齿轮齿条式汽车驾驶模拟器转向装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及汽车驾驶模拟器技术领域，具体涉及齿轮齿条式汽车驾驶模拟器转向装置。
【背景技术】
[0002]汽车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，它是汽车驾驶模拟器所有操作部件中最复杂也最为重要的操作部件。通常来说，汽车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。
[0003]限位:通常汽车方向盘转动的时候都有转动角度限制，通常包括±720度（即方向盘可以向左转两圈，也可以向右转两圈），± 540度（即方向盘可以向左转一圈半，也可以向右转一圈半）。
[0004]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。
[0005]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测量转动角度的传感器。
[0006]以下描述现有常见的汽车驾驶模拟器转向装置：
[0007]现有方案I(机械式）:方向盘上安装有一条中心旋转轴，在中心旋转轴上安装有齿轮齿条装置，从而将方向盘的旋转运动转化为直线运动，在直线运动的轴两边安装有弹簧，用于方向盘回正。另外，在直线运动的轴上的一端，安装有拉杆式直线位移传感器。在直线轴的两端，安装有两个限位螺帽，用于限制直线轴的运动范围，从而限制了方向盘的转动角度。这种方案的优点是对安装精度要求不高，生产成本较为低廉。缺点是由于齿轮齿条阻力较大，需要较大的弹簧才能回正方向盘，导致方向盘回正力过大，手感较差。另一个缺点是拉杆式直线位移传感器属于接触式传感器，易磨损。
[0008]现有方案2(机械式）：一种机械式回正的汽车驾驶模拟器转向装置，它包含方向盘、第一旋转轴、第一齿轮、第二旋转轴、第二齿轮、限位旋柄、限位块、第一条形磁铁、第二条形磁铁、霍尔角度传感器、线路板、第一弹簧、第二弹簧和旋转阻尼器。第一旋转轴的一端套接有方向盘，第一旋转轴的另一端为细方形长条，该细方形长条上套接有旋转阻尼器，第一旋转轴的中部套接有第一齿轮，第一齿轮的右侧啮合有第二齿轮，第二齿轮套接在第二旋转轴的一端，第二旋转轴的中部套接有限位旋柄，限位旋柄的下方设置有限位块，第二旋转轴的另一端设置有粘合在一起的第一条形磁铁和第二条形磁铁，第一条形磁铁和第二条形磁铁的一侧设置有线路板，线路板的中心处焊接有霍尔角度传感器，第一弹簧套在第二旋转轴上，并且位于第二齿轮与限位旋柄之间，第一弹簧的一端卡在限位旋柄上，第一弹簧另一端固定，第二弹簧套在第二旋转轴上，并且位于限位旋柄与第一条形磁铁之间，第二弹簧的一端卡在限位旋柄上，第二弹簧另一端固定。这种方案相对于方案I，优点是去掉了齿轮齿条装置后转向时手感较好，采用磁铁和霍尔角度传感器进行转角测量，传感器寿命比方案I的直线位移传感器长。缺点是:对安装精度的要求更高，成本也更高。
[0009]现有方案3(电机式）：方向盘轴上安装有小齿轮，小齿轮与大齿轮相连，在大齿轮上安装限位装置。方向盘轴上再通过齿轮组，安装电机和光电编码器。其中电机用于提供方向盘回正力和振动仿真，光电编码器用于测量方向盘转角。这种方案的优点是光电编码器能够提供非常高的方向盘转角精度，且数值稳定。电机能够提供较为均匀的方向盘反力，手感较好，另外，通过控制力矩电机可以模拟颠簸路面的方向盘振动。缺点是对安装精度要求较高，对于便携模拟器来说，采用塑料开模配件，能够保证安装精度，但是使用寿命较短，耐用性较差。如果采用钢结构，则造价较高。另外一个缺点是方向盘振动时（如方向盘左打死或右打死时)很容易损坏光电编码器。
[0010]现有方案4(电机式）:一种力反馈及振动的汽车驾驶模拟器转向装置，它包含方向盘、第一旋转轴、第一齿轮、第二旋转轴、第二齿轮、限位旋柄、限位块、第一条形磁铁、第二条形磁铁、霍尔角度传感器、线路板、第三齿轮、光电编码器、第三旋转轴、第四齿轮、皮带、第五齿轮、第四旋转轴和电机。第一旋转轴的一端套接有方向盘，第一旋转轴的另一端套接有第四齿轮，第一旋转轴的中心处套接有第一齿轮，第一齿轮的右侧设置有第二齿轮，第一齿轮与第二齿轮啮合，第二齿轮套接在第二旋转轴上，第二旋转轴的中心处套接有限位旋柄，限位旋柄的下端设置有限位块，第二旋转轴的另一端设置有粘合在一起的第一条形磁铁和第二条形磁铁，第一条形磁铁和第二条形磁铁的一侧设置有线路板，线路板的中心处焊接有霍尔角度传感器，第一齿轮的左侧设置有第三齿轮，第一齿轮与第三齿轮啮合，第三齿轮套接在第三旋转轴的一端上，第三旋转轴的另一端连接有光电编码器，第四齿轮的通过皮带与第五齿轮连接，第五齿轮的中心套接有第四旋转轴，第四旋转轴的一端设置有电机。与方案3相比，同时采用光电编码器和霍尔角度传感器进行角度测量，转角测量精度较高并且能很好地修正方向盘进行振动时信号错误问题。但是该方案的缺点是结构较为复杂，成本较高。
[0011 ]比较上述方案，后三个方案虽然手感较好，但是成本较高。方案I成本较低，但是拉杆式位移传感器属于接触式传感器，寿命较短。所以如果将方案I中的拉杆式位移传感器更换为非接触式的线性霍尔传感器，则既降低了成本，又延长了传感器的使用寿命。
【发明内容】
[0012]针对上述问题，本实用新型要解决的技术问题是提供一种结构设计合理、操作方便、可以实现转向装置限位、回正和转角测量功能的齿轮齿条式汽车驾驶模拟器转向装置。
[0013]本实用新型的齿轮齿条式汽车驾驶模拟器转向装置，它包含方向盘、方向柱、万向节、齿轮、防尘罩、齿条、螺母、第一挡圈、第一弹簧、第二弹簧、叉耳、支撑杆、杠杆铁条、第一铆钉、第二铆钉、驱动杆、第二挡圈、第三弹簧、定向套管、条形磁铁、线性霍尔传感器;方向盘套接在方向柱一端，方向柱另一端连接万向节，万向节连接齿轮，齿轮与齿条啮合，齿轮和齿条安装在防尘罩内，齿条较长，齿条的一端套接第一弹簧，再套接第一挡圈，螺母旋入齿条并压住第一挡圈，齿条的另一端套接第二弹簧，叉耳旋入齿条并压住第二弹簧，支撑杆穿入并焊接在叉耳上，杠杆铁条由第一铆钉固定在汽车驾驶模拟器铁架上，杠杆铁条一端按压支撑杆，杠杆铁条的另一端中心处割出一长条形开口，驱动杆的一端通过第二铆钉卡在杠杆铁条的长条形开口处，驱动杆套入第二挡圈，然后套接第三弹簧再穿入定向套管中，驱动杆另一端粘上条形磁铁，线性霍尔传感器处于条形磁铁旁，并使条形磁铁处于线性霍尔传感器的侧面，条形磁铁和线性霍尔传感器不接触。
[0014]本实用新型的原理为：
[0015]因为方向盘通过方向柱和万向节连接到了齿轮，齿轮又与齿条啮合，形成了齿轮齿条结构，所以方向盘的旋转运动可以转化为齿条的直线运动，齿条的直线运动也可以转化为方向盘的旋转运动。
[0016](I)当方向盘在外力的作用下从中心平衡位置顺时针(或逆时针)转动时，齿条在齿轮的驱动下也向右（或向左）直线运动，因为齿条的左端有第一挡圈和螺母阻挡第一弹簧，右端有叉耳阻挡第二弹簧，使套在齿条上的第一弹簧(或第二弹簧)被压缩，此时被压缩的弹簧产生弹力作用在齿条上，这个作用在齿条上的弹力也作用在齿轮上，使齿轮受到逆时针(或顺时针)方向的旋转力矩，如果作用在方向盘上的外力撤除的话，该力矩通过万向节和方向柱使方向盘回