專利名稱：汽車駕駛模擬器的轉向盤電動回正機構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及到汽車駕駛模擬器，特別是汽車駕駛模擬器的轉向盤回正機構。
技術背景汽車駕駛模擬器是一種能正確模擬汽車駕駛動作并使駕駛員獲得實車駕駛感受的仿真設 備。它能根據駕駛者輸入的加速、剎車、轉向等信號，并能將車輛的響應動作通過視頻和音 頻設備反饋給駕駛者。對于能促進沉浸感的觸覺反饋(力反饋)，目前絕大多數(shù)汽車駕駛模擬 器都無法有效模擬，其中以汽車轉向盤偏轉后的自動回正模擬問題尤為突出。在實際駕車過程中，當駕駛人員轉動汽車轉向盤時，車輛轉向機構會帶動車輛前輪，使 其前進方向與車體方向不在一條直線上，此時汽車處于曲線行駛狀態(tài)。駕駛人員放開轉向盤 后，車輛前輪在機械設計結構和地面摩擦力的共同作用下，其前進方向會自行恢復至與車體 保持在同一直線方向上，此時轉向盤在車輛轉向機構的帶動下自行回正。由于汽車駕駛模擬 器不存在前輪以及轉向機構，因而必須配備轉向盤回正機構，才能模擬出上述過程。目前汽車駕駛模擬器多采用彈簧或巻簧器對轉向盤進行擠壓回正。此種方式雖能將已偏 轉的轉向盤回正，但轉向盤回正定位精度低，回正時轉向盤的角速度變化大，機械結構長期 運行易磨損，從而造成轉向盤回正功能的失效。 發(fā)明內容本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種汽車駕駛模擬器的轉向盤電動回正機構，該轉 向盤電動回正機構的轉向盤回正定位精度高，轉向盤回正力量和角速度均勻。 本發(fā)明解決上述技術問題所采用的技術方案是-汽車駕駛模擬器的轉向盤電動回正機構，它包括電機、第一摩擦副、第二摩擦副；兩摩擦副的固定端、移動端均套在轉向盤的轉向軸上；轉向軸上設有花鍵，兩摩擦副的移動端與 轉向軸花鍵聯(lián)接；兩摩擦副固定端由電機驅動繞轉向軸轉動，兩摩擦副的固定端的轉向相反； 轉向盤電動回正機構還包括用于控制摩擦副接合或分離的控制裝置，控制裝置包括用于 驅動摩擦副移動端移動的執(zhí)行機構、單片機、用于檢測轉向盤偏轉的傳感器；傳感器的輸出 端與單片機連接，單片機控制執(zhí)行機構。上述方案中，執(zhí)行機構為電磁閥。上述方案中，傳感器包括轉向盤偏轉角度傳感器。上述方案中，兩摩擦副的移動端設置在兩摩擦副的固定端之間，兩摩擦副的移動端之間 相互連接。上述方案中，執(zhí)行機構包括用于驅動摩擦副移動端的控制柄，控制柄兩摩擦副移動端之間，控制柄兩側分別通過彈簧與兩摩擦副移動端連接。上述方案中，傳感器還包括轉向盤對中感應電路。上述方案中，摩擦副兩端接觸面上分別設有對應的球形面凸起和球形面凹槽。 本發(fā)明的工作原理是電機驅動兩摩擦副固定端旋轉，兩摩擦副固定端轉向相反。當汽 車駕駛模擬器轉向盤處于正中位置時，用于控制摩擦副接合或分離的控制裝置不動作，兩摩 擦副的兩端不接合，轉向盤不受外力作用。當轉向盤發(fā)生偏轉時，用于控制摩擦副接合或分 離的控制裝置中的傳感器檢測到偏轉，單片機控制執(zhí)行機構動作，兩摩擦副中的一摩擦副兩 端接合，從而決定轉向盤在不同方向摩擦力的作用下自行回正。 本發(fā)明的優(yōu)點在于1、 電機為轉向盤回正提供動力，轉向盤回正力量和角速度均勻。2、 轉向盤通過傳感器定位，精確度高，回正定位準確且無機械磨損。3、 當外力大于摩擦副接觸面的摩擦力(駕駛員控制轉向盤)時，摩擦副兩端仍可發(fā)生相 對移動，即轉向盤可在回正過程中可繼續(xù)變化偏轉角度。4、 執(zhí)行機構為電磁閥，可方便地控制摩擦副接合或分離。5、 傳感器包括轉向盤偏轉角度傳感器，。6、 兩摩擦副的移動端設置在兩摩擦副的固定端之間，方便控制，使得兩摩擦副具有互斥 性，即兩摩擦副中的一摩擦副兩端接合時，另一摩擦副兩端一定分離。7、 執(zhí)行機構包括用于驅動摩擦副移動端的控制柄，控制柄兩側分別通過彈簧與兩摩擦副 移動端連接。彈簧可控制摩擦副兩端的摩擦力。8、 傳感器還包括轉向盤對中感應電路，可保證兩摩擦副接合或分離的正確性，并且避免了上電時，轉向盤不處在正中間所帶來的誤差。9、 摩擦副兩端接觸面上分別設有對應的球形面凸起和球形面凹槽，可保證摩擦副兩端面的摩擦力足夠大，且不影響兩端之間的相對移動。


圖1為本發(fā)明汽車駕駛模擬器的轉向盤電動回正機構實施例工作狀態(tài)1的結構示意2為本發(fā)明實施例中的摩擦副工作狀態(tài)2的結構示意圖 圖3為本發(fā)明實施例中的摩擦副工作狀態(tài)3的結構示意中，轉向盤l、轉向軸2、第一摩擦副固定端3、第一摩擦副移動端4、齒輪箱5、電機 控制器6、電機7、第二摩擦副移動端8、第二摩擦副固定端9、偏轉角度傳感器IO、電磁闊 11、對中機構12、對中感應電路13、單片機14、彈簧15、控制柄16。
具體實施方式
下面結合附圖對本發(fā)明的實時例作詳細說明本實施例在以本發(fā)明技術方案為前提下進 行實施，給出了詳細的實施方式和過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。如圖l所示，本發(fā)明汽車駕駛模擬器的轉向盤電動回正機構實施例包括電機7、第一摩擦副、第二摩擦副；兩摩擦副的固定端、移動端均套在轉向盤l的轉向軸2上；轉向軸2上 設有花鍵，兩摩擦副的移動端與轉向軸2花鍵聯(lián)接。轉向盤電動回正機構還包括用于控制摩擦副接合或分離的控制裝置，控制裝置包括用于 驅動摩擦副移動端移動的執(zhí)行機構、單片機14、用于檢測轉向盤偏轉的傳感器；傳感器的輸 出端與單片機連接，單片機控制執(zhí)行機構。執(zhí)行機構為電磁閥ll。電機7為交流伺服電機，電機7由電機控制器6控制，兩摩擦副的固定端由電機7通過 齒輪箱5驅動繞轉向軸2轉動，兩摩擦副的固定端的轉向相反。傳感器包括轉向盤偏轉角度傳感器10和轉向盤對中感應電路13，其中轉向盤偏轉角度傳 感器10為增量式旋轉編碼器，它測得的偏轉角度值的正負輸出給單片機，用來控制驅動電磁 閥11，使其朝不同方向動作。轉向盤對中感應電路13采用非接觸式霍爾傳感器，用來感應 與轉向軸2聯(lián)動的對中機構12是否對中，感應信號由感應電路產生后發(fā)往單片機14，以控 制電磁閥11是否動作。兩摩擦副的移動端設置在兩摩擦副的固定端之間，兩摩擦副的移動端之間相互連接。執(zhí) 行機構包括用于驅動摩擦副移動端的控制柄16，控制柄16處于兩摩擦副移動端之間，控制 柄16兩側分別通過彈簧15與兩摩擦副移動端連接。摩擦副兩端接觸面上分別設有對應的球形面凸起和球形面凹槽。本發(fā)明汽車駕駛模擬器的轉向盤電動回正機構實施例的工作原理為上電后，電機7由電機控制器6控制并輸出動力，齒輪箱5帶動第一摩擦副固定端3和 第二摩擦副固定端9，繞轉向盤1的轉向軸2旋轉，第一摩擦副固定端3和第二摩擦副固定 端9的轉向相反。當汽車駕駛模擬器轉向盤l處于正中位置時，單片機14根據由轉向盤對中 感應電路13發(fā)出的感應信號使電磁閥11不動作，第一、第二摩擦副兩端均不接合，轉向盤 l不受外力作用(如圖l所示)。當轉向盤l發(fā)生偏轉時，單片機14根據對中感應電路13發(fā)出的感應信號，以及由增量 式旋轉編碼器測得的偏轉角度值的正負來驅動電磁閥11，使其朝不同方向動作。當轉向盤l順時針偏轉并失去外力作用后，如圖2所示，此時對中感應電路13發(fā)出感應 信號至單片機14，單片機14通過電磁閥11、控制柄16、彈簧15驅動第二摩擦副移動端8 向第二摩擦副固定端9移動，第二摩擦副兩端接合，第二摩擦副移動端8在第二摩擦副固定 端9的作用下，帶動轉向軸2轉動，此時轉向盤l逆時針回正。同理，當轉向盤l逆時針偏 轉并失去外力作用后，如圖3所示，第一摩擦副移動端4在第一摩擦副固定端3的作用下， 帶動轉向軸2轉動，此時轉向盤l順時針回正。圖2、 3中的箭頭方向為電磁閥11驅動控制柄16的移動方向和轉向軸2、摩擦副固定端 的轉動方向。增量式旋轉編碼器的輸出信號還可以通過單片機14實時上傳至汽車駕駛模擬器的PC機。
權利要求
1、汽車駕駛模擬器的轉向盤電動回正機構，其特征在于它包括電機(7)、第一摩擦副、第二摩擦副；兩摩擦副的固定端、移動端均套在轉向盤(1)的轉向軸(2)上；轉向軸(2)上設有花鍵，兩摩擦副的移動端與轉向軸(2)花鍵聯(lián)接；兩摩擦副的固定端由電機(7)驅動繞轉向軸(2)轉動，兩摩擦副的固定端的轉向相反；轉向盤電動回正機構還包括用于控制摩擦副接合或分離的控制裝置，控制裝置包括用于驅動摩擦副移動端移動的執(zhí)行機構、單片機(14)、用于檢測轉向盤偏轉的傳感器；傳感器的輸出端與單片機連接，單片機控制執(zhí)行機構。
2、 如權利要求l所述的轉向盤電動回正機構，其特征在于執(zhí)行機構為電磁閥(11)。
3、 如權利要求l所述的轉向盤電動回正機構，其特征在于傳感器包括轉向盤偏轉角度 傳感器(10)。
4、 如權利要求l所述的轉向盤電動回正機構，其特征在于兩摩擦副的移動端設置在兩 摩擦副的固定端之間，兩摩擦副的移動端之間相互連接。
5、 如權利要求4所述的轉向盤電動回正機構，其特征在于執(zhí)行機構包括用于驅動摩擦副移動端的控制柄(16)，控制柄(16)兩摩擦副移動端之間，控制柄(16)兩側分別通過彈 簧(15)與兩摩擦副移動端連接。
6、 如權利要求3所述的轉向盤電動回正機構，其特征在于傳感器還包括轉向盤對中感應電路(13)。
7、 如權利要求5所述的轉向盤電動回正機構，其特征在于摩擦副兩端接觸面上分別設有對應的球形面凸起和球形面凹槽。
全文摘要
本發(fā)明涉及汽車駕駛模擬器的轉向盤電動回正機構，它包括電機(7)、第一摩擦副、第二摩擦副、用于控制摩擦副接合或分離的控制裝置，控制裝置包括用于驅動摩擦副移動端移動的執(zhí)行機構、單片機(14)、用于檢測轉向盤偏轉的傳感器；傳感器的輸出端與單片機連接，單片機控制執(zhí)行機構。本發(fā)明的電機為轉向盤回正提供動力，轉向盤回正力量和角速度均勻；轉向盤通過傳感器定位，精確度高，回正定位準確且無機械磨損。
文檔編號G09B9/04GK101236703SQ20081004682
公開日2008年8月6日 申請日期2008年1月29日 優(yōu)先權日2008年1月29日
發(fā)明者嚴新平, 吳超仲, 張良力, 明 馬, 嵩 高 申請人:武漢理工大學