一种面向人机共驾测评的驾驶模拟器高拟真触觉反馈系统技术方案

本发明专利技术公开了一种面向人机共驾测评的驾驶模拟器高拟真触觉反馈系统，属于驾驶模拟器领域。包括电子刹车踏板、电子油门踏板、力反馈方向盘和微控制器；其中力反馈方向盘包括方向盘、转向轴、涡轮、蜗杆、转向管柱、固定支撑结构、直流助力电机、电磁离合器、磁环编码器。本发明专利技术将方向盘、油门、刹车融合控制，根据驾驶员踩刹车和油门的力度控制方向盘转向力矩的大小，实现完整的一套触觉感知系统进行协同控制；在模拟力反馈方面，在直流助力电机和方向盘转向轴之间加入电磁离合器，用直流助力电机控制转速和方向，电磁离合器提供力反馈的阻尼，实现方向盘的力反馈或自动回正，使驾驶员获得真实的路感。获得真实的路感。获得真实的路感。

【技术实现步骤摘要】
一种面向人机共驾测评的驾驶模拟器高拟真触觉反馈系统


[0001]本专利技术属于驾驶模拟器领域，具体涉及一种面向人机共驾测评的驾驶模拟器高拟真触觉反馈系统。

技术介绍

[0002]随着人机共驾技术的不断发展，驾驶模拟器在科研和工业领域的应用越来越广泛。高拟真的驾驶模拟器可以测试人机共驾系统的功能特性，验证人机共驾系统的接管特性，对构建人机共驾测评体系有着重要的影响。
[0003]驾驶模拟器主要分为静态模拟器和动态模拟器。在静态模拟器中，视觉和听觉系统负责参与运动感知。而在动态模拟器中，身体其他感官系统也要参与构建驾驶体验。而方向盘、油门、刹车作为现实中驾驶员和车辆系统交互的桥梁，成为构建车辆动态反馈的重要部分。设计一种集成力反馈方向盘、油门和刹车的驾驶模拟器触觉反馈系统为人机共驾测试与评价等研究做出积极影响。
[0004]现目前定制化的高端驾驶模拟器系统价格昂贵，其面向特定场景进行开发，难以实现其他功能，并且高端模拟器一般受到国外技术限制，系统高度集成化，开发难度大。传统普通驾驶模拟器系统一般将方向盘、油门、刹车等部件独立控制，没有实现完整的一套系统进行协同控制，并且仅依靠直流电机完成力感反馈的控制，会造成方向盘力反馈触感失真，降低驾驶模拟器的沉浸感。

技术实现思路

[0005]为解决上述问题，提高驾驶模拟器触觉反馈系统的沉浸感，更好测试与评价人机共驾系统，本专利技术提供了一种面向人机共驾测试与评价的驾驶模拟器高拟真触觉反馈系统。
[0006]本专利技术采用的技术方案如下：/>[0007]一种面向人机共驾测评的驾驶模拟器高拟真触觉反馈系统，包括电子刹车踏板(1)、电子油门踏板(2)、力反馈方向盘(3)和微控制器(4)。
[0008]所述力反馈方向盘(3)包括方向盘(3.1)、转向轴(3.2)、涡轮(3.3)、蜗杆(3.4)、转向管柱(3.5)、固定支撑结构(3.6)。
[0009]所述转向管柱(3.5)通过固定支撑结构(3.6)与模拟器驾驶舱连接；所述转向轴(3.2)设置于转向管柱(3.5)内，并通过轴承与转向管柱(3.5)实现相对旋转；所述转向轴(3.2)的上端通过花键与方向盘(3.1)啮合，驾驶员转动方向盘时，方向盘带动转向轴转动；所述转向轴(3.2)的下端与涡轮(3.3)通过花键啮合。
[0010]所述涡轮(3.3)与蜗杆(3.4)啮合，啮合接触时为线接触，蜗杆(3.4)带动涡轮(3.3)旋转，可以得到大传动比，并且传动平稳、噪音小。
[0011]其特征在于，所述力反馈方向盘(3)，还包括直流助力电机(3.9)、电磁离合器(3.8)、磁环编码器(3.7)。
[0012]所述直流助力电机(3.9)、电磁离合器(3.8)、蜗杆(3.4)共轴连接；直流助力电机(3.9)带动电磁离合器(3.8)转动，将反力矩传输至方向盘(3.1)。
[0013]所述电磁离合器(3.8)用于将直流助力电机(3.9)提供的初始驱动力传输到蜗杆(3.4)，蜗杆(3.4)带动涡轮(3.3)旋转。
[0014]所述磁环编码器(3.7)，用于读取方向盘(3.1)的转角和转速，并发送给微控制器(4)。
[0015]所述微控制器(4)实时采集方向盘(3.1)的转角和转速、电子刹车踏板(1)和电子油门踏板(2)的信号，并根据采集的信息发送控制信号给直流助力电机(3.9)和电磁离合器(3.8)；所述直流助力电机(3.9)根据控制信号调整自身的转速和转向，所述电磁离合器根据控制信号调节开启和关断的频率，给驾驶员提供模拟的反力矩，实现方向盘的力反馈或自动回正，使驾驶员获得真实的路感。
[0016]进一步地，所述电磁离合器(3.8)为干式电磁离合器，包括同轴设置的从动端转轴(3.8.2)、主动端转轴(3.8.3)、主动端支撑件(3.8.4)、从动端支撑件(3.8.5)、磁轭(3.8.6)、线圈(3.8.7)、主动端摩擦片(3.8.8)、从动端摩擦片(3.8.9)、复位弹簧(3.8.10)、衔铁(3.8.1)。
[0017]所述主动端转轴(3.8.3)与直流助力电机(3.9)同轴固定连接，主动端转轴(3.8.3)在直流助力电机(3.9)驱动下旋转。
[0018]所述主动端支撑件(3.8.4)套接在主动端转轴(3.8.3)上。所述磁轭(3.8.6)安装在主动端支撑件(3.8.4)的磁轭安装槽内，线圈(3.8.7)内嵌于磁轭(3.8.6)内部；所述磁轭(3.8.6)用于收束线圈、约束感应漏磁向外扩散。
[0019]所述从动端支撑件(3.8.5)套接在从动端转轴(3.8.2)上；从动端支撑件(3.8.5)在复位弹簧(3.8.10)处设置两个衔铁插槽，插槽外套复位弹簧(3.8.10)，衔铁(3.8.1)插入从动端支撑件(3.8.5)衔铁插槽内，并通过复位弹簧(3.8.10)与从动端支撑件(3.8.5)连接。
[0020]所述衔铁(3.8.1)与线圈(3.8.7)之间的空隙设置有主动端摩擦片(3.8.8)和从动端摩擦片(3.8.9)，其中主动端摩擦片(3.8.8)与主动端支撑件(3.8.4)固定连接，从动端摩擦片(3.8.9)与衔铁(3.8.1)连接；当线圈(3.8.7)通电时，衔铁(3.8.1)向线圈(3.8.7)方向贴合，主动端摩擦片(3.8.8)和从动端摩擦片(3.8.9)通过摩擦片间摩擦力传递力矩。
[0021]进一步地，所述磁环编码器(3.7)，采用非接触式读取方式，包括磁环编码器磁头(3.7.1)、磁环编码器读头(3.7.2)、磁环编码器固定支架(3.7.3)；所述磁环编码器读头(3.7.2)通过磁环编码器固定支架(3.7.3)固定在转向管柱(3.5)上端；所述磁环编码器磁头(3.7.1)固定在转向轴(3.4)上部，随转向轴(3.4)与方向盘(3.1)进行同轴旋转。
[0022]在现有技术中，单独驱动直流助力电机的控制方式对电机的损耗较大，直流助力电机承受驾驶员操作方向盘的反力矩，当方向盘停止转动，此时直流助力电机还要提供驾驶员真实的方向盘转矩时，相当于直流助力电机堵转，使得直流助力电机线圈通过的电流过大，长时间会烧毁电机的线圈，导致方向盘力反馈系统不能正常工作。本专利技术采用干式电磁离合器装置，直流助力电机可以保持一定的转速运转，通过调节电磁离合器的开启和关断的频率控制直流助力电机输出给方向盘力矩的大小，从而使得驾驶模拟器力反馈更加真实，也不会使得电机直接堵转，烧毁电机。
[0023]本专利技术提供的驾驶模拟器触觉反馈系统，主要根据驾驶员的操作给予驾驶员反向力矩，增强方向盘的跟随性能，模拟方向盘转角回正特性；当施加在方向盘的力矩减少时，直流助力电机会带动转向轴使方向盘自动回正。例如在车辆高速行驶时，方向盘小的转角都会使得车辆失控，因此驾驶员需要较大的力才能转动方向盘，避免由于误打方向盘使得车辆失控。
[0024]本专利技术相比于定制化高端模拟器具有价格和技术上的优势，适用场景更加丰富，开发较为方便，沉浸感体验相似。相比传统普通的驾驶模拟本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向人机共驾测评的驾驶模拟器高拟真触觉反馈系统，包括电子刹车踏板(1)、电子油门踏板(2)、力反馈方向盘(3)和微控制器(4)；所述力反馈方向盘(3)包括方向盘(3.1)、转向轴(3.2)、涡轮(3.3)、蜗杆(3.4)、转向管柱(3.5)、固定支撑结构(3.6)；所述转向管柱(3.5)通过固定支撑结构(3.6)与模拟器驾驶舱连接；所述转向轴(3.2)设置于转向管柱(3.5)内，并通过轴承与转向管柱(3.5)实现相对旋转；所述转向轴(3.2)的上端通过花键与方向盘(3.1)啮合，驾驶员转动方向盘时，方向盘带动转向轴转动；所述转向轴(3.2)的下端与涡轮(3.3)通过花键啮合；所述涡轮(3.3)与蜗杆(3.4)啮合，啮合接触时为线接触；其特征在于，所述力反馈方向盘(3)，还包括直流助力电机(3.9)、电磁离合器(3.8)、磁环编码器(3.7)；所述直流助力电机(3.9)、电磁离合器(3.8)、蜗杆(3.4)共轴连接；直流助力电机(3.9)带动电磁离合器(3.8)转动，将反力矩传输至方向盘(3.1)；所述电磁离合器(3.8)用于将直流助力电机(3.9)提供的初始驱动力传输到蜗杆(3.4)，蜗杆(3.4)带动涡轮(3.3)旋转；所述磁环编码器(3.7)，用于读取方向盘(3.1)的转角和转速，并发送给微控制器(4)；所述微控制器(4)实时采集方向盘(3.1)的转角和转速、电子刹车踏板(1)和电子油门踏板(2)的信号，并根据采集的信息发送控制信号给直流助力电机(3.9)和电磁离合器(3.8)；所述直流助力电机(3.9)根据控制信号调整自身的转速和转向，所述电磁离合器根据控制信号调节开启和关断的频率，给驾驶员提供模拟的反力矩，实现方向盘的力反馈或自动回正，使驾驶员获得真实的路感。2.如权利要求1所述的一种面向人机共驾测评的驾驶模拟器高拟真触觉反馈系统，其特征在于，所述电磁离合器(3.8)为干式电磁离合器。3.如权利要求2所述的一种面向人机共驾测评的驾驶模拟器高拟真触觉反馈系统，其特征在于，所述干式电磁离合器，包括同轴设置的从动端转轴(3.8.2)、主动端转...

【专利技术属性】
技术研发人员：李曙光，孔召权，胡杰瑞，吉豪，彭吉涛，赵洋，程洪，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：