[实用新型]一种力反馈及振动的汽车驾驶模拟器转向装置

说明书

技术领域：

    本实用新型涉及汽车驾驶模拟器技术领域，具体涉及一种力反馈及振动的汽车驾驶模拟器转向装置。

背景技术：

汽车驾驶模拟器通常包括方向盘、离合器、脚刹、油门、手刹、转向灯、雨刮、档位等操作部件。与方向盘相连的机构即为转向装置，它是汽车驾驶模拟器所有操作部件中最复杂也最为重要的操作部件，转向装置的仿真度将直接影响用户对整个汽车驾驶模拟器的体验。通常来说，汽车驾驶模拟器中的转向装置需要有如下功能：限位、回正和转角测量。如果要获得更好的体验，通常转向装置还可以增加振动功能。

限位：通常汽车方向盘转动的时候都有转动角度限制，通常包括±720度（即方向盘可以向左转两圈，也可以向右转两圈），±540度（即方向盘可以向左转一圈半，也可以向右转一圈半）。

回正：在车辆的行驶过程中，如果方向盘转动了一定的角度，则方向盘会自动回正到中位。

转角测量：为了使得模拟驾驶程序与方向盘联动，需要随时知道方向盘的转动角度，因此就需要在方向盘上安装转角测量传感器。

振动仿真：模拟驾驶过程中车辆遇到颠簸路面时候方向盘的感觉。

以下描述现有常见的汽车驾驶模拟器转向装置：

现有方案1：方向盘上安装有一条中心旋转轴，在中心旋转轴上安装有方向机（即蜗轮蜗杆装置）, 从而将方向盘的旋转运动转化为直线运动，在直线运动的轴两边安装有弹簧，用于方向盘回正。另外，在直线运动的轴上的一端，安装有直线位移传感器。在直线轴的两端，安装有两个限位螺帽，用于限制直线轴的运动范围，从而限制了方向盘的转动角度。这种方案的优点是对安装精度要求不高，生产成本较为低廉。缺点是位移传感器通常采用电压大小表示方向盘转角，电压会有一定的波动，从而导致方向盘转角数值波动。另外，由于蜗轮蜗杆阻力较大，需要较大的弹簧才能回正方向盘，导致方向盘回正力过大，安全性和手感较差。

现有方案2：方向盘轴上安装有小齿轮，小齿轮与大齿轮相连，在大齿轮上安装限位装置。方向盘轴上再通过齿轮组，安装电机和光电编码器。其中电机用于提供方向盘回正力和振动仿真，光电编码器用于测量方向盘转角。这种方案的优点是光电编码器能够提供非常高的方向盘转角精度，且数值稳定。力矩电机能够提供较为均匀的方向盘反力，手感较好，另外，通过控制力矩电机可以模拟颠簸路面的方向盘振动。缺点是对安装精度要求较高，对于便携模拟器来说，采用塑料开模配件，能够保证安装精度，但是使用寿命较短，耐用性较差。如果采用钢结构，则造价较高。另外一个缺点是光电编码器在旋转过程中（尤其是方向盘有振动的情况下），容易丢失信号，从而使得方向盘转角数值出现错误。

现有方案3：方向盘轴上安装有小齿轮，小齿轮与大齿轮相连，在大齿轮上安装限位装置。另外，在方向盘轴上安装齿轮组，在齿轮组上安装弹簧，用于方向盘回正。在方向盘轴上再安装一个偏心轮，用于安装位移传感器从而测量方向盘转角。这种方案与方案1和方案2相比，回正力手感比方案1好，比方案2差。位移传感器的测量精度和数值抖动与方案1类似，精度不如方案2好。安装难度比方案1难，比方案2简单，另外由于没有电机，因此无法实现方向盘振动仿真。

比较上述三种方案，可以发现方案2能够提供最好的效果，但是如果在方向盘振动过程中光电编码器出现信号偏差，随着振动时间的延长，方向盘传感器数值偏差越来越大，从而导致整个系统无法使用。

实用新型内容：

本实用新型的目的是提供一种力反馈及振动的汽车驾驶模拟器转向装置，它结构简单、设计合理且操作方便，它能够实现转向装置的限位、转角测量、回正和振动功能，并且能很好地修正方向盘进行振动仿真时信号错误问题。