汽车驾驶模拟器方向盘回力设计.pdf

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1、2011全国仿真技术学术会议论文集汽车驾驶模拟器方向盘回力设计吴丽燕，黄子牛(石家庄机械化步兵学院，河北石家庄050083)摘要：汽车驾驶模拟器的方向盘回力的设计。一直是驾驶模拟器逼真程度的一个瓶颈。一般的简单机械结构设计有着明显的缺陷，采用PWM技术控制直流电机带动方向盘运动，体现方向盘的回中效果和力度，能较好的解决方向盘来回摆动的问题，经使用证明是一种比较经济实用力反馈的方法。关键词：汽车驾驶模拟器；方向盘；回力中图分类号：1氍／8文献标识码：BDesignofSteeringWheelAlignin

2、gTorqueofVehicleDrivingSimulatorWU“一yan．HUANGZi—niu(ShijiazhuangMechanizedInfantryAcademy，ShijiazhuangHebei050083，China)ABSTRACT：Inthestudyonthevehicledrivingsimulator，thedesignofthesteeringwheelaligningtorqueisadifll-cultissue．Generaldesignsofthemechanis

3、mhavesomedisfigurementobviously．ThispaperdiscussesthePWMtechnologycontrolingdirectcurrentmomentmomrtodrivethevehicle．Thisactioncansimulatethesteeringwheela-ligningsystem．Thisdesigncansolvetheswingofthesteeringwheelsystem．Thisdesignisaneconomyandpracti-cal

4、itymethodoftheforcefeedback．KEYWORDS：Vehicledrivingsimulator；Steeringwheelsystem；Force。feedbackl引言汽车驾驶模拟器包括硬件和软件两部分组成。硬件由计算机、显示设备、方向盘、仪表盘等部件构成，软件包括道路环境的计算机仿真视景系统、声响模拟、操作平台等子系统构成。使驾驶员沉浸到虚拟驾驶环境中，产生实车驾驶感觉，从而体验、认识和学习现实世界中的汽车驾驶，既能安全、有效地提高驾驶员技术水平，又能降低各种费用。汽车驾驶模

5、拟器作为交通安全系统的重要组成部分，能够提高驾驶员的安全意识，降低事故发生率，正日益受到国内外交通安全领域的广泛关注。本文将对硬件控制系统的方向盘回力设计进行研究。2方向盘模拟简介模拟驾驶器方向盘力感足汽车驾驶模拟器的一项技术瓶颈。目前国内市场上所能见的驾驶模拟器，方向盘均采用单纯的弹簧结构实现回中力，方向盘的回中效果都不理想，收稿日期：2011—04—07．--——298．-—-—而且，在方向盘转动大角度时，双手松开方向盘都会造成方向盘中间位置来回摆动。美国军方军事仿真训练中的方向盘回正力矩模拟使用了力

6、反馈(ForceFeedback)技术，可以提供根据不同路况、不同车速的方向盘回中反馈力度，遇到颠簸路面、泥泞路面、雪天路面，方向盘能表示不同的振动感，在方向盘转动较小与较大角度时均能提供均衡的回中力。这种方法更贴近实际汽车行驶的方向盘力感，但是造价高。鉴于一般模拟器的学习目的，熟练操作步骤，得到一定得驾驶体验，所以本文在原弹簧回力的基础上加以升级，使用普通的直流电机根据车速和方向盘转角，通过汽车动力学模型计算，得出方向盘力矩，根据力矩控制直流电机的转速，从而体现出回正力矩和车速、转角的简化关系，而且不会

7、存在中间位置来回摆动的现象。3系统设计3．1工作原理考虑转向系统的转动惯量和阻尼系数，方向盘回正力矩的计算公式经简化为：．．il(L6+B。占)肘zr+』l“Mh一——F十—瓦一式中帆为方向盘同正力矩；瓯为方向盘转角，魂=i16玩，B。分别为转向系折算到转向轴的转动惯鼍和阻尼系数；‘为转向系传动比；”：为转向助力系数；MA为由主销内倾造成的回正力矩；Mz。为轮胎拖矩造成的回正力矩。通过输入车速和前轮转角，再经过简单的微分运算可以得出方向盘的同正力矩。这样就可以利用一个直流电机使驾驶员施加应有的力，实现路感

8、的要求”·。3．2结构设计在机械结构方面，直流电动机与方向盘通过齿轮啮合，电动机转动带动方向盘的转动，方向盘通过角度传感器的数据，判断回中方向，是顺时针还是逆时针；根据上位机汽车动力学模型中的车速和转角的变化，得到回中力矩，判断回中的旋转的速度，方向盘角度越大，汽车行驶速度越慢，方向盘回中的速度越快，反映在手感上是方向盘越重。当方向盘回中后打向另一方向，方向盘的回中方向改变，并且随角度变大，方向盘圊中速度越快。3．3控制电路对