用于驾驶模拟器的人感系统技术方案

本发明专利技术公开一种用于驾驶模拟器的人感系统，能够给予驾驶训练人员逼真的力感反馈，通过传感器量测驾驶训练人员施加在操纵杆或脚蹬上的力、位置、速度等信号，基于采集到的信号解算出当前应当加于执行机构上的力度大小，并产生对应的电机驱动信号，驱动对应通道的伺服电机产生对应的力矩，经由连杆机构传递至驾驶盘、操纵杆、脚蹬和油门，并反馈至操纵的手握端，从而模拟出在真实飞行驾驶中操纵感觉，以达到对力感的模拟。达到对力感的模拟。达到对力感的模拟。

【技术实现步骤摘要】
用于驾驶模拟器的人感系统


[0001]本专利技术涉及驾驶模拟器
，具体而言涉及一种用于驾驶模拟器的人感系统。

技术介绍

[0002]驾驶模拟器是一种有人参与的复杂的模拟仿真系统，能够模拟和复现特定环境下的驾驶和操纵状态，广泛应用于装甲车、坦克、飞机等驾驶模拟训练中，它的功能和目的是在不实际进入装甲车、坦克、飞机等驾驶舱进行实际驾驶和操纵的情况下，将操纵实景、过程、力感等感知以尽可能真实的程度提供给训练人员。其中，在模拟器的设计中，尤其是力感系统，即人感系统的设计，其目的是提供逼真的力的感觉，对训练人员进行模拟训练，能够提前了解和适应操纵场景以及可能的驾驶、飞行状态，并能够及时和准确的做出判断、发出正确的操纵指令。因此，人感系统设计的性能直接决定驾驶模拟器的力感模拟效果。
[0003]现有驾驶模拟器的人感系统设计通常基于液压式人感系统或者电驱动式人感系统，随着电机以及电机驱动技术发展，目前以电驱动式人感系统为主要的方式。以用于飞机的驾驶模拟器的主操纵杆力感模拟系统为例，主要设计包括：检测训练人员操纵主操纵杆而产生的转动信号，将转动信号通过信号处理后输入给力感仿真模型，模型输出需要模拟的力（即施加到主操纵杆的力），并据此驱动伺服电机转动，通过加载机构将电机输出的力矩施加到主操纵杆上，对驾驶训练人员提供力感的反馈。
[0004]在一些改进的方案中，还提出一种基于加载力反馈的闭环控制仿真方式，即在加载机构输出端检测驾驶训练人员实际施加的力，与力感仿真模型输出的力进行比较，基于比较结果生成驱动伺服电机的驱动控制信号，以补偿和抑制多余力，提高力感模拟的真实性。
[0005]另外，现有技术中还通过其他的方式来补偿和抑制多余力，例如基于缓冲弹簧从结构设计上抑制和补偿，以及基于扰动观测器、神经网络模型以及自适应控制系统模型进行抑制。这些方式尽管从软件或者硬件上实现对基本的力感反馈反馈系统的整体设计以及常见的多余力问题的抑制，但作为主要问题的主操纵杆的操纵来说，对前端系统和后端系统之间连接以及力感反馈未进行完整力系统回路的模拟。
[0006]现有技术文献：专利文献1：CN110827620A一种数字式操纵负荷系统；专利文献2：CN110444078A一种模拟飞机的操纵负荷系统；专利文献3：CN110706550A一种模拟飞机的电动操纵负荷系统；专利文献4：CN111063235A一种飞行模拟器的操控负荷训练仿真系统。

技术实现思路

[0007]本专利技术目的在于提供一种用于驾驶模拟器的人感系统，尤其适用于飞行模拟器的人感系统，提供一种能够给予驾驶训练人员逼真的力感反馈的操纵负荷系统，通过传感器
量测驾驶训练人员施加在操纵杆或脚蹬上的力、位置、速度等信号，基于采集到的信号解算出当前应当加于执行机构上的力度大小，并产生对应的电机驱动信号，驱动对应通道的伺服电机产生对应的力矩，通过连杆机构传递至驾驶盘、操纵杆、脚蹬和油门，并反馈至操纵的手握端，从而模拟出在真实飞行驾驶中操纵感觉，以达到对力感的模拟。
[0008]为实现上述目的，本专利技术的第一方面提出一种用于驾驶模拟器的人感系统，包括：用于检测主操纵杆的俯仰操纵状态的第一传感器组以及用于检测主操纵杆被操纵实际施加的力（F
x1
）的第一力传感器；用于检测驾驶盘的横滚操纵状态的第二传感器组以及用于检测驾驶盘被操纵实际施加的力（F
x2
）的第二力传感器；用于检测偏航脚踏的偏航操纵状态的第三传感器组以及用于检测偏航脚踏被操纵实际施加的力（F
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）的第三力传感器；用于检测油门踏板的油门操纵状态的第四传感器组以及用于检测油门被操纵实际施加的力（F
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）的第四力传感器；力感模拟主控系统，用于接收俯仰操纵状态、偏航操纵状态、横滚操纵状态、油门操纵状态以及检测到的实际施加的力（F
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）并生成驱动俯仰通道、横滚通道、偏航通道以及油门通道对应的伺服电机的驱动信号；设置于俯仰通道中、并位于第一伺服电机与主操纵杆之间的第一加载机构，被所述第一伺服电机驱动而提供施加到主操纵杆上的力矩；设置于横滚通道中、并位于第二伺服电机与驾驶盘之间的第二加载机构，被所述第二伺服电机驱动而提供施加到驾驶盘上的力矩；以及设置于偏航通道中、并位于第三伺服电机与偏航脚踏之间的第三加载机构，被所述第三伺服电机驱动而提供施加到偏航脚踏上的力矩；设置于油门通道中、并位于第四伺服电机与偏航脚踏之间的第四加载机构，被所述第四伺服电机驱动而提供施加到油门踏板上的力矩；其中，所述第一加载机构、第二加载机构以及第三加载机构均采用万向铰接的第一连杆以及第一摇臂结构，第一摇臂结构被驱动往复摆动以同步带动所述第一连杆往复位移，从而提供施加到主操纵杆、驾驶盘以及偏航脚踏的力矩，形成力感模拟；所述第四加载机构包括油门连杆、钢索以及滑轮与滑轮摇臂，所述滑轮用于固定传动的钢索，传动的钢索缠绕固定在滑轮的槽内，钢索的末端连接到油门踏板，油门连杆的一端铰接到滑轮摇臂，另一端与油门通道中的第二摇臂结构连接，第二摇臂结构被驱动往复摆动以同步带动所述油门连杆往复位移，提供油门通道的力感模拟，其中所述钢索被设置成具有预设的预紧力。
[0009]与现有技术相比，本专利技术显著的有益效果在于：1、本专利技术提出的用于驾驶模拟器的人感系统，采用直驱式永磁同步力矩电机以及直驱的连杆传动力感反馈，电机转子惯量较小，采用直驱的方式能够增加传动效率，消除减速机式的机械间隙，且输出力曲线线性度较高，动态响应更好，使得整个力感模拟反馈的平滑度优异，为飞行训练提供逼真的座舱操纵感觉；2、本专利技术提出的操纵连杆设计，可以按照位移传动1:1设计，即电机输出轴端偏转角度等于操纵手握点偏转的角度，使得伺服电机行程利用最大化；同时操纵连杆的万向铰
接以及可调节的设计，统一设计可适应对各通道的应用和调整需求；同时，连杆长度可依照伺服电机和操纵器件本体的距离和安装位置确定以及适应性的调节，既保证传递效率又保证维护的便捷性；3、本专利技术的用于驾驶模拟器的人感系统中，通过对机械结构合理设计，使得前端操纵位移与后端执行机构位移呈简单线性关系，在操纵负荷伺服电机和操纵器件之间高保真度连接情况下，不会对力造成明显衰减，确保最大化使用伺服电机的加载力和50%～75%行程；4、在力感模拟过程中，同时引入实际测量获得的驾驶训练人员实际输入给操纵对象的力以及基于最邻近的操纵的补偿控制，提高力感反馈的真实感和逼真度，以提供准确的操纵力感，而准确实时的操控力感能帮助判断飞机驾驶操纵的飞行状态，从而可以根据飞行状态做出判断并做出正确的操纵指令。
[0010]应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的专利技术主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的专利技术主题的一部分。
[0011]结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本专利技术教导的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于驾驶模拟器的人感系统，其特征在于，包括：用于检测主操纵杆的俯仰操纵状态的第一传感器组以及用于检测主操纵杆被操纵实际施加的力（F
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）的第一力传感器；用于检测驾驶盘的横滚操纵状态的第二传感器组以及用于检测驾驶盘被操纵实际施加的力（F
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）的第二力传感器；用于检测偏航脚踏的偏航操纵状态的第三传感器组以及用于检测偏航脚踏被操纵实际施加的力（F
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）的第三力传感器；用于检测油门踏板的油门操纵状态的第四传感器组以及用于检测油门被操纵实际施加的力（F
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）的第四力传感器；力感模拟主控系统，用于接收俯仰操纵状态、偏航操纵状态、横滚操纵状态、油门操纵状态以及检测到的实际施加的力（F
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）并生成驱动俯仰通道、横滚通道、偏航通道以及油门通道对应的伺服电机的驱动信号；设置于俯仰通道中、并位于第一伺服电机与主操纵杆之间的第一加载机构，被所述第一伺服电机驱动而提供施加到主操纵杆上的力矩；设置于横滚通道中、并位于第二伺服电机与驾驶盘之间的第二加载机构，被所述第二伺服电机驱动而提供施加到驾驶盘上的力矩；以及设置于偏航通道中、并位于第三伺服电机与偏航脚踏之间的第三加载机构，被所述第三伺服电机驱动而提供施加到偏航脚踏上的力矩；设置于油门通道中、并位于第四伺服电机与偏航脚踏之间的第四加载机构，被所述第四伺服电机驱动而提供施加到油门踏板上的力矩；其中，所述第一加载机构、第二加载机构以及第三加载机构均采用万向铰接的第一连杆以及第一摇臂结构，第一摇臂结构被驱动往复摆动以同步带动所述第一连杆往复位移，从而提供施加到主操纵杆、驾驶盘以及偏航脚踏的力矩，形成力感模拟；所述第四加载机构包括油门连杆、钢索、滑轮以及滑轮摇臂，所述滑轮用于固定传动的钢索，传动的钢索缠绕固定在滑轮的槽内并且钢索的末端连接到油门踏板，油门连杆的一端铰接到滑轮的滑轮摇臂上，另一端与油门通道中的第二摇臂结构连接，第二摇臂结构被驱动往复摆动以同步带动所述油门连杆往复位移，提供油门通道的力感模拟，其中所述钢索被设置成具有预设的预紧力。2.根据权利要求1所述的用于驾驶模拟器的人感系统，其特征在于，所述钢索的一端设置有调节螺母，通过旋转调节螺母以调节钢索的松紧程度，从而调节钢索的预紧力。3.根据权利要求2所述的用于驾驶模拟器的人感系统，其特征在于，在调节所述钢索的松紧程度过程中，通过张力计实时测量钢索的预紧力，并保持钢索的预紧力与真机的油门钢索的预紧力一致。4.根据权利要求1所述的用于驾驶模拟器的人感系统，其特征在于，所述第一连杆由叉型头、滚子轴承随动器用销、第一螺纹接头、具有螺纹孔的连杆本体、第二螺纹接头以及球铰接头组成，叉型头与第一螺纹接头一体形成，第二螺纹接头与球铰接头一体成型，叉型头通过滚子轴承随动器用销与第一摇...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶江，李吉磊，
申请(专利权)人：江苏普旭科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：