本实用新型涉及驾驶模拟器技术领域，尤其涉及驾驶模拟器转向装置。
背景技术：
驾驶模拟器是一种驾驶训练的教学设备，它利用虚拟现实仿真技术营造虚拟驾驶训练环境，学员通过驾驶模拟器的操作部件与模拟驾驶软件进行交互，从而学习驾驶技能。利用模拟驾驶技术对新学员进行培训，不仅可以安全、高效地训练新学员，且具有成本低、零排放、绿色环保的特点；若充分利用模拟驾驶训练方法，将可以带来显著地经济效益和社会效益。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模拟器的体验。通常来说，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，如果要获得更好的体验，通常转向装置还可以增加振动功能。
限位：通常，驾驶模拟器方向盘转动的时候其转动角度受到限制，通常包括±720度（即方向盘从中位开始可以向左或向右转两圈）和±540度（即方向盘从中位开始可以向左或向右转一圈半）两种。
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。
振动仿真：模拟驾驶过程中车辆遇到颠簸路面、碰撞等异常情况时，方向盘会产生振动。
在现有技术中，参考中国专利ZL201520879731.8所描述的齿轮齿条式汽车驾驶模拟器转向装置，其利用方向柱、万向节与齿轮齿条进行配合，将方向盘的旋转运动转化为齿条的直线运动，并在齿条直线运动的过程中，基于蜗杆上设置的弹簧的压缩能力，使得转向装置实现回正与限位，同时，配合第一铆钉以及第二铆钉使得驱动杆上的条形磁铁在直线运动过程中磁场发生变化，导致霍尔器件的电压变化，实现方向盘角度测量的功能；虽然该方案也能实现汽车驾驶模拟器的回正、限位以及角度测量等基本功能，但是由于蜗杆阻力较大，需要配合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；
参考中国专利ZL201420372533.8所描述的机械式回正的汽车驾驶模拟器转向装置，其在方向盘转动时，通过齿轮配合旋转带动了旋转轴旋转，进而带动了限位旋柄、第一条形磁铁和第二条形磁铁旋转，当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。在旋转过程中，旋转轴上的两个弹簧还会提供给给方向盘一个自动回正的扭矩，实现方向盘自动回正，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，从而实现转角测量。同时，参考中国专利ZL201520224226.X所描述的双弹簧回正的汽车驾驶模拟器转向装置，其与中国专利ZL201420372533.8实现方案基本类似，改进了弹簧的安装位置，便于对弹簧进行拆装。但是这两项专利不可避免的缺点在于:（1）方向盘处于中心位置附近时，两弹簧的形变较小，使回正力矩较小，使方向盘在中心位置附近时较难自动回到正中心位。（2）限位块和限位旋柄占用较大空间，使转向装置体积较大。（3）采用了两个弹簧进行回正驱动，成本较高，两个弹簧的个体差异性易导致左右向回正力度不一致。
综上，现有技术中提供的驾驶模拟器转向装置虽然也能提供基本的如回正、限位角度测量等功能，但无法提供较佳的安全性和手感性，或者必然浪费较大的空间使得转向装置体积较大以及左右回正力度不一致等技术问题，用户体验较差。
技术实现要素：
为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种轴限位和电机驱动的驾驶模拟器转向装置，其特征在于，它包括方向盘1、第一旋转轴2、第一轴承3、轴承套管4、第二轴承5、轴承套管固装板6、第一齿轮7、转向装置框架前板8、第三齿轮11、转向装置框架底板12、转向装置框架后板13、第二旋转轴14、第三轴承15、第四齿轮16、阻挡件17、限位件18、第四轴承19、角度测量传感器20、至少一组电机9及与所述电机9配合的第二齿轮10，转向装置框架前板8、转向装置框架底板12和转向装置框架后板13用于构成转向装置框架本体，轴承套管4端部设置有轴承套管固装板6，轴承套管4两端分别设有第一轴承3和第二轴承5，第一旋转轴2穿入第一轴承3和第二轴承5中，第一旋转轴2的两端分别套接有方向盘1和第三齿轮11，第一旋转轴2套接有第一齿轮7，第一齿轮7位于第二轴承5与第三齿轮11之间，第二齿轮10安装在电机9轴端并与第一齿轮7啮合，电机9安装在转向装置框架前板8上，第二旋转轴14两端套接有第三轴承15和第四轴承19，第四齿轮16套接在第二旋转轴14上并与第三齿轮11啮合，第二旋转轴14上套接有限位件18，阻挡件17安装在转向装置框架本体上，所述第二旋转轴14的一端设置有所述角度测量传感器20。
可选的，本实用新型中，可采用多个电机对转向装置进行驱动，电机均安装在转向装置框架前板8上，每个电机的中心轴上均接有与电机配合的齿轮，接在每个电机上的齿轮均与所述第一齿轮7啮合。
可选的，所述角度测量传感器20具体包括第一条形磁铁20-1、第二条形磁铁20-2、电路板20-3和霍尔角度传感器20-4，所述第一条形磁铁20-1和所述第二条形磁铁20-2粘合在一起，并一起粘在所述第二旋转轴14的末端，在所述第一条形磁铁20-1和所述第二条形磁铁20-2的一侧非接触式地设置有所述电路板20-3，所述电路板20-3上设置有所述霍尔角度传感器20-4。
可选的，所述角度测量传感器20包括圆形磁铁20-5、电路板20-3和霍尔角度传感器20-4，所述圆形磁铁20-5的N极和S极处于同圆面，所述圆形磁铁20-5粘在所述第二旋转轴14的末端，在所述圆形磁铁20-5的外侧非接触式地设置所述电路板20-3，所述电路板20-3上设置有所述霍尔角度传感器20-4。
可选的，所述角度测量传感器20采用电位器20-6。
可选的，所述角度测量传感器20采用光电编码器20-7。
可选的，所述角度测量传感器20采用磁敏角度传感器20-8。
本实用新型工作原理：方向盘、第一齿轮和第三齿轮都套接在第一旋转轴上，使方向盘、第一齿轮和第三齿轮只能同步的绕第一旋转轴旋转；第四齿轮和限位件套接在第二旋转轴上，角度测量传感器连接在第二旋转轴上，使第四齿轮、限位件只能同步的绕第二旋转轴旋转；第二齿轮套接在电机的输出轴上，使第二齿轮也只能同步的绕电机的输出轴旋转。
（1）由于限位件旁设置有阻挡件，该阻挡件使限位件的旋转角度受到限制，因限位件与第四齿轮同步，使第四齿轮的旋转角度受到限制，因第三齿轮和第四齿轮直接啮合，方向盘与第三齿轮同步，从而使方向盘的旋转角度受到限制，实现了转向装置的限位功能。
（2）角度测量传感器连接第二旋转轴并可以测量第二旋转轴的转动角度，第二旋转轴与第四齿轮同步转动，第四齿轮与第一齿轮直接啮合，第一齿轮与方向盘同步，所以角度测量传感器也可以测量方向盘的转动角度，实现了转向装置的转角测量功能。
（3）当方向盘向左（或向右）偏离中心位置时，可对电机输入一控制电压（电压的极性控制电机的转动方向），使电机输出轴发生向右（或向左）转动，从而使第二齿轮也发生向右（或向左）转动，第一齿轮与第二齿轮啮合，使第一齿轮也受到力矩发生向右（或向左）转动，从而使方向盘也发生向右（或向左）转动回到中心位置，实现了转向装置的回位功能。
（4）电机进行快速的左转和右转切换时，通过第二齿轮、第一齿轮和第一旋转轴传递到方向盘，使方向盘也发生快速的左转和右转切换，实现了方向盘的振动仿真功能。
本实用新型具有以下有益效果：
1、本实用新型可以完全实现转向装置所需要的限位、转角测量、回正功能，并能实现振动功能。
2、角度测量传感器可选用霍尔角度传感器、电位器、光电编码器、磁敏角度传感器等，可选性丰富，灵活方便，可针对不同需求，特别是当采用霍尔角度传感器及两个条形磁铁进行转角测量时，信号精度高、可靠性好、成本低，同时因为霍尔角度传感器为非接触式传感器，传感器与机械装置非硬连接，传感器与机械装置不存在磨损，传感器使用寿命长。
3、采用电机驱动，回正力度均匀且力度大小可调，也可以进行振动仿真。
4、采用第一轴承、第二轴承、轴承套管和轴承套管固装板安装第一旋转轴，使第一旋转轴的两个受力点距离较远，第一旋转轴更稳固，轴承套管可同时用于安装模拟驾驶器的组合开关等组件，使结构简单可靠，成本低。
附图说明
图1为本实用新型的立体结构示意图；
图2为本实用新型的结构俯视示意图；
图3为本实用新型两个电机驱动下的立体结构示意图；
图4为本实用新型采用第一种传感器的立体结构示意图；
图5为本实用新型采用第二种传感器的立体结构示意图；
图6为本实用新型采用第三种传感器的立体结构示意图；
图7为本实用新型采用第四种传感器的立体结构示意图；
图8为本实用新型采用第五种传感器的立体结构示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行进一步的详细描述。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是，本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本实用新型并不限于下面公开的具体实施例的限制。
本具体实施方式提供了一种轴限位和电机驱动的驾驶模拟器转向装置，如图1所示，其特征在于，它包括方向盘1、第一旋转轴2、第一轴承3、轴承套管4、第二轴承5、轴承套管固装板6、第一齿轮7、转向装置框架前板8、第三齿轮11、转向装置框架底板12、转向装置框架后板13、第二旋转轴14、第三轴承15、第四齿轮16、阻挡件17、限位件18、第四轴承19、角度测量传感器20、至少一组电机9及与所述电机9配合的第二齿轮10，转向装置框架前板8、转向装置框架底板12和转向装置框架后板13用于构成转向装置框架本体，轴承套管4端部设置有轴承套管固装板6，轴承套管4两端分别设有第一轴承3和第二轴承5，第一旋转轴2穿入第一轴承3和第二轴承5中，第一旋转轴2的两端分别套接有方向盘1和第三齿轮11，第一旋转轴2套接有第一齿轮7，第一齿轮7位于第二轴承5与第三齿轮11之间，第二齿轮10安装在电机9轴端并与第一齿轮7啮合，电机9安装在转向装置框架前板8上，第二旋转轴14两端套接有第三轴承15和第四轴承19，第四齿轮16套接在第二旋转轴14上并与第三齿轮11啮合，第二旋转轴14上套接有限位件18，阻挡件17安装在转向装置框架本体上，所述第二旋转轴14的一端设置有所述角度测量传感器20。图2所示为本实用新型的结构俯视示意图。
本实用新型中，采用了电机对转向装置进行驱动，可以理解的，本实用新型在具体实施时，还可采用多个电机对转向装置进行驱动，即可以涵盖多个电机和齿轮的方案。为了和电机9以及第二齿轮10进行区分，示例的，如图3所示，给出了两个电机共同对转向装置进行驱动的立体结构示意图，相比于图1，其特征在于，它还包括电机9-1和第二齿轮10-1，电机9-1与电机9为结构原理均相同的电机，所述电机9-1安装在转向装置框架前板8上，在所述电机9-1前出轴端设置有第二齿轮10-1，第二齿轮10-1与第二齿轮10为结构原理均相同的齿轮，所述第二齿轮10-1与所述第一齿轮7啮合，所述第二齿轮10以及所述第二齿轮10-1分别在电机9和电机9-1的驱动下相互配合驱动第一齿轮7转动。
可以理解的，本实用新型在具体实施时，也可采用3个电机、4个电机、5个电机……同时对转向装置进行驱动，此时，相比于图1，其特征在于，它还包括电机9-1、电机9-2、电机9-3……和第二齿轮10-1、第二齿轮10-2、第二齿轮10-3……，所述电机9-1、电机9-2、电机9-3……安装在转向装置框架前板8上，所述电机9-1、电机9-2、电机9-3……前出轴端分别设置有第二齿轮10-1、第二齿轮10-2、第二齿轮10-3……，所述第二齿轮10、第二齿轮10-1、第二齿轮10-2、第二齿轮10-3……均与所述第一齿轮7啮合。采用三个及以上电机的实施方案，因电机和第二齿轮的安装方式及工作原理相同，在此不予附图赘述。
在实际中，电机以及与电机配合的齿轮结构可以有至少一个，本申请不对电机和与电机配合的齿轮的数量做具体限定，凡是与本方案具备相同或者相似数量以及原理的电机和齿轮配合关系均落入本申请的保护范围。
本实用新型在具体实施时，角度测量传感器可以采用多种方案。
可选的，如图4所示，所述角度测量传感器20具体包括第一条形磁铁20-1、第二条形磁铁20-2、电路板20-3和霍尔角度传感器20-4，所述第一条形磁铁20-1和所述第二条形磁铁20-2粘合在一起，并一起粘在所述第二旋转轴14的末端，在所述第一条形磁铁20-1和所述第二条形磁铁20-2的一侧非接触式地设置有所述电路板20-3，所述电路板20-3上设置有所述霍尔角度传感器20-4。
可选的，如图5所示，所述角度测量传感器20包括圆形磁铁20-5、电路板20-3和霍尔角度传感器20-4，所述圆形磁铁20-5的N极和S极处于同圆面，所述圆形磁铁20-5粘在所述第二旋转轴14的末端，在所述圆形磁铁20-5的外侧非接触式地设置所述电路板20-3，所述电路板20-3上设置有所述霍尔角度传感器20-4。
可选的，如图6所示，所述角度测量传感器采用电位器20-6。
可选的，如图7所示，所述角度测量传感器采用光电编码器20-7。
可选的，如图8所示，所述角度测量传感器采用磁敏角度传感器20-8，所述磁敏角度传感器20-8是一种将圆形磁铁、电路板和霍尔角度传感器等元件封装在一容器内的角度测量传感器，所述磁敏角度传感器20-8与第二旋转轴14连接。
相比现有技术，本实施例提出的一种轴限位和电机驱动的驾驶模拟器转向装置，采用了齿轮结构，使结构简单，成本低，手感好，还具有以下优点：（1）可以完全实现转向装置所需要的限位、转角测量、回正功能，并能实现振动功能。（2）角度测量传感器可选性丰富，可针对不同需求，特别是当采用非接触式霍尔角度传感器进行转角测量时，信号精度高、可靠性好、成本低，传感器与机械装置非硬连接，传感器与机械装置不存在磨损，传感器使用寿命长。（3）采用电机驱动，回正力度均匀且力度大小可调，也可以进行振动仿真，具体实施时，还可以采用多个电机进行驱动，当采用多个电机共同驱动转向装置时，在获得同样大小的驱动力矩下，单个电机的输出功率较小，使电机成本低。（4）采用第一轴承、第二轴承、轴承套管和轴承套管固装板安装第一旋转轴，使第一旋转轴的两个受力点距离较远，第一旋转轴更稳固，轴承套管可同时用于安装模拟驾驶器的组合开关等组件，使结构简单可靠，成本低。
可以理解的，本实用新型可以用于模拟传统的燃油车辆，也可以用于模拟混合动力车辆或者纯电动车辆，在此不做限定。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。