方向盘反馈装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及车辆模拟驾驶操作装置，具体讲就是车辆方向盘模拟操作装置。
【背景技术】
[0002]随着社会发展，汽车已经走进寻常百姓家，驾校培养出一批又一批的马路新秀，有些却是潜在的“马路杀手”，导致交通事故每年都在大幅增长，究其原因还是因为驾驶员在驾校学习、实战的时间不够，对驾驶操作掌握不熟练。因此需要一套先进的技术对驾驶员进行专业化培训。
[0003]计算机技术的高速发展，虚拟图像技术的广泛应用，使得用计算机模拟系统进行驾驶训练成为现实，驾驶模拟器就是基于虚拟现实技术的能正确模拟车辆驾驶动作，获得实车驾驶感觉的仿真设备。驾驶人员在驾驶模拟器上进行模拟驾驶时，通过方向盘模拟机构，油门刹车模拟踏板和档位模拟设备配合来控制驾驶模拟器的运动。驾驶模拟器的操作系统主要包括:方向盘操纵模拟系统、油门及刹车踏板模拟系统。其中方向盘操纵系统最为关键，其模拟的逼真程度直接影响驾驶人员的转向操纵感觉。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种方向盘训练操作装置，模拟车辆日常驾驶过程中的车辆转向系统的受力情况，使受训者在实际驾驶车辆前有得到充分而有效的训练。
[0005]为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案:一种方向盘反馈装置，包括机架，机架布置有按实车姿态布置的方向盘和转向管柱，所述的转向管柱与力矩电机之间连接转轴，转轴的两端分别与转向管柱、力矩电机的输出轴同步转动连接，装置还包括采集方向盘转动角度的转角传感器，转角传感器采集到的转角信号输送至控制器，控制器输出控制信号至电机控制器，电机控制器输出驱动信号驱动力矩电机输出转动力矩。
[0006]上述技术方案中，转角传感器采集到方向盘、转向管柱及转轴同步转动的角度和转速信号并输出到控制器，控制器接受到转角传感器采集到的转角信号后输出控制信号电机控制器，电机控制器输出驱动信号驱动力矩电机输出转动力矩，力矩电机输出的转动力矩方向与方向盘的转动方向互为反向，这样转动方向盘的受训者便可以真实感受到来自系统提供的模拟真实路况的阻尼力矩，可以获得仿真体会，这样通过训练设备的操作即可获得初步的驾驶体验，为后续的路试驾驶提供操作经验。
【附图说明】
[0007]图1是本发明的立体结构图；
[0008]图2是图1中的A部分放大图；
[0009]图3是本发明的原理框图；
[0010]图4是本发明的另一角度的立体结构图。
【具体实施方式】
[0011]结合图1-4，方向盘反馈装置包括机架10，机架10布置有按实车姿态布置的方向盘20和转向管柱21，所述的转向管柱21与力矩电机30之间连接转轴40，转轴40的两端分别与转向管柱21、力矩电机30的输出轴同步转动连接，装置还包括采集方向盘20转动角度的转角传感器50，转角传感器50采集到的转角信号输送至控制器60，控制器60输出控制信号至电机控制器31，电机控制器31输出驱动信号驱动力矩电机30输出转动力矩。
[0012]方向盘20模拟布置成成品车的格局，也可以采用产品车的转向总成中的方向盘20及转向管柱21，转向管柱21以下部件的连接按本发明提供的方案构成。实际操作中，方向盘10向左或右转向时，转角传感器50及时采集到其转动角度和转动速度信号并传输给控制器60，电机控制器31接收控制器60发出的控制信号并输出驱动信号驱动力矩电机30提供转动力矩，及时响应方向盘20的转向动作，力矩电机30提供的反向力矩让受训者体验到驾驶车辆时来自路面的回馈力，这样为受训者提供了转动方向盘20时应当采用的转向力度和转向速度，确保安全驾驶车辆。
[0013]一般铺装路况下，转向操作的地面回馈力大小是适度的，采用力矩电机30完全可以提供仿真的转向回馈力。在路面或路况特别的情况下，回馈力则区别很大。如泥泞路面、碎石路面、弹坑路面，甚至是需要骑压马路牙，各种情况的转向回馈则显著不同，单纯采用力矩电机30提供回馈力往往无法实现，所以本发明采用了加设制动的方式加以优化解决，具体就是转轴40还与磁粉制动器70相连，磁粉制动器70固定在机架10上的立板11上且其中的磁粉制动器70的壳体和定子摩擦盘71空套在转轴40上，与定子摩擦盘71配合的转子摩擦盘72与转轴40同步转动连接。
[0014]控制器60根据具体的路况对应输出控制信号，启动磁粉制动器70动作，在力矩电机30提供的回馈力的基础上增加合适的回馈力，甚至当路况处在车轮位于沟槽内时，由于槽壁的干涉使得转向动作无法完成，此时定子摩擦盘71和转子摩擦盘72在通电吸合的情况下完全抱死，方向盘20也将无法转动，当然根据具体路况定子摩擦盘71和转子摩擦盘72依据通电大小确定吸合程度，两者之间以摩擦力的作用形式传递到方向盘20上，让受训者得以体会。
[0015]作为商品车来讲，其方向盘20的转动最大角度是有限的，并根据车身尺寸而以车辆最小转弯半径的表述给出车辆的有关性能数据，为了与车辆的方向盘20的转动最大角度对应，需要对方向盘20的转角范围予以限定，以下是具体的优选方案:装置还包括限制方向盘20转动角度的角度限位机构80，角度限位机构80包括转轴40轴身上设置的螺杆41及与其配合的螺母90，螺母90与杆件91相连、杆件91的一端悬伸并与限位槽或孔101配合构成直线位移运动，杆件91或螺母90移动方向上的两端设置限定杆件91直线位移行程的限位机构。方向盘20转动时，螺杆41随之同步转动并带动与其配合的螺母90直线位移，因为，在保证螺杆41和螺母90相对转动的前提下，同时杆件91受到限位槽或孔101的限定，螺母90作直线运动，并且螺母90移动时受到两端限位的约束，这样也就确定了方向盘20转动角度。
[0016]为了确保方向盘回正时的转速适当，此时实际的驾驶操作人员几乎只是将手轻附在方向盘上而无需握持方向盘，可以由回馈力矩完成转向回位，具体方案是所述的力矩电机30的转轴与减速器31相连，减速器31的输出轴与转轴40由联轴器相连。通过减速器31输出的转速基本可以满足要求。
[0017]自力矩电机30至转向管柱21之间的转轴40的轴身上，依次布置转角传感器50、磁粉制动器70和角度限位机构80。部件如此布置可以使装置简化结构。
[0018]为了优化布置和简化结构，本发明的优选方案是所述的角度限位机构80包括副支架100，副支架100上的平行于转轴40的支板102上开设限位孔101，限位孔101可以设置成条形孔且限位孔101的长度方向与转轴40轴向平行，限位孔101为条形孔时则可以利用其两端限定螺母90的移动行程，该方案的作用是前述的杆件91或螺母90移动方向上的两端设置限定杆件91直线位移行程的限位机构的具体实例。
[0019]杆件91中段与螺母90相连，其一悬伸端置于限位孔101处，杆件91的另一悬伸段的移动路径的对应位置上设置位置传感器110，位置传感器110设置在机架10上。位置传感器110的设置位置可以选定方向盘20处于中心位置是对应的杆件91位置。
[0020]具体装配时，所述的转角传感器50的壳体布置在机架10上的立板11上，转角传感器50的内置转套固套在转轴40。
[0021]限位孔101的旁侧位置处设置定位螺钉103，转轴40上设置有径向布置的盲孔与定位螺钉103配合定位，转轴40与转向管柱21之间采用万向节联轴器120连接，转轴40与水平面之间的夹角小于转向管柱21与水平面之间的夹角。这样通过万向节联轴器120的过渡，可以将转轴40与转向管柱21呈夹角式布置，可以有效降低方向盘20的高度。
【主权项】
1.一种方向盘反馈装置，包括机架(10)，机架(10)布置有按实车姿态布置的方向盘(20)和转向管柱(21)，其特征在于:所述的转向管柱(21)与力矩电机(30)之间连接转轴(40)，转轴(40)的两端分别与转向管柱(21)、力矩电机(30)的输出轴同步转动连接，装置还包括采集方向盘(20)转动角度的转角传感器(50)，转角传感器(50)采集到的转角信号输送至控制器(60)，控制器(60)输出控制信号至电机控制器(31)，电机控制器(31)输出驱动信号驱动力矩电机(30)输出转动力矩。2.根据权利要求1所述的方向盘反馈装置，其特征在于:转轴(40)还与磁粉制动器(70)相连，磁粉制动器(70)固定在机架(10)上的立板(11)上且其中的磁粉制动器(70)的壳体和定子摩擦盘(71)空套在转轴(40)上，与定子摩擦盘(71)配合的转子摩擦盘(72)与转轴(40)同步转动连接。3.根据权利要求1所述的方向盘反馈装置，其特征在于:装置还包括限制方向盘(20)转动角度的角度限位机构(80)，角度限位机构(80)包括转轴(40)轴身上设置的螺杆(41)及与其配合的螺母(90)，螺母(90)与杆件(91)相连、杆件(91)的一端悬伸并与限位槽或孔(101)配合构成直线位移运动，杆件(91)或螺母(90)移动方向上的两端设置限定杆件(91)直线位移行程的限位机构。4.根据权利要求1所述的方向盘反馈装置，其特征在于:所述的力矩电机(30)的转轴与减速器(31)相连，减速器(31)的输出轴与转轴(40)由联轴器相连。5.根据权利要求3或4所述的方向盘反馈装置，其特征在于:自力矩电机(30)至转向管柱(21)之间的转轴(40)的轴身上，依次布置转角传感器(50)、磁粉制动器(70)和角度限位机构(80)。6.根据权利要求5所述的方向盘反馈装置，其特征在于:所述的角度限位机构(80)包括副支架(100)，副支架(100)上的平行于转轴(40)的支板(102)上开设限位孔(101)，杆件(91)中段与螺母(90)相连，其一悬伸端置于限位孔(101)处，杆件(91)的另一悬伸段的移动路径的对应位置上设置位置传感器(110)，传感器(110)设置在机架(10)上。7.根据权利要求5所述的方向盘反馈装置，其特征在于:所述的转角传感器(50)的壳体布置在机架(1)上的立板(11)上，转角传感器(50)的内置转套固套在转轴(40)上。8.根据权利要求6所述的方向盘反馈装置，其特征在于:限位孔(101)的旁侧位置处设置定位螺钉(103)，转轴(40)上设置有径向布置的盲孔与定位螺钉(103)配合定位，转轴(40)与转向管柱(21)之间采用万向节联轴器(120)连接，转轴(400与水平面之间的夹角小于转向管柱(21)与水平面之间的夹角。
【专利摘要】本发明涉及车辆模拟驾驶操作装置，具体讲就是一种方向盘反馈装置，包括机架，机架布置有按实车姿态布置的方向盘和转向管柱，所述的转向管柱与力矩电机之间连接转轴，转轴的两端分别与转向管柱、力矩电机的输出轴同步转动连接，装置还包括采集方向盘转动角度的转角传感器，转角传感器采集到的转角信号输送至控制器，控制器输出控制信号至电机控制器，电机控制器输出驱动信号驱动力矩电机输出转动力矩，转角传感器采集信号并输出到控制器，控制器输出控制信号电机控制器，电机控制器输出驱动信号驱动力矩电机输出转动力矩，这样转动方向盘的受训者便可以真实感受到来自系统提供的模拟真实路况的阻尼力矩，可以获得仿真体会。
【IPC分类】G09B9/04
【公开号】CN105575211
【申请号】CN201610038370
【发明人】王文兵, 颜和顺, 王春晖, 王军, 李尧尧, 张华峰, 汪校
【申请人】合肥同智机电控制技术有限公司
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2016年1月20日