JP2001013865A - Mechanism for generating steering reactive force for simulated operation device - Google Patents

Mechanism for generating steering reactive force for simulated operation device

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JP2001013865A
JP2001013865A JP11187449A JP18744999A JP2001013865A JP 2001013865 A JP2001013865 A JP 2001013865A JP 11187449 A JP11187449 A JP 11187449A JP 18744999 A JP18744999 A JP 18744999A JP 2001013865 A JP2001013865 A JP 2001013865A
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steering
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rotation angle
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a mechanism for generating steering reactive force for a simulated operation device which has a simple constitution and can faithfully simulate the reactive force. SOLUTION: A steering shaft 103 is connected with a stepping motor 106 via an elastic body, the difference of rotation angle between of the steering shaft 103 and the stepping motor 106 is converted to torque and controlled, and, thereby, the steering reactive force is generated. When a steering wheel 104 is subjected to rotational operation in accordance with the conditions of the simulated operation, the stepping motor 106 is rotated so as to apply the torque to be generated to the steering shaft 103. At this time, the torque applied to the steering shaft 103 depends on the product of the difference of rotation angle between the steering shaft 103 and the stepping motor 106, and the torsional spring constant of the elastic body, therefore, the rotation angle of the stepping motor 106 for obtaining the target torque can be obtained and the stepping motor 106 is rotated at this angle.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a steering reaction force generating mechanism that allows a driver to feel a steering reaction force in a simulated driving device.

【0002】[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2
1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。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a steering reaction force generating mechanism for a simulated driving device, for example, there is one as shown in FIG. Steering shaft 2 supported by chassis not shown
One end of one of the springs, for example, one end of a spring 22 is connected, and the other end of the spring 22 is connected to a chassis (not shown). The steering wheel 23 attached to the other end of the steering shaft 21 according to the simulation situation
Is rotated, a reaction force is applied to the steering wheel 23 via the steering shaft 21 by the spring 22 in proportion to the rotation angle.

【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。
In this steering reaction force generating mechanism, the reaction force is given in proportion to the displacement of the spring 22, and the reaction force cannot be controlled.

【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。
[0004] As another example of the above-mentioned steering reaction force generating mechanism for a simulated driving device, there is one as shown in FIG.
A steering shaft 32 is connected to a rotation drive shaft of a servo motor 31, and an angle detector 34 for detecting the rotation angle is attached to an axis of the steering shaft 32 rotated by the operation rotation of the steering wheel 33. The signal is fed back to the servo circuit 35, and the servo circuit 35 outputs a new operation signal in accordance with the fed back angle signal, and the servo driver 36 that receives the signal drives the sabo motor 31 so that the target angle is obtained. For example, since the rotation of the servomotor 31 is slightly delayed with respect to the operation rotation of the steering wheel 33, the reaction force of the servomotor 31 is applied to the steering wheel 33.

【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。
The construction of the servo circuit 35 is expensive, and when an AC motor is used as the servomotor 31, an analog circuit is present, which makes signal processing difficult.

【0006】[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。
As described above, the reaction force cannot be controlled by using a spring, or signal processing is difficult by using an AC servomotor and a feedback circuit. I was

【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。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a steering reaction force generating mechanism for a simulated driving device capable of faithfully simulating a reaction force with a simple structure.

【0008】[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とステ
ッピングモータとの回転角度差をトルクに変換して制御
することによりステアリング反力を発生させるものであ
る。
In order to solve the above-mentioned problems, a steering reaction force generating mechanism for a simulated driving device according to the present invention comprises a steering shaft and a stepping motor connected to each other via an elastic body. A steering reaction force is generated by converting a rotational angle difference with a motor into a torque and controlling the torque.

【0009】[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。
When the steering wheel is rotated in a simulated driving situation, a desired torque is not generated while the stepping motor is stopped, and a reaction force corresponding to the force applied to simply rotate the steering wheel is applied. Therefore, the stepping motor is rotated so that the torque to be generated in the simulation situation is given to the steering shaft. At this time, the torque given to the steering shaft is obtained by multiplying the rotation angle difference between the steering shaft and the stepping motor and the torsion spring constant of the elastic body, so that the rotation angle of the stepping motor for obtaining the target torque is obtained. The stepping motor is rotated at this angle.

【0010】[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10
3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。10
8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11
0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。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of an embodiment. 1, reference numeral 101 denotes a base; 102, a frame to be attached to the base 101; 103, a steering shaft having one end positioned inside the frame 102 and the other end arranged outside the frame 102; Is the steering shaft 10
3 is a steering wheel attached to the other end. Reference numeral 105 denotes an elastic body, which is formed of, for example, a coupling having a twist constant, and has one end connected to one end of the steering shaft 103. 106 is a stepping motor connected to the other end of the elastic body 105 for transmitting rotation. A gear 107 is mounted on the steering shaft 103 in the frame 102. 10
Reference numeral 8 denotes a photoelectric rotary encoder serving as an angle detection sensor mounted in the frame, and reference numeral 109 denotes a belt that connects the gear 107 and the rotation shaft of the rotary encoder 108 to transmit the rotation of the steering shaft 103.
Reference numeral 110 denotes a computer, which calculates a rotation angle based on an output pulse of the rotary encoder 108, and inputs a target torque to be generated according to a simulation situation,
An operation signal is output from the difference between the rotation angle of the steering shaft 103 and the rotation angle of the stepping motor 106 so that the target torque is obtained. 111 is the computer 11
A motor driver that drives the stepping motor 106 so as to receive a target torque from an operation signal from 0.

【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。
When the steering wheel 104 is rotated in a simulated driving condition, the steering shaft 103 is slightly rotated by the elasticity of the elastic body 105. At this time, the rotary encoder 108 detects this rotation angle and gives it to the computer 110. The computer 110 is provided with a target torque to be given according to this driving situation. Now, torque is T, torsion spring constant is k, θ1
Is the rotation angle detected by the rotary encoder 108,
When θ2 is the rotation angle of the stepping motor 106, the torque is obtained by the following equation (1).

【0012】[0012]

【数1】T=(θ1−θ2)×k(N・m) …(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1
03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。
Accordingly, in order to apply the desired torque T to the steering shaft 103, the computer 110 inputs the rotation angle θ1 detected by the rotary encoder 108 and calculates θ2 from equation (1). Computer 110
The operation signal of the pulse calculated by
, And the motor driver 111 drives the stepping motor 106 in accordance with the operation signal so that the stepping motor 106 makes a rotation angle of θ2. When the stepping motor 106 rotates in the same direction as the operation direction of the steering wheel 104, the steering shaft 1 to which a rotational force is applied by the operator.
03 receives a reaction force due to a target torque by the elasticity of the elastic body 105 (torsion spring constant k) and the stepping motor 106 while further rotating. If the steering wheel 104 is further operated in the same direction depending on the driving situation,
With this rotation, the computer 108 further controls the stepping motor 106 to maintain the torque T at the target value.
To calculate the rotation angle. When the target torque changes depending on the situation, the rotation angle of the stepping motor 106 is calculated by the computer 108 as described above, and a reaction force based on the desired target torque can be applied to the steering shaft 103.

【0014】[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。
As described above, according to the present invention, the current torque is converted from the difference between the angle detected by the rotary encoder and the rotation angle of the stepping motor, and the motor is controlled so as to reach the target torque. Therefore, it is possible to provide a system that can be configured at a low cost and that can digitally process all of them, and it is possible to simulate a faithful reaction force with a target torque.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る一実施例の構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of one embodiment according to the present invention.

【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。
FIG. 2 is an example of a configuration diagram of a conventional spring reaction force generating mechanism for a simulated driving device using a spring system.

【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。
FIG. 3 is an example of a configuration diagram of a conventional steering reaction force generating mechanism for a simulated driving device using a motor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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、10
8…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。
101: Base, 102: Frame, 103: Steering shaft, 104: Steering wheel, 105: Elastic body, 106: Stepping motor, 107: Gear, 10
8 ... Rotary encoder, 109 ... Belt, 110 ...
Computer, 111 ... motor driver.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項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
とステッピングモータとの回転角度差をトルクに変換し
て制御することにより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。
1. A simulated driving device for generating a steering reaction force by connecting a steering shaft and a stepping motor via an elastic body, converting a rotational angle difference between the steering shaft and the stepping motor into torque, and controlling the torque. Steering reaction force generation mechanism.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7350395B2 (en) 2004-12-20 2008-04-01 Hyundai Motor Company Apparatus for generating road surface reaction force in a test apparatus for steer-by-wire system

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04133858A (en) * 1990-09-22 1992-05-07 Toyoda Gosei Co Ltd Device for providing counter-steering force

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