[發明專利]應用于駕駛模擬器的力反饋轉向盤裝置

無效

• 申請號: 201010504604.1
• 申請日: 2010-10-12
• 公開（公告）號: CN101976521A
• 公開（公告）日: 2011-02-16
• 發明（設計）人: 黃茫茫;魏燕定;黎建軍;周曉軍
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G09B9/05
• 分類號: G09B9/05
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林懷禹

技術領域

本發明涉及一種力反饋轉向盤裝置，尤其是涉及一種應用于駕駛模擬器的力反饋轉向盤裝置。

背景技術

車輛模擬器在駕駛員培訓中的應用越來越普遍，車輛駕駛模擬器通過視景顯示、音效、虛擬操縱系統等創造出一種與實際相近的駕駛狀況，隨著電子技術的迅猛發展，虛擬駕駛的顯示效果已經比較接近真實，但是逼真的駕駛狀況不僅僅是視景效果，還應該包括力感反饋。真實狀況下，車輛在行駛過程中，由于車輛的行駛狀態、路面狀況以及轉向盤轉角的變化，其轉動轉向盤所需要的力也不同，這是由于路面對轉向機構的反作用、轉向機構的摩擦力以及轉向系統的轉動慣量產生的，因此力感反饋的應用可以使虛擬駕駛更接近真實狀況。

一般的車輛駕駛模擬器其轉向盤是通過彈簧或者扭簧來回正，這種轉向盤機構雖然能模擬簡單的回正力矩，但是其回正力矩是固定的比例關系，并不能隨著車輛行駛情況的變化而變化，其反饋力矩僅同轉向盤轉角成簡單的線性關系，不能反映真實的駕駛狀況。

目前市場上有較多的游戲方向盤在售，較高級的游戲方向盤也提供力反饋的力感模擬，但其僅通過一個減速電機來產生反饋力，其力反饋效果完全由電機實現，不能模擬所有的力，比如摩擦力。另外其結構簡單，反饋力矩較小，一般不超過1N·m，因此只適合于游戲玩家在家庭PC上娛樂。

目前，專業駕駛訓練模擬器對力感反饋的要求越來越高，特別是重型工程車輛和軍用車輛駕駛員訓練模擬器，這些模擬器要求模擬效果真實、反饋力矩大，最大反饋力矩要求在10N·m以上。

為了能較真實地模擬轉向盤的力感，常采用轉速和力矩可比例控制的伺服電機，但由于在轉向盤轉動過程中，常常需要電機處于堵轉和強制反轉狀態，當反饋力矩要求較大時，所需電機功率也需要增大，一般伺服電機很容易發熱燒毀。

發明內容

針對專業駕駛訓練模擬器，特別是重型工程車輛和軍用車輛駕駛員訓練模擬器的特殊要求，本發明的目的在于提供一種應用于車輛模擬器的力反饋轉向盤裝置，通過采用力矩電機、磁粉制動器和彈簧力的組合來模擬反饋力感，，可以大幅提高模擬力矩的范圍，在無需增加散熱條件的情況下較容易地實現10N·m以上的反饋力矩要求。

本發明采用的技術方案是：

力矩電機和減速機固定在電機底座上，電機底座固定在模擬器底座上，減速機的伸出軸通過第一彈性聯軸器與傳動軸的一端連接，光電編碼器套在傳動軸的中部，固定傳動軸上，傳動軸的中部另外通過鍵連接磁粉制動器，磁粉制動器固定在制動器底座上，光電編碼器固定在制動器底座的另一側，制動器底座固定在模擬器底座上，圓盤套在傳動軸上與軸固定，兩根拉伸彈簧的一端通過掛鉤懸掛于掛架上，掛架固定在模擬器底座上，其中一根拉伸彈簧的另一端與鋼絲繩的一端連接，鋼絲繩在圓盤圓柱面上的凹槽里卷繞以后，鋼絲繩的另一端與另一根拉伸彈簧的另一端連接，傳動軸另一端通過第二彈性聯軸器與扭矩傳感器一伸出端連接，扭矩傳感器另一伸出端與轉向盤轉軸通過第三彈性聯軸器連接，轉向盤轉軸穿過滾動軸承內孔，滾動軸承固定在轉向盤面板上，轉向盤面板固定在模擬器底座上。

本發明具有的有益效果是：

1、力矩電機可以提供較大的反饋力矩，并且可以長時間工作在堵轉和反轉狀態，其功率大小合適，不會因發熱而燒毀，力矩電機與伺服驅動器配合使用，可實現反饋力矩的精確控制。

2、磁粉制動器可以真實地模擬車輛轉向系統中的摩擦力，并且和力矩電機配合提供更大的反饋力矩。

3、結構堅固可靠，使用壽命長，反饋力矩大，適用于重型工程車輛及軍用車輛的高級駕駛模擬器的力反饋轉向盤裝置。

附圖說明

圖1是本發明的總體結構原理示意圖。

圖2是圖1沿軸向的剖視圖。

圖3是本發明控制原理框圖。

圖中：1、模擬器底座，2、力矩電機，3、減速機，4、電機底座，5、彈性聯軸器，6、光電編碼器，7、制動器底座，8、磁粉制動器，9、傳動軸，10、緊定螺釘，11、圓盤，12、拉伸彈簧，13、鋼絲繩，14、掛架，15、彈性聯軸器，16、扭矩傳感器，17、傳感器墊板，18、彈性聯軸器，19、滾動軸承，20、轉向盤面板，21、轉向盤，22、PC計算機，23、控制系統。

具體實施方式

下面結合附圖和實施方式對本發明作進一步的描述。