一种汽车驾驶模拟器的模拟转向装置的制作方法

本发明涉及一种汽车驾驶模拟器的模拟转向装置，属于汽车模拟驾驶领域。

背景技术：

汽车驾驶模拟器是一种能模拟汽车驾驶的仿真系统。目前的汽车驾驶模拟器是集三维实时动画、人工智能、数据通信、网络、多媒体、机械等多种技术为一体的仿真技术，主要用于准备参加驾培考试的学员培训；可以用于应急推演，降低应急推演投入成本，提高推演实训时间，从而保证了人们面对事故灾难时的应对技能，并且可以打破空间的限制方便的组织各地人员进行推演，这样的案例已有应用，必将是今后应急推演的一个趋势；还可用于对微观交通进行仿真、对汽车的控制特性进行研究等。汽车驾驶模拟器可方便地模拟各种道路环境、天气状况，分析汽车的技术性能指标，从而可以节省大量的自然资源，具有很高的经济价值。

在汽车驾驶模拟器中，模拟转向系统用于对转向系统进行模拟，其主要包括机械系统以及与之相连的控制系统。控制系统用于获取驾驶员的操纵数据，并对所述操作数据进行处理，对方向盘及电机进行控制。而机械系统主要包括与方向盘连接的转向轴及与转向轴连接的电机。在转向轴上，为了与实车方向盘左右旋转角度一致(大车左右各2圈，小车左右各1.5圈)，在转向轴上一般都设计有转向限位装置。

现有技术中，转向限位装置采用梯形螺纹设计，利用大螺距的梯形螺纹“只传动不自锁”的特性。在汽车驾驶模拟器的方向盘达到左右极限时，一般螺纹经过限位挤压后，会产生自锁力，以至于在方向盘到达极限位置后再进行回正时，需要很大的回正力，这种情况给人的感觉与真实车辆转向给人的感觉存在较大差异；而且在回正过程中，所需回正力是不断变化的，使得配套电机的驱动力不易控制。

因此，本领域技术人员致力于开发一种汽车驾驶模拟器的模拟转向装置，能够满足其转向限位装置对方向盘回正的阻力较低、回正过程平稳、其控制过程简单可靠等要求。

技术实现要素：

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种汽车驾驶模拟器的模拟转向装置，具有结构简单、成本较低、维护方便等特点，能够准确模拟汽车方向盘运转，有效降低方向盘的回正力，且回正过程平稳，控制过程简单可靠。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种汽车驾驶模拟器的模拟转向装置，包括转向主轴、限位机构、检测装置、减速机构及驱动单元；

其中，所述转向主轴的上端通过花键与方向盘同中心轴线安装，其中部套接有主轴支撑套，其下端设置有齿轮；

所述限位机构包括限位上板、限位下板、限位齿轮、第一限位块及第二限位块；限位上板及限位下板边缘贴合，且两者以可拆卸的方式相固定；转向主轴纵向贯穿限位上板及限位下板，且主轴支撑套设置于限位上板上；限位齿轮通过轴承安装于限位上板及限位下板之间，且与转向主轴下端的齿轮相啮合，实现转向主轴到限位齿轮的传动；第一限位块的上端固定于限位上板上，第二限位块的下端固定于限位齿轮上；当转向主轴带动限位齿轮旋转时，第一限位块的下端与第二限位块的上端发生干涉，以限制所述转向主轴的转动范围；

所述检测装置通过支架安装于限位上板上，且与限位齿轮相连，用于检测限位齿轮的转动位置并反馈给驱动单元；驱动单元通过减速机构与转向主轴相连，且减速机构通过连接板安装于限位下板底部。

优选的，所述限位齿轮上沿其周向设置有导向槽，导向槽内设置有第二限位块安装孔；第二限位块的下端固定于第二限位块安装孔内，且第二限位块的上端不低于导向槽的高度；第一限位块的下端悬置于导向槽内，且第一限位块设置于导向槽内远离转向主轴处，第二限位块设置于导向槽内靠近转向主轴处；第一限位块的下端在限位齿轮旋转时与第二限位块的上端刚性接触，以限制所述转向主轴的转动范围。

优选的，所述第一限位块的上端为圆柱，其下端截面为方形；第二限位块为圆柱型台阶轴，其上端为大端。当第二限位块随限位齿轮转动至达左右极限时，此时第二限位块的台阶轴大端与第一限位块的下端处于外圆与面相切的接触状态，属于线面接触，避免了转向限位机构限位时出现锁死的现象。

优选的，所述转向主轴下端齿轮与限位齿轮的齿数比为1:3.5，通过3.5:1的降速传动实现转向主轴左右各1.5圈的转动范围。

优选的，所述驱动单元包括直流电机和控制器，控制器与检测装置相连并通过直流电机及减速机构为转向主轴提供回正扭矩及反向扭矩。

优选的，所述检测装置为编码器或红外设备，操作简便且定位精确。

有益效果：本发明提供的一种汽车驾驶模拟器的模拟转向装置，相对于现有技术，具有以下优点：1、结构简单，成本较低，使用维护方便且工作可靠；2、其限位机构仅存在齿轮啮合及轴承旋转产生的摩擦阻力，对方向盘回正的阻力较小，回中过程平稳，便于对配套电机驱动力的控制；3、通过驱动单元及减速机构为转向主轴提供回正扭矩及反向扭矩，准确模拟汽车方向盘运转方式，且通过一定算法能够进一步模拟汽车驾驶中方向盘抖动、振动等一系列仿真动作。

附图说明

图1为本发明实施例的整体结构图；

图2为本发明实施例中转向主轴的结构图；

图3为本发明实施例中主轴支撑套的结构图；

图4为本发明实施例中限位机构的工作原理图；

图5为图4中A-A截面的剖视图；

图6为本发明实施例中限位齿轮的结构图；

图7为本发明实施例中第一限位块的结构图；

图8为本发明实施例中第二限位块的结构图；

图中包括：1、转向主轴，2、主轴支撑套，3、限位机构，4、连接板，5、减速机构，6、驱动单元，7、支架，8、检测装置，11、花键，12、齿轮，21、法兰盘，31、限位上板，32、限位下板，33、限位齿轮，34、第一限位块，35、第二限位块，36、轴承，331、导向槽，332、第二限位块安装孔，341、第一限位块的上端，342、第一限位块的下端，351、第二限位块的上端，352、第二限位块的下端。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作更进一步的说明。

如图1所示为一种汽车驾驶模拟器的模拟转向装置，包括转向主轴1、限位机构3、检测装置8、减速机构5及驱动单元6；

如图2所示，所述转向主轴1的上端通过花键11与方向盘同中心轴线安装，其中部套接有主轴支撑套2，其下端设置有齿轮12；

如图3、4、5、6所示，所述限位机构3包括限位上板31、限位下板32、限位齿轮33、第一限位块34及第二限位块35；限位上板31及限位下板32边缘贴合，且两者通过螺钉相固定；转向主轴1纵向贯穿限位上板31及限位下板32，主轴支撑套2通过其底部的法兰盘21安装于限位上板31上；转向主轴1的下端通过轴承36套设于限位上板31、限位下板32上，实现转向主轴1的轴向定位；限位齿轮33通过轴承36安装于限位上板31及限位下板32之间，且与转向主轴1下端的齿轮12相啮合；转向主轴1下端的齿轮12与限位齿轮33的齿数比为1:3.5，实现转向主轴1到限位齿轮33的降速传动；限位齿轮33上沿其周向设置有导向槽331，导向槽331内设置有第二限位块安装孔332；第二限位块35的下端352固定于第二限位块安装孔332内，且第二限位块35的上端351不低于导向槽331的高度；第一限位块34的上端341固定于限位上板31上，第一限位块34的下端342悬置于导向槽331内；第一限位块34设置于导向槽331内远离转向主轴1处，第二限位块35设置于导向槽331内靠近转向主轴1处；当转向主轴1带动限位齿轮33旋转时，第一限位块34的下端342与第二限位块35的上端351刚性接触，以限制转向主轴1的转动范围；

所述检测装置8通过支架7安装于限位上板31上，且与限位齿轮33相连；驱动单元6通过减速机构5与转向主轴1相连，且减速机构5通过连接板4安装于限位下板32底部。驱动单元6包括直流电机和控制器，控制器与检测装置8相连并通过直流电机及减速机构5为转向主轴1提供回正扭矩及反向扭矩。

如图7、8所示，第一限位块34的上端341为圆柱，其下端342截面为方形；第二限位块35为圆柱型台阶轴，其上端351为大端。当第二限位块35的上端351与第一限位块34的下端342刚性接触时，两者处于外圆与面相切的接触状态。

本实施例中，所述检测装置8为编码器或红外设备。

本发明的具体实施方式如下：

其限位过程为：该汽车驾驶模拟器的模拟转向装置在工作的时候，方向盘带动转向主轴1转动，由于齿轮副旋转运动，限位齿轮33连同第二限位块35同时旋转，当方向盘旋转至左右极限时，第二限位块35的上端351与第一限位块34的下端342刚性接触，以限制转向主轴1的转动范围。

其控制过程为：1、控制器初始化：控制器驱动直流电机带动方向盘左右转动，当到达左右极限位置时，通过检测装置8得到方向盘的左右极限位置的极限数值，计算出方向盘转动时的中点位置；

2、控制器通过检测装置8实时得出方向盘目前的转动位置，然后以此位置与中点位置进行比较判断，如目前检测装置8给出的位置，在中点的左边或右边，控制器则驱动直流电机带动方向盘向相反的方向转动，直到检测装置8给出的位置时方向盘的中点位置时，停止控制器驱动直流电机转动。

在操作该汽车驾驶模拟器的模拟转向装置过程中，操作人员手握方向盘转动时会感到有反向作用力，从而模拟出驾驶员在驾驶实车时的反向扭矩，且控制器驱动直流电机带动方向盘向中点运行，从而模拟出实车回正的动作。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。