JP2002160652A - 操舵抵抗力装置 - Google Patents

操舵抵抗力装置

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JP2002160652A JP2001285270A JP2001285270A JP2002160652A JP 2002160652 A JP2002160652 A JP 2002160652A JP 2001285270 A JP2001285270 A JP 2001285270A JP 2001285270 A JP2001285270 A JP 2001285270A JP 2002160652 A JP2002160652 A JP 2002160652A
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    • B62D6/008—Control of feed-back to the steering input member, e.g. simulating road feel in steer-by-wire applications

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】オペレータ入力の関数とし動くようになってい
る操舵軸の移動に対する抵抗力を制御するための装置お
よび方法を提供する。 【解決手段】位置センサ１６は、操舵軸１４に連結さ
れ、操舵軸位置の関数として軸位置信号を発信する。処
理装置１８は、位置センサ１６に接続され、軸位置信号
を受信して、軸位置信号の関数として抵抗力信号を発信
する。抵抗力装置２０は、抵抗力信号を受信するよう処
理装置に接続されると共に操舵軸に連結されており、抵
抗力装置は抵抗力信号の関数として操舵軸の移動に抵抗
するようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、概して電子式操舵
装置に関し、更に詳細には、電子式操舵装置の可変抵抗
力システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の電子式操舵装置は、位置センサを
使用して操舵ホイールの回転位置を検出する。位置セン
サは、油圧ポンプ又は電気油圧式操舵システムの場合は
油圧ポンプを制御するマイクロプロセッサ等の駆動装置
に位置信号を発信し、該駆動装置はマシンのホイールを
適切な位置に動かす。従来式の機械的ストッパは、「直
進」操舵位置から特定角度を超えて動くことがないよう
操舵ホイール軸に連結されている場合が多い。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】機械ストッパを関する
１つの問題点は、操舵ホイールの回転量が該操舵ホイー
ルを備えるマシンの組立て時に決定されるので、実質的
な手直しを行わないと全く変更できないことである。
【０００４】更に、ホイールローダ等の同じ製造ライン
における２つのマシンの操舵ホイールに対して異なる回
転角度が要求される場合には、複数の構成要素を在庫し
ておく必要がある。追加的な在庫は製造業者の経費を増
やすことになる。
【０００５】電気式／電子式操舵システムに関する第２
の問題点は、操舵ホイールの作動に対する抵抗力が一定
になっている場合が多いことである。特定の電気式／電
子式操舵システムは、車両速度が増すにつれて抵抗力を
大きくし、別のシステムは（操舵ホイールからの）指令
されたホイール位置と実際のホイール位置との間の差に
応じて抵抗力を大きくするようになっているが、フィー
ドバックや、オペレータが操舵ホイールを制御する手段
に影響を及ぼすようなことは殆ど行われていない。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、オペレータ入
力の関数とし動くようになっている操舵軸の移動に対す
る抵抗力を制御するための装置および方法を提供する。
位置センサは、操舵軸に連結され、操舵軸位置の関数と
して軸位置信号を発信する。処理装置は、位置センサに
接続され、軸位置信号を受信して、軸位置信号の関数と
して抵抗力信号を発信する。抵抗力装置は、抵抗力信号
を受信するよう処理装置に接続されると共に操舵軸に連
結されており、抵抗力装置は抵抗力信号の関数として操
舵軸の移動に抵抗するようになっている。
【０００７】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の１つの実施形態
による操舵抵抗力システム１０の機能ブロック図であ
る。操舵抵抗力システム１０は、オペレータ入力の関数
として動く操舵ホイール１２等の操舵入力装置を含む。
操舵ホイールの一部分（図示せず）、操舵ヨーク（図示
せず）、又はレバー（図示せず）等の当業者に公知の別
の形式の入力装置も使用できる。一般的に操舵軸１４は
操舵ホイール１２に連結されている。図示の操舵軸１４
は、例えば操舵ホイール１２を回転するといった、オペ
レータ入力の関数として回転するが、本発明の別の実施
形態において操舵軸１４は直動してもよい。
【０００８】回転又は直線位置センサ等の位置センサ１
６は、操舵軸１４に連結されており、軸位置信号（ＰＯ
Ｓ）を操舵軸１４の位置の関数として発信する。位置セ
ンサ１６は当業者に公知の如何なる適切なセンサであっ
てもよい。
【０００９】本発明の１つの実施形態において、位置セ
ンサ１６は、開始もしくは「直進」位置といった所定の
位置からの特定操舵軸１４の位置及び該操舵軸１４の回
転数の両方を探知できる。つまり、３６０度よりも大き
な操舵位置も探知でき、操舵軸１４の位置１０度に対す
る軸位置信号ＰＯＳは、操舵軸の位置３７０度に対する
軸位置信号ＰＯＳとは異なることになる。
【００１０】マイクロプロセッサ又はコントローラ等の
処理装置１８は、位置センサ１６に接続されて軸位置信
号ＰＯＳを受信するようになっている。処理装置１８
は、当業者に公知の如何なる適切な装置であってもよ
い。処理装置１８は、軸位置信号ＰＯＳの関数として抵
抗力信号（ＲＥＳＩＳＴ）を発信する。
【００１１】軸位置信号ＰＯＳは、当業者に公知の形式
の電子式操舵システム（図示せず）への入力信号等の別
の目的にも使用できる。
【００１２】抵抗力信号ＲＥＳＩＳＴは、時間内の１つ
の場合における軸位置信号ＰＯＳの関数であってもよ
く、時間内の複数の場合における軸位置信号ＰＯＳの関
数であってもよく、時間内の任意の場合における軸速度
の関数であってもよい。例えば、抵抗力信号ＲＥＳＩＳ
Ｔは、速度又は加速度といった軸位置信号ＰＯＳの変化
率の関数であってもよく、所定期間の軸位置信号ＰＯＳ
の平均値の関数であってもよく、当業者に公知の他の適
切な関数であってもよい。
【００１３】抵抗力装置２０は、処理装置１８に接続さ
れており抵抗力信号ＲＥＳＩＳＴを受信するようになっ
ている。抵抗力装置２０は、操舵ホイール１４に連結さ
れており、抵抗力信号ＲＥＳＩＳＴの関数として操舵軸
１４の移動に抵抗するようになっている。
【００１４】抵抗力装置２０は、当業者に公知の如何な
る適切な装置であってもよい。例えば、電磁流動学的な
又は電気流動学的な流体制動装置等の流体制動装置、電
気モータ等のモータ、磁粉制動装置、ヒステリシス制動
装置、定磁気制動装置、摩擦制動装置、又はこれらの組
み合わせあってよい。これらの装置の顕著な特徴は、操
舵軸１４がどの位置にあっても、ほとんどの場合に操舵
軸１４の移動に抵抗力を付与するよう使用できる点にあ
る。
【００１５】本発明の１つの実施形態において、処理装
置１８は、操舵軸１４が所定の位置へ近づくにつれて、
抵抗力装置２０に操舵軸１４の移動に対する抵抗力を増
加するようにさせる抵抗力信号ＲＥＳＩＳＴを発信でき
る。
【００１６】本発明の前記実施形態又は別の実施形態に
おいて、処理装置１８は、抵抗力を線形的に、指数関数
的に、又は当業者に公知の如何なる種々の適切な関数で
もって増加させることができる。同様に、本発明の実施
形態においては、処理装置１８は、抵抗力を増加させる
代わりに減少させることもできる。
【００１７】本発明の１つの実施形態において、処理装
置１８は、抵抗力装置２０に脈動作用を引き起こすよう
抵抗力を変えるようにさせる抵抗力信号ＲＥＳＩＳＴを
発信してもよい。例えば、操舵軸１４が所定の位置に近
づくと抵抗力が急激に減少し、その後に操舵軸１４が所
定位置へ向かって連続的に移動する場合は急激に増加す
るようになっていてもよい。
【００１８】図２は、本発明の１つの実施形態による、
抵抗力装置２０の抵抗力と操舵軸１４の位置との関係を
示すグラフ３０である。操舵ホイール１２が左へ一杯に
回転した点Ａにおいて、抵抗力は比較的高い値である。
操舵軸１４が右へ回転すると抵抗力は点Ｂでの所定値に
達するまで減少する。
【００１９】抵抗力は、操舵軸１４が点Ｄから所定距離
前の（例えば、点Ｄは操舵ホイール１２が右へ一杯に回
転した点）点Ｃに達するまでは一定である。操舵軸１４
が点Ｃに達すると、抵抗力は点Ｄでの比較的高い値に達
するまで増加する。
【００２０】図２のグラフは、操舵軸１４に関する仮想
ストッパを作るのに使用できる。本発明の１つの実施形
態において、抵抗力装置１２の抵抗力は、操舵軸１４の
位置が点ＡおよびＤに近づくと操舵軸１４が各々の点を
超えて動かないよう充分に高くできる。この抵抗力が、
点ＡおよびＤを超える移動を阻止しないにしても、操舵
軸１４が点ＡおよびＤに近づくにつれて抵抗力は増加す
るので、点ＡおよびＤの方向への更なる操舵軸１４の移
動を阻止する傾向にはある。
【００２１】本発明の１つの実施形態において、処理装
置１８は、操舵軸１４の移動速度が増加するにつれて抵
抗力装置２０に操舵軸１４の移動に対する抵抗力を増加
するようにさせる抵抗力信号ＲＥＳＩＳＴを発信でき
る。
【００２２】同様に、本発明の１つの実施形態におい
て、処理装置１８は、操舵軸１４の速度が所定値を超え
ると、抵抗力装置２０に操舵軸１４の移動に対する抵抗
力を高めるようにさせる抵抗力信号ＲＥＳＩＳＴを発信
できる。本発明の本実施形態において、オペレータは高
められた抵抗力によって操舵ホイール１２を予め設定さ
れた速度よりも早く回転させることがない。
【００２３】本発明の１つの実施形態において、処理装
置１８は、抵抗力信号ＲＥＳＩＳＴを決定するために本
明細書で説明した幾つか又は全ての技術を利用できる。
例えば、抵抗力信号ＲＥＳＩＳＴは、操舵軸の位置およ
び速度、さらに移動方向に依存してもよい。
【００２４】（産業上の利用可能性）本明細書で説明し
た操舵抵抗力システム１０は、様々な応用例に利用でき
る。例えば、ホイールローダ等の連結型マシンで使用し
て、操舵ホイール１２の作動を仮想ストッパ等の特定の
移動範囲に制限できる。本発明の１つの実施形態におい
て、この仮想ストッパは、ホイールローダの連結部の最
大要求角度を校正できる。
【００２５】同様に、操舵ホイール１２の移動に対する
抵抗力は、マシンの連結角度がその最大能力に近づくに
つれて、例えば、車両のフレームストッパに近づくにつ
れて高くすることができる。このことは、操舵軸１４の
位置に基づいて、又は車両ホイールの角度又は連結角度
を示すセンサ（図示せず）からのフィードバックを利用
して達成できる。本発明の後者の実施形態において、処
理装置１８は、追加的なセンサからの信号を受信し、こ
の信号を利用して抵抗力信号ＲＥＳＩＳＴを決定でき
る。
【００２６】本発明の１つの実施形態において、処理装
置１８によって制御される抵抗力装置２０は、フレーム
ストッパに近づくと操舵軸１４の移動に対して脈動抵抗
力を発生させる。これは、例えば抵抗力を急激に増減す
ることで達成できる。オペレータが、マシンがフレーム
ストッパ方向へ連続的に向かう方向への操舵ホイール１
２の回転を止める場合、又はマシンがフレームストッパ
から遠ざかる方向に操舵ホイール１２を回転させる場
合、抵抗力装置２０は脈動抵抗力を発生しない。
【００２７】また、オペレータがマシンの固有最大速度
を越えた、又は連結角度もしくは操舵角度を超えた、又
は連結もしくは操舵を制御するポンプの最大流量を超え
た操舵速度を指令する場合に抵抗力を増加することもで
きる。
【００２８】また、操舵抵抗力システム１０は、操舵ホ
イール１２に対して特定範囲の移動を許すように校正で
きるので、操舵軸１４に機械ストッパを備える必要がな
い。つまり、単一の操舵抵抗力システム１０は、如何な
る移動範囲が所望されてもそれが可能なようにプログラ
ムできるので、複数のシステムを在庫しておく必要がな
くなる
【００２９】本明細書では本発明の特定の実施形態が例
示的に説明されているが、以上の説明から本発明の精神
および範囲から逸脱することなく様々な変更を行い得る
ことが分かる。例えば、本発明は連結車両について説明
されているが非連結車両の操舵システムにも適用でき
る。従って、本発明、特許請求の範囲による以外は限定
されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１つの実施形態による操舵システムの
機能ブロック図である。
【図２】本発明の１つの実施形態による抵抗力装置の抵
抗力−操舵軸位置のグラフである。
【符号の説明】
１０ 操舵抵抗力システム １２ 操舵ホイール １４ 操舵軸 １６ 位置センサ １８ 処理装置 ２０ 抵抗力装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ケヴィン フアン アメリカ合衆国 イリノイ州 61615 ピ オーリア ノース ダナ ドライヴ 10816 (72)発明者 ジョン ジェイ クローン アメリカ合衆国 イリノイ州 61525 ダ ンラップ ウェスト ブレントウッド ド ライヴ 1409 (72)発明者 アンドリュー エイチ ニッパート アメリカ合衆国 イリノイ州 61615 ピ オーリア イースト モスヴィル ロード 710 Ｆターム(参考） 3D032 CC08 DA03 EB13

Claims (27)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 オペレータ入力の関数として動くように
    なっている操舵軸の移動に対する抵抗力を制御するため
    の装置であって、 前記操舵軸に連結され、軸位置信号を前記操舵軸の位置
    の関数として発信するようになっている位置センサと、 前記位置センサに接続され、前記軸位置信号を受信し
    て、抵抗力信号を前記軸位置信号の関数として発信する
    ようになっている処理装置と、 前記抵抗力信号を受信するよう前記処理装置に接続され
    ると共に、前記操舵軸に連結されており、前記抵抗力信
    号の関数として前記操舵軸の移動に抵抗するようになっ
    ている抵抗力装置と、を備えることを特徴とする装置。
  2. 【請求項２】 前記操舵軸は、前記オペレータ入力の関
    数として回転するようになっていることを特徴とする請
    求項１に記載の装置。
  3. 【請求項３】 前記操舵軸は、前記オペレータ入力の関
    数として直動するようになっていることを特徴とする請
    求項１に記載の装置。
  4. 【請求項４】 前記軸位置信号は、所定位置からの前記
    軸位置及び前記軸の回転数の関数であることを特徴とす
    る請求項１に記載の装置。
  5. 【請求項５】 前記抵抗力信号は、前記軸位置信号の変
    化率の関数であることを特徴とする請求項１に記載の装
    置。
  6. 【請求項６】 前記処理装置は、前記操舵軸の速度が増
    加すると前記抵抗力装置に前記操舵軸の前記移動に対す
    る前記抵抗力を増加するようにさせる抵抗力信号を発信
    するようになっていることを特徴とする請求項１に記載
    の装置。
  7. 【請求項７】 前記処理装置は、前記操舵軸の前記速度
    が所定値を超える場合、前記抵抗力装置に前記操舵軸の
    前記移動に対する前記抵抗力を増加するようにさせる抵
    抗力信号を発信するようになっていることを特徴とする
    請求項１に記載の装置。
  8. 【請求項８】 前記所定値は、操舵ポンプの最大流量及
    び作業機械の連結部の最大変化率の少なくとも１つに対
    応することを特徴とする請求項７に記載の装置。
  9. 【請求項９】 前記抵抗力装置は、前記軸が第１の所定
    位置に近づくと前記抵抗力を増加するか、又は前記軸が
    第１の所定位置に近づくと前記抵抗力を減少するように
    なっており、また、前記抵抗力は、前記軸が移動を止め
    るか又は前記第１の所定位置から離れる方向へ移動する
    場合は前記抵抗力を即座に減少するようになっているこ
    とを特徴とする請求項１に記載の装置。
  10. 【請求項１０】 前記抵抗力装置は、前記軸の前記移動
    が実質的に零の場合に前記抵抗力を減少するようになっ
    ていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
  11. 【請求項１１】 前記抵抗力装置は、前記軸が第１の所
    定位置に近づくと前記抵抗力を急速に増減するようにな
    っていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
  12. 【請求項１２】 前記第１の所定位置は、作業機械の所
    定の連結角度に対応することを特徴とする請求項１に記
    載の装置。
  13. 【請求項１３】 前記処理装置は、前記軸が所定位置に
    近づくと前記抵抗力装置に前記操舵軸の前記移動を実質
    的に阻止するようにさせる抵抗力信号を発信するように
    なっていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
  14. 【請求項１４】 前記処理装置は、前記操舵軸が第１の
    位置及び第２の位置に近づくと前記抵抗力装置に比較的
    高い抵抗力を持つようにさせる抵抗力信号と、前記操舵
    軸が第３の位置及び第４の位置に近づくと前記抵抗力装
    置に比較的高い抵抗力を持つようにさせる抵抗力信号の
    １つを発信するようになっていることを特徴とする請求
    項１に記載の装置。
  15. 【請求項１５】 前記抵抗力装置は、流体制動装置、モ
    ータ、磁粉制動装置、ヒステリシス制動装置、定磁気制
    動装置および摩擦制動装置の１つを備えることを特徴と
    する請求項１に記載の装置。
  16. 【請求項１６】 前記操舵軸に連結される操舵装置をさ
    らに備え、前記操舵装置の移動は、対応する前記操舵軸
    の移動を引き起こすようになっていることを特徴とする
    請求項１に記載の装置。
  17. 【請求項１７】 前記操舵装置は、操舵ホイール、操舵
    ホイールの一部、ヨーク及びレバーの１つを備えること
    を特徴とする請求項１に記載の装置。
  18. 【請求項１８】 操舵軸に連結され、軸位置信号を前記
    操舵軸の位置の関数として発信するようになっている位
    置センサと、 前記位置センサに連結され、前記軸位置信号を受信し
    て、抵抗力信号を前記軸位置信号の関数として発信する
    ようになっている処理装置と、 前記抵抗力信号を受信するよう前記処理装置に接続され
    ると共に、前記操舵軸に連結されており、前記抵抗力信
    号の関数として前記操舵軸の移動に抵抗するようになっ
    ている抵抗力装置と、を備えるオペレータ入力の関数と
    して動くようになっている操舵軸の移動に対する抵抗力
    を制御するための装置であって、 前記処理装置は、第１モードおよび第２モードで作動す
    るようになっており、前記第１モードにおいて、前記処
    理装置は、前記軸が第１の方向に動かされる場合に第１
    の位置を超え、さらに前記軸が第２の方向に動かされる
    場合に第２の位置を超える前記操舵軸の移動を実質的に
    阻止する抵抗力信号を発信するようになっており、前記
    第２モードにおいて、前記処理装置は、前記軸が第１の
    方向に動かされる場合に第３の位置を超え、さらに前記
    軸が第２の方向に動かされる場合に第４の位置を超える
    前記操舵軸の移動を実質的に阻止する抵抗力信号を発信
    するようになっていることを特徴とする装置。
  19. 【請求項１９】 前記抵抗力装置は、流体制動装置、モ
    ータ、磁粉制動装置、ヒステリシス制動装置、定磁気制
    動装置および摩擦制動装置の１つを備えることを特徴と
    する請求項１８に記載の装置。
  20. 【請求項２０】 前記第１、第２、第３及び第４の位置
    は、それぞれ前記軸に沿った連続可変点であることを特
    徴とする請求項１８に記載の装置。
  21. 【請求項２１】 操舵軸の移動に抵抗力を付与する方法
    であって、 前記操舵軸の位置を決定する段階と、 前記操舵軸の前記位置の関数として前記操舵軸の移動に
    抵抗するようになっている力を付与する段階と、を含む
    ことを特徴とする方法。
  22. 【請求項２２】 前記力は、前記軸が第１の所定位置に
    ある場合に前記軸の第１の所定方向への移動を実質的に
    阻止するのに充分な大きさであることを特徴とする請求
    項２１に記載の方法。
  23. 【請求項２３】 前記力は、前記軸が第２の所定位置に
    ある場合に前記軸の第２の所定方向への移動を実質的に
    阻止するのに充分な大きさであることを特徴とする請求
    項２１に記載の方法。
  24. 【請求項２４】 前記操舵軸の前記位置を決定する段階
    は、時間内の第１および第２の場合における前記操舵軸
    の前記位置を決定する段階を含み、前記操舵軸の前記位
    置の関数として前記操舵軸の移動に抵抗するようになっ
    ている力を付与する段階は、前記操舵軸の変化率の関数
    として力を付与する段階を含むことを特徴とする請求項
    ２１に記載の方法。
  25. 【請求項２５】 前記操舵軸の移動に抵抗するようにな
    っている力は、前記操舵軸の前記位置の前記変化率が大
    きくなるにつれて増加することを特徴とする請求項２４
    に記載の方法。
  26. 【請求項２６】 前記操舵軸の移動に抵抗するようにな
    っている力は、前記操舵軸の前記位置の前記変化率が所
    定値を超えると増加することを特徴とする請求項２４に
    記載の方法。
  27. 【請求項２７】 前記操舵軸の移動に抵抗するようにな
    っている力は、前記軸が第１の所定位置に近づくと増加
    することを特徴とする請求項２１に記載の方法。
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