齒輪齒條式汽車駕駛模擬器轉(zhuǎn)向裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及汽車駕駛模擬器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及齒輪齒條式汽車駕駛模擬器轉(zhuǎn)向裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]汽車駕駛模擬器通常包括方向盤、離合器、腳剎、油門、手剎、轉(zhuǎn)向燈、雨刮、檔位等操作部件。與方向盤相連的機(jī)構(gòu)即為轉(zhuǎn)向裝置，它是汽車駕駛模擬器所有操作部件中最復(fù)雜也最為重要的操作部件。通常來(lái)說(shuō)，汽車駕駛模擬器中的轉(zhuǎn)向裝置需要有如下功能：限位、回正和轉(zhuǎn)角測(cè)量。
[0003]限位:通常汽車方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候都有轉(zhuǎn)動(dòng)角度限制，通常包括±720度（即方向盤可以向左轉(zhuǎn)兩圈，也可以向右轉(zhuǎn)兩圈），± 540度（即方向盤可以向左轉(zhuǎn)一圈半，也可以向右轉(zhuǎn)一圈半）。
[0004]回正:在車輛的行駛過(guò)程中，如果方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)了一定的角度，則方向盤會(huì)自動(dòng)回正到中位。
[0005]轉(zhuǎn)角測(cè)量:為了使得模擬駕駛程序與方向盤聯(lián)動(dòng)，需要隨時(shí)知道方向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，因此就需要在方向盤上安裝測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)角度的傳感器。
[0006]以下描述現(xiàn)有常見(jiàn)的汽車駕駛模擬器轉(zhuǎn)向裝置：
[0007]現(xiàn)有方案I(機(jī)械式）:方向盤上安裝有一條中心旋轉(zhuǎn)軸，在中心旋轉(zhuǎn)軸上安裝有齒輪齒條裝置，從而將方向盤的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，在直線運(yùn)動(dòng)的軸兩邊安裝有彈簧，用于方向盤回正。另外，在直線運(yùn)動(dòng)的軸上的一端，安裝有拉桿式直線位移傳感器。在直線軸的兩端，安裝有兩個(gè)限位螺帽，用于限制直線軸的運(yùn)動(dòng)范圍，從而限制了方向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)安裝精度要求不高，生產(chǎn)成本較為低廉。缺點(diǎn)是由于齒輪齒條阻力較大，需要較大的彈簧才能回正方向盤，導(dǎo)致方向盤回正力過(guò)大，手感較差。另一個(gè)缺點(diǎn)是拉桿式直線位移傳感器屬于接觸式傳感器，易磨損。
[0008]現(xiàn)有方案2(機(jī)械式）：一種機(jī)械式回正的汽車駕駛模擬器轉(zhuǎn)向裝置，它包含方向盤、第一旋轉(zhuǎn)軸、第一齒輪、第二旋轉(zhuǎn)軸、第二齒輪、限位旋柄、限位塊、第一條形磁鐵、第二條形磁鐵、霍爾角度傳感器、線路板、第一彈簧、第二彈簧和旋轉(zhuǎn)阻尼器。第一旋轉(zhuǎn)軸的一端套接有方向盤，第一旋轉(zhuǎn)軸的另一端為細(xì)方形長(zhǎng)條，該細(xì)方形長(zhǎng)條上套接有旋轉(zhuǎn)阻尼器，第一旋轉(zhuǎn)軸的中部套接有第一齒輪，第一齒輪的右側(cè)嚙合有第二齒輪，第二齒輪套接在第二旋轉(zhuǎn)軸的一端，第二旋轉(zhuǎn)軸的中部套接有限位旋柄，限位旋柄的下方設(shè)置有限位塊，第二旋轉(zhuǎn)軸的另一端設(shè)置有粘合在一起的第一條形磁鐵和第二條形磁鐵，第一條形磁鐵和第二條形磁鐵的一側(cè)設(shè)置有線路板，線路板的中心處焊接有霍爾角度傳感器，第一彈簧套在第二旋轉(zhuǎn)軸上，并且位于第二齒輪與限位旋柄之間，第一彈簧的一端卡在限位旋柄上，第一彈簧另一端固定，第二彈簧套在第二旋轉(zhuǎn)軸上，并且位于限位旋柄與第一條形磁鐵之間，第二彈簧的一端卡在限位旋柄上，第二彈簧另一端固定。這種方案相對(duì)于方案I，優(yōu)點(diǎn)是去掉了齒輪齒條裝置后轉(zhuǎn)向時(shí)手感較好，采用磁鐵和霍爾角度傳感器進(jìn)行轉(zhuǎn)角測(cè)量，傳感器壽命比方案I的直線位移傳感器長(zhǎng)。缺點(diǎn)是:對(duì)安裝精度的要求更高，成本也更高。
[0009]現(xiàn)有方案3(電機(jī)式）：方向盤軸上安裝有小齒輪，小齒輪與大齒輪相連，在大齒輪上安裝限位裝置。方向盤軸上再通過(guò)齒輪組，安裝電機(jī)和光電編碼器。其中電機(jī)用于提供方向盤回正力和振動(dòng)仿真，光電編碼器用于測(cè)量方向盤轉(zhuǎn)角。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是光電編碼器能夠提供非常高的方向盤轉(zhuǎn)角精度，且數(shù)值穩(wěn)定。電機(jī)能夠提供較為均勻的方向盤反力，手感較好，另外，通過(guò)控制力矩電機(jī)可以模擬顛簸路面的方向盤振動(dòng)。缺點(diǎn)是對(duì)安裝精度要求較高，對(duì)于便攜模擬器來(lái)說(shuō)，采用塑料開(kāi)模配件，能夠保證安裝精度，但是使用壽命較短，耐用性較差。如果采用鋼結(jié)構(gòu)，則造價(jià)較高。另外一個(gè)缺點(diǎn)是方向盤振動(dòng)時(shí)（如方向盤左打死或右打死時(shí))很容易損壞光電編碼器。
[0010]現(xiàn)有方案4(電機(jī)式）:一種力反饋及振動(dòng)的汽車駕駛模擬器轉(zhuǎn)向裝置，它包含方向盤、第一旋轉(zhuǎn)軸、第一齒輪、第二旋轉(zhuǎn)軸、第二齒輪、限位旋柄、限位塊、第一條形磁鐵、第二條形磁鐵、霍爾角度傳感器、線路板、第三齒輪、光電編碼器、第三旋轉(zhuǎn)軸、第四齒輪、皮帶、第五齒輪、第四旋轉(zhuǎn)軸和電機(jī)。第一旋轉(zhuǎn)軸的一端套接有方向盤，第一旋轉(zhuǎn)軸的另一端套接有第四齒輪，第一旋轉(zhuǎn)軸的中心處套接有第一齒輪，第一齒輪的右側(cè)設(shè)置有第二齒輪，第一齒輪與第二齒輪嚙合，第二齒輪套接在第二旋轉(zhuǎn)軸上，第二旋轉(zhuǎn)軸的中心處套接有限位旋柄，限位旋柄的下端設(shè)置有限位塊，第二旋轉(zhuǎn)軸的另一端設(shè)置有粘合在一起的第一條形磁鐵和第二條形磁鐵，第一條形磁鐵和第二條形磁鐵的一側(cè)設(shè)置有線路板，線路板的中心處焊接有霍爾角度傳感器，第一齒輪的左側(cè)設(shè)置有第三齒輪，第一齒輪與第三齒輪嚙合，第三齒輪套接在第三旋轉(zhuǎn)軸的一端上，第三旋轉(zhuǎn)軸的另一端連接有光電編碼器，第四齒輪的通過(guò)皮帶與第五齒輪連接，第五齒輪的中心套接有第四旋轉(zhuǎn)軸，第四旋轉(zhuǎn)軸的一端設(shè)置有電機(jī)。與方案3相比，同時(shí)采用光電編碼器和霍爾角度傳感器進(jìn)行角度測(cè)量，轉(zhuǎn)角測(cè)量精度較高并且能很好地修正方向盤進(jìn)行振動(dòng)時(shí)信號(hào)錯(cuò)誤問(wèn)題。但是該方案的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，成本較高。
[0011 ]比較上述方案，后三個(gè)方案雖然手感較好，但是成本較高。方案I成本較低，但是拉桿式位移傳感器屬于接觸式傳感器，壽命較短。所以如果將方案I中的拉桿式位移傳感器更換為非接觸式的線性霍爾傳感器，則既降低了成本，又延長(zhǎng)了傳感器的使用壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]針對(duì)上述問(wèn)題，本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、操作方便、可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向裝置限位、回正和轉(zhuǎn)角測(cè)量功能的齒輪齒條式汽車駕駛模擬器轉(zhuǎn)向裝置。
[0013]本實(shí)用新型的齒輪齒條式汽車駕駛模擬器轉(zhuǎn)向裝置，它包含方向盤、方向柱、萬(wàn)向節(jié)、齒輪、防塵罩、齒條、螺母、第一擋圈、第一彈簧、第二彈簧、叉耳、支撐桿、杠桿鐵條、第一鉚釘、第二鉚釘、驅(qū)動(dòng)桿、第二擋圈、第三彈簧、定向套管、條形磁鐵、線性霍爾傳感器;方向盤套接在方向柱一端，方向柱另一端連接萬(wàn)向節(jié)，萬(wàn)向節(jié)連接齒輪，齒輪與齒條嚙合，齒輪和齒條安裝在防塵罩內(nèi)，齒條較長(zhǎng)，齒條的一端套接第一彈簧，再套接第一擋圈，螺母旋入齒條并壓住第一擋圈，齒條的另一端套接第二彈簧，叉耳旋入齒條并壓住第二彈簧，支撐桿穿入并焊接在叉耳上，杠桿鐵條由第一鉚釘固定在汽車駕駛模擬器鐵架上，杠桿鐵條一端按壓支撐桿，杠桿鐵條的另一端中心處割出一長(zhǎng)條形開(kāi)口，驅(qū)動(dòng)桿的一端通過(guò)第二鉚釘卡在杠桿鐵條的長(zhǎng)條形開(kāi)口處，驅(qū)動(dòng)桿套入第二擋圈，然后套接第三彈簧再穿入定向套管中，驅(qū)動(dòng)桿另一端粘上條形磁鐵，線性霍爾傳感器處于條形磁鐵旁，并使條形磁鐵處于線性霍爾傳感器的側(cè)面，條形磁鐵和線性霍爾傳感器不接觸。
[0014]本實(shí)用新型的原理為：
[0015]因?yàn)榉较虮P通過(guò)方向柱和萬(wàn)向節(jié)連接到了齒輪，齒輪又與齒條嚙合，形成了齒輪齒條結(jié)構(gòu)，所以方向盤的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)可以轉(zhuǎn)化為齒條的直線運(yùn)動(dòng)，齒條的直線運(yùn)動(dòng)也可以轉(zhuǎn)化為方向盤的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
[0016](I)當(dāng)方向盤在外力的作用下從中心平衡位置順時(shí)針(或逆時(shí)針)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，齒條在齒輪的驅(qū)動(dòng)下也向右（或向左）直線運(yùn)動(dòng)，因?yàn)辇X條的左端有第一擋圈和螺母阻擋第一彈簧，右端有叉耳阻擋第二彈簧，使套在齒條上的第一彈簧(或第二彈簧)被壓縮，此時(shí)被壓縮的彈簧產(chǎn)生彈力作用在齒條上，這個(gè)作用在齒條上的彈力也作用在齒輪上，使齒輪受到逆時(shí)針(或順時(shí)針)方向的旋轉(zhuǎn)力矩，如果作用在方向盤上的外力撤除的話，該力矩通過(guò)萬(wàn)向節(jié)和方向柱使方向盤回