非接觸式角度測量及電機(jī)驅(qū)動(dòng)的汽車模擬器轉(zhuǎn)向裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及汽車模擬器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及非接觸式角度測量及電機(jī)驅(qū)動(dòng)的汽車模擬器轉(zhuǎn)向裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]汽車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，它是汽車模擬器所有操作部件中最復(fù)雜也最為重要的操作部件，轉(zhuǎn)向裝置的仿真度將直接影響用戶對整個(gè)汽車模擬器的體驗(yàn)。通常來說，汽車模擬器中的轉(zhuǎn)向裝置需要有如下功能:限位、回正和轉(zhuǎn)角測量。如果要獲得更好的體驗(yàn)，通常轉(zhuǎn)向裝置還可以增加振動(dòng)功能。
[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(即方向盤從中位開始可以向左或向右轉(zhuǎn)兩圈)和±540度(即方向盤從中位開始可以向左或向右轉(zhuǎn)一圈半)兩種。
[0004]回正:在車輛的行駛過程中，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轉(zhuǎn)角測量傳感器。
[0006]振動(dòng)仿真:模擬駕駛過程中車輛遇到顛簸路面時(shí)候方向盤的感覺。
[0007]汽車模擬器轉(zhuǎn)向裝置可以分為機(jī)械式轉(zhuǎn)向裝置和電機(jī)式轉(zhuǎn)向裝置，機(jī)械式轉(zhuǎn)向裝置由彈簧提供回正力，電機(jī)式轉(zhuǎn)向裝置則由電機(jī)提供回正力和振動(dòng)。通常來說，電機(jī)式轉(zhuǎn)向裝置回正力更為均勻且力度可調(diào)，而且還可以進(jìn)行振動(dòng)仿真，但是成本比機(jī)械式稍高。
[0008]以下描述現(xiàn)有汽車模擬器轉(zhuǎn)向裝置各種實(shí)現(xiàn)方法:
[0009]現(xiàn)有方案中，實(shí)現(xiàn)方向盤限位通常有2種方法:(I)采用蝸輪蝸桿裝置將方向盤的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，然后在直線運(yùn)動(dòng)方向上安裝彈簧，采用彈簧的壓縮極限實(shí)現(xiàn)方向盤的限位功能。這種方案中，優(yōu)點(diǎn)是成本較低，缺點(diǎn)是彈簧被壓縮到極致導(dǎo)致使用壽命較短、彈簧相互擠壓也會(huì)產(chǎn)生噪音、采用蝸輪蝸桿裝置導(dǎo)致方向盤手感較差。(2)采用齒輪結(jié)構(gòu)將方向盤的多圈轉(zhuǎn)動(dòng)(±720度或±540度)變換成小于一圈的轉(zhuǎn)動(dòng)，再使用限位旋柄和限位用塑料圓柱實(shí)現(xiàn)限位功能。該方案的優(yōu)點(diǎn)是由于沒有蝸輪蝸桿裝置，因此手感較好。缺點(diǎn)是限位旋柄與限位用塑料圓柱的接觸為直線段式接觸，接觸面積非常小(理論上接觸位置為一條直線段，接觸面積為0)，限位時(shí)限位旋柄與限位用塑料圓柱之間壓強(qiáng)較大，限位用塑料圓柱很容易損壞。限位用塑料圓柱損壞后，整個(gè)轉(zhuǎn)向裝置就無法正常使用了。
[0010]現(xiàn)有方案中，實(shí)現(xiàn)方向盤回正通常有2種方法:(I)采用彈簧提供方向盤的回正力，這種方案中，回正力與彈簧的形變量成正比，方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)角度越大，彈簧形變量也越大。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，缺點(diǎn)是回正力不均勻、回正力大小不可調(diào)，且方向盤手感較差。(2 )采用電機(jī)提供方向盤的回正力，其回正力大小及方向受控制信號(hào)決定，與方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)位置無關(guān)，優(yōu)點(diǎn)是回正力大小可調(diào)、反力均勻，方向盤手感較好。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、成本偏尚ο
[0011]現(xiàn)有方案中，實(shí)現(xiàn)方向盤轉(zhuǎn)角測量通常有3種方法:(1)利用蝸輪蝸桿裝置將方向盤的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，然后在直線運(yùn)動(dòng)方向安裝直線式位移傳感器。該方案的優(yōu)點(diǎn)是可以將限位、回正和轉(zhuǎn)角測量都在直線運(yùn)動(dòng)端處理，結(jié)構(gòu)簡單，對安裝精度要求較低，成本較低。缺點(diǎn)是蝸輪蝸桿裝置的擠壓原理導(dǎo)致方向盤手感較差。(2)采用光電編碼器實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)角測量功能，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，缺點(diǎn)是對安裝精度要求較高，對于便攜模擬器來說，采用塑料開模配件，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)是光電編碼器在方向盤進(jìn)行劇烈地振動(dòng)仿真時(shí)容易損壞。(3)采用非接觸式角度傳感器實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)角測量功能，相比于采用直線位移傳感器的方案，這種方案常采用齒輪結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)限位功能的同時(shí)完成了方向盤的轉(zhuǎn)角測量，使結(jié)構(gòu)簡化，成本降低，轉(zhuǎn)角信號(hào)精度較高，方向盤仿真度較好。另外，角度傳感器與被測物體之間不連接，使傳感器與機(jī)械結(jié)構(gòu)之間不存在機(jī)械磨損，使用壽命較長。即使在方向盤進(jìn)行劇烈地振動(dòng)仿真時(shí)也不會(huì)損壞傳感器。
[0012]現(xiàn)有方案中，只要是采用電機(jī)進(jìn)行方向盤回正的，通常都可以實(shí)現(xiàn)振動(dòng)仿真功能。對于便攜汽車模擬器來說，通常采用小電機(jī)，振動(dòng)強(qiáng)度范圍非常小。對于大型汽車模擬器來說，采用大功率電機(jī)，回正力和振動(dòng)強(qiáng)度都可以在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。
[0013]比較上述方案，可以發(fā)現(xiàn)采用電機(jī)實(shí)現(xiàn)回正力的方案，可使回正力可控且均勻，并能實(shí)現(xiàn)振動(dòng)功能，方向盤手感較好、仿真度也較高；采用非接觸式角度傳感器的方案，傳感器與被測物之間不連接，因此不存在機(jī)械磨損，傳感器使用壽命較長，也不會(huì)由于方向盤進(jìn)行劇烈地振動(dòng)而損壞傳感器。而現(xiàn)有的2種限位方案都有較大缺陷，蝸輪蝸桿裝置限位方法導(dǎo)致方向盤手感較差，而限位旋柄與限位用塑料圓柱的限位方法會(huì)導(dǎo)致限位用塑料圓柱很容易損壞。因此，本實(shí)用新型采用電機(jī)進(jìn)行方向盤回正及振動(dòng)、采用非接觸式角度傳感器進(jìn)行轉(zhuǎn)角測量、然后改進(jìn)方向盤限位裝置，則可以獲得一個(gè)非常好的汽車模擬器轉(zhuǎn)向裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本實(shí)用新型的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計(jì)合理、使用方便的非接觸式角度測量及電機(jī)驅(qū)動(dòng)的汽車模擬器轉(zhuǎn)向裝置。
[0015]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是: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、限位三角柱、第一條形磁鐵、第二條形磁鐵、線路板、霍爾角度傳感器、第三齒輪、皮帶、第四齒輪和電機(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三齒輪，第一旋轉(zhuǎn)軸的中部套接有第一齒輪，第一齒輪和第二齒輪嚙合，第二齒輪套接在第二旋轉(zhuǎn)軸上，第二旋轉(zhuǎn)軸的中部套接有限位旋柄，限位旋柄的下方設(shè)置有限位三角柱，第二旋轉(zhuǎn)軸的另一端粘有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處于同一平面內(nèi)，粘合后的第一條形磁鐵的S極和第二條形磁鐵的N極在同一個(gè)平面，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，第一條形磁鐵、第二條形磁鐵與線路板、霍爾角度傳感器之間不接觸，第三齒輪通過皮帶與第四齒輪連接，第四齒輪套接在電機(jī)的輸出軸上。
[0016]本實(shí)用新型工作原理:
[0017](I)限位:向左或向右旋轉(zhuǎn)方向盤，帶動(dòng)第一旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，第一旋轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)第一齒輪旋轉(zhuǎn)，第一齒輪帶動(dòng)第二齒輪旋轉(zhuǎn)，第二齒輪帶動(dòng)第二旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，第二旋轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)限位旋柄旋轉(zhuǎn)，當(dāng)限位旋柄接觸到限位三角