一种驾驶模拟器转向控制机构及其控制方法技术

本发明专利技术公开一种驾驶模拟器转向控制机构，包括：方向盘；以及方向盘轴，其一端与所述方向盘固定连接；力执行机构，其与所述方向盘轴另一端固定连接，用于回正所述方向盘；限位机构，其设置在所述方向盘轴和所述力执行机构之间，用于限制所述方向盘的转动角度，本发明专利技术设计开发的驾驶模拟器转向控制机构，设置有限位机构，通过限位，限位块和限位口的配合，使得方向盘转动角度控制在限定范围内。本发明专利技术还设计开发了一种驾驶模拟器转向控制机构的控制方法，能够模拟车辆转向动作，并精确控制方向盘回正的力矩，使得方向盘能够稳定快速回正。

【技术实现步骤摘要】
一种驾驶模拟器转向控制机构及其控制方法
本专利技术涉及驾驶模拟器转向控制领域，更具体的是，本专利技术涉及一种驾驶模拟器转向控制机构及其控制方法。
技术介绍
随着工业的发展，汽车逐渐走入人们的日常生活之中，但是汽车工业需要大量的资金成本、时间成本及人力成本，同时室外道路试验和使用实验受到场地和气候条件限制，以及极限工况下易发生事故或者无法进行试验，在这样的情况下人们将计算机模拟技术应用在汽车上，专利技术出驾驶模拟器进行模拟仿真实验。目前国内高校和科研机构对驾驶模拟器都有需求。除了高校和科研机构，借助驾驶模拟器技术，可以在有限的空间下，对大量驾驶人员进行系统化的培训，一方面可以解决我国驾驶员培训周期长、压力大、资源紧缺的问题，另一方面也可以有效降低驾校周围的交通事故发生率，还能降低驾校的废气排放。因此驾驶模拟器的普及是有助于社会进步的。对于驾驶模拟器来说，使用人员的驾驶体验尤为重要。为了满足驾驶员驾驶体验，驾驶模拟器转向控制机构应该满足以下需求：(1)获取方向盘即时转角大小。驾驶员在实际驾驶中通过操作方向盘作为输入改变汽车的行驶方向，驾驶模拟器转向机构需要获取该数据并传输给计算机。(2)获取方向盘扭矩大小。驾驶员在模拟驾驶时，计算机需要不断获取方向盘所受扭矩，这是为了能够之后对驾驶员的行为进行评估，同时将方向盘所受扭矩和力执行机构发出的阻力矩相比较，起到监控的作用。(3)提供适当阻力矩。实际驾驶中汽车发生转向时，车轮与地面间的摩擦力会通过转向系作用到方向盘上，也就是俗称的“路感”；汽车发生转向之后，转向轮能自动调整行驶轨迹，方向盘及车轮同时恢复到直线行驶状态，驾驶模拟器也要求能够提供类似回正力矩的阻力。转向盘回正力矩直接影响驾驶员对车辆和路面状况的判断，这对模拟驾驶的逼真度有着重要的影响，对驾驶模拟器的研究具有重要意义。(4)提供限位。驾驶员实际驾驶时，方向盘转动通常有转动角度限制。一般是±720度(即方向盘可向转两侧各转两圈)或±540度(即方向盘可向转两侧各转一圈半)。现有技术中的驾驶模拟器转向控制机构虽然也能提供基本的如回正、限位角度测量等功能，但是主要选择弹簧作为回正力矩的提供元件，回正手感较差，而且一般占用空间很大。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是设计开发了一种驾驶模拟器转向控制机构，设置有限位机构，通过限位，限位块和限位口的配合，使得方向盘转动角度控制在限定范围内。本专利技术的另一个目的是设计开发了一种驾驶模拟器转向控制机构的控制方法，能够模拟车辆转向动作，并精确控制方向盘回正的力矩，使得方向盘能够稳定快速回正。本专利技术提供的技术方案为：一种驾驶模拟器转向控制机构，包括：方向盘；以及方向盘轴，其一端与所述方向盘固定连接；力执行机构，其与所述方向盘轴另一端固定连接，用于回正所述方向盘；限位机构，其设置在所述方向盘轴和所述力执行机构之间，用于限制所述方向盘的转动角度，其包括：限位座，其为矩形板状结构；限位壳，其为中空矩形结构且相对两侧开口，所述限位壳开口一侧与所述限位座固定连接；限位口，其对称设置在所述限位壳轴向两侧且靠近所述限位座设置；限位齿条，其轴向设置在所述限位壳内且两端穿出所述限位口，所述限位齿条能够沿所述限位座轴向运动；限位块，其固定设置在所述限位齿条轴向两端，用于限制所述限位齿条轴向两端运动至所述限位壳内；限位齿轮，其设置在所述限位壳内且与所述限位齿条啮合，用于驱动所述限位齿条沿所述限位座周向运动；限位传动轴，其穿过所述限位齿轮且与所述限位齿轮固定连接，所述限位传动轴两端分别可旋转穿过所述限位壳径向两侧，并与所述方向盘轴和力执行机构同轴固定连接。优选的是，所述力执行机构包括执行电机，其输出端与所述限位传动轴一端固定连接，用于驱动所述方向盘轴旋转回正。优选的是，还包括转矩传感器，其设置在所述执行电机和所述限位传动轴之间，用于检测方向转矩。优选的是，还包括角度传感器，其设置在所述方向盘轴和所述限位传动轴之间，用于检测方向盘转角。优选的是，所述角度传感器与所述限位传动轴之间通过第一连接器连接。优选的是，所述限位传动轴与所述转矩传感器之间通过第二联轴器连接；所述转矩传感器与所述执行电机之间通过第三联轴器连接。优选的是，所述方向盘与所述方向盘轴通过紧定螺母固定连接。优选的是，所述角度传感器为光电编码器。一种驾驶模拟器转向控制机构的控制方法，包括如下步骤：步骤1：控制驾驶模拟器进行方向盘转向动作，光电编码器采集所述方向盘转角，并输出转弯结果，同时力执行机构产生相应的阻力矩阻碍转动的进行，其阻力矩大小满足：其中，Tf为方向盘的阻力矩，G为车前轴载荷，g为重力加速度，η1为转向系统正效率，i为转向系传动比，v为车速，r为轮胎半径，R为转弯半径，γ为前轮主销后倾角，θ为转向轮偏角，β为前轮主销内倾角，b为主销转向节偏距，f为轮胎与地面的滚动阻力摩擦系数，c为主销偏距。步骤2：完成模拟转向后，力执行机构控制所述方向盘回正，控制所述方向盘回正的力矩满足：其中，Tr为方向盘回正的力矩。本专利技术所述的有益效果：(1)本专利技术设计开发的驾驶模拟器转向控制机构，1)采用电机驱动,回正力度均匀且力度大小可调，可以设计不同的控制策略来满足不同驾驶模拟器的使用需要；2)不仅安装了角度传感器，还安装了转矩传感器，转矩传感器的值可以起到反馈的作用，能够让驾驶模拟器自检，如果出现转矩异常的情况就及时停止使用，避免危险的发生，同时能够这是为了能够之后对驾驶员的行为进行评估，对于驾驶员行为研究有很大帮助；3)角度传感器使用光电编码器，属于非接触角传感器，精度高，寿命长；4)整个转向控制机构都安装在同一根轴线上，对中性好，安装时精度高，安装方便，人为误差小；5)可完成限位功能，限位机构结构简单，成本低，手感好。(2)本专利技术设计开发的驾驶模拟器转向控制机构的控制方法，能够模拟车辆转向动作，并精确控制方向盘回正的力矩，使得方向盘能够稳定快速回正。附图说明图1是本专利技术所述驾驶模拟器转向控制机构组成的轴测投影图。图2是本专利技术所述驾驶模拟器转向控制机构方向盘结构图。图3是本专利技术所述驾驶模拟器转向控制机构限位机构的轴测投影图。图4是本专利技术所述驾驶模拟器转向控制机构限位机构的剖面图。图5是本专利技术所述驾驶模拟器转向控制机构的控制方法的控制流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。如图1-4所示，本专利技术提供一种驾驶模拟器转向控制机构，包括：方向盘100；以及方向盘轴110，其一端与所述方向盘100固定连接；力执行机构200，其与所述方向盘轴110另一端固定连接，用于回正所述方向盘100。限位机构120，其设置在方向盘轴110和力执行机构200之间，用于限制方向盘100的转动角度。限位机构120包括：限位座121，其为矩形板状结构；限位壳122，其为中空矩形结构且相对两侧开口，并且限位壳122开口一侧与限位座121固定连接；限位口123，其对称设置在限位壳122轴向两侧且靠近所述限位座121设置；限位齿条124，其轴向设置在限位壳122内且两端穿出所述限位口123，所述限位齿条124能够沿所述限位座121轴向运动；限位块125，其固定设置在限位齿条124轴向两端，用于限制限位齿条124轴向两端运动至本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种驾驶模拟器转向控制机构，其特征在于，包括：方向盘；以及方向盘轴，其一端与所述方向盘固定连接；力执行机构，其与所述方向盘轴另一端固定连接，用于回正所述方向盘；限位机构，其设置在所述方向盘轴和所述力执行机构之间，用于限制所述方向盘的转动角度，其包括：限位座，其为矩形板状结构；限位壳，其为中空矩形结构且相对两侧开口，所述限位壳开口一侧与所述限位座固定连接；限位口，其对称设置在所述限位壳轴向两侧且靠近所述限位座设置；限位齿条，其轴向设置在所述限位壳内且两端穿出所述限位口，所述限位齿条能够沿所述限位座轴向运动；限位块，其固定设置在所述限位齿条轴向两端，用于限制所述限位齿条轴向两端运动至所述限位壳内；限位齿轮，其设置在所述限位壳内且与所述限位齿条啮合，用于驱动所述限位齿条沿所述限位座周向运动；限位传动轴，其穿过所述限位齿轮且与所述限位齿轮固定连接，所述限位传动轴两端分别可旋转穿过所述限位壳径向两侧，并与所述方向盘轴和力执行机构同轴固定连接。

【技术特征摘要】
1.一种驾驶模拟器转向控制机构，其特征在于，包括：方向盘；以及方向盘轴，其一端与所述方向盘固定连接；力执行机构，其与所述方向盘轴另一端固定连接，用于回正所述方向盘；限位机构，其设置在所述方向盘轴和所述力执行机构之间，用于限制所述方向盘的转动角度，其包括：限位座，其为矩形板状结构；限位壳，其为中空矩形结构且相对两侧开口，所述限位壳开口一侧与所述限位座固定连接；限位口，其对称设置在所述限位壳轴向两侧且靠近所述限位座设置；限位齿条，其轴向设置在所述限位壳内且两端穿出所述限位口，所述限位齿条能够沿所述限位座轴向运动；限位块，其固定设置在所述限位齿条轴向两端，用于限制所述限位齿条轴向两端运动至所述限位壳内；限位齿轮，其设置在所述限位壳内且与所述限位齿条啮合，用于驱动所述限位齿条沿所述限位座周向运动；限位传动轴，其穿过所述限位齿轮且与所述限位齿轮固定连接，所述限位传动轴两端分别可旋转穿过所述限位壳径向两侧，并与所述方向盘轴和力执行机构同轴固定连接。2.如权利要求1所述的驾驶模拟器转向控制机构，其特征在于，所述力执行机构包括执行电机，其输出端与所述限位传动轴一端固定连接，用于驱动所述方向盘轴旋转回正。3.如权利要求2所述的驾驶模拟器转向控制机构，其特征在于，还包括转矩传感器，其设置在所述执行电机和所述限位传动轴之间，用于检测方向转矩。4.如权利要求3所述的驾驶模拟器转向...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵伟强，宋广昊，宗长富，孙铭，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22