用于驾驶模拟器的力感反馈系统的制作方法

1.本发明涉及驾驶模拟器技术领域，具体而言涉及一种用于驾驶模拟器的力感反馈系统。


背景技术：

2.驾驶模拟器是一种半实物仿真系统，通过人的参与结合机电控制系统，复现驾驶环境下的人与车辆之间的交互状态以及车辆状态，实现对车辆的模拟驾驶训练。驾驶模拟器是一套由电、液系统构成的复杂控制系统，在设计过程中，主要包括油门操纵控制(驱动力控制)、方向盘操纵控制(转向控制)以及制动踏板操纵控制(制动控制)。
3.驾驶操纵反馈感觉系统是驾驶模拟器的重要组成部分，也称为驾驶感觉系统、驾驶感觉反馈系统、人感系统等，旨在将训练模拟人员通过油门踏板、方向盘、制动踏板施加控制时，将操纵立杆反馈给驾驶人员，准确并且实时地帮助驾驶人员判断当前施加的车辆控制以及车辆的驾驶状态，从而利于驾驶人员做出实时的判断以及对应的操纵指令。
4.目前比较成熟的驾驶模拟器的驾驶感觉系统是基于电机-连杆传动、电液混合传动或者液压反馈实现的，通过施加推/拉的作用力，将驾驶感觉反馈给驾驶人员。然而这样的电动、电液或者液压传动方式带来的响应滞后性，影响了驾驶感觉的反馈，尤其是在电动、电液混合传动的情况下，采用电机+减速机的驱动方式影响响应和反馈的实时性，导致较大的迟滞。


技术实现要素：

5.根据本发明目的的第一方面，提出一种用于驾驶模拟器的力感反馈系统，包括操纵器、驾驶操纵系统、力感模拟机构以及实时监测组件，其中：
6.操纵器，与驾驶模拟器的操纵器连杆连接，用于根据驾驶训练人员的驾驶操作指令，接收向操纵器施加的执行力fi；
7.实时监测组件，用于检测所述操纵器根据执行力fi产生的状态变化；
8.驾驶操纵系统，用于根据所述状态变化控制力感模拟机构的运行，产生模拟力fr；
9.其中，所述力感模拟机构被配置为基于电磁控制的可变压力模拟机构，其两端分别铰接至操纵器连杆p与驾驶模拟器机身，并且响应于所述状态变化而产生变化的模拟力fr，所述模拟力fr被直接施加至所述操纵器，以向驾驶训练人员提供反馈感觉。
10.作为可选的实施方式，所述力感模拟机构包括一壳体、填充在壳体内的磁流变液以及位于所述壳体内并置于所述磁流变液包围状态的活塞，所述活塞配置有一与其连接的活塞杆，所述活塞杆延伸出所述壳体并在其端部与操纵器连杆铰接；
11.所述壳体设置有电磁线圈，所述驾驶操纵系统与所述电磁线圈连接，并且通过控制流过所述电磁线圈的电流大小以控制所述电磁线圈产生的磁场强弱，改变磁流变液的流动性，从而改变活塞响应于流动性的变化而受到的阻力。
12.根据本发明目的的第二方面，提出一种驾驶模拟器的力感反馈方法，包括以下步
骤：
13.接受驾驶训练人员对操纵器的操作，向操纵器施加执行力fi；
14.通过实时监测组件检测所述操纵器根据执行力fi产生的状态变化；
15.驾驶操纵系统根据所述状态变化控制力感模拟机构的运行，产生模拟力fr，其中，所述力感模拟机构被配置为基于电磁控制的可变压力模拟机构，其两端分别铰接至操纵器连杆与驾驶模拟器机身，并且响应于所述状态变化，由驾驶操纵系统通过控制流过力感模拟机构的电磁线圈的电流大小以控制所述电磁线圈产生的磁场强弱，改变力感模拟机构内部的磁流变液的流动性，从而改变活塞响应于流动性的变化而受到的阻力，产生变化的模拟力fr，所述模拟力fr被直接施加至所述操纵器，以向驾驶训练人员提供反馈感觉；
16.当驾驶训练人员对操纵器的操作解除，即向操纵器施加执行力fi解除时，所述驾驶操纵系统控制关断流过所述电磁线圈的电流，以解除磁场，从而恢复磁流变液的自由流动性，所述操纵器朝向恢复初始位置的趋势运动。
17.结合本发明前述实施例的方法，通过
附图说明
18.附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。
19.图1是本发明实施例的用于驾驶模拟器的力感反馈系统的示意图。
20.图2是本发明实施例的用于驾驶模拟器的力感反馈系统的力感反馈机构的原理示意图。
21.图3是本发明实施例的用于驾驶模拟器的力感反馈系统的力感反馈机构的结构示意图。
具体实施方式
22.为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
23.在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。
24.结合图1、2、3所示的实施例的用于驾驶模拟器的力感反馈系统，包括操纵器10、驾驶操纵系统20、力感模拟机构30以及实时监测组件40。
25.如图1、2所示，操纵器10，与驾驶模拟器的操纵器连杆p连接，用于根据驾驶训练人员的驾驶操作指令，接收向操纵器10施加的执行力fi。
26.在本发明的实施例中，操纵器10为驾驶模拟器的油门踏板m1或者制动踏板m2。在油门踏板m1或者制动踏板m2被踩踏操作时，产生相应的运动，例如围绕上铰接点发生旋转运动，并产生对应的向下的位移。这些运动状态变化，可通过适当的方式进行实时地检测，例如用以检测旋转角度的角度传感器或者用于检测位移的位移传感器。
27.结合图1、2所示，实时监测组件40，用于检测操纵器10根据执行力fi产生的状态变
化。如前述的，实时监测组件40包括用于检测操纵器10的位移或者角度变化的装置。
28.驾驶操纵系统20，用于根据状态变化控制力感模拟机构30的运行，产生模拟力fr。
29.在本发明的实施例中，结合图2、3所示，力感模拟机构30被配置为基于电磁控制的可变压力模拟机构。
30.结合图2所示，力感模拟机构30的两端分别铰接至操纵器连杆p与驾驶模拟器机身，并且响应于状态变化而产生变化的模拟力fr，模拟力fr被直接施加至操纵器10，以向驾驶训练人员提供反馈感觉。
31.结合图3所示，力感模拟机构30包括一壳体31、填充在壳体内的磁流变液34以及位于壳体内并置于磁流变液34包围状态的活塞32，活塞32配置有一与其连接的活塞杆33，活塞杆33延伸出壳体31并在其端部与操纵器连杆铰接。
32.壳体31设置有电磁线圈36，驾驶操纵系统20与电磁线圈36连接，并且通过控制流过电磁线圈36的电流大小以控制电磁线圈36产生的磁场强弱，改变磁流变液34的流动性，从而改变活塞32响应于流动性的变化而受到的阻力。
33.由此，通过改变磁场强弱而影响磁流变液34的流动性，对活塞32的运动产生不同阻力。结合图2、3所示，活塞32与活塞杆33连接为一体，活塞杆33的一端与活塞32固定连接，另一端通过第一铰接件35a铰接至操纵器连杆p，由此当操纵器30受力发生状态变化时，例如旋转、位移变化，引起操纵器连杆p向下的翻转运动，使得的活塞杆33带动活塞32一起向下运动，此时通过电磁线圈36产生的磁场，控制磁流变液34的流动性即阻力，从而对活塞32及活塞杆33施加阻力，阻力的大小及所产生的模拟力，从而向驾驶训练人员提供力感反馈。
34.其中，向操纵器10施加的力度越大，引起的位移、转角越大，则通过控制电磁线圈36的电流增大，尤其是呈线性变化地改变电流大小，以改变电磁线圈36产生的磁场强弱，降低磁流变液34的流动性，从而提供更大的阻力，产生更大的模拟力反馈。
35.在本发明的实施例中，以检测操纵器10的位移变化的传感器为例进行说明。实时监测组件40设置在活塞杆33上，用于实时检测操纵器10受到压力时向下移动的行程；驾驶操纵系统20根据行程决定电磁线圈36的电流。
36.结合图3所示，力感模拟机构30还包括一设置在壳体31内部的压力传感器38，用于感应磁流变液34产生的压力大小，并反馈至驾驶操纵系统20。
37.如图3所示，力感模拟机构30的壳体31的下方亦通过第二铰接件35b，与驾驶模拟器的机身铰接。
38.作为可选的实施例，驾驶模拟器的操纵器连杆的端部铰接到驾驶模拟器的机身上，并且在铰接位置设置有回力弹簧(未标示出)，用于在执行力fi解除时，通过回力弹簧带动操纵器连杆p及操纵器10朝向恢复初始位置的趋势运动。
39.其中，驾驶操纵系统20响应于执行力fi的解除，控制关断流过电磁线圈36的电流，以解除磁场。
40.应当理解，在本发明的实施例中，磁流变液34采用一种流动性可控的流体，在外部无磁场时呈现低粘度的牛顿流体特性。在外加磁场时呈现为高粘度、低流动性的宾汉流体(bingham)。磁流变液34的粘度大小与磁场强度/磁通量存在对应关系，通过将其实现在力感反馈模拟中，控制策略简单而且响应迅速，可达毫秒级响应速度，提高响应速度，减少传统电动、电液或者液压驱动带来的迟滞反应。
41.结合图1、2、3所示，本发明公开的实施例还提出一种驾驶模拟器的力感反馈方法，包括以下步骤：
42.接受驾驶训练人员对操纵器10的操作，向操纵器10施加执行力fi；
43.通过实时监测组件40检测操纵器10根据执行力fi产生的状态变化；
44.驾驶操纵系统20根据状态变化控制力感模拟机构30的运行，产生模拟力fr，其中，力感模拟机构30被配置为基于电磁控制的可变压力模拟机构，其两端分别铰接至操纵器连杆p与驾驶模拟器机身，并且响应于状态变化，由驾驶操纵系统20通过控制流过力感模拟机构30的电磁线圈36的电流大小以控制电磁线圈36产生的磁场强弱，改变力感模拟机构30内部的磁流变液34的流动性，从而改变活塞32响应于流动性的变化而受到的阻力，产生变化的模拟力fr，模拟力fr被直接施加至操纵器10，以向驾驶训练人员提供反馈感觉；
45.当驾驶训练人员对操纵器10的操作解除，即向操纵器10施加执行力fi解除时，驾驶操纵系统20控制关断流过电磁线圈36的电流，以解除磁场，从而恢复磁流变液34的自由流动性，操纵器10朝向恢复初始位置的趋势运动。
46.虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。