CN111028609B - 一种应用于驾驶模拟器的踏板感觉模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种应用于驾驶模拟器的踏板感觉模拟装置，踏板设置在底板上的两个侧板之间，踏板的传动轴下方还设置有两个传动轴，每个传动轴上各有一个直齿齿轮，三个直齿齿轮从上至下依次啮合，最下方的传动轴上设置有至少三个发条弹簧，每个发条弹簧对应有一个用于限制该发条弹簧向上运动的极限位置的限位柱，三个限位柱设置在位于右侧的侧板的中下部的弧形的限位槽中并且可在限位槽中移动并固定；本装置可以根据不同试验要求下的踏板力与踏板位移关系曲线来调节各限位柱的位置、更换不同规格的发条弹簧以及根据实验精度要求增加发条弹簧和对应限位柱的数量，最大程度地拟合踏板踩下过程中不同阶段不同的踏板感觉。

Description

一种应用于驾驶模拟器的踏板感觉模拟装置

技术领域

本发明属于汽车驾驶模拟器技术领域，涉及一种新型的踏板感觉模拟装置，具体涉及一种应用于驾驶模拟器的踏板感觉模拟装置。

背景技术

近年来，随着计算机视觉技术、传感器技术、处理器及其接口技术以及运动平台的发展，汽车驾驶模拟器技术日趋先进，已经越来越广泛地被应用于各类汽车试验中。而踏板感觉模拟装置是汽车驾驶模拟器开发中非常重要的一项研究内容，直接关系到驾驶员的驾驶舒适度。踏板反馈力的好坏会在触觉方面直接影响驾驶员的沉浸感，最终影响其操作的准确性。真实的力感模拟才能使模拟器上的道路试验更加逼真，其上的试验数据更准确可靠。

而纵观目前主流的踏板感觉模拟装置，可以发现存在以下问题。或者结构过于复杂，装置体积庞大，使得高昂的成本仅仅带来非常有限的踏板感觉提升，得不偿失。或者结构过于简单，并没有起到应有的踏板感觉模拟效果，驾驶员体验较差，试验结果不准确。所以设计结构简便、可靠同时不失真实性的踏板感觉模拟装置是必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于驾驶模拟器的踏板感觉模拟装置，以解决目前已有的装置中普遍存在的结构复杂，体积庞大，安装困难，成本高昂等问题。该新型装置的体积小，在应用的时候不需要对驾驶座舱进行改装，可以极为快捷的进行布置，同时可以方便地调整踏板反馈力。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种应用于驾驶模拟器的踏板感觉模拟装置，包括一个踏板和一个板状的底座，底座上间隔且固定设置有两个竖直向上的侧板，踏板位于两个侧板之间，以模拟车辆行驶时车辆的前进方向为前方，踏板的前端与一个第一传动轴固定连接，第一传动轴的两端支承在两个侧板上的第一传动轴通孔中使第一传动轴可绕自身轴线转动，第一传动轴上套装有一个复位扭簧，复位扭簧的一端与踏板固定，复位扭簧的另一端固定在左侧的侧板上的凹槽结构的扭簧槽中，第一传动轴靠近右侧的侧板的部位上固定设置有一个第一直齿齿轮，第一传动轴下方有一个第二传动轴，第二传动轴支承在右侧的侧板的第二传动轴通孔中，第二传动轴可绕自身轴线转动，第二传动轴上固定设置有一个第二直齿齿轮，第二传动轴下方有一个第三传动轴，第三传动轴的两端支承在两个侧板的第三传动轴通孔中，第三传动轴可绕自身轴线转动，第三传动轴上固定设置有一个第三直齿齿轮，第一直齿齿轮与第二直齿齿轮啮合，第二直齿齿轮与第三直齿齿轮啮合；

第三传动轴上位于第三直齿齿轮的左侧的部位上从右向左依次套装有至少三个结构相同的发条弹簧，每个发条弹簧的内圈的末端均固定在第三传动轴上，每个发条弹簧的外圈的末端均呈向下弯曲的钩状，所有发条弹簧的钩状部在踏板没有被踩踏时位于同一水平线上；

其中位于右侧的侧板的前下部设置有一个限位槽，限位槽为一个向前弯曲的弧形通槽，限位槽中从上至下设置有与发条弹簧数量相同的限位柱，每个限位柱均可以在限位槽中移动，每个限位柱的右端均与位于右侧的侧板两侧的两个调节螺母螺纹连接以固定位置，限位柱的长度由下至上依次增大，每个限位柱的左端位于与其对应的发条弹簧的钩状部的正上方以限制该发条弹簧向上运动的极限位置。

进一步的技术方案包括：

第三传动轴上位于第三直齿齿轮的左侧的部位上从右向左依次套装有三个结构相同的发条弹簧，三个发条弹簧从右向左依次为第一发条弹簧、第二发条弹簧和第三发条弹簧，第一发条弹簧的内圈的末端、第二发条弹簧的内圈的末端和第三发条弹簧的内圈的末端均固定在第三传动轴上，第一发条弹簧的外圈的末端、第二发条弹簧的外圈的末端和第三发条弹簧的外圈的末端均呈向下弯曲的钩状，第一发条弹簧的钩状部、第二发条弹簧的钩状部和第三发条弹簧的钩状部在踏板没有被踩踏时位于同一水平线上；

限位槽中从上至下设置有与发条弹簧数量相同的三个限位柱，三个限位柱分别为第三限位柱、第二限位柱和第一限位柱，第三限位柱的右端、第二限位柱的右端和第一限位柱的右端从上至下依次设置在限位槽中，第三限位柱的右端、第二限位柱的右端和第一限位柱的右端均可以在限位槽中移动并各自与位于右边侧板两侧的两个调节螺母螺纹连接以固定位置，第一限位柱的长度小于第二限位柱的长度，第二限位柱的长度小于第三限位柱的长度，第一限位柱的左端位于第一发条弹簧的钩状部的正上方以限制第一发条弹簧向上运动的极限位置，第二限位柱的左端位于第二发条弹簧的钩状部的正上方以限制第二发条弹簧向上运动的极限位置，第三限位柱的左端位于第三发条弹簧的钩状部的正上方以限制第三发条弹簧向上运动的极限位置。

踏板的上表面上设置有多个防滑孔，以增大踩踏踏板时的摩擦力。

踏板的踏板臂上开有多个沿左右方向的通槽，以减轻踏板的重量。

底座的左右两侧均开有通槽结构的安装槽，用于通过螺栓将底座固定在所需位置。

踏板下方有一个沿左右方向固定设置在两个侧板之间的第四限位柱，以限制踏板向下运动的极限位置。

第一传动轴的两端各通过一个轴承支承在对应的侧板的第一传动轴通孔中，第二传动轴通过一个轴承支承在右侧的侧板的第二传动轴通孔中，第三传动轴的两端各通过一个轴承支承在对应的侧板的第三传动轴通孔中。

第一直齿齿轮的齿数大于第三直齿齿轮的齿数。

左侧的侧板的内侧有一个凸起的凸台，扭簧槽设置在凸台上。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

本发明无需对模拟器座舱本身进行改装，布置灵活、便捷；踏板面布置有防滑孔，可以有效避免打滑误操作。装置采用至少三个发条弹簧进行踏板力反馈模拟，可以根据不同试验要求下的踏板力与踏板位移关系曲线来调节各限位柱处于限位槽的位置、更换不同规格的发条弹簧以及根据实验精度要求增加发条弹簧和对应限位柱的数量，最大程度地拟合踏板踩下过程中不同阶段不同的踏板感觉。整体结构简单，使用稳定，在实现制动踏板感觉贴切模拟的同时大大降低了实现的成本，为科研教学提供了新型的工具手段

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1为本发明的轴测图。

图2为本发明的后视图。

图3是本发明后视角度下的轴测图。

图4为本发明去掉左侧的侧板且踏板处于踩踏后的极限位置的轴测图。

图5为本发明去掉左侧的侧板且踏板处于踩踏后的极限位置的主视图。

图6为本发明中的发条弹簧的结构示意图。

图7为本发明中的扭簧槽处的局部图。

图8为本发明的踏板位移与踏板力的关系曲线。

图中：1.踏板，2.第一传动轴，3.复位扭簧，4.第一直齿齿轮，5.第二传动轴，6.第二直齿齿轮，7.第三直齿齿轮，8.第三传动轴，9.第一发条弹簧，10.第二发条弹簧，11.第三发条弹簧，12.扭簧槽，13.第一限位柱，14.第二限位柱，15.第三限位柱，16.调节螺母，17.侧板，18.底座，19.限位槽，20.安装槽，21.第四限位柱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述：

本发明提供了一种应用于驾驶模拟器的踏板感觉模拟装置，包括一个踏板1和一个板状的底座18，底座18上间隔且固定设置有两个竖直向上的侧板17，踏板1位于两个侧板17之间，以模拟车辆行驶时车辆的前进方向为前方，踏板1的前端与一个第一传动轴2固定连接，第一传动轴2的两端各通过一个轴承支承在两个侧板17上的第一传动轴通孔中使第一传动轴2可绕自身轴线转动，第一传动轴2上套装有一个复位扭簧3，复位扭簧3的一端与踏板1固定，左侧的侧板17的内侧有一个凸起的凸台，凸台上设置有一个凹槽结构的扭簧槽12，复位扭簧3的另一端固定在左侧的侧板17上的扭簧槽12中，第一传动轴2靠近右侧的侧板17的部位上固定设置有一个第一直齿齿轮4，第一传动轴2下方有一个第二传动轴5，第二传动轴5通过一个轴承支承在右侧的侧板17的第二传动轴通孔中，第二传动轴5可绕自身轴线转动，第二传动轴5上固定设置有一个第二直齿齿轮6，第二传动轴5下方有一个第三传动轴8，第三传动轴8的两端各通过一个轴承支承在对应的侧板17的第三传动轴通孔中，第三传动轴8可绕自身轴线转动，第三传动轴8上固定设置有一个第三直齿齿轮7，第一直齿齿轮4与第二直齿齿轮6啮合，第二直齿齿轮6与第三直齿齿轮7啮合；第一直齿齿轮4的齿数大于第三直齿齿轮7的齿数。

第三传动轴8上位于第三直齿齿轮7的左侧的部位上套装有三个结构相同的发条弹簧，三个发条弹簧从右向左依次为第一发条弹簧9、第二发条弹簧10和第三发条弹簧11，第一发条弹簧9的内圈的末端、第二发条弹簧10的内圈的末端和第三发条弹簧11的内圈的末端均固定在第三传动轴8上，第一发条弹簧9的外圈的末端、第二发条弹簧10的外圈的末端和第三发条弹簧11的外圈的末端均呈向下弯曲的钩状，第一发条弹簧9的钩状部、第二发条弹簧10的钩状部和第三发条弹簧11的钩状部在踏板1没有被踩踏时位于同一水平线上；

其中位于右侧的侧板17的前下部设置有一个限位槽19，限位槽19为一个向前弯曲的弧形通槽，限位槽19中从上至下设置有与发条弹簧数量相同的限位柱。三个限位柱分别为第三限位柱15、第二限位柱14和第一限位柱13，第三限位柱15的右端、第二限位柱14的右端和第一限位柱13的右端从上至下依次设置在限位槽19中，第三限位柱15的右端、第二限位柱14的右端和第一限位柱13的右端均可以在限位槽19中移动并各自与位于右侧的侧板17两侧的两个调节螺母16螺纹连接以固定位置，第一限位柱13的长度小于第二限位柱14的长度，第二限位柱14的长度小于第三限位柱15的长度，第一限位柱13的左端位于第一发条弹簧9的钩状部的正上方以限制第一发条弹簧9向上运动的极限位置，第二限位柱14的左端位于第二发条弹簧10的钩状部的正上方以限制第二发条弹簧10向上运动的极限位置，第三限位柱15的左端位于第三发条弹簧11的钩状部的正上方以限制第三发条弹簧11向上运动的极限位置。

踏板1的上表面上设置有多个防滑孔，以增大踩踏踏板1时的摩擦力。踏板1的踏板臂上开有多个沿左右方向的通槽，以减轻踏板1的重量。

底座18的左右两侧均开有通槽结构的安装槽20用于通过螺栓将底座18固定在所需位置。

踏板1下方有一个沿左右方向固定设置在两个侧板17之间的第四限位柱21，以限制踏板1向下运动的极限位置。

本发明的工作原理：

当装置未工作时，踏板1受到底部来自于复位扭簧3的支撑力，处于复位位置。复位扭簧3的支撑力与踏板1的重力基本相等。第一发条弹簧9、第二发条弹簧10、第三发条弹簧11的外圈末端的钩状部处于同一水平线。第一发条弹簧9的钩状部与第一限位柱13之间存在一定的空隙。当驾驶员踩下踏板1时，总共会产生四个阶段不同刚度的踏板力。

空行程阶段：踏板1克服复位扭簧3的支撑力向下摆动，带动第一传动轴2旋转，第一传动轴2上的第一直齿齿轮4带动第二传动轴5上的第二直齿齿轮6旋转，进而带动第三传动轴8上的第三直齿齿轮7旋转。第三传动轴8旋转，带动三个发条弹簧旋转，第一发条弹簧9的钩状部逐渐消除与第一限位柱13之间的间隙。机构间隙很小，克服间隙的这一阶段为空行程阶段。

第一阶段：踏板1行程增大，第三传动轴8继续旋转，第一发条弹簧9的钩状部接触第一限位柱13，但是整体在第三传动轴8作用的带动下，继续转动，产生踏板反馈力。第二发条弹簧10和第三发条弹簧11仍继续旋转。

第二阶段：踏板1行程继续增大，第三传动轴8继续旋转，第二发条弹簧10的钩状部接触第二限位柱14，与第一发条弹簧9共同产生踏板反馈力，第三发条弹簧11继续旋转。

第三阶段：踏板1行程继续增大，第三传动轴8继续旋转，第三发条弹簧11的钩状部接触第三限位柱15，与第一发条弹簧9、第二发条弹簧10共同产生踏板反馈力。当踏板1接触第四限位柱21时，踏板反馈力增至最大。当驾驶员脚离开踏板1时，踏板1会在第一发条弹簧9、第二发条弹簧10、第三发条弹簧11的作用下回撤，并在复位扭簧3的作用下回归到初始位置。

踏板位移与踏板力的关系曲线如图8所示。其中细线为实车踏板力位移曲线，粗实线为本装置拟合后的踏板力位移曲线。可以证明本发明工作时所产生的踏板反馈力与实车测得的踏板反馈力拟合效果良好，驾驶员可以获得较为真实的踏板感觉。

Claims (7)

1.一种应用于驾驶模拟器的踏板感觉模拟装置，包括一个踏板（1）和一个板状的底座（18），其特征在于，底座（18）上间隔且固定设置有两个竖直向上的侧板（17），踏板（1）位于两个侧板（17）之间，以模拟车辆行驶时车辆的前进方向为前方，踏板（1）的前端与一个第一传动轴（2）固定连接，第一传动轴（2）的两端支承在两个侧板（17）上的第一传动轴通孔中使第一传动轴（2）可绕自身轴线转动，第一传动轴（2）上套装有一个复位扭簧（3），复位扭簧（3）的一端与踏板（1）固定，复位扭簧（3）的另一端固定在左侧的侧板（17）上的凹槽结构的扭簧槽（12）中，第一传动轴（2）靠近右侧的侧板（17）的部位上固定设置有一个第一直齿齿轮（4），第一传动轴（2）下方有一个第二传动轴（5），第二传动轴（5）支承在右侧的侧板（17）的第二传动轴通孔中，第二传动轴（5）可绕自身轴线转动，第二传动轴（5）上固定设置有一个第二直齿齿轮（6），第二传动轴（5）下方有一个第三传动轴（8），第三传动轴（8）的两端支承在两个侧板（17）的第三传动轴通孔中，第三传动轴（8）可绕自身轴线转动，第三传动轴（8）上固定设置有一个第三直齿齿轮（7），第一直齿齿轮（4）与第二直齿齿轮（6）啮合，第二直齿齿轮（6）与第三直齿齿轮（7）啮合；

第三传动轴（8）上位于第三直齿齿轮（7）的左侧的部位上从右向左依次套装有至少三个结构相同的发条弹簧，每个发条弹簧的内圈的末端均固定在第三传动轴（8）上，每个发条弹簧的外圈的末端均呈向下弯曲的钩状，所有发条弹簧的钩状部在踏板（1）没有被踩踏时位于同一水平线上；

其中位于右侧的侧板（17）的前下部设置有一个限位槽（19），限位槽（19）为一个向前弯曲的弧形通槽，限位槽（19）中从上至下设置有与发条弹簧数量相同的限位柱，每个限位柱均可以在限位槽（19）中移动，每个限位柱的右端均与位于右侧的侧板（17）两侧的两个调节螺母（16）螺纹连接以固定位置，限位柱的长度由下至上依次增大，每个限位柱的左端位于与其对应的发条弹簧的钩状部的正上方以限制该发条弹簧向上运动的极限位置；

踏板（1）的上表面上设置有多个防滑孔，以增大踩踏踏板（1）时的摩擦力；

踏板（1）下方有一个沿左右方向固定设置在两个侧板（17）之间的第四限位柱（21），以限制踏板（1）向下运动的极限位置。

2.根据权利要求1所述的一种应用于驾驶模拟器的踏板感觉模拟装置，其特征在于，第三传动轴（8）上位于第三直齿齿轮（7）的左侧的部位上从右向左依次套装有三个结构相同的发条弹簧，三个发条弹簧从右向左依次为第一发条弹簧（9）、第二发条弹簧（10）和第三发条弹簧（11），第一发条弹簧（9）的内圈的末端、第二发条弹簧（10）的内圈的末端和第三发条弹簧（11）的内圈的末端均固定在第三传动轴（8）上，第一发条弹簧（9）的外圈的末端、第二发条弹簧（10）的外圈的末端和第三发条弹簧（11）的外圈的末端均呈向下弯曲的钩状，第一发条弹簧（9）的钩状部、第二发条弹簧（10）的钩状部和第三发条弹簧（11）的钩状部在踏板（1）没有被踩踏时位于同一水平线上；

限位槽（19）中从上至下设置有与发条弹簧数量相同的三个限位柱，三个限位柱分别为第三限位柱（15）、第二限位柱（14）和第一限位柱（13），第三限位柱（15）的右端、第二限位柱（14）的右端和第一限位柱（13）的右端从上至下依次设置在限位槽（19）中，第三限位柱（15）的右端、第二限位柱（14）的右端和第一限位柱（13）的右端均可以在限位槽（19）中移动并各自与位于右边侧板（17）两侧的两个调节螺母（16）螺纹连接以固定位置，第一限位柱（13）的长度小于第二限位柱（14）的长度，第二限位柱（14）的长度小于第三限位柱（15）的长度，第一限位柱（13）的左端位于第一发条弹簧（9）的钩状部的正上方以限制第一发条弹簧（9）向上运动的极限位置，第二限位柱（14）的左端位于第二发条弹簧（10）的钩状部的正上方以限制第二发条弹簧（10）向上运动的极限位置，第三限位柱（15）的左端位于第三发条弹簧（11）的钩状部的正上方以限制第三发条弹簧（11）向上运动的极限位置。

3.根据权利要求1或2所述的一种应用于驾驶模拟器的踏板感觉模拟装置，其特征在于，踏板（1）的踏板臂上开有多个沿左右方向的通槽，以减轻踏板（1）的重量。

4.根据权利要求1或2所述的一种应用于驾驶模拟器的踏板感觉模拟装置，其特征在于，底座（18）的左右两侧均开有通槽结构的安装槽（20），用于通过螺栓将底座（18）固定在所需位置。

5.根据权利要求1或2所述的一种应用于驾驶模拟器的踏板感觉模拟装置，其特征在于，第一传动轴（2）的两端各通过一个轴承支承在对应的侧板（17）的第一传动轴通孔中，第二传动轴（5）通过一个轴承支承在右侧的侧板（17）的第二传动轴通孔中，第三传动轴（8）的两端各通过一个轴承支承在对应的侧板（17）的第三传动轴通孔中。

6.根据权利要求1或2所述的一种应用于驾驶模拟器的踏板感觉模拟装置，其特征在于，第一直齿齿轮（4）的齿数大于第三直齿齿轮（7）的齿数。

7.根据权利要求1或2所述的一种应用于驾驶模拟器的踏板感觉模拟装置，其特征在于，左侧的侧板（17）的内侧有一个凸起的凸台，扭簧槽（12）设置在凸台上。