CN204516099U - 双弹簧回正的汽车驾驶模拟器转向装置 - Google Patents

Abstract

双弹簧回正的汽车驾驶模拟器转向装置，它涉及汽车驾驶模拟器技术领域；第一旋转轴的一端套接有方向盘，第一旋转轴的另一端为细方形长条，该细方形长条上套接有旋转阻尼器，第一旋转轴的中部套接有第一齿轮，第一齿轮的右侧啮合有第二齿轮，第二齿轮套接在第二旋转轴的中部，第一限位旋柄和第二限位旋柄设置在第二齿轮的两侧且套接在第二旋转轴上，第一弹簧设置在第一限位旋柄的外侧且套在第二旋转轴上，第一弹簧的一端卡接在第一限位旋柄上，第一弹簧的另一端固定在汽车驾驶模拟器结构支架上，第二弹簧设置在第二限位旋柄的外侧且套在第二旋转轴上，第二弹簧的一端卡接在第二限位旋柄上；该装置结构简单，成本较低，使用寿命较长。

Description

双弹簧回正的汽车驾驶模拟器转向装置

技术领域

本实用新型涉及汽车驾驶模拟器技术领域，具体涉及一种双弹簧回正的汽车驾驶模拟器转向装置。

背景技术

汽车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，它是汽车驾驶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驾驶模拟器的体验。通常来说，汽车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。

限位：通常汽车方向盘转动的时候都有转动角度限制，通常包括±720度（即方向盘可以向左转两圈，也可以向右转两圈），±540度（即方向盘可以向左转一圈半，也可以向右转一圈半）。

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。

以下描述现有常见的汽车驾驶模拟器转向装置：

现有方案一：方向盘安装在一条中心旋转轴的一端，在中心旋转轴的另一端安装有蜗轮蜗杆装置,从而将方向盘的旋转运动转化为直线运动，在直线运动的轴两边安装有弹簧，用于方向盘回正。另外，在直线运动的轴上的一端，安装有直线位移传感器。在直线轴的两端，安装有两个限位螺帽，用于限制直线轴的运动范围，从而限制了方向盘的转动角度。这种方案的优点是对安装精度要求不高，生产成本较为低廉。缺点是蜗轮蜗杆阻力较大，需要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。

现有方案二：方向盘轴上安装有小齿轮，小齿轮与大齿轮相连，在大齿轮上安装限位装置。方向盘轴上再通过齿轮组，安装电机和光电编码器。其中电机用于提供方向盘回正力和振动仿真，光电编码器用于测量方向盘转角。这种方案的优点是光电编码器能够提供非常高的方向盘转角精度，且数值稳定。电机能够提供较为均匀的方向盘反力，手感较好，另外，通过控制力矩电机可以模拟颠簸路面的方向盘振动。缺点是对安装精度要求较高，对于便携模拟器来说，采用塑料开模配件，能够保证安装精度，但是使用寿命较短，耐用性较差。如果采用钢结构，则造价较高。另外一个缺点是光电编码器在旋转过程中（尤其是方向盘有振动的情况下），容易丢失信号，从而使得方向盘转角数值出现错误。

现有方案三：方向盘轴上安装有小齿轮，小齿轮与大齿轮相连，在大齿轮上安装限位装置。另外，在方向盘轴上安装多个齿轮组，在齿轮组上安装弹簧，用于方向盘回正。在方向盘轴上再安装一个偏心轮，用于安装位移传感器从而测量方向盘转角。通过偏心轮的方法安装位移传感器用于测量方向盘角度，结构较为复杂。另外，为了减缓弹簧的回正力，采用了多个齿轮组的方法，结构复杂，成本较高。

现有方案四：一种力反馈及振动的汽车驾驶模拟器转向装置，它包含方向盘、第一旋转轴、第一齿轮、第二旋转轴、第二齿轮、限位旋柄、限位块、第一条形磁铁、第二条形磁铁、霍尔角度传感器、线路板、第三齿轮、光电编码器、第三旋转轴、第四齿轮、皮带、第五齿轮、第四旋转轴和电机。它能够实现转向装置的限位、转角测量、回正和振动功能，并且能很好地修正方向盘进行振动仿真时信号错误问题。由于采用电机进行方向盘回正，因此具有回正力度大小可调、能够进行振动仿真、回正力均匀和方向盘手感较好的优点。同时采用光电编码器和霍尔角度传感器进行角度测量，转角测量精度较高。但是这种转向装置结构较为复杂，成本较高。

现有方案五：一种机械式回正的汽车驾驶模拟器转向装置，它包含方向盘、第一旋转轴、第一齿轮、第二旋转轴、第二齿轮、限位旋柄、限位块、第一条形磁铁、第二条形磁铁、霍尔角度传感器、线路板、第一弹簧、第二弹簧和旋转阻尼器。第一旋转轴的一端套接有方向盘，第一旋转轴的另一端为细方形长条，该细方形长条上套接有旋转阻尼器，第一旋转轴的中部套接有第一齿轮，第一齿轮的右侧啮合有第二齿轮，第二齿轮套接在第二旋转轴的一端，第二旋转轴的中部套接有限位旋柄，限位旋柄的下方设置有限位块，第二旋转轴的另一端设置有粘合在一起的第一条形磁铁和第二条形磁铁，第一条形磁铁和第二条形磁铁的一侧设置有线路板，线路板的中心处焊接有霍尔角度传感器，第一弹簧套在第二旋转轴上，并且位于第二齿轮与限位旋柄之间，第一弹簧的一端卡在限位旋柄上，第一弹簧另一端固定，第二弹簧套在第二旋转轴上，并且位于限位旋柄与第一条形磁铁之间，第二弹簧的一端卡在限位旋柄上，第二弹簧另一端固定。这种方案的优点是成本相对低廉，缺点是一个弹簧安装在第二齿轮与限位旋柄之间，如果弹簧出现损坏，则拆装弹簧非常不便。

比较上述五种方案，可以发现现有方案四虽然能够提供更好的操作手感，但是造价相对较高，而现有方案五虽然造价低廉，效果也较好，但是如果弹簧出现损坏，则拆装弹簧非常不便。因此如果能够改进方案五的结构，则可以提供一种非常好的机械式回正的转向装置。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种双弹簧回正的汽车驾驶模拟器转向装置，能够实现转向装置的限位、转角测量和回正功能。采用两个弹簧进行方向盘回正，并且安装了旋转阻尼器，用以降低方向盘回正的速度，从而获得较好的方向盘手感。采用非接触式的霍尔角度传感器进行转角测量，因此使用寿命较长，结构简单，成本较低。

为了解决背景技术所存在的问题，本实用新型是采用以下技术方案：它包含方向盘、第一旋转轴、第一齿轮、旋转阻尼器、第二旋转轴、第一弹簧、第一限位旋柄、限位块、第二齿轮、第二限位旋柄、第二弹簧、第一条形磁铁、第二条形磁铁、线路板、霍尔角度传感器，第一旋转轴的一端套接有方向盘，第一旋转轴的另一端为细方形长条，该细方形长条上套接有旋转阻尼器，第一旋转轴的中部套接有第一齿轮，第一齿轮的右侧啮合有第二齿轮，第二齿轮套接在第二旋转轴的中部，第一限位旋柄和第二限位旋柄设置在第二齿轮的两侧且套接在第二旋转轴上，第一弹簧设置在第一限位旋柄的外侧且套在第二旋转轴上，第一弹簧的一端卡接在第一限位旋柄上，第一弹簧的另一端固定在汽车驾驶模拟器结构支架上，第二弹簧设置在第二限位旋柄的外侧且套在第二旋转轴上，第二弹簧的一端卡接在第二限位旋柄上，第二弹簧的另一端固定在汽车驾驶模拟器结构支架上，第一限位旋柄的正下方设置有限位块，第二旋转轴的一端设置有粘合在一起的第一条形磁铁和第二条形磁铁，第一条形磁铁和第二条形磁铁的一侧设置有线路板，线路板的中心处焊接有霍尔角度传感器。

本实用新型的原理为：方向盘转动时，带动第一旋转轴旋转，从而带动第一齿轮旋转，第一齿轮带动第二齿轮旋转，第二齿轮旋转带动了第二旋转轴旋转，从而带动了第一限位旋柄、第二限位旋柄、第一条形磁铁和第二条形磁铁旋转，当第一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。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，根据这个电压值从而可以计算出方向盘转角。当方向盘从中位（车辆直线行驶时的方向盘位置）开始逆时针旋转时，通过第一旋转轴、第一齿轮、第二齿轮和第二旋转轴，带动第一限位旋柄顺时针旋转，第一限位旋柄顺时针旋转使得第一弹簧越扭越紧，从而给方向盘一个自动回正的扭矩，实现方向盘自动回正，此时第二弹簧不起作用。当方向盘从中位顺时针旋转时，通过第一旋转轴、第一齿轮、第二齿轮和第二旋转轴，带动第二限位旋柄逆时针旋转，第二限位旋柄逆时针旋转使得第二弹簧越扭越紧，从而给方向盘一个自动回正的扭矩，实现方向盘自动回正，此时第一弹簧不起作用。采用旋转阻尼器延缓回正速度，从而使得方向盘回正均匀且手感较好。

本实用新型具有以下有益效果：

1、它可以完全实现方向盘的限位、转角测量和回正功能。

2、它采用非接触式的霍尔角度传感器测量方向盘转角，因此使用寿命较长。

3、它采用弹簧回正，同时采用旋转阻尼器延缓回正速度，从而使得方向盘回正均匀且手感较好。

4、将弹簧安装在限位旋柄和齿轮的外侧，拆装较为方便。

附图说明：

图1为本实用新型的立体结构示意图；

图2为图1的俯视图。

附图标记：1-方向盘；2-第一旋转轴；3-第一齿轮；4-旋转阻尼器；5-第二旋转轴；6-第一弹簧；7-第一限位旋柄；8-限位块；9-第二齿轮；10-第二限位旋柄；11-第二弹簧；12-第一条形磁铁；13-第二条形磁铁；14-线路板；15-霍尔角度传感器。

具体实施方式：

具体实施方式一：参照图1-图2，本具体实施方式采用以下技术方案：它包含方向盘1、第一旋转轴2、第一齿轮3、旋转阻尼器4、第二旋转轴5、第一弹簧6、第一限位旋柄7、限位块8、第二齿轮9、第二限位旋柄10、第二弹簧11、第一条形磁铁12、第二条形磁铁13、线路板14、霍尔角度传感器15，第一旋转轴2的一端套接有方向盘1，第一旋转轴2的另一端为细方形长条，该细方形长条上套接有旋转阻尼器4，第一旋转轴2的中部套接有第一齿轮3，第一齿轮3的右侧啮合有第二齿轮9，第二齿轮9套接在第二旋转轴5的中部，第一限位旋柄7和第二限位旋柄10设置在第二齿轮9的两侧且套接在第二旋转轴5上，第一弹簧6设置在第一限位旋柄7的外侧且套在第二旋转轴5上，第一弹簧6的一端卡接在第一限位旋柄7上，第一弹簧6的另一端固定在汽车模拟器结构支架上，第二弹簧11设置在第二限位旋柄10的外侧且套在第二旋转轴5上，第二弹簧11的一端卡接在第二限位旋柄10上，第二弹簧11的另一端固定在汽车模拟器结构支架上，第一限位旋柄7的正下方设置有限位块8，第二旋转轴5的一端设置有粘合在一起的第一条形磁铁12和第二条形磁铁13，第一条形磁铁12和第二条形磁铁13的一侧设置有线路板14，线路板14的中心处焊接有霍尔角度传感器15。通常来说，第一旋转轴2和第二旋转轴5都通过轴承固定在汽车驾驶模拟器的支架上。第一旋转轴2需要安装两个轴承，最好安装在第一齿轮3的两侧。第二旋转轴5需要安装两个轴承，最好安装在第二齿轮9的两侧。安装在第二旋转轴5上的2个轴承也可以安装在其他位置，但是安装在第二齿轮9的两侧使得第一弹簧6和第二弹簧11的拆装较为方便。另外，第一弹簧6和第二弹簧11也可以分别卡在第一限位旋柄7和第二限位旋柄10的另外一边，使得方向盘旋转时候使得弹簧越扭越松，从而提供反力。

本具体实施方式能够实现转向装置的限位、转角测量和回正功能。采用一对弹簧进行方向盘回正，并且安装了旋转阻尼器，用以降低方向盘回正的速度，从而获得较好的方向盘手感。采用非接触式的霍尔角度传感器进行转角测量，因此使用寿命较长。改进弹簧安装位置，使得弹簧这种易损部件容易拆装替换。

具体实施方式二：本具体实施与具体实施方式一的不同之处在于：将所述的第一条形磁铁12和第二条形磁铁13更换为一个NS同面的磁铁。

具体实施方式三：本具体实施与具体实施方式一的不同之处在于：将所述的第一条形磁铁12、第二条形磁铁13、线路板14、霍尔角度传感器15更换为一个角位移传感器并与第二旋转轴5连接。

具体实施方式四：本具体实施与具体实施方式一的不同之处在于：将所述的第一条形磁铁12、第二条形磁铁13、线路板14、霍尔角度传感器15更换为一个光电编码器并与第二旋转轴5连接。

具体实施方式五：本具体实施与具体实施方式一的不同之处在于：将所述的第一条形磁铁12、第二条形磁铁13、线路板14、霍尔角度传感器15更换为一个将NS同面的磁铁和霍尔角度传感器封装在一起的角度测量装置，并与第二旋转轴5连接。

另外，在具体实施过程中，第二限位旋柄正下方也可以再安装一个限位块，共同承担限位作用。或将第一限位旋柄下的限位块安装在第二限位旋柄的正下方。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征以及本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定 。

Claims (5)

1.双弹簧回正的汽车驾驶模拟器转向装置，其特征在于它包含方向盘(1)、第一旋转轴(2)、第一齿轮(3)、旋转阻尼器(4)、第二旋转轴(5)、第一弹簧(6)、第一限位旋柄(7)、限位块(8)、第二齿轮(9)、第二限位旋柄(10)、第二弹簧(11)、第一条形磁铁(12)、第二条形磁铁(13)、线路板(14)、霍尔角度传感器(15)，第一旋转轴(2)的一端套接有方向盘(1)，第一旋转轴(2)的另一端为细方形长条，该细方形长条上套接有旋转阻尼器(4)，第一旋转轴(2)的中部套接有第一齿轮(3)，第一齿轮(3)的右侧啮合有第二齿轮(9)，第二齿轮(9)套接在第二旋转轴(5)的中部，第一限位旋柄(7)和第二限位旋柄(10)设置在第二齿轮(9)的两侧且套接在第二旋转轴(5)上，第一弹簧(6)设置在第一限位旋柄(7)的外侧且套在第二旋转轴(5)上，第一弹簧(6)的一端卡接在第一限位旋柄(7)上，第一弹簧(6)的另一端固定在汽车驾驶模拟器结构支架上，第二弹簧(11)设置在第二限位旋柄(10)的外侧且套在第二旋转轴(5)上，第二弹簧(11)的一端卡接在第二限位旋柄(10)上，第二弹簧(11)的另一端固定在汽车驾驶模拟器结构支架上，第一限位旋柄(7)的正下方设置有限位块(8)，第二旋转轴(5)的一端设置有粘合在一起的第一条形磁铁(12)和第二条形磁铁(13)，第一条形磁铁(12)和第二条形磁铁(13)的一侧设置有线路板(14)，线路板(14)的中心处焊接有霍尔角度传感器(15)。

2.根据权利要求1所述的双弹簧回正的汽车驾驶模拟器转向装置，其特征在于所述的第一条形磁铁(12)和第二条形磁铁(13)为一个NS同面的磁铁。

3.根据权利要求1所述的双弹簧回正的汽车驾驶模拟器转向装置，其特征在于所述的第一条形磁铁(12)、第二条形磁铁(13)、线路板(14)、霍尔角度传感器(15)为一个角位移传感器并与第二旋转轴(5)连接。

4.根据权利要求1所述的双弹簧回正的汽车驾驶模拟器转向装置，其特征在于所述的第一条形磁铁(12)、第二条形磁铁(13)、线路板(14)、霍尔角度传感器(15)为一个光电编码器并与第二旋转轴(5)连接。

5.根据权利要求1所述的双弹簧回正的汽车驾驶模拟器转向装置，其特征在于所述的第一条形磁铁(12)、第二条形磁铁(13)、线路板(14)、霍尔角度传感器(15)为一个将NS同面的磁铁和霍尔角度传感器封装在一起的角度测量装置，并与第二旋转轴(5)连接。