專利名稱：一種轉(zhuǎn)角范圍可調(diào)的方向盤路感模擬裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種方向盤路感模擬裝置，尤其是涉及一種轉(zhuǎn)角范圍可調(diào)的方向盤路感模擬裝置。
背景技術(shù)：
車輛模擬器是專門針對(duì)各種車輛，給駕駛員提供一個(gè)在虛擬環(huán)境中體驗(yàn)駕駛感覺的平臺(tái)。車輛模擬器的作用日益增加，用于培訓(xùn)駕駛員、研發(fā)測試虛擬樣機(jī)、作為娛樂設(shè)施等都凸現(xiàn)了其重要意義。在培訓(xùn)駕駛員方面，利用車輛模擬器可以大幅降低訓(xùn)練危險(xiǎn)性，降低對(duì)訓(xùn)練場地的要求，有效節(jié)省空間；在研發(fā)虛擬樣機(jī)方面，可以在虛擬環(huán)境中測試各種設(shè)計(jì)參數(shù)能否滿足要求或者是否具有良好的性能，為進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)了提供依據(jù)；在娛樂設(shè)施方面，給廣大車輛愛好者提供了一個(gè)諸如塞車等的競技項(xiàng)目平臺(tái)，顯示出了其強(qiáng)大的娛樂性和商業(yè)價(jià)值潛力。車輛模擬器要最大程度的給人以沉浸感和真實(shí)感。人機(jī)交互是實(shí)現(xiàn)沉浸感和真實(shí)感的重要內(nèi)容之一。本發(fā)明所涉及的路感模擬裝置就是應(yīng)用于車輛模擬器當(dāng)中，是駕駛員與模擬器進(jìn)行交互的重要接口。駕駛員操縱方向盤，路感模擬裝置會(huì)根據(jù)當(dāng)前的車輛狀態(tài)參數(shù)、地面參數(shù)來給出阻力矩，使駕駛員獲得盡量多的路面信息，增強(qiáng)沉浸感和真實(shí)感。不同類型車輛對(duì)方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)范圍的要求并不相同，對(duì)最大阻力矩的要求也不一樣，因此發(fā)明一種在一定范圍內(nèi)可以調(diào)節(jié)方向盤轉(zhuǎn)角范圍，并且在不更換電機(jī)的情況下可以改變最大阻力矩的路感模擬裝置具有非?，F(xiàn)實(shí)的重要意義。國內(nèi)外學(xué)者對(duì)路感的研究已經(jīng)非常深入，主要集中在對(duì)汽車模擬器方向盤回正力矩的模擬、真實(shí)車輛中各種助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的路感模擬、工程車輛的電子轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)等。吉林大學(xué)所設(shè)計(jì)的應(yīng)用于汽車模擬器中的回正力矩模擬系統(tǒng)由實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)、反饋控制系統(tǒng)、 力矩電機(jī)及方向盤組成，著重在電機(jī)的控制上；美國的V D Mills和J R Wagner學(xué)者對(duì)汽車液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)從理論上進(jìn)行了深入研究，為路感模擬裝置的設(shè)計(jì)提供了很好的理論依據(jù)；國內(nèi)有一些學(xué)者還針對(duì)真實(shí)車輛中的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，利用力矩電機(jī)作為路感生成器件，由于線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)取消了方向盤與車輛轉(zhuǎn)向輪之間的機(jī)械連接， 這與模擬器中的方向盤路感模擬裝置具有非常相似的特點(diǎn)，因此具有很好的借鑒意義；江蘇大學(xué)曾針對(duì)工程車輛設(shè)計(jì)了一種電子轉(zhuǎn)向器，并對(duì)其力特性進(jìn)行了試驗(yàn)研究及分析。工程車輛當(dāng)中由于存在自動(dòng)回正程序，因此所設(shè)計(jì)的電子轉(zhuǎn)向器未考慮回正力矩的產(chǎn)生，其機(jī)械裝置主要由方向盤、轉(zhuǎn)矩傳感器、磁阻尼器和旋轉(zhuǎn)編碼器組成。綜上所述，對(duì)車輛模擬器路感模擬裝置的設(shè)計(jì)研究，出現(xiàn)了兩種情況一是在早期整個(gè)路感模擬裝置僅由彈簧阻尼系統(tǒng)和方向盤組成，沒有控制系統(tǒng)。這種裝置適合于對(duì)路感要求不高、安裝空間極其有限的情況下；二是側(cè)重控制系統(tǒng)，將重點(diǎn)集中在電機(jī)的力矩生成控制上，機(jī)械部分僅由方向盤、力矩電機(jī)、力矩傳感器以及必要的連接固定裝置組成。第二種情況較第一種有了明顯的進(jìn)步，它利用電機(jī)作為力矩生成部件，可以充分考慮影響力矩生成的各種因素。但是第二種情況仍有不足，其體現(xiàn)在1)方向盤轉(zhuǎn)角范圍不可調(diào)，不能適應(yīng)各種用戶的要求；
2)方向盤在軸向方向不存在自由度，即不具有減震功能，它將模擬器的振動(dòng)全部傳給人手；
3)在不更換電機(jī)的情況下，最大阻力矩不可調(diào)，不能滿足各種不同類型車輛模擬器的要求，適應(yīng)性不好。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)目前應(yīng)用于車輛模擬器中的方向盤路感模擬裝置存在方向盤轉(zhuǎn)角范圍不可調(diào)、方向盤在軸向方向不具有減震功能、最大阻力矩不可調(diào)的不足，本發(fā)明提供了可以解決這些問題的一種轉(zhuǎn)角范圍可調(diào)的方向盤路感模擬裝置。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
本發(fā)明包括方向盤、支架、力矩傳感器、電機(jī)系統(tǒng)及臺(tái)架，力矩傳感器的一端經(jīng)第一聯(lián)軸器與方向盤連接，力矩傳感器的另一端經(jīng)第二聯(lián)軸器與電機(jī)系統(tǒng)中的電機(jī)軸連接。第一聯(lián)軸器與方向盤之間裝有減震系統(tǒng)，力矩傳感器的另一端經(jīng)第二聯(lián)軸器、齒輪軸和第三聯(lián)軸器與電機(jī)系統(tǒng)中的電機(jī)軸連接；與齒輪軸軸線垂直方向的臺(tái)架上安裝有兩套完全相同的雙螺紋雙調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，兩套完全相同的雙螺紋雙調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)間裝有齒條軸，齒輪軸上的齒輪與齒條軸上的齒條相嚙合。所述的減震系統(tǒng)包括滑套軸、減震彈簧、端蓋和導(dǎo)向軸；滑套軸遠(yuǎn)離方向盤一端開有階梯形孔，導(dǎo)向軸靠近方向盤一端也開孔，滑套軸與導(dǎo)向軸間安裝減震彈簧，滑套軸與導(dǎo)向軸間以導(dǎo)向鍵、槽形成滑動(dòng)配合；滑套軸的另一端與方向盤連接，導(dǎo)向軸的另一端與第一聯(lián)軸器連接。所述的一個(gè)雙螺紋雙調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括內(nèi)調(diào)節(jié)軸、調(diào)節(jié)導(dǎo)套、彈簧和外導(dǎo)套；外導(dǎo)套和調(diào)節(jié)導(dǎo)套構(gòu)成螺旋副，內(nèi)調(diào)節(jié)軸與調(diào)節(jié)導(dǎo)套也構(gòu)成螺旋副，彈簧的一端固定在內(nèi)調(diào)節(jié)軸的軸端，彈簧的另一端頂在齒條軸的一個(gè)端面上，也可以與齒條軸的端面不接觸；同理，所述的另一個(gè)雙螺紋雙調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)與該機(jī)構(gòu)關(guān)于齒輪軸的軸線對(duì)稱布置。本發(fā)明的有益效果是
1、該模擬裝置使方向盤沿軸向具有減震效果，減小來自于模擬器本體的振動(dòng)。2、能夠調(diào)節(jié)方向盤的轉(zhuǎn)角范圍，滿足不同用戶的需求。3、能夠調(diào)節(jié)最大阻力矩，適用于汽車、工程車輛等不同類型車輛的模擬器。


圖1是該模擬裝置的總體外形圖。圖2是圖1的俯視圖。圖3是圖2的A-A剖視圖。圖4是圖3的C處局部放大圖。圖5是圖4的D-D剖視圖。圖6是圖2的B-B剖視圖。圖中1、方向盤，2、減震系統(tǒng)，3、支架，4、力矩傳感器，5、齒輪齒條機(jī)構(gòu)，6、雙螺紋雙調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，7、固定卡，8、電機(jī)系統(tǒng)(包含電機(jī)、減速箱和光電編碼器)，9、臺(tái)架，10、第一聯(lián)軸器，11、第二聯(lián)軸器，12、第三聯(lián)軸器，13、滑套軸，14、減震彈簧，15、端蓋，16、導(dǎo)向軸，17、 沉頭螺釘，18、齒條軸，19、齒輪軸，20、內(nèi)調(diào)節(jié)軸，21、調(diào)節(jié)導(dǎo)套，22、彈簧，23、外導(dǎo)套。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。如圖1、圖2、圖3所示，本發(fā)明包括方向盤1、支架3、力矩傳感器4、電機(jī)系統(tǒng)(包含電機(jī)、減速箱和光電編碼器)8及臺(tái)架9，力矩傳感器4的一端經(jīng)第一聯(lián)軸器10與方向盤 1連接，力矩傳感器4的另一端經(jīng)第二聯(lián)軸器11與電機(jī)系統(tǒng)8中的電機(jī)軸連接。第一聯(lián)軸器10與方向盤1之間裝有減震系統(tǒng)2，力矩傳感器4的另一端經(jīng)第二聯(lián)軸器11、齒輪齒條機(jī)構(gòu)5的齒輪軸19和第三聯(lián)軸器12與電機(jī)系統(tǒng)8中的電機(jī)軸連接；與齒輪軸19軸線垂直方向的臺(tái)架9上用兩個(gè)相同的固定卡7安裝兩套完全相同的雙螺紋雙調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)6，兩套完全相同的雙螺紋雙調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)6間裝有齒條軸18，齒輪軸19上的齒輪與齒條軸18上的齒條相嚙合，嚙合點(diǎn)在齒輪軸19的軸線段中點(diǎn)位置。如圖4、圖5所示，所述的減震系統(tǒng)2包括滑套軸13、減震彈簧14、端蓋15和導(dǎo)向軸16 ；滑套軸13遠(yuǎn)離方向盤1 一端開有階梯形孔，導(dǎo)向軸16靠近方向盤1 一端也開孔，滑套軸13與導(dǎo)向軸16間安裝減震彈簧14，滑套軸13與導(dǎo)向軸16間以導(dǎo)向鍵、槽形成滑動(dòng)配合，端蓋15穿過導(dǎo)向軸16的小徑軸端并緊靠其與滑套軸13具有滑動(dòng)配合部分的端面，壓緊彈簧14，用沉頭螺釘17固定在滑套軸13上；滑套軸13的另一端與方向盤1連接，導(dǎo)向軸16的另一端與第一聯(lián)軸器10連接。如圖3、圖6所示，所述的一個(gè)雙螺紋雙調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括內(nèi)調(diào)節(jié)軸20、調(diào)節(jié)導(dǎo)套21、彈簧22和外導(dǎo)套23 ；外導(dǎo)套23和調(diào)節(jié)導(dǎo)套21構(gòu)成螺旋副，內(nèi)調(diào)節(jié)軸20與調(diào)節(jié)導(dǎo)套21也構(gòu)成螺旋副，彈簧22的一端固定在內(nèi)調(diào)節(jié)軸20的軸端，彈簧22的另一端頂在齒條軸18的一個(gè)端面上，也可以與齒條軸18的端面不接觸；同理，所述的另一個(gè)雙螺紋雙調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)與該機(jī)構(gòu)關(guān)于齒輪軸19的軸線對(duì)稱布置。外導(dǎo)套23用固定卡7固定在臺(tái)架9上，齒輪齒條機(jī)構(gòu)5的齒條軸18在外導(dǎo)套23內(nèi)可以自由滑動(dòng)，調(diào)節(jié)導(dǎo)套21通過螺旋副在外導(dǎo)套23內(nèi)旋進(jìn)旋出，實(shí)現(xiàn)對(duì)齒條軸18的機(jī)械限位，內(nèi)調(diào)節(jié)軸20在調(diào)節(jié)導(dǎo)套21內(nèi)通過螺旋副旋進(jìn)旋出， 當(dāng)齒條軸18 —端面頂住調(diào)節(jié)導(dǎo)套21 —端面時(shí)，彈簧22的壓縮量不同，從而提供的最大阻力不同。整個(gè)裝置的工作過程描述如下
本發(fā)明裝置的工作過程有兩種情況，分別為左右轉(zhuǎn)角范圍對(duì)稱和不對(duì)稱。左右轉(zhuǎn)角范圍對(duì)稱的情況首先將雙螺紋雙調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)6的調(diào)節(jié)導(dǎo)套21通過螺旋副旋入外導(dǎo)套23內(nèi)的某個(gè)位置，再將軸端與彈簧22 —端固定的內(nèi)調(diào)節(jié)軸20通過螺旋副旋入調(diào)節(jié)導(dǎo)套21內(nèi)的某個(gè)位置。另外一套雙螺紋雙調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)位置與此相同。此時(shí)齒條軸18與彈簧22接觸或不接觸都可以。駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤時(shí)，轉(zhuǎn)矩通過方向盤1依次傳遞給滑套軸13、導(dǎo)向軸16、 第一聯(lián)軸器10、力矩傳感器4、第二聯(lián)軸器11、齒輪軸19、齒條軸18、彈簧22、調(diào)節(jié)導(dǎo)套21， 到達(dá)極限位置，停止轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)這一過程中由于齒輪軸19靠近電機(jī)軸一端通過第三聯(lián)軸器 12與電機(jī)軸連接，所以始終受到電機(jī)阻力矩的作用。此時(shí)如果想要將方向盤轉(zhuǎn)角范圍減小或增加，則可將調(diào)節(jié)導(dǎo)套21旋入外導(dǎo)套23的深度增加或減小，同時(shí)再調(diào)節(jié)內(nèi)調(diào)節(jié)軸20，使得當(dāng)齒條軸到達(dá)極限位置時(shí)的最大阻力矩大小合適。左右轉(zhuǎn)角范圍不對(duì)稱的情況如果兩套雙螺紋雙調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)導(dǎo)套旋入外導(dǎo)套內(nèi)的位置不同，則方向盤左右轉(zhuǎn)角的范圍也不同，到達(dá)極限位置時(shí)的最大阻力矩也可以通過調(diào)節(jié)內(nèi)調(diào)節(jié)軸來實(shí)現(xiàn)。整個(gè)工作過程中來自于模擬器本體的振動(dòng)傳遞到減震系統(tǒng)2的導(dǎo)向軸16時(shí)被減震彈簧14衰減，起到了減震的作用。
權(quán)利要求
1.一種轉(zhuǎn)角范圍可調(diào)的方向盤路感模擬裝置，包括方向盤(1)、支架(3)、力矩傳感器 (4)、電機(jī)系統(tǒng)(8)及臺(tái)架(9)，力矩傳感器(4)的一端經(jīng)第一聯(lián)軸器(10)與方向盤(1)連接，力矩傳感器(4)的另一端經(jīng)第二聯(lián)軸器(11)與電機(jī)系統(tǒng)(8)中的電機(jī)軸連接；其特征在于第一聯(lián)軸器(10)與方向盤(1)之間裝有減震系統(tǒng)(2)，力矩傳感器(4)的另一端經(jīng)第二聯(lián)軸器(11)、齒輪軸(19 )和第三聯(lián)軸器(12 )與電機(jī)系統(tǒng)(8 )中的電機(jī)軸連接；與齒輪軸 (19)軸線垂直方向的臺(tái)架(9)上安裝兩套完全相同的雙螺紋雙調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(6)，兩套完全相同的雙螺紋雙調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(6)間裝有齒條軸(18)，齒輪軸(19)上的齒輪與齒條軸(18)上的齒條相嚙合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種轉(zhuǎn)角范圍可調(diào)的方向盤路感模擬裝置，其特征在于所述的減震系統(tǒng)(2)包括滑套軸(13)、減震彈簧(14)、端蓋(15)和導(dǎo)向軸(16)；滑套軸(13) 遠(yuǎn)離方向盤(1) 一端開有階梯形孔，導(dǎo)向軸(16)靠近方向盤(1) 一端也開孔，滑套軸(13) 與導(dǎo)向軸(16)間安裝減震彈簧(14)，滑套軸(13)與導(dǎo)向軸(16)間以導(dǎo)向鍵、槽形成滑動(dòng)配合；滑套軸(13)的另一端與方向盤(1)連接，導(dǎo)向軸(16)的另一端與第一聯(lián)軸器(10)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種轉(zhuǎn)角范圍可調(diào)的方向盤路感模擬裝置，其特征在于所述的一個(gè)雙螺紋雙調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(6)包括內(nèi)調(diào)節(jié)軸(20)、調(diào)節(jié)導(dǎo)套(21)、彈簧(22)和外導(dǎo)套 (23);外導(dǎo)套(23)和調(diào)節(jié)導(dǎo)套(21)構(gòu)成螺旋副，內(nèi)調(diào)節(jié)軸(20)與調(diào)節(jié)導(dǎo)套(21)也構(gòu)成螺旋副，彈簧(22)的一端固定在內(nèi)調(diào)節(jié)軸(20)的軸端，另一端頂在齒條軸(18)的一個(gè)端面上， 也可與齒條軸(18)的端面不接觸；同理，所述的另一個(gè)雙螺紋雙調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)與該雙螺紋雙調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)關(guān)于齒輪軸(19)的軸線對(duì)稱布置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種轉(zhuǎn)角范圍可調(diào)的方向盤路感模擬裝置。本發(fā)明包括方向盤、支架、力矩傳感器、電機(jī)系統(tǒng)及臺(tái)架，力矩傳感器的一端經(jīng)第一聯(lián)軸器與方向盤連接，力矩傳感器的另一端經(jīng)第二聯(lián)軸器與電機(jī)系統(tǒng)中的電機(jī)軸連接。第一聯(lián)軸器與方向盤之間裝有減震系統(tǒng)，力矩傳感器的另一端經(jīng)第二聯(lián)軸器、齒輪軸和第三聯(lián)軸器與電機(jī)系統(tǒng)中的電機(jī)軸連接；與齒輪軸軸線垂直方向的臺(tái)架上安裝有兩套完全相同的雙螺紋雙調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，兩套完全相同的雙螺紋雙調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)間裝有齒條軸，齒輪軸上的齒輪與齒條軸上的齒條相嚙合。本發(fā)明使方向盤沿軸向具有減震效果，減小來自于模擬器本體的振動(dòng)；能夠調(diào)節(jié)方向盤的轉(zhuǎn)角范圍；能夠調(diào)節(jié)最大阻力矩，適用于不同類型車輛的模擬器。
文檔編號(hào)G09B9/04GK102176291SQ201110024298
公開日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2011年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月22日
發(fā)明者周曉軍, 魏春雨, 魏燕定, 黎建軍 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)