[实用新型]霍尔感应和电机驱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，具体涉及霍尔感应和电机驱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。

汽车驾驶模拟器转向装置可以分为电机式转向装置和机械式转向装置，电机式转向装置由电机提供回正力和振动，机械式转向装置则有弹簧提供回正力。通常来说，电机式转向装置回正力更为均匀且力度可调，而且还可以进行振动仿真，但是成本比机械式高。

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（机械式）：方向盘上安装有一条中心旋转轴，在中心旋转轴上安装有蜗轮蜗杆装置, 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（机械式）：一种机械式回正的汽车驾驶模拟器转向装置，它包含方向盘、第一旋转轴、第一齿轮、第二旋转轴、第二齿轮、限位旋柄、限位块、第一条形磁铁、第二条形磁铁、霍尔角度传感器、线路板、第一弹簧、第二弹簧和旋转阻尼器。第一旋转轴的一端套接有方向盘，第一旋转轴的另一端为细方形长条，该细方形长条上套接有旋转阻尼器，第一旋转轴的中部套接有第一齿轮，第一齿轮的右侧啮合有第二齿轮，第二齿轮套接在第二旋转轴的一端，第二旋转轴的中部套接有限位旋柄，限位旋柄的下方设置有限位块，第二旋转轴的另一端设置有粘合在一起的第一条形磁铁和第二条形磁铁，第一条形磁铁和第二条形磁铁的一侧设置有线路板，线路板的中心处焊接有霍尔角度传感器，第一弹簧套在第二旋转轴上，并且位于第二齿轮与限位旋柄之间，第一弹簧的一端卡在限位旋柄上，第一弹簧另一端固定，第二弹簧套在第二旋转轴上，并且位于限位旋柄与第一条形磁铁之间，第二弹簧的一端卡在限位旋柄上，第二弹簧另一端固定。这种方案相对于方案1，对安装精度的要求更高，成本也更高，但是去掉了蜗轮蜗杆装置后，转向时的手感较好，安全性也较好。采用磁铁和霍尔角度传感器进行转角测量，传感器寿命比方案1的直线位移传感器长。

现有方案3（电机式）：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。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。