霍爾感應(yīng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)的汽車駕駛模擬器轉(zhuǎn)向裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及汽車駕駛模擬器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及霍爾感應(yīng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)的汽車駕駛模擬器轉(zhuǎn)向裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]汽車駕駛模擬器通常包括方向盤、離合器、腳剎、油門、手殺I」、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，它是汽車駕駛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(duì)整個(gè)汽車駕駛模擬器的體驗(yàn)。通常來說，汽車駕駛模擬器中的轉(zhuǎn)向裝置需要有如下功能:限位、回正和轉(zhuǎn)角測(cè)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(即方向盤可以向左轉(zhuǎn)兩圈，也可以向右轉(zhuǎn)兩圈)，±540度(即方向盤可以向左轉(zhuǎn)一圈半，也可以向右轉(zhuǎn)一圈半)。
[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(cè)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(cè)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]汽車駕駛模擬器轉(zhuǎn)向裝置可以分為電機(jī)式轉(zhuǎn)向裝置和機(jī)械式轉(zhuǎn)向裝置，電機(jī)式轉(zhuǎn)向裝置由電機(jī)提供回正力和振動(dòng)，機(jī)械式轉(zhuǎn)向裝置則有彈簧提供回正力。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)械式高。
[0008]以下描述現(xiàn)有常見的汽車駕駛模擬器轉(zhuǎn)向裝置:
[0009]現(xiàn)有方案I (機(jī)械式):方向盤上安裝有一條中心旋轉(zhuǎn)軸，在中心旋轉(zhuǎn)軸上安裝有蝸輪蝸桿裝置，從而將方向盤的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，在直線運(yùn)動(dòng)的軸兩邊安裝有彈簧，用于方向盤回正。另外，在直線運(yùn)動(dòng)的軸上的一端，安裝有直線位移傳感器。在直線軸的兩端，安裝有兩個(gè)限位螺帽，用于限制直線軸的運(yùn)動(dòng)范圍，從而限制了方向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)安裝精度要求不高，生產(chǎn)成本較為低廉。缺點(diǎn)是由于蝸輪蝸桿阻力較大，需要較大的彈簧才能回正方向盤，導(dǎo)致方向盤回正力過大，安全性和手感較差。
[0010]現(xiàn)有方案2 (機(jī)械式):一種機(jī)械式回正的汽車駕駛模擬器轉(zhuǎn)向裝置，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、限位塊、第一條形磁鐵、第二條形磁鐵、霍爾角度傳感器、線路板、第一彈簧、第二彈簧和旋轉(zhuǎn)阻尼器。第一旋轉(zhuǎn)軸的一端套接有方向盤，第一旋轉(zhuǎn)軸的另一端為細(xì)方形長(zhǎng)條，該細(xì)方形長(zhǎng)條上套接有旋轉(zhuǎn)阻尼器，第一旋轉(zhuǎn)軸的中部套接有第一齒輪，第一齒輪的右側(cè)嚙合有第二齒輪，第二齒輪套接在第二旋轉(zhuǎn)軸的一端，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)置有限位塊，第二旋轉(zhuǎn)軸的另一端設(shè)置有粘合在一起的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，第一彈簧套在第二旋轉(zhuǎn)軸上，并且位于第二齒輪與限位旋柄之間，第一彈簧的一端卡在限位旋柄上，第一彈簧另一端固定，第二彈簧套在第二旋轉(zhuǎn)軸上，并且位于限位旋柄與第一條形磁鐵之間，第二彈簧的一端卡在限位旋柄上，第二彈簧另一端固定。這種方案相對(duì)于方案1，對(duì)安裝精度的要求更高，成本也更高，但是去掉了蝸輪蝸桿裝置后，轉(zhuǎn)向時(shí)的手感較好，安全性也較好。采用磁鐵和霍爾角度傳感器進(jìn)行轉(zhuǎn)角測(cè)量，傳感器壽命比方案I的直線位移傳感器長(zhǎng)。
[0011]現(xiàn)有方案3 (電機(jī)式):方向盤軸上安裝有小齒輪，小齒輪與大齒輪相連，在大齒輪上安裝限位裝置。方向盤軸上再通過齒輪組，安裝電機(jī)和光電編碼器。其中電機(jī)用于提供方向盤回正力和振動(dòng)仿真，光電編碼器用于測(cè)量方向盤轉(zhuǎn)角。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。電機(jī)能夠提供較為均勻的方向盤反力，手感較好，另外，通過控制力矩電機(jī)可以模擬顛簸路面的方向盤振動(dòng)。缺點(diǎn)是對(duì)安裝精度要求較高，對(duì)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)是光電編碼器在旋轉(zhuǎn)過程中(尤其是方向盤有振動(dòng)的情況下)，容易丟失信號(hào)，從而使得方向盤轉(zhuǎn)角數(shù)值出現(xiàn)錯(cuò)誤。
[0012]現(xiàn)有方案4 (電機(jī)式):一種力反饋及振動(dòng)的汽車駕駛模擬器轉(zhuǎn)向裝置，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、限位塊、第一條形磁鐵、第二條形磁鐵、霍爾角度傳感器、線路板、第三齒輪、光電編碼器、第三旋轉(zhuǎn)軸、第四齒輪、皮帶、第五齒輪、第四旋轉(zhuǎn)軸和電機(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四齒輪，第一旋轉(zhuǎn)軸的中心處套接有第一齒輪，第一齒輪的右側(cè)設(shè)置有第二齒輪，第一齒輪與第二齒輪嚙合，第二齒輪套接在第二旋轉(zhuǎn)軸上，第二旋轉(zhuǎn)軸的中心處套接有限位旋柄，限位旋柄的下端設(shè)置有限位塊，第二旋轉(zhuǎn)軸的另一端設(shè)置有粘合在一起的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，第一齒輪的左側(cè)設(shè)置有第三齒輪，第一齒輪與第三齒輪嚙合，第三齒輪套接在第三旋轉(zhuǎn)軸的一端上，第三旋轉(zhuǎn)軸的另一端連接有光電編碼器，第四齒輪的通過皮帶與第五齒輪連接，第五齒輪的中心套接有第四旋轉(zhuǎn)軸，第四旋轉(zhuǎn)軸的一端設(shè)置有電機(jī)。與方案3相比，同時(shí)采用光電編碼器和霍爾角度傳感器進(jìn)行角度測(cè)量，轉(zhuǎn)角測(cè)量精度較高并且能很好地修正方向盤進(jìn)行振動(dòng)時(shí)信號(hào)錯(cuò)誤問題。但是該方案的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，成本較高。
[0013]比較上述四種方案，可以發(fā)現(xiàn)方案4能夠提供最好的效果，但是結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，成本較高。如果對(duì)方案4的結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化，既降低了成本，也能提供效果良好的汽車駕駛模擬器轉(zhuǎn)向裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本實(shí)用新型的目的是提供霍爾感應(yīng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)的汽車駕駛模擬器轉(zhuǎn)向裝置，它能實(shí)現(xiàn)回正力均勻，力度可調(diào)，且使用壽命長(zhǎng)。
[0015]為了解決【背景技術(shù)】所存在的問題，本實(shí)用新型是采用以下技術(shù)方案: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、限位塊、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、第三旋轉(zhuǎn)軸、第四齒輪、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，第一齒輪的右側(cè)設(shè)置有第二齒輪，第一齒輪與第二齒輪嚙合，第二齒輪套接在第二旋轉(zhuǎn)軸上，第二旋轉(zhuǎn)軸的中心處套接有限位旋柄，限位旋柄的下方設(shè)置有限位塊，第二旋轉(zhuǎn)軸的另一端設(shè)置有粘合在一起的第一條形磁鐵和第二條形磁鐵，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，第三齒輪的通過皮帶與第四齒輪連接，第四齒輪套接在第三旋轉(zhuǎn)軸上，第三旋轉(zhuǎn)軸的一端設(shè)置有電機(jī)。
[0016]方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)第一旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)第一齒輪和第三齒輪旋轉(zhuǎn)，第一齒輪帶動(dòng)了第二齒輪旋轉(zhuǎn)，第二齒輪旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)了第二旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)了限位旋柄、第一條形磁鐵和第二條形磁鐵旋轉(zhuǎn)，當(dāng)限位旋柄向左或向右旋轉(zhuǎn)觸碰到限位塊時(shí)，方向盤無法