[實用新型]霍爾感應和電機驅動的汽車駕駛模擬器轉向裝置

有效

• 申請號: 201520222602.1
• 申請日: 2015-04-14
• 公開（公告）號: CN204680245U
• 公開（公告）日: 2015-09-30
• 發明（設計）人: 曾紀國;蔡十華
• 申請（專利權）人: 南昌墨泥軟件有限公司
• 主分類號: G09B9/04
• 分類號: G09B9/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及汽車駕駛模擬器技術領域，具體涉及霍爾感應和電機驅動的汽車駕駛模擬器轉向裝置。

背景技術

汽車駕駛模擬器通常包括方向盤、離合器、腳剎、油門、手剎、轉向燈、雨刮、檔位等操作部件。與方向盤相連的機構即為轉向裝置，它是汽車駕駛模擬器所有操作部件中最復雜也最為重要的操作部件，轉向裝置的仿真度將直接影響用戶對整個汽車駕駛模擬器的體驗。通常來說，汽車駕駛模擬器中的轉向裝置需要有如下功能：限位、回正和轉角測量。如果要獲得更好的體驗，通常轉向裝置還可以增加振動功能。

限位：通常汽車方向盤轉動的時候都有轉動角度限制，通常包括±720度（即方向盤可以向左轉兩圈，也可以向右轉兩圈），±540度（即方向盤可以向左轉一圈半，也可以向右轉一圈半）。

回正：在車輛的行駛過程中，如果方向盤轉動了一定的角度，則方向盤會自動回正到中位。

轉角測量：為了使得模擬駕駛程序與方向盤聯動，需要隨時知道方向盤的轉動角度，因此就需要在方向盤上安裝轉角測量傳感器。

振動仿真：模擬駕駛過程中車輛遇到顛簸路面時候方向盤的感覺。

汽車駕駛模擬器轉向裝置可以分為電機式轉向裝置和機械式轉向裝置，電機式轉向裝置由電機提供回正力和振動，機械式轉向裝置則有彈簧提供回正力。通常來說，電機式轉向裝置回正力更為均勻且力度可調，而且還可以進行振動仿真，但是成本比機械式高。

以下描述現有常見的汽車駕駛模擬器轉向裝置：

現有方案1（機械式）：方向盤上安裝有一條中心旋轉軸，在中心旋轉軸上安裝有蝸輪蝸桿裝置,?從而將方向盤的旋轉運動轉化為直線運動，在直線運動的軸兩邊安裝有彈簧，用于方向盤回正。另外，在直線運動的軸上的一端，安裝有直線位移傳感器。在直線軸的兩端，安裝有兩個限位螺帽，用于限制直線軸的運動范圍，從而限制了方向盤的轉動角度。這種方案的優點是對安裝精度要求不高，生產成本較為低廉。缺點是由于蝸輪蝸桿阻力較大，需要較大的彈簧才能回正方向盤，導致方向盤回正力過大，安全性和手感較差。

現有方案2（機械式）：一種機械式回正的汽車駕駛模擬器轉向裝置，它包含方向盤、第一旋轉軸、第一齒輪、第二旋轉軸、第二齒輪、限位旋柄、限位塊、第一條形磁鐵、第二條形磁鐵、霍爾角度傳感器、線路板、第一彈簧、第二彈簧和旋轉阻尼器。第一旋轉軸的一端套接有方向盤，第一旋轉軸的另一端為細方形長條，該細方形長條上套接有旋轉阻尼器，第一旋轉軸的中部套接有第一齒輪，第一齒輪的右側嚙合有第二齒輪，第二齒輪套接在第二旋轉軸的一端，第二旋轉軸的中部套接有限位旋柄，限位旋柄的下方設置有限位塊，第二旋轉軸的另一端設置有粘合在一起的第一條形磁鐵和第二條形磁鐵，第一條形磁鐵和第二條形磁鐵的一側設置有線路板，線路板的中心處焊接有霍爾角度傳感器，第一彈簧套在第二旋轉軸上，并且位于第二齒輪與限位旋柄之間，第一彈簧的一端卡在限位旋柄上，第一彈簧另一端固定，第二彈簧套在第二旋轉軸上，并且位于限位旋柄與第一條形磁鐵之間，第二彈簧的一端卡在限位旋柄上，第二彈簧另一端固定。這種方案相對于方案1，對安裝精度的要求更高，成本也更高，但是去掉了蝸輪蝸桿裝置后，轉向時的手感較好，安全性也較好。采用磁鐵和霍爾角度傳感器進行轉角測量，傳感器壽命比方案1的直線位移傳感器長。

現有方案3（電機式）：方向盤軸上安裝有小齒輪，小齒輪與大齒輪相連，在大齒輪上安裝限位裝置。方向盤軸上再通過齒輪組，安裝電機和光電編碼器。其中電機用于提供方向盤回正力和振動仿真，光電編碼器用于測量方向盤轉角。這種方案的優點是光電編碼器能夠提供非常高的方向盤轉角精度，且數值穩定。電機能夠提供較為均勻的方向盤反力，手感較好，另外，通過控制力矩電機可以模擬顛簸路面的方向盤振動。缺點是對安裝精度要求較高，對于便攜模擬器來說，采用塑料開模配件，能夠保證安裝精度，但是使用壽命較短，耐用性較差。如果采用鋼結構，則造價較高。另外一個缺點是光電編碼器在旋轉過程中（尤其是方向盤有振動的情況下），容易丟失信號，從而使得方向盤轉角數值出現錯誤。