[实用新型]方向盘回正及驱动装置

说明书

技术领域

本实用新型属于汽车驾驶仿真技术领域，具体涉及一种方向盘仿真平台中的方向盘回正及驱动装置。 

背景技术

在汽车驾驶训练时，受到场地、天气等因素的限制，影响了人们实地驾驶汽车对驾驶技能的学习，汽车模拟驾驶室避免了上述影响，使得学习汽车驾驶技能的过程能够在室内进行。 

就汽车模拟器的方向控制而言，方向盘模拟器应实现人工驾驶模式和自动驾驶模式，在人工驾驶模式下方向盘模拟器实现方向盘回正，在自动驾驶模式下方向盘模拟器实现方向盘驱动，以及自动驾驶模式到人工驾驶模式切换。 

目前，方向盘模拟器一般由控制器、驱动类电机、摩擦副、转角传感器等构成，控制驱动类电机和摩擦副实现方向盘回正，但驱动类电机在模拟方向盘回正过程中存在以下缺点： 

1)由于驱动类电机旋转速度与力矩相关，需要借助摩擦副实现方向盘各种旋转速度和适应各种力矩工况，结构复杂； 

2)现有方向盘模拟器的旋转角度必须采用闭环方式控制，而方向盘回正过程中存在较大动态误差，控制精度低； 

3)由于驱动类电机转速较高，需要增加减速机构，进一步增加了结构的复杂性，而且由于转速高，不能模拟方向盘的力矩保持在一个值而静止自锁； 

4、现有方向盘模拟器在正转和反转过程中，容易损坏元件，使用寿命短，使用成本高。 

发明内容

本实用新型的目的是为了克服上述缺陷，提供一种旋转力矩和旋转角度采用数字化开环控制，控制精度高，可靠性高，结构简单，成本低廉的方向盘回正及驱动装置，包括方向盘、与方向盘固定连接的轴以及微控制模块，其特别之处在于使用步进电机驱动方向盘的动作，所述方向盘底部的轴上安装有力矩传感器，所述轴的端部连接有步进电机和编码器，所述力矩传感器和编码器均与微控制模块连接，所述步进电机通过驱动芯片与微控制模块连接，所述微控制模块连接通信芯片，所述通信芯片通过通信接口与上位机连接。 

在上述技术方案中： 

所述微控制模块为C8051F221单片机。 

所述驱动芯片为型号为TA8435H的芯片。 

所述单片机引脚P1.3通过滤波电容接地，单片机引脚P1.3通过滤波电阻与驱动芯片连接，单片机引脚P1.3通过滤波电阻与电容串联后接地，单片机引脚P1.0、引脚P1.1、引脚P1.2分别与驱动芯片的时钟输入端CK1、正反转CW/CCW控制输入端、使能端ENABLE相连接，驱动芯片与步进电机连接，驱动芯片的B相和A相电流检测端分别通过限流电阻接地。 

本实用新型由于采取以上技术方案，具有以下优点： 

1)、方向盘具备回正、驱动及切换，可模拟人工驾驶和自动驾驶中各种状态，实现汽车模拟器的高度仿真； 

2)、采用驱动步进电机的旋转方向、旋转速度、旋转力矩和旋转角度，分别控制方向盘的转动方向、转动角度、转动速度，方向盘的控制变量互不相关，独立控制，控制精度高； 

3)、方向盘控制采用全数字化：单片机与上位机的通信，方向盘转角的测量，单片机对步进电机方向、力矩、速度、旋转角度的控制均为数字化控制，控制精度高、稳定性好； 

4)、方向盘模拟器在正转和反转过程中，单片机容易控制步进电 机停在任一的角度，能够保持较大静力矩，具有自锁功能； 

5)、本实用新型结构简单，易于实现。 

附图说明

图1是本实用新型方向盘回正及驱动机械结构示意图； 

图2是本实用新型方向盘回正及驱动电路原理图； 

图3是本实用新型方向盘回正及驱动控制过程流程图； 

图中：1、方向盘；2、轴；3、力矩传感器；4、步进电机；5、驱动芯片；6、通信芯片；7、通信接口；8、编码器；9、微控制模块；10、滤波电容；11、滤波电阻；12、限流电阻；13、电容；14、上位机。 

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细描述： 

如图1所示的方向盘回正及驱动装置的机械结构，包括方向盘1、与方向盘1固定连接的轴2以及微控制模块，方向盘1底部的轴2上安装有力矩传感器3，轴2的端部连接有步进电机4和编码器8，力矩传感器3和编码器8均与微控制模块9连接，步进电机4通过驱动芯片5与微控制模块连接，微控制模块9通过连接有通信芯片6，通信芯片6通过通信接口7与上位机14连接。 

参阅图2所示的方向盘回正及驱动装置的电路原理，本实施例中，电子元器件型号如下：