[發明專利]一種齒輪限位及編碼測量的駕駛模擬器轉向裝置

在審

• 申請號: 201710907814.7
• 申請日: 2017-09-29
• 公開（公告）號: CN109584672A
• 公開（公告）日: 2019-04-05
• 發明（設計）人: 蔡十華;曾紀國
• 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

一種齒輪限位及編碼測量的駕駛模擬器轉向裝置，它包含方向盤，第一、二旋轉軸，第一~四齒輪，第一~四軸承，軸承套管，軸承套管固裝板，轉向裝置框架前板、底板、后板，阻擋件，限位件，編碼器和電機等。轉向裝置框架前板、底板、后板構成轉向裝置框架本體，軸承套管、軸承套管固裝板和第一、二軸承用于安裝第一旋轉軸，第一旋轉軸上套接有方向盤、第一、三齒輪，第二齒輪安裝在電機的前出軸端并與第一齒輪嚙合，編碼器安裝在電機的后出軸端，第三、四軸承用于安裝第二旋轉軸，第四齒輪套接在第二旋轉軸上并與第三齒輪嚙合，第四齒輪上設有限位件，限位件旁設有阻擋件。阻擋件和限位件用于限位，電機用于振動和回正，編碼器用于轉角測量。

技術領域

本發明涉及駕駛模擬器技術領域，尤其涉及駕駛模擬器轉向裝置。

背景技術

駕駛模擬器是一種駕駛訓練的教學設備，它利用虛擬現實仿真技術營造虛擬駕駛訓練環境，學員通過駕駛模擬器的操作部件與模擬駕駛軟件進行交互，從而學習駕駛技能。利用模擬駕駛技術對新學員進行培訓，不僅可以安全、高效地訓練新學員，且具有成本低、零排放、綠色環保的特點；若充分利用模擬駕駛訓練方法，將可以帶來顯著地經濟效益和社會效益。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模擬器的體驗。通常來說，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，駕駛模擬器方向盤轉動的時候其轉動角度受到限制，通常包括±720度（即方向盤從中位開始可以向左或向右轉兩圈）和±540度（即方向盤從中位開始可以向左或向右轉一圈半）兩種。

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、碰撞等異常情況時，方向盤會產生振動。

在現有技術中，參考中國專利ZL201520879731.8所描述的齒輪齒條式汽車駕駛模擬器轉向裝置，其利用方向柱、萬向節與齒輪齒條進行配合，將方向盤的旋轉運動轉化為齒條的直線運動，并在齒條直線運動的過程中，基于蝸桿上設置的彈簧的壓縮能力，使得轉向裝置實現回正與限位，同時，配合第一鉚釘以及第二鉚釘使得驅動桿上的條形磁鐵在直線運動過程中磁場發生變化，導致霍爾器件的電壓變化，實現方向盤角度測量的功能；雖然該方案也能實現汽車駕駛模擬器的回正、限位以及角度測量等基本功能，但是由于蝸桿阻力較大，需要配合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；

參考中國專利ZL201420372533.8所描述的機械式回正的汽車駕駛模擬器轉向裝置，其在方向盤轉動時，通過齒輪配合旋轉帶動了旋轉軸旋轉，進而帶動了限位旋柄、第一條形磁鐵和第二條形磁鐵旋轉，當限位旋柄向左或向右旋轉觸碰到限位塊時，方向盤無法繼續轉動，這就是方向盤的限位功能。在旋轉過程中，旋轉軸上的兩個彈簧還會提供給給方向盤一個自動回正的扭矩，實現方向盤自動回正，第一條形磁鐵和第二條形磁鐵旋轉時與霍爾角度傳感器的相對角度發生變化，從而輸出不同的電壓值，從而實現轉角測量。同時，參考中國專利ZL201520224226.X所描述的雙彈簧回正的汽車駕駛模擬器轉向裝置，其與中國專利ZL201420372533.8實現方案基本類似，改進了彈簧的安裝位置，便于對彈簧進行拆裝。但是這兩項專利不可避免的缺點在于:（1）方向盤處于中心位置附近時，兩彈簧的形變較小，使回正力矩較小，使方向盤在中心位置附近時較難自動回到正中心位。（2）限位塊和限位旋柄占用較大空間，使轉向裝置體積較大。（3）采用了兩個彈簧進行回正驅動，成本較高，兩個彈簧的個體差異性易導致左右向回正力度不一致。