[发明专利]一种齿条限位且位移式测量的驾驶模拟器转向装置

说明书

技术领域

本发明涉及驾驶模拟器技术领域，尤其涉及驾驶模拟器转向装置。

背景技术

驾驶模拟器是一种驾驶训练的教学设备，它利用虚拟现实仿真技术营造虚拟驾驶训练环境，学员通过驾驶模拟器的操作部件与模拟驾驶软件进行交互，从而学习驾驶技能。利用模拟驾驶技术对新学员进行培训，不仅可以安全、高效地训练新学员，且具有成本低、零排放、绿色环保的特点；若充分利用模拟驾驶训练方法，将可以带来显著地经济效益和社会效益。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模拟器的体验。通常来说，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，驾驶模拟器方向盘转动的时候其转动角度受到限制，通常包括±720度（即方向盘从中位开始可以向左或向右转两圈）和±540度（即方向盘从中位开始可以向左或向右转一圈半）两种。

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、碰撞等异常情况时，方向盘会产生振动。

在现有技术中，参考中国专利ZL201520879731.8所描述的齿轮齿条式汽车驾驶模拟器转向装置，其利用方向柱、万向节与齿轮齿条进行配合，将方向盘的旋转运动转化为齿条的直线运动，并在齿条直线运动的过程中，基于蜗杆上设置的弹簧的压缩能力，使得转向装置实现回正与限位，同时，配合第一铆钉以及第二铆钉使得驱动杆上的条形磁铁在直线运动过程中磁场发生变化，导致霍尔器件的电压变化，实现方向盘角度测量的功能；虽然该方案也能实现汽车驾驶模拟器的回正、限位以及角度测量等基本功能，但是由于蜗杆阻力较大，需要配合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；

参考中国专利ZL201420372533.8所描述的机械式回正的汽车驾驶模拟器转向装置，其在方向盘转动时，通过齿轮配合旋转带动了旋转轴旋转，进而带动了限位旋柄、第一条形磁铁和第二条形磁铁旋转，当限位旋柄向左或向右旋转触碰到限位块时，方向盘无法继续转动，这就是方向盘的限位功能。在旋转过程中，旋转轴上的两个弹簧还会提供给给方向盘一个自动回正的扭矩，实现方向盘自动回正，第一条形磁铁和第二条形磁铁旋转时与霍尔角度传感器的相对角度发生变化，从而输出不同的电压值，从而实现转角测量。同时，参考中国专利ZL201520224226.X所描述的双弹簧回正的汽车驾驶模拟器转向装置，其与中国专利ZL201420372533.8实现方案基本类似，改进了弹簧的安装位置，便于对弹簧进行拆装。但是这两项专利不可避免的缺点在于:（1）方向盘处于中心位置附近时，两弹簧的形变较小，使回正力矩较小，使方向盘在中心位置附近时较难自动回到正中心位。（2）限位块和限位旋柄占用较大空间，使转向装置体积较大。（3）采用了两个弹簧进行回正驱动，成本较高，两个弹簧的个体差异性易导致左右向回正力度不一致。

综上，现有技术中提供的驾驶模拟器转向装置虽然也能提供基本的如回正、限位角度测量等功能，但无法提供较佳的安全性和手感性，或者必然浪费较大的空间使得转向装置体积较大以及左右回正力度不一致等技术问题，用户体验较差。

发明内容