[发明专利]一种转角范围可调的方向盘路感模拟装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种方向盘路感模拟装置，尤其是涉及一种转角范围可调的方向盘路感模拟装置。

背景技术

车辆模拟器是专门针对各种车辆，给驾驶员提供一个在虚拟环境中体验驾驶感觉的平台。车辆模拟器的作用日益增加，用于培训驾驶员、研发测试虚拟样机、作为娱乐设施等都凸现了其重要意义。在培训驾驶员方面，利用车辆模拟器可以大幅降低训练危险性，降低对训练场地的要求，有效节省空间；在研发虚拟样机方面，可以在虚拟环境中测试各种设计参数能否满足要求或者是否具有良好的性能，为进一步优化设计了提供依据；在娱乐设施方面，给广大车辆爱好者提供了一个诸如塞车等的竞技项目平台，显示出了其强大的娱乐性和商业价值潜力。

车辆模拟器要最大程度的给人以沉浸感和真实感。人机交互是实现沉浸感和真实感的重要内容之一。本发明所涉及的路感模拟装置就是应用于车辆模拟器当中，是驾驶员与模拟器进行交互的重要接口。驾驶员操纵方向盘，路感模拟装置会根据当前的车辆状态参数、地面参数来给出阻力矩，使驾驶员获得尽量多的路面信息，增强沉浸感和真实感。不同类型车辆对方向盘转动范围的要求并不相同，对最大阻力矩的要求也不一样，因此发明一种在一定范围内可以调节方向盘转角范围，并且在不更换电机的情况下可以改变最大阻力矩的路感模拟装置具有非常现实的重要意义。

国内外学者对路感的研究已经非常深入，主要集中在对汽车模拟器方向盘回正力矩的模拟、真实车辆中各种助力转向系统的路感模拟、工程车辆的电子转向器的设计等。吉林大学所设计的应用于汽车模拟器中的回正力矩模拟系统由实时计算机、反馈控制系统、力矩电机及方向盘组成，着重在电机的控制上；美国的V D Mills 和J R Wagner学者对汽车液压助力转向系统、电动助力转向系统从理论上进行了深入研究，为路感模拟装置的设计提供了很好的理论依据；国内有一些学者还针对真实车辆中的线控转向系统，利用力矩电机作为路感生成器件，由于线控转向系统取消了方向盘与车辆转向轮之间的机械连接，这与模拟器中的方向盘路感模拟装置具有非常相似的特点，因此具有很好的借鉴意义；江苏大学曾针对工程车辆设计了一种电子转向器，并对其力特性进行了试验研究及分析。工程车辆当中由于存在自动回正程序，因此所设计的电子转向器未考虑回正力矩的产生，其机械装置主要由方向盘、转矩传感器、磁阻尼器和旋转编码器组成。综上所述，对车辆模拟器路感模拟装置的设计研究，出现了两种情况：一是在早期整个路感模拟装置仅由弹簧阻尼系统和方向盘组成，没有控制系统。这种装置适合于对路感要求不高、安装空间极其有限的情况下；二是侧重控制系统，将重点集中在电机的力矩生成控制上，机械部分仅由方向盘、力矩电机、力矩传感器以及必要的连接固定装置组成。第二种情况较第一种有了明显的进步，它利用电机作为力矩生成部件，可以充分考虑影响力矩生成的各种因素。但是第二种情况仍有不足，其体现在：

1）方向盘转角范围不可调，不能适应各种用户的要求；

2）方向盘在轴向方向不存在自由度，即不具有减震功能，它将模拟器的振动全部传给人手；

3）在不更换电机的情况下，最大阻力矩不可调，不能满足各种不同类型车辆模拟器的要求，适应性不好。

发明内容

针对目前应用于车辆模拟器中的方向盘路感模拟装置存在方向盘转角范围不可调、方向盘在轴向方向不具有减震功能、最大阻力矩不可调的不足，本发明提供了可以解决这些问题的一种转角范围可调的方向盘路感模拟装置。

本发明采用的技术方案是：

本发明包括方向盘、支架、力矩传感器、电机系统及台架，力矩传感器的一端经第一联轴器与方向盘连接，力矩传感器的另一端经第二联轴器与电机系统中的电机轴连接。第一联轴器与方向盘之间装有减震系统，力矩传感器的另一端经第二联轴器、齿轮轴和第三联轴器与电机系统中的电机轴连接；与齿轮轴轴线垂直方向的台架上安装有两套完全相同的双螺纹双调节机构，两套完全相同的双螺纹双调节机构间装有齿条轴，齿轮轴上的齿轮与齿条轴上的齿条相啮合。

所述的减震系统包括滑套轴、减震弹簧、端盖和导向轴；滑套轴远离方向盘一端开有阶梯形孔，导向轴靠近方向盘一端也开孔，滑套轴与导向轴间安装减震弹簧，滑套轴与导向轴间以导向键、槽形成滑动配合；滑套轴的另一端与方向盘连接，导向轴的另一端与第一联轴器连接。

所述的一个双螺纹双调节机构包括内调节轴、调节导套、弹簧和外导套；外导套和调节导套构成螺旋副，内调节轴与调节导套也构成螺旋副，弹簧的一端固定在内调节轴的轴端，弹簧的另一端顶在齿条轴的一个端面上，也可以与齿条轴的端面不接触；同理，所述的另一个双螺纹双调节机构与该机构关于齿轮轴的轴线对称布置。