方向盘回正及驱动装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术属于汽车驾驶仿真技术领域，具体涉及一种方向盘仿真平台中的方向盘回正及驱动装置，包括方向盘、与方向盘固定连接的轴以及微控制模块，其特别之处在于使用步进电机驱动方向盘的动作，所述方向盘底部的轴上安装有力矩传感器，所述轴的端部连接有步进电机和编码器，所述力矩传感器和编码器均与微控制模块连接，所述步进电机通过驱动芯片与微控制模块连接，所述微控制模块连接通信芯片，所述通信芯片通过通信接口与上位机连接。本实用新型专利技术的方向盘的旋转力矩和旋转角度采用数字化开环控制，具有控制精度高，可靠性高，结构简单，成本低廉。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于汽车驾驶仿真
，具体涉及一种方向盘仿真平台中的方向盘回正及驱动装置。
技术介绍
在汽车驾驶训练时，受到场地、天气等因素的限制，影响了人们实地驾驶汽车对驾驶技能的学习，汽车模拟驾驶室避免了上述影响，使得学习汽车驾驶技能的过程能够在室内进行。就汽车模拟器的方向控制而言，方向盘模拟器应实现人工驾驶模式和自动驾驶模式，在人工驾驶模式下方向盘模拟器实现方向盘回正，在自动驾驶模式下方向盘模拟器实 现方向盘驱动，以及自动驾驶模式到人工驾驶模式切换。目前，方向盘模拟器一般由控制器、驱动类电机、摩擦副、转角传感器等构成，控制驱动类电机和摩擦副实现方向盘回正，但驱动类电机在模拟方向盘回正过程中存在以下缺占-^ \\\ ·I)由于驱动类电机旋转速度与力矩相关，需要借助摩擦副实现方向盘各种旋转速度和适应各种力矩工况，结构复杂；2)现有方向盘模拟器的旋转角度必须采用闭环方式控制，而方向盘回正过程中存在较大动态误差，控制精度低；3)由于驱动类电机转速较高，需要增加减速机构，进一步增加了结构的复杂性，而且由于转速高，不能模拟方向盘的力矩保持在一个值而静止自锁；4、现有方向盘模拟器在正转和反转过程中，容易损坏元件，使用寿命短，使用成本闻。
技术实现思路
本技术的目的是为了克服上述缺陷，提供一种旋转力矩和旋转角度采用数字化开环控制，控制精度高，可靠性高，结构简单，成本低廉的方向盘回正及驱动装置，包括方向盘、与方向盘固定连接的轴以及微控制模块，其特别之处在于使用步进电机驱动方向盘的动作，所述方向盘底部的轴上安装有力矩传感器，所述轴的端部连接有步进电机和编码器，所述力矩传感器和编码器均与微控制模块连接，所述步进电机通过驱动芯片与微控制模块连接，所述微控制模块连接通信芯片，所述通信芯片通过通信接口与上位机连接。在上述技术方案中所述微控制模块为C8051F221单片机。所述驱动芯片为型号为TA8435H的芯片。所述单片机引脚Pl. 3通过滤波电容接地，单片机引脚Pl. 3通过滤波电阻与驱动芯片连接，单片机引脚Pl. 3通过滤波电阻与电容串联后接地，单片机引脚Pl. O、引脚Pl. I、引脚Pl. 2分别与驱动芯片的时钟输入端CK1、正反转CW/CCW控制输入端、使能端ENABLE相连接，驱动芯片与步进电机连接，驱动芯片的B相和A相电流检测端分别通过限流电阻接地。本技术由于采取以上技术方案，具有以下优点I)、方向盘具备回正、驱动及切换，可模拟人工驾驶和自动驾驶中各种状态，实现汽车模拟器的高度仿真；2)、采用驱动步进电机的旋转方向、旋转速度、旋转力矩和旋转角度，分别控制方向盘的转动方向、转动角度、转动速度，方向盘的控制变量互不相关，独立控制，控制精度闻;3)、方向盘控制采用全数字化单片机与上位机的通信，方向盘转角的测量，单片机对步进电机方向、力矩、速度、旋转角度的控制均为数字化控制，控制精度高、稳定性好；4)、方向盘模拟器在正转和反转过程中，单片机容易控制步进电机停在任一的角 度，能够保持较大静力矩，具有自锁功能；5)、本技术结构简单，易于实现。附图说明图I是本技术方向盘回正及驱动机械结构示意图；图2是本技术方向盘回正及驱动电路原理图；图3是本技术方向盘回正及驱动控制过程流程图；图中1、方向盘；2、轴；3、力矩传感器；4、步进电机；5、驱动芯片；6、通信芯片；7、通信接口 ；8、编码器；9、微控制模块；10、滤波电容；11、滤波电阻；12、限流电阻；13、电容；14、上位机。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本技术作进一步的详细描述如图I所示的方向盘回正及驱动装置的机械结构，包括方向盘I、与方向盘I固定连接的轴2以及微控制模块，方向盘I底部的轴2上安装有力矩传感器3，轴2的端部连接有步进电机4和编码器8，力矩传感器3和编码器8均与微控制模块9连接，步进电机4通过驱动芯片5与微控制模块连接，微控制模块9通过连接有通信芯片6，通信芯片6通过通信接口 7与上位机14连接。参阅图2所示的方向盘回正及驱动装置的电路原理，本实施例中，电子元器件型号如下通信接口 7为9针串口型的RS232接口，通讯芯片6为MAX232芯，单片机为C8051F221单片机，滤波电容10大小为O. I μ F，滤波电阻11大小为10ΚΩ，驱动芯片5的型号为ΤΑ8435Η，步进电机4使用型号为86BYG250-80的步进电机，力矩传感器3的型号为RK064，编码器8的型号为ZSP4006,限流电阻10大小为I Ω。单片机引脚Pl. 3通过滤波电容10接地，单片机引脚Pl. 3通过滤波电阻11与驱动芯片5连接，单片机引脚Pl. 3通过滤波电阻12与电容13串联后接地，单片机引脚Pl. O、引脚Pl. I、引脚Pl. 2分别与驱动芯片5的时钟输入端CK1、正反转CW/CCW控制输入端、使能端ENABLE相连接，驱动芯片5与步进电机4连接，驱动芯片5的B相和A相电流检测端分别通过限流电阻12接地。本技术使用步进电机4驱动方向盘I的动作，实现的步骤参阅图3所示，首先是人手操作方向盘1，方向盘I端部的编码器8脉冲计数，编码器8将计数方波发送至单片机，单片机根据方波数量和编码器8的分辨率计算方向盘实际旋转角度。当上位机发出回正或驱动或复位的指令时，单片机接收并解析指令，同时向上位机返回方向盘I转角，单片机根据车速、方向盘I转角控制步进电机驱动芯片5，驱动步进电机4的旋转方向、旋转力矩、旋转速度和旋转角度，步进电机4驱动方向盘I回正或驱动或复位的动作。单片机解析指令为回正指令时，方向盘I回正方向控制步骤为①、单片机对编码器方波计数，当方向盘I顺时针旋转时，对方波计数相加，反之则相减，单片机根据方波计数值和编码器分辨率计算方向盘I实际旋转角度；单片机根据方波数量和编码器8的分辨率计算方向盘实际旋转角度的具体方法是设定采用的编码器8的精度为N，方向盘I旋转一周，产生2N个方波数，编码器8实际 计数为X，方向盘的实际旋转角度为(360。/2n)*X;②、当方向盘I实际旋转角度绝对值大于方向盘I间隙值时，单片机控制步进电机驱动芯片5的电流输出方向，使步进电机4产生向减小旋转角度的方向旋转；③、单片机根据方向盘旋转角度和步进电机4步进角计算脉冲数量，然后向步进电机驱动芯片5发送计算所得脉冲数量，直至当方向盘I实际旋转角度绝对值小于方向盘I间隙值时，单片机控制步进电机驱动芯片5输出电流为零，方向盘I处于已经回正的浮动状态。单片机解析指令为回正指令时，方向盘I回正力矩控制步骤为①、单片机接收上位机发送的车速；②、单片机根据车速、方向盘I旋转角度、力矩三个变量之间的关系，计算步进电机4力矩；③、单片机根据步进电机4力矩和电流两个变量之间的关系，计算步进电机4所需电流大小；④、单片机采用PWM技术输出与电流大小成正比的电压，该电压控制步进电机驱动芯片5输出所需电流，该电流控制步进电机4的力矩，控制方向盘I回正力矩。单片机解析指令为回正指令时，方向盘I的回正速度控制步骤为单片机根据方向盘I旋转角度、车速、旋转速度三者变量之间的关系，调整向步进电机驱动芯片5发送的脉冲频率，通过脉冲频率控制步进电机4旋转速度，控制方向盘I回正速度。单片机解析指令为驱动本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方向盘回正及驱动装置，包括方向盘(1)、与方向盘(1)固定连接的轴(2)以及微控制模块，其特征在于：所述方向盘(1)底部的轴(2)上安装有力矩传感器(3)，所述轴(2)的端部连接有步进电机(4)和编码器(8)，所述力矩传感器(3)和编码器(8)均与微控制模块(9)连接，所述步进电机(4)通过驱动芯片(5)与微控制模块(9)连接，所述微控制模块(9)连接通信芯片(6)，所述通信芯片(6)通过通信接口(7)与上位机(14)连接。

【技术特征摘要】
1.一种方向盘回正及驱动装置，包括方向盘(I)、与方向盘(I)固定连接的轴(2)以及微控制模块，其特征在于所述方向盘(I)底部的轴(2)上安装有力矩传感器(3)，所述轴(2)的端部连接有步进电机(4)和编码器(8)，所述力矩传感器(3)和编码器(8)均与微控制模块(9)连接，所述步进电机⑷通过驱动芯片(5)与微控制模块(9)连接，所述微控制模块(9)连接通信芯片￠)，所述通信芯片(6)通过通信接口(7)与上位机(14)连接。2.根据权利要求I所述的方向盘回正及驱动装置，其特征在于所述微控制模块(9)为C8051F221单片机。3.根据权利要求I所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢俊辉，
申请(专利权)人：江汉大学，
类型：实用新型
国别省市：