JP3749040B2 - 模擬運転装置用ステアリング反力発生機構 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、模擬運転装置において運転者にステアリングの反力を体感させるステアリング反力発生機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、模擬運転装置用ステアリング反力発生機構には、例えば図２に示すようなものがある。図示しないシャーシに支持されたステアリングシャフト２１の一端部にバネ例えばスプリング２２の一端を連結し、スプリング２２の他端を図示しないシャーシに連結する構造とする。模擬状況に応じて、ステアリングシャフト２１の他端に取り付けたステアリングホイール２３を回転操作すると、その回転角に比例して反力がスプリング２２によりステアリングシャフト２１を介してステアリングホイール２３に与えられる。
【０００３】
このステアリング反力発生機構は、反力がスプリング２２の変位に比例して与えられるものであり、反力の制御はできない。
【０００４】
上述の他の模擬運転装置用ステアリング反力発生機構には、例えば図３に示すようなものがある。サーボモータ３１の回転駆動軸にステアリングシャフト３２を連結し、ステアリングホイール３３の操作回転により回転するステアリングシャフト３２の軸にその回転角度を検出する角度検出器３４を取り付け、角度検出器３４からの角度信号をサーボ回路３５にフィードバックし、サーボ回路３５はフィードバックされた角度信号に応じて新たな動作信号を出力し、これを受けたサーボドライバ３６は目標の角度になるようにサボモータ３１を駆動する。例えば、サーボモータ３１の回転はステアリングホイール３３の操作回転に対し若干遅れて回転するから、サーボモータ３１による反力がステアリングホイール３３に与えられる。
【０００５】
サーボ回路３５を構成するには高価なものとなり、またサーボモータ３１に交流モータを用いる場合はアナログ回路が存在し、信号の処理が難しいものとなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、バネを用いたものでは反力の制御はできず、または、交流のサーボモータとフィードバック回路を用いたものでは信号の処理が難しいものとなっていた。
【０００７】
本発明は、簡単な構成で、忠実な反力模擬の可能な模擬運転装置用ステアリング反力発生機構を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る模擬運転装置用ステアリング反力発生機構は、ステアリングシャフトとステッピングモータとを弾性体を介して連結し、ステアリングシャフトの回転角を検出する角度センサ出力と目標のトルクとを受けて当該目標トルクとなるステアリングシャフトとステッピングモータとの前記弾性体のねじれによる角度差を計算するコンピュータと、前記角度差となるようにステッピングモータを駆動するモータドライバとを備えてステアリング反力を発生させるものである。
【０００９】
【作用】
模擬運転状況によりステアリングホイールを回転操作すると、ステッピングモータを停止させたままでは所望のトルクは発生せずに単にステアリングホイールを回転させようとして加えた力に応じた反力が与えられるだけであるので、その模擬状況により発生させるべきトルクをステアリングシャフトに与えられるように、ステッピングモータを回転させる。このときステアリングシャフトに与えられるトルクは、ステアリングシャフトとステッピングモータとの回転角度差と弾性体のねじれバネ定数との積によることから、目標のトルクを得るためのステッピングモータの回転角が得られ、この角度でステッピングモータを回転させる。
【００１０】
【実施例】
以下、本発明の一実施例について図を参照して説明する。図１は実施例の構成図である。図１において、１０１は基台、１０２は前記基台１０１に取り付ける枠、１０３は一端部が前記枠１０２内に位置させ、その他端をその枠１０２の外部になるように配置したステアリングシャフト、１０４はステアリングシャフト１０３の他端に取り付けられたステアリングホイールである。１０５は弾性体であり、例えばねじれ定数を有するカップリングで構成し、一端部を前記ステアリングシャフト１０３の一端と連結する。１０６は回転を伝達するために前記弾性体１０５の他端に連結するステッピングモータである。１０７は歯車であり、前記枠１０２内でステアリングシャフト１０３上に取り付けられる。１０８は枠内に取り付けられた角度検出センサとしての光電式のロータリーエンコーダ、１０９は前記歯車１０７とロータリエンコーダ１０８の回転軸とを連結してステアリングシャフト１０３の回転を伝達するベルトである。１１０はコンピュータであり、前記ロータリエンコーダ１０８の出力パルスにより回転角度を計算するとともに、模擬状況に応じて発生すべき目標トルクを入力し、ステアリングシャフト１０３の回転角とステッピングモータ１０６の回転角の差から当該目標トルクとなるように動作信号を出力する。１１１は前記コンピュータ１１０からの動作信号を受けて目標のトルクになるように前記ステッピングモータ１０６を駆動するモータドライバである。
【００１１】
模擬運転状況によりステアリングホイール１０４を回転操作すると、弾性体１０５の弾性によりわずかにステアリングシャフト１０３が回転する。このとき、ロータリエンコーダ１０８はこの回転角を検出してコンピュータ１１０に与える。コンピュータ１１０にはこの運転状況により与えられるべき目標トルクが与えられている。いまトルクをＴ、ねじれバネ定数をｋ、θ１をロータリエンコーダ１０８により検出される回転角、θ２をステッピングモータ１０６の回転角とすると、トルクは次の式（１）により得られる。
【００１２】
【数１】
Ｔ＝（θ１−θ２）×ｋ（Ｎ・ｍ） …（１）
【００１３】
従って、目的のトルクＴをステアリングシャフト１０３に与えるには、コンピュータ１１０はロータリエンコーダ１０８が検出した回転角θ１を入力して、式（１）よりθ２を計算する。コンピュータ１１０で計算されたパルスの動作信号はモータドライバ１１１に出力され、モータドライバ１１１はこの動作信号によりステッピングモータ１０６がθ２の回転角をするように駆動する。ステッピングモータ１０６がステアリングホイール１０４の操作方向と同方向に回転すると、操作者から回転力を加えられているステアリングシャフト１０３は、さらに回転しながら、弾性体１０５の弾性（ねじれバネ定数ｋ）とステッピングモータ１０６とにより目標のトルクによる反力を受ける。運転状況によりさらにステアリングホイール１０４を同方向に操作すると、コンピュータ１０８は、この回転に伴って、さらにトルクＴを目標値に維持するためステッピングモータ１０６を駆動するように、回転角を計算する。状況により目標トルクが変化した場合には、上述と同様にコンピュータ１０８により、ステッピングモータ１０６の回転角を計算し、所望した目標トルクによる反力をステアリングシャフト１０３に与えることができる。
【００１４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ロータリエンコーダにより検出した角度と、ステッピングモータの回転角度の差より、現在のトルクを換算し、目標トルクになるように、モータを制御しているので、低価格で構成することができ、全てをディジタル処理できるシステムを提供することができ、目標のトルクによる忠実な反力模擬を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る一実施例の構成図である。
【図２】バネ式による従来の模擬運転装置用ステアリング反力発生機構の構成図の一例である。
【図３】モータ使用による従来の模擬運転装置用ステアリング反力発生機構の構成図の一例である。
【符号の説明】
１０１…基台、１０２…枠、１０３…ステアリングシャフト、１０４…ステアリングホイール、１０５…弾性体、１０６…ステッピングモータ、１０７…歯車、１０８…ロータリーエンコーダ、１０９…ベルト、１１０…コンピュータ、１１１…モータドライバ。

Claims (1)

1. ステアリングシャフトとステッピングモータとを弾性体を介して連結し、ステアリングシャフトの回転角を検出する角度センサ出力と目標のトルクとを受けて当該目標トルクとなるステアリングシャフトとステッピングモータとの前記弾性体のねじれによる角度差を計算するコンピュータと、前記角度差となるようにステッピングモータを駆動するモータドライバとを備えてステアリング反力を発生させる模擬運転装置用ステアリング反力発生機構。

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