车辆方向盘模拟装置及系统的制作方法

1.本发明涉及一种车辆方向盘模拟装置，属于汽车模拟驾驶技术领域。


背景技术：

2.目前，随着汽车技术的发展和社会的进步，汽车已经开始进入中国家庭，并且有快速增长的趋势，新晋驾驶员将会占有越来越大的比重，新晋驾驶员的操作水平直接影响到交通安全。传统的培训驾驶员的方法是在实车上进行训练，既费时又费力。
3.因此，近年来，运用汽车驾驶模拟器对驾驶员进行模拟培训越来越受到重视。在已有的模拟器中，既有简易的驾驶模拟器，也有利用真实车体建立的驾驶模拟器，其中，利用真实车体建立的驾驶模拟器，由于具有实车的环境，其仿真逼真度远远高于简易的驾驶模拟器。实际汽车驾驶过程中，汽车方向盘转动时有明显的阻尼感，车辆行驶过程中，驾驶员松开方向盘，方向盘会自动回中。故方向盘模拟器也需要模拟方向盘的阻尼感以及实现方向盘的回中功能。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术中存在的不足，本发明公开一种车辆方向盘模拟装置及系统，能够实现方向盘的自动找中及方向回正功能。
5.为实现上述目的，本发明公开一种车辆方向盘模拟装置，主要包括：电机减速机组件、壳体、丝杠传动机构、同步带传动机构、限位机构；所述壳体上设有相对布置的第一通孔，以及与其中一个第一通孔相邻布置的第二通孔；所述限位机构包括限位板和限位块，其中，限位板上设有限位槽；所述丝杠传动机构包括套筒、丝杠、丝杠滑块、第一轴承、轴承座；其中，所述丝杠穿设于壳体上相对布置的第一通孔，其一端为输入端，另一端为输出端，所述输出端连接方向盘；所述丝杠两端分别套接第一轴承，所述轴承座套在第一轴承上压紧第一轴承并与壳体固定连接；所述套筒套设于丝杠上，所述丝杠滑块与套筒一端固定连接并与丝杠螺旋配合；所述限位板布置在套筒顶部，与壳体固定连接，并设有滑槽；所述限位块固定安装在套筒上，并设于所述滑槽中；所述电机减速机组件固定于壳体内，配置有电机和输出轴；所述同步带传动机构包括轴、第二轴承、第二同步带轮、第一同步带轮、同步带，其中：所述轴与电机减速机组件的输出轴固定连接，所述第二轴承套设在轴上；所述第二同步带轮套设于第二轴承上，所述第一同步带轮与丝杠的输入端固定连接，所述同步带套设于第一同步带轮和第二同步带轮上，用于带动第二同步带轮和第一同步带轮配合转动；所述电机减速机组件运行时，电机驱动输出轴旋转，带动第二同步带轮同步旋转，第二同步带轮通过同步带带动第一同步带轮旋转，进而带动丝杠旋转；通过所述丝杠旋转带动丝杠滑块沿丝杠轴向滑动，进而带动限位块于限位槽内滑动。
6.可选的，车辆方向盘模拟装置还包括固定于壳体内侧壁相对布置的第一通孔处的支撑座；所述轴承座通过支撑座与壳体固定连接。
7.可选的，所述支撑座被构造为具有第一连接面和与有第一连接面垂直布置的第二
连接面，其中，第一连接面与壳体固定连接，并开设有与第一通孔相适应的通孔；所述限位板与支撑座的第二连接面固定连接。
8.可选的，车辆方向盘模拟装置还包括相对布置在壳体内外侧第二通孔处的固定板和轴承板，所述固定板和轴承板均开设有与第二通孔相适应的通孔；所述电机减速机组件通过固定板与壳体固定连接，所述轴承板与壳体固定连接并与第二同步带轮共同套设于第二轴承上。
9.可选的，所述壳体上设有滑槽，所述轴承板和固定板通过滑槽内安装螺钉与壳体固定连接；通过布置在固定板侧壁处的螺钉和布置在滑槽内的螺钉调整和锁定同步带传动机构与壳体的相对位置，进而调节同步带的松紧。
10.可选的，所述轴与电机减速机组的输出轴通过套接方式固定连接。
11.可选的，车辆方向盘模拟装置还包括布置在第一同步带轮端部的螺钉和垫片，通过螺钉和垫片将第一同步带轮固定在丝杠上。
12.可选的，车辆方向盘模拟装置还包括布置在第二同步带轮端部的螺钉和垫片，通过螺钉和垫片将第二同步带轮压紧在轴上。
13.可选的，所述电机为闭环步进电机，内置增量式编码器。
14.此外，本发明还公开一种车辆方向盘模拟系统，主要包括方向盘，以及上述任意一种方案所述的车辆方向盘模拟装置。
15.本发明具有以下有益效果：
16.(1)本发明可通过电机减速机组件、丝杠传动机构、同步带传动机构和限位机构的结构设计及协同作用，可实现方向盘的自动找中及方向回正功能。
17.(2)本发明可通过限位机构等特殊设计，实现方向盘的旋转圈数可调，以满足不能用户或场景需求。
18.(3)本发明能在保证手感与实车手感接近的基础上，实现方向盘的阻尼大小调节功能，同时还能避免方向盘在中间位置的抖动问题，由此提升用户体验感。
附图说明
19.图1是车辆方向盘模拟装置的结构示意图；
20.图2是车辆方向盘模拟装置部分结构分解的示意图；
21.图3是车辆方向盘模拟装置中电机减速机组件与同步带传动机构的结构示意图；
22.图中：1-电机减速机组件；21-第一通孔；22-第二通孔；23-滑槽；24-螺孔；25-螺钉；2-壳体；3-丝杠传动机构；31-套筒；32-丝杠；33-第一轴承座；34-支撑座；35-丝杠滑块；36-第二轴承座；37-螺钉；38-螺钉；310-轴承；313-垫片；314-第一同步带轮；315-螺钉；316-螺钉；317-螺钉；4-同步带传动机构；41-固定板；42-螺钉；43-轴；44-轴承；45-轴承板；46-螺钉；47-垫片；48-第二同步带轮；49-螺钉；5-限位机构、51-限位板、511-限位槽、52-限位块；6-同步带。
具体实施方式
23.为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
24.实施例中公开一种车辆方向盘模拟装置，主要包括电机减速机组件1、壳体2、丝杠传动机构3、同步带传动机构4及限位机构5。
25.壳体2采用矩形箱体结构设计，壳体2的侧壁上具有相对布置的第一通孔21，其中一个第一通孔21的同侧还开设有第二通孔22。进一步，壳体2上还设有滑槽23和螺孔24。通过在螺孔24内安装的螺钉25和滑槽23内安装的螺钉46的配合使用，可调整和锁定同步带传动机构4与壳体2的相对位置，并由此调节同步带6的松紧。
26.丝杠传动机构3固定安装在壳体2内，其主要包括套筒31、丝杠32、第一轴承座33、支撑座34、丝杠滑块35、第二轴承座36、轴承310。丝杠32布置在壳体2内部，两端穿设于第一通孔21，套筒31套设于丝杠32上。丝杠滑块35通过螺钉317固定安装在套筒31端部，并与丝杠32螺旋配合，通过丝杠32旋转带动丝杠滑块35沿丝杠32轴向滑动，进而带动套筒31轴向滑动。支撑座34具有一对，分别固定于壳体2的内壁相对布置的两个第一通孔21处，同样开设有与第一通孔21相匹配的通孔，用于丝杠32的穿设。轴承310也具有一对，分别套设在丝杠32的两端，位于壳体2外侧，第一轴承座33和第二轴承座36分别套设在两个轴承310上，并通过螺钉316与壳体2内相邻的支撑座34连接固定。第一轴承座33和第二轴承座36的内径与轴承30的外径相匹配，安装后能压紧轴承310。丝杠32的一端为输出轴，连接方向盘，另一端为输入端，与同步带传动机构4中的第一同步带轮314固定连接。为防止运行过程中第一同步带轮314从丝杠32脱落，还可以通过螺钉315和垫片313将第一同步带轮314固定在丝杠32的端部。
27.限位机构5包括配合使用的限位板51和限位块52。限位板51布置在丝杠传动机构3的上方，通过两端设置的螺钉38与支撑座34固定连接，或者也可以直接和壳体2固定连接，限位板51的中部开设有限位槽511。限位块52通过螺钉37固定安装在套筒31上，且设于限位板51上的限位槽511中。丝杠滑块35滑动时可通过套筒31带动限位块52于限位板51的限位槽511内滑动。滑动过程中，限位块52滑动到限位槽511两端与限位槽511碰撞时，丝杠32停止转动。通过更换具有不同长度的限位槽511的限位板51，可实现对丝杠32旋转圈数的调整，限位槽511长度越长，丝杠32可旋转的圈数越多。
28.同步带传动机构4布置在壳体2内部，主要包括轴43、轴承44、第一同步带轮314、第二同步带轮48、固定板41、轴承44、轴承板45和同步带6。固定板41和轴承板45均开设有用于穿设轴43的通孔。固定板41通过螺钉42固定安装在电机减速机组件1的端部，轴43穿设于壳体2的第二通孔22，一端套接于壳体2内的电机减速机组件1的输出轴一端并与其固定连接，另一端上套设有轴承44，轴承板45和第二同步带轮48均套在轴承44上。固定板41和轴承板45分别位于壳体2的内外两侧第二通孔处22，并通过螺钉46将壳体2夹持。第二同步带轮48与第一同步带轮314通过同步带6配合，实现同步转动。同样，为防止运行过程中第二同步带轮48脱落，还可以通过螺钉49和垫片47将第二同步带轮48压紧在轴43上。
29.电机减速机组件1中的电机可选用闭环步进电机，内置增量式编码器，能够调节电机的转动力矩大小，进而实现改变方向盘阻尼大小，以适用于不同类型的车型。通过该电机还能够将方向盘稳定的保持在中间位置，避免出现方向盘在中间位置反复寻位产生抖动的现象。
30.电机减速机组件1运行时，其输出轴旋转带动轴43旋转，进而带动第二同步带轮48旋转，第二同步带轮48通过同步带6带动第一同步带轮314旋转，第一同步带轮314带动丝杠
32旋转，即实现了电机减速机组件1带动丝杠32旋转，进一步，丝杠32旋转带动限位块5在限位板51上限位槽511内滑动。首次执行找中功能时，限位块5滑动到限位槽511两端，与限位槽511发生碰撞，通过碰撞导致电机电流增大，由此可确定丝杠32旋转的圈数和始末位置，并且在找到圈数和始末位置后，电机带动丝杠32旋转，调节限位块52在限位板51上限位槽511的中间位置并记录该位置，由此实现方向盘找中功能。在后续操作时，当人手动旋转方向盘促使丝杠32同步旋转，电机会给人手施加反向的作用力，当人不再作用于方向盘时时，电机驱动限位块3回到限位板51上限位槽511的中间位置，实现方向盘的自动回正功能。
31.具体的，设备通电后首先执行找中功能，电机减速机组件1先正向旋转，过电机减速机组件1旋转带动限位块52在限位板51上限位槽511内滑动，直到限位块52被限位板51上限位槽511限位(即碰撞到限位槽511的一端)，造成电机电流增大时停止，记录此时电机内部编码器的位置；再反向旋转，直到限位块52被限位板51上限位槽511限位(即碰撞到限位槽511另一端)，电机电流增大，记录此时电机内部编码器的位置，再根据记录的两个位置计算出中间位置。当旋转方向盘后，电机会施加反向的作用力；当方向盘上无作用力时，电机驱动限位块52回到限位槽511的中间位置，即实现方向盘的方向作用力和自动回正。
32.进一步，本发明还公开一种车辆方向盘模拟系统，包括方向盘和车辆方向盘模拟装置，其中，车辆方向盘模拟装置具有上述特征，具体不再赘述。
33.最后需要说明的是，尽管以上本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。