CN204680245U - 霍尔感应和电机驱动的汽车驾驶模拟器转向装置 - Google Patents

Abstract

霍尔感应和电机驱动的汽车驾驶模拟器转向装置，它涉及汽车驾驶模拟器技术领域，它包含方向盘，第一、二、三旋转轴，第一、二、三、四齿轮，限位旋柄，限位块，第一、二条形磁铁，线路板，霍尔角度传感器，皮带和电机。第一旋转轴的两端分别套有方向盘和第三齿轮，中部套有第一齿轮，第二齿轮与第一齿轮啮合，第二齿轮套在第二旋转轴上，第二旋转轴的中心处套有限位旋柄，限位旋柄的下方有限位块，第二旋转轴的另一端有两块条形磁铁，磁铁的一侧有线路板，线路板中心有霍尔角度传感器，第三齿轮的通过皮带与第四齿轮连接，第四齿轮套在第三旋转轴上，第三旋转轴的一端有电机。本实用新型能够实现转向装置的限位、转角测量、回正和振动仿真。

Description

霍尔感应和电机驱动的汽车驾驶模拟器转向装置

技术领域

本实用新型涉及汽车驾驶模拟器技术领域，具体涉及霍尔感应和电机驱动的汽车驾驶模拟器转向装置。

背景技术

汽车驾驶模拟器通常包括方向盘、离合器、脚刹、油门、手刹、转向灯、雨刮、档位等操作部件。与方向盘相连的机构即为转向装置，它是汽车驾驶模拟器所有操作部件中最复杂也最为重要的操作部件，转向装置的仿真度将直接影响用户对整个汽车驾驶模拟器的体验。通常来说，汽车驾驶模拟器中的转向装置需要有如下功能：限位、回正和转角测量。如果要获得更好的体验，通常转向装置还可以增加振动功能。

限位：通常汽车方向盘转动的时候都有转动角度限制，通常包括±720度（即方向盘可以向左转两圈，也可以向右转两圈），±540度（即方向盘可以向左转一圈半，也可以向右转一圈半）。

回正：在车辆的行驶过程中，如果方向盘转动了一定的角度，则方向盘会自动回正到中位。

转角测量：为了使得模拟驾驶程序与方向盘联动，需要随时知道方向盘的转动角度，因此就需要在方向盘上安装转角测量传感器。

振动仿真：模拟驾驶过程中车辆遇到颠簸路面时候方向盘的感觉。

汽车驾驶模拟器转向装置可以分为电机式转向装置和机械式转向装置，电机式转向装置由电机提供回正力和振动，机械式转向装置则有弹簧提供回正力。通常来说，电机式转向装置回正力更为均匀且力度可调，而且还可以进行振动仿真，但是成本比机械式高。

以下描述现有常见的汽车驾驶模拟器转向装置：

现有方案1（机械式）：方向盘上安装有一条中心旋转轴，在中心旋转轴上安装有蜗轮蜗杆装置, 从而将方向盘的旋转运动转化为直线运动，在直线运动的轴两边安装有弹簧，用于方向盘回正。另外，在直线运动的轴上的一端，安装有直线位移传感器。在直线轴的两端，安装有两个限位螺帽，用于限制直线轴的运动范围，从而限制了方向盘的转动角度。这种方案的优点是对安装精度要求不高，生产成本较为低廉。缺点是由于蜗轮蜗杆阻力较大，需要较大的弹簧才能回正方向盘，导致方向盘回正力过大，安全性和手感较差。

现有方案2（机械式）：一种机械式回正的汽车驾驶模拟器转向装置，它包含方向盘、第一旋转轴、第一齿轮、第二旋转轴、第二齿轮、限位旋柄、限位块、第一条形磁铁、第二条形磁铁、霍尔角度传感器、线路板、第一弹簧、第二弹簧和旋转阻尼器。第一旋转轴的一端套接有方向盘，第一旋转轴的另一端为细方形长条，该细方形长条上套接有旋转阻尼器，第一旋转轴的中部套接有第一齿轮，第一齿轮的右侧啮合有第二齿轮，第二齿轮套接在第二旋转轴的一端，第二旋转轴的中部套接有限位旋柄，限位旋柄的下方设置有限位块，第二旋转轴的另一端设置有粘合在一起的第一条形磁铁和第二条形磁铁，第一条形磁铁和第二条形磁铁的一侧设置有线路板，线路板的中心处焊接有霍尔角度传感器，第一弹簧套在第二旋转轴上，并且位于第二齿轮与限位旋柄之间，第一弹簧的一端卡在限位旋柄上，第一弹簧另一端固定，第二弹簧套在第二旋转轴上，并且位于限位旋柄与第一条形磁铁之间，第二弹簧的一端卡在限位旋柄上，第二弹簧另一端固定。这种方案相对于方案1，对安装精度的要求更高，成本也更高，但是去掉了蜗轮蜗杆装置后，转向时的手感较好，安全性也较好。采用磁铁和霍尔角度传感器进行转角测量，传感器寿命比方案1的直线位移传感器长。

现有方案3（电机式）：方向盘轴上安装有小齿轮，小齿轮与大齿轮相连，在大齿轮上安装限位装置。方向盘轴上再通过齿轮组，安装电机和光电编码器。其中电机用于提供方向盘回正力和振动仿真，光电编码器用于测量方向盘转角。这种方案的优点是光电编码器能够提供非常高的方向盘转角精度，且数值稳定。电机能够提供较为均匀的方向盘反力，手感较好，另外，通过控制力矩电机可以模拟颠簸路面的方向盘振动。缺点是对安装精度要求较高，对于便携模拟器来说，采用塑料开模配件，能够保证安装精度，但是使用寿命较短，耐用性较差。如果采用钢结构，则造价较高。另外一个缺点是光电编码器在旋转过程中（尤其是方向盘有振动的情况下），容易丢失信号，从而使得方向盘转角数值出现错误。

现有方案4（电机式）：一种力反馈及振动的汽车驾驶模拟器转向装置，它包含方向盘、第一旋转轴、第一齿轮、第二旋转轴、第二齿轮、限位旋柄、限位块、第一条形磁铁、第二条形磁铁、霍尔角度传感器、线路板、第三齿轮、光电编码器、第三旋转轴、第四齿轮、皮带、第五齿轮、第四旋转轴和电机。第一旋转轴的一端套接有方向盘，第一旋转轴的另一端套接有第四齿轮，第一旋转轴的中心处套接有第一齿轮，第一齿轮的右侧设置有第二齿轮，第一齿轮与第二齿轮啮合，第二齿轮套接在第二旋转轴上，第二旋转轴的中心处套接有限位旋柄，限位旋柄的下端设置有限位块，第二旋转轴的另一端设置有粘合在一起的第一条形磁铁和第二条形磁铁，第一条形磁铁和第二条形磁铁的一侧设置有线路板，线路板的中心处焊接有霍尔角度传感器，第一齿轮的左侧设置有第三齿轮，第一齿轮与第三齿轮啮合，第三齿轮套接在第三旋转轴的一端上，第三旋转轴的另一端连接有光电编码器，第四齿轮的通过皮带与第五齿轮连接，第五齿轮的中心套接有第四旋转轴，第四旋转轴的一端设置有电机。与方案3相比，同时采用光电编码器和霍尔角度传感器进行角度测量，转角测量精度较高并且能很好地修正方向盘进行振动时信号错误问题。但是该方案的缺点是结构较为复杂，成本较高。

比较上述四种方案，可以发现方案4能够提供最好的效果，但是结构较为复杂，成本较高。如果对方案4的结构进行简化，既降低了成本，也能提供效果良好的汽车驾驶模拟器转向装置。

发明内容

本实用新型的目的是提供霍尔感应和电机驱动的汽车驾驶模拟器转向装置，它能实现回正力均匀，力度可调，且使用寿命长。

为了解决背景技术所存在的问题，本实用新型是采用以下技术方案：它包含方向盘、第一旋转轴、第一齿轮、第二旋转轴、第二齿轮、限位旋柄、限位块、第一条形磁铁、第二条形磁铁、线路板、霍尔角度传感器、第三齿轮、 皮带、第三旋转轴、第四齿轮、电机，第一旋转轴的一端套接有方向盘，第一旋转轴的另一端套接有第三齿轮，第一旋转轴的中部套接有第一齿轮，第一齿轮的右侧设置有第二齿轮，第一齿轮与第二齿轮啮合，第二齿轮套接在第二旋转轴上，第二旋转轴的中心处套接有限位旋柄，限位旋柄的下方设置有限位块，第二旋转轴的另一端设置有粘合在一起的第一条形磁铁和第二条形磁铁，粘合后的第一条形磁铁的S极和第二条形磁铁的N极在同一个平面，第一条形磁铁和第二条形磁铁的一侧设置有线路板，线路板的中心处焊接有霍尔角度传感器，第三齿轮的通过皮带与第四齿轮连接，第四齿轮套接在第三旋转轴上，第三旋转轴的一端设置有电机。

方向盘转动时，带动第一旋转轴旋转，从而带动第一齿轮和第三齿轮旋转，第一齿轮带动了第二齿轮旋转，第二齿轮旋转带动了第二旋转轴旋转，从而带动了限位旋柄、第一条形磁铁和第二条形磁铁旋转，当限位旋柄向左或向右旋转触碰到限位块时，方向盘无法继续转动，这就是方向盘限位功能的实现。

第一条形磁铁和第二条形磁铁旋转时与霍尔角度传感器的相对角度发生变化，从而输出不同的电压值，根据这个电压值可以计算出相应的角度，这就是转角测量。

电机的中心轴以一定的扭矩向左或向右旋转时，从而带动第三旋转轴和第四齿轮旋转，第四齿轮通过皮带带动第三齿轮旋转，第三齿轮将电机的旋转扭矩通过第一旋转轴传递给方向盘，从而给方向盘提供回正力；电机进行快速的左转和右转切换，可以模拟振动功能，该振动依次通过第三旋转轴、第四齿轮、皮带、第三齿轮和第一旋转轴传递到方向盘，这就是方向盘的振动仿真功能。

本实用新型具有以下有益效果：

1、可以实现方向盘的限位、转角测量、回正和振动功能；

2、采用霍尔角度传感器代替光电编码器作为传感器，解决了使用光电编码器在方向盘振动时传感器信号错误问题；

3、采用电机驱动，回正力度均匀，力度大小可调，也可以进行振动仿真；

4、结构简单，成本较低。

附图说明：

图1是本实用新型结构示意图。

图2是本实用新型主视图。

具体实施方式：

下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

具体实施方式一：

参看图1——图2，本具体实施方式采用以下技术方案：它包含方向盘1、第一旋转轴2、第一齿轮3、第二旋转轴4、第二齿轮5、限位旋柄6、限位块7、第一条形磁铁8、第二条形磁铁9、线路板10 、霍尔角度传感器11、第三齿轮12、皮带13、第三旋转轴14、第四齿轮15、电机16，第一旋转轴2的一端套接有方向盘1，第一旋转轴2的另一端套接有第三齿轮12，第一旋转轴2的中部套接有第一齿轮3，第一齿轮3的右侧设置有第二齿轮5，第一齿轮3与第二齿轮5啮合，第二齿轮5套接在第二旋转轴4上，第二旋转轴4的中心处套接有限位旋柄6，限位旋柄6的下方设置有限位块7，第二旋转轴4的另一端设置有粘合在一起的第一条形磁铁8和第二条形磁铁9，第一条形磁铁8和第二条形磁铁9的一侧设置有线路板10，线路板10的中心处焊接有霍尔角度传感器11，粘合后的第一条形磁铁8的S极和第二条形磁铁9的N极在同一个平面，该平面与线路板10上用于焊接霍尔角度传感器11所在的平面平行，第三齿轮12的通过皮带13与第四齿轮15连接，第四齿轮15套接在第三旋转轴14上，第三旋转轴14的一端设置有电机16。

具体实施方式二：

参看图1——图2，本具体实施与具体实施方式一的不同之处在于：将所述的第一条形磁铁8和第二条形磁铁9替换为一个NS同面的磁铁。

其它组成结构和连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：

参看图1——图2，本具体实施与具体实施方式一的不同之处在于：将所述的第一条形磁铁8、第二条形磁铁9、线路板10、霍尔角度传感器11替换为一个将NS同面的磁铁和霍尔角度传感器封装在一起的角度测量装置，并与第二旋转轴4连接。

其它组成结构和连接关系与具体实施方式一相同。

本具体实施方式产生的有益效果：

1、可以实现方向盘的限位、转角测量、回正和振动功能；

2、采用霍尔角度传感器代替光电编码器作为传感器，解决了使用光电编码器在方向盘振动时传感器信号错误问题；

3、采用电机驱动，回正力度均匀，力度大小可调，也可以进行振动仿真；

4、结构简单，成本较低。

以上所述仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.霍尔感应和电机驱动的汽车驾驶模拟器转向装置，其特征在于：它包含方向盘(1)、第一旋转轴(2)、第一齿轮(3)、第二旋转轴(4)、第二齿轮(5)、限位旋柄(6)、限位块(7)、第一条形磁铁(8)、第二条形磁铁(9)、线路板(10) 、霍尔角度传感器(11)、第三齿轮(12) 、皮带(13)、第三旋转轴(14)、第四齿轮(15)和电机(16)，第一旋转轴(2)的一端套接有方向盘(1)，第一旋转轴(2)的另一端套接有第三齿轮(12)，第一旋转轴(2)的中部套接有第一齿轮(3)，第一齿轮(3)的右侧设置有第二齿轮(5)，第一齿轮(3)与第二齿轮(5)啮合，第二齿轮(5)套接在第二旋转轴(4)上，第二旋转轴(4)的中心处套接有限位旋柄(6)，限位旋柄(6)的下方设置有限位块(7)，第二旋转轴(4)的另一端设置有粘合在一起的第一条形磁铁(8)和第二条形磁铁(9)，第一条形磁铁(8)和第二条形磁铁(9)的一侧设置有线路板(10)，线路板(10)的中心处焊接有霍尔角度传感器(11)，第三齿轮(12)通过皮带(13)与第四齿轮(15)连接，第四齿轮(15)套接在第三旋转轴(14)上，第三旋转轴(14)的一端设置有电机(16)。

2.根据权利要求1所述的霍尔感应和电机驱动的汽车驾驶模拟器转向装置，其特征在于：所述的第一条形磁铁(8)和第二条形磁铁(9)替换为一个NS同面的磁铁。

3.根据权利要求1所述的霍尔感应和电机驱动的汽车驾驶模拟器转向装置，其特征在于：所述的第一条形磁铁(8)、第二条形磁铁(9)、线路板(10)、霍尔角度传感器(11)替换为一个将NS同面的磁铁和霍尔角度传感器封装在一起的角度测量装置，并与第二旋转轴(4)连接。