所述方向盘1所能旋转的圈数决定着齿条41所能够移动的距离，若所模拟的车型的方向盘顺时针能够旋转2.5圈，则该模拟驾驶器上的方向盘1也只能顺时针旋转2.5圈，其进一步旋转被齿条41的运动止点所限制，逆时针旋转时同理；所述方向盘1处于正中位置时，所述弹簧44既不受拉力也不受压力；当方向盘1旋转时，一方面弹簧44给出反作用力，产生方向盘1旋转时的阻尼，另一方面，当方向盘1的外力撤除时，所述弹簧44的拉力和压力能够使方向盘1自动旋转回正中的原位位置。

模拟方向盘自动归位与车轮旋转角度显示的装置，是由方向盘1、方向盘轴2、外壳3、齿条组件4、大齿轮5、大齿轮轴6、中齿轮7、车轮模型轴8和车轮模型9组成的，所述方向盘轴2为齿轮轴，上加工有小齿轮201；所述外壳上车轮模型下方有角度盘31；所述齿条组件4由齿条41、导柱43、导向销42、弹簧44和导柱安装盘45组成；所述弹簧44套装在导柱43上，弹簧44的一端固定联接在齿条41上，另一端固定联接在导柱安装盘45上，导柱安装盘45安装在外壳3上；所述导柱43上有导向槽431，导柱43安装在齿条通孔411内，导柱43能够轴向移动；所述导向销42有多个，固定联接在齿条41内，导向销42的下端与导柱43上的导向槽431相配合；所述方向盘1安装在方向盘轴2的上方，方向盘轴2的下方安装轴承，轴承通过轴承盖安装在外壳3上；所述齿条41两面都有齿条齿413，方向盘轴2上的小齿轮201与齿条41的一面相啮合，大齿轮5与齿条41的另一面相啮合，小齿轮201的转动能够通过齿条41的运动传递给大齿轮5；大齿轮5与一个中齿轮7同轴，都安装在大齿轮轴6上，大齿轮轴6的两端都安装有轴承和轴承盖，轴承盖安装在外壳3上；所述中齿轮7与安装在车轮模型轴8上的另一个中齿轮7啮合，车轮模型9固定安装在车轮模型轴8的上端部，车轮模型轴8通过轴承和轴承盖安装在外壳3上。

所述大齿轮5与小齿轮201的传动比为1:n，其中n为模拟驾驶器所针对的训练车型的方向盘处于正中原位时顺时针旋转和逆时针旋转所能达到的圈数之和。

所述弹簧44安装时处于初始长度，在相同外力的作用下能够等长度地被拉伸和压缩，所述弹簧44的刚度能够通过作用于齿条41并在方向盘1撤除外力时，推动齿条41移动并最终作用使方向盘1旋转回归正中原位。

所述齿条41能够向左右两个方向运动的距离分别对应着方向盘1逆时针或顺时针所能转动的最大角度。

该装置在安装时，先使方向盘1处于正中原位位置，此时安装上齿条组件4以及其他零部件。当方向盘1顺时针旋转式，方向盘轴2上的小齿轮201带动齿条41向右侧移动，压缩导柱43上齿条41右侧的弹簧44,并拉伸齿条41左侧的弹簧44，齿条41带动大齿轮5逆时针旋转，大齿轮轴6带动上面的中齿轮7逆时针旋转，并带动安装在车轮模型轴8上的中齿轮7顺时针旋转，从而带动车轮模型轴8上的车轮模型9顺时针转动，显现出与方向盘1转动成比例的角度变化。反之亦然，当方向盘1逆时针旋转时，车轮模型轴8上的车轮模型9逆时针转动，显现出与方向盘1转动成比例的角度变化。当方向盘1转动一定角度停止时，由于弹簧44的拉力和压力，推动齿条41向中间位置移动，从而齿条41反向带动方向盘1向正中原位转动，即实现了方向盘1的自动归位。

对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理与精神的情况下，对实施方式所进行的改变、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.模拟方向盘自动归位与车轮旋转角度显示的方法，其特征在于：该方法的方向盘固定安装在方向盘轴上，在方向盘轴上有一小齿轮，小齿轮与一齿条啮合，齿条同时又与一大齿轮啮合，大齿轮与一中齿轮同轴，该中齿轮又与另一中齿轮啮合，所述两个中齿轮模数与齿数完全相同，后一个中齿轮的轴上安装一车轮模型；当方向盘旋转时，经过传动后，车轮模型产生同方向转向，因而能够通过观察车轮模型的转向知晓所模拟驾驶器的车型的车轮转向与角度；所述齿条的两端安装有弹簧，弹簧在外力的作用下能够被等距离的拉长和压缩，大齿轮与方向盘轴上的小齿轮的传动比为模拟驾驶器所模拟的车型的方向盘能在顺时针和逆时针方向所转过的圈数，以便能够准确地模拟方向盘旋转时车轮的旋转角度，旋转角度能够从角度盘上得到；所述方向盘所能旋转的圈数决定着齿条所能够移动的距离，假设所模拟的车型的方向盘顺时针能够旋转2.5圈，则该模拟驾驶器上的方向盘也只能顺时针旋转2.5圈，其进一步旋转被齿条的运动止点所限制，逆时针旋转时同理；所述方向盘处于正中位置时，所述弹簧既不受拉力也不受压力；当方向盘旋转时，一方面弹簧给出反作用力，产生方向盘旋转时的阻尼，另一方面，当方向盘的外力撤除时，所述弹簧的拉力和压力能够使方向盘自动旋转回正中的原位位置。

2.模拟方向盘自动归位与车轮旋转角度显示的装置，是由方向盘、方向盘轴、外壳、齿条组件、大齿轮、大齿轮轴、中齿轮、车轮模型轴和车轮模型组成的，其特征在于：所述方向盘轴为齿轮轴，上加工有小齿轮；所述外壳上表面车轮模型的下方有角度盘；所述齿条组件由齿条、导柱、导向销、弹簧和导柱安装盘组成；所述弹簧套装在导柱上，弹簧的一端固定联接在齿条上，另一端固定联接在导柱安装盘上，导柱安装盘安装在外壳上；所述导柱上有导向槽，导柱安装在齿条通孔内，导柱能够轴向移动；所述导向销有多个，固定联接在齿条内，导向销的下端与导柱上的导向槽相配合；所述方向盘安装在方向盘轴的上方，方向盘轴的下方安装轴承，轴承通过轴承盖安装在外壳上；所述齿条两面都有齿条齿，方向盘轴上的小齿轮与齿条的一面相啮合，大齿轮与齿条的另一面相啮合，小齿轮的转动能够通过齿条的运动传递给大齿轮；大齿轮与一个中齿轮同轴，都安装在大齿轮轴上，大齿轮轴的两端都安装有轴承和轴承盖，轴承盖安装在外壳上；所述中齿轮与安装在车轮模型轴上的另一个中齿轮啮合，车轮模型固定安装在车轮模型轴的上端部，车轮模型轴通过轴承和轴承盖安装在外壳上。

3.如权利要求2所述的模拟方向盘自动归位与车轮旋转角度显示的装置，其特征在于：所述大齿轮与小齿轮的传动比为1:n，其中n为模拟驾驶器所针对的训练车型的方向盘处于正中原位时顺时针旋转和逆时针旋转所能达到的圈数之和。

4.如权利要求2所述的模拟方向盘自动归位与车轮旋转角度显示的装置，其特征在于：所述弹簧安装时处于初始长度，在相同外力的作用下能够等长度地被拉伸和压缩，所述弹簧的刚度能够通过作用于齿条并在方向盘撤除外力时，推动齿条移动并最终作用使方向盘旋转回归正中原位。

5.如权利要求2所述的模拟方向盘自动归位与车轮旋转角度显示的装置，其特征在于：所述齿条能够向左右两个方向运动的距离分别对应于方向盘逆时针或顺时针所能转动的最大角度。

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