JP3669594B2 - 模擬操作力発生装置 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、操作機構に生じる操作力をシュミレートする模擬操作力発生装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種の模擬操作力発生装置としては、例えば、実開平4−93869号公報記載の技術がある。
図12は本技術を示す概略図である。
この技術は、操作用レバー90が操作されると、ポジションセンサ91によって操作用レバー90の位置が検出され、計算処理部92内でブレークアウト力と摩擦力とが計算される。そして、その計算結果が電気信号に変換され、電磁式のパウダーブレーキ93に送られる。これにより、パウダーブレーキ93の抵抗で、操作用レバー90の操作に対する反力が付加されるようになっている。
【0003】
しかし、この技術では、操作用レバー90から手を離したときに生じる復元トルクを発生させる操作反力発生装置を制御する構造になっていないので、操作用レバー90の動きが現実の動きからかけ離れ、操作部に復元トルクを必要とするシュミレータとしての機能を発揮しない。
【0004】
この問題に対処可能な技術として、例えば、特開平6−75520号公報記載の模擬操作力発生装置がある。
図13は、本技術を示す概略図である。
図13において、符号100はステアリングホィールであり、このステアリングホィール100の回転角度をポテンショメータ101で検出し、モータ102とパウダーブレーキ(クラッチ)103とにより、検出角度に応じたトルクをステアリングホィール100に加えるようになっている。
【0005】
具体的には、モータ102は、正逆方向に定速回転するリバーシブルなモータであり、このモータ102の出力は、ベルト106が掛けられたプーリ104,105を介して、パウダーブレーキ103に伝達されるようになっている。
パウダーブレーキ103は、ステアリングホィール100に加わるであろう力量に応じて、伝達トルクを増減するブレーキであり、ベベルギヤ107,108を介して、ステアリングシャフト110に連結されている。
【0006】
このような構成により、操舵時に、ステアリングホィール100に対して右(左)方向に力が加わる状況になると、モータ102が左(右)方向に回転する。そして、この際に、ステアリングホィール100に加わるであろう力量が大きい(小さい)と判断すると、パウダーブレーキ103の抵抗を増加(減少)させる。また、ステアリングホィール100から手を離すと、モータ102によって復元トルクをステアリングホィール100に付加するようになっている。
このように、モータ102からの駆動力は,パウダーブレーキ103で制御することにより、現実に近いステアリング操舵を実現しようとしている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述した特開平6−75520号公報記載の模擬操作力発生装置もまた、操作部に働いている操作反力(復元トルク)をパウダーブレーキにより制御していない点においては、従前どおり変わりがない。さらに、この模擬操作力発生装置では、モータ102とパウダーブレーキ103とステアリングシャフト110とが、パウダーを介して連結した構成になっているので、なんらかの制御トラブルにより、パウダーにスリップが無くなった状態で、ステアリングホィール100を急激に回転させると、過大な負荷がモータ102に加わるおそれがある。また、この状態において、同時に、制御系のトラブルでモータ102が暴走し、ステアリングホィール100へ過大な動力が伝達されないようにする必要がある。
【0008】
また、モータ102によって、大きな電力を消費するので、省エネルギー対策上も好ましいものではない。
さらに、モータ102の制御系とパウダーブレーキ103の制御系との2系統の制御系が必要不可欠であるので、制御構成が複雑になり、このため、装置全体の構成も複雑になってしまい、製造コストの増大に繋がる。
【0009】
本発明の目的は、簡単な構造で、しかも、現実的かつ安全な模擬操舵が可能な模擬操作力発生装置を提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、請求項1の発明は、操作機構と、前記操作機構に連結され、前記操作機構の操作力に抗して、付勢部材の付勢力を受けて反力を付与する機械的構造の操作反力発生機構と、前記操作反力発生機構に並列して前記操作機構に連結され、前記操作機構に抵抗を付加するトルク制御機構と、前記操作機構の位置を検出する検出手段と、前記検出手段からの検出信号に基づいて、前記トルク制御機構に前記抵抗を制御する制御信号を出力する制御手段と、を備えることを特徴としている。
【0011】
請求項2の発明は、請求項1に記載の模擬操作力発生装置において、前記制御手段は、前記検出手段からの検出信号に基づいて前記操作機構の移動方向を判断する計算処理部と、前記計算処理部からの判断信号に基づいて前記操作機構の方向や位置に対応した信号を作成し、予め設定したイベントに対応させて、前記操作機構の位置を保持させ又は前記操作機構の復元速度を増減させるための制御信号を出力する出力計算処理部と、前記出力計算処理部からの制御信号に従って前記トルク制御機構を制御するブレーキ制御部と、を備えることを特徴としている。
【0012】
請求項3の発明は、請求項1または請求項2に記載の模擬操作力発生装置において、前記操作機構は、ステアリングホィールと、このステアリングホィールと一体回転するステアリングシャフトとを備え、前記操作反力発生機構は、前記ステアリングホィールのステアリングシャフトに連結されたピニオンギアと、前記ピニオンギアの回転に応じて移動するラックギアと、移動方向と逆方向に前記ラックギアを付勢する付勢部材とを備えることを特徴としている。
【0013】
請求項4の発明は、請求項3に記載の模擬操作力発生装置において、前記トルク制御機構は、前記ステアリングホィールのステアリングシャフトに連結されたパウダーブレーキを備えることを特徴としている。
【0014】
【作用】
請求項1の発明によれば、操作反力発生機構により、操作機構の操作力に抗する反力が付与される。この作用と並行して、検出手段によって操作機構の位置が検出されると、検出手段の検出信号に基づいて、制御手段からトルク制御機構に操作機構の操作反力を制御する制御信号が出力される。
【0015】
請求項2の発明によれば、制御手段の計算処理部によって、検出手段からの検出信号に基づいて操作機構の移動方向が判断される。すると、映像出力計算処理部によって、計算処理部からの判断信号に基づいて操作機構の方向や位置に対応した映像信号が作成され、予め設定したイベントに対応させて、操作機構の位置を保持させ又は操作機構の復元速度を増減させるための制御信号がブレーキ制御部に出力され、トルク制御機構の抵抗が制御される。
【0016】
請求項3の発明によれば、操作機構のステアリングホィールを回転させると、ステアリングシャフトに連結されたピニオンギアが回転し、ピニオンギアの回転に応じてラックギアが移動する。このとき、付勢部材が、ラックギアを移動方向と逆方向に付勢するので、回転角度の増大に伴って反力がステアリングホィールに加わる。
【0017】
請求項4の発明によれば、パウダーブレーキにより、ステアリングシャフトを介してステアリングホィールに抵抗が付加される。
【0018】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
(第1実施例)
図1は、本発明の第1実施例に係る模擬操作力発生装置の構成図であり、図2はその正面図である。
本実施例の模擬操作力発生装置は、操作反力(復元トルク)発生機構1と、トルク制御機構2と、検出手段としての検出器3及び入力信号変換部40と、制御手段としての制御器4とを備えている。
【0019】
操作反力発生機構1は、回転されたステアリングホィール100及びステアリングシャフト110(操作機構)を中立位置Mに戻す反力を発生する機構である。具体的には、コ字状のケース10の底部10aにレール11が取り付けられ、このレール11の上に、キャリア12がスライド可能に載置されている。そして、このキャリア12の上にラックギア13が取り付けられ、ラックギア13の歯13aに、ステアリングシャフト110の先端部に固着されたピニオンギア14が噛み合っている。このピニオンギア14は、ステアリングホィール100の中立位置Mにおいて、ラックギア13の中央部で歯13aと噛み合うように設定されている。
すなわち、ステアリングホィール100を中立位置Mから矢印A方向に回転させると、ラックギア13が、矢印Bで示すように、図1の右方向に、ステアリングホィール100の回転角度θに対応した距離だけ移動することとなる。
【0020】
このようなラックギア13とキャリア12との中央部には、プランジャ16,17(付勢部材)の付勢力を受けるプランジャ当接板15が取り付けられている。プランジャ16(17)は、高圧ガスによる液圧式の付勢体であり、油等の液体が入ったシリンダ16a(17a)と、シリンダ16a(17a)から突出したピストンロッド16b(17b)とで構成されている。
シリンダ16a(17a)は、ケース10の側部10b(10c)に取り付けられており、このシリンダ16a(17a)から突出したピストンロッド16b(17b)の先端部16c,17cは、プランジャ当接板15の側面に当接されている。
これにより、ステアリングホィール100を中立位置Mから矢印A方向に回転させ、ラックギア13と共にプランジャ当接板15を、矢印B方向に移動させると、プランジャ17のピストンロッド17bがシリンダ17a内に押し戻される。その結果、ステアリングホィール100に対して、トルクが付加される。そして、この状態で、ステアリングホィール100から手を離すと、プランジャ17の付勢力によって、プランジャ当接板15が逆矢印B方向に移動させられ、ステアリングホィール100が中立位置Mに戻されることとなる。
【0021】
トルク制御機構2は、ステアリングホィール100の操舵に応じて抵抗をステアリングホィール100に与えるための機器であり、パウダーブレーキ20を有している。
パウダーブレーキ20には、タイミングプーリー21が取り付けられており、このタイミングプーリー21が、タイミングベルト22を介して、ステアリングシャフト110に固着されたプーリー23に連結されている。
すなわち、ステアリングシャフト110の回転に対して、パウダーブレーキ20が所定の大きさのブレーキをかけることにより、ステアリングホィール100に抵抗を発生させるようになっている。
【0022】
検出器3は、ポテンショメータ30を有しており、このポテンショメータ30は、ギア31,32を介して、ステアリングシャフト110に連結されている。
これにより、ステアリングホィール100が中立位置Mから角度θだけ回転すると、この角度θがポテンショメータ30によって検出され、角度θを示すアナログの検出信号S1が制御器4に出力されるようになっている。
入力信号変換部40は、ポテンショメータ30からのアナログの検出信号S1をデジタル変換して、角度θを示すデジタルの検出信号S2を制御部4に出力する部分である。
【0023】
制御器4は、入力信号変換部40からの検出信号S2に基づいて、パウダーブレーキ20を制御するための機器であり、図1に示すように、計算処理部41と、映像出力計算処理部42と、映像出力装置43と、パウダーブレーキ制御部44(ブレーキ制御部)とを備えている。
計算処理部41は、入力信号変換部40からのデジタル検出信号S2に基づいて、ステアリングホィール100の回転方向が右方向(図1の矢印A方向)か左方向かを判断して、その判断信号Dを映像出力計算処理部42に出力する部分である。映像出力計算処理部42には、市街道路、高速道路等の幾つかの走行映像メニュー、及び、駐停車等のイベントに対応して、パウダーブレーキ20を制御する制御データが記憶されており、制御データは、任意に設定できるようになっている。
【0024】
映像出力計算処理部42は、計算処理部41からの判断信号Dに基づいて、ステアリングホィール100の方向や角度に対応した映像を作成して、その映像信号Vを映像出力装置43に出力すると共に、予め設定したイベントに対応した制御信号C2をパウダーブレーキ制御部44に出力する部分である。
具体的には、映像信号Vが走行映像メニューから選択した市街道路の直線走行映像の場合には、その映像に対応した大きさの抵抗をステアリングホィール100に加えるための制御信号C0をパウダーブレーキ制御部44に出力する。また、直線走行映像から右左折走行映像に変化した場合には、その映像に対応した大きさの抵抗をステアリングホィール設置部100に加えるための制御信号C1をパウダーブレーキ制御部44に出力する。そして、そのときに、予め設定されているイベント1〜nが発生し、そのイベントに起因したアクシデントを生じると、イベント1〜nに対応した大きさの抵抗をステアリングホィール100に加えるための制御信号C2をパウダーブレーキ制御部44に出力する機能を有している。
例えば、映像信号Vが、直進走行映像から右左折走行映像に変化した場合であって、歩行者が道路を横断したときに(イベント1)、歩行者を巻き込む巻き込み事故が生じると、ステアリングホィール100の復元速度を減少するように、パウダーブレーキ20を制御する制御信号C2をパウダーブレーキ制御部44に出力する。また、右左折走行映像時に対向車が接近した場合であって(イベント2)、急ブレーキによる急激な停車が生じたときは、ステアリングホィール100の回転位置を保持するように、パウダーブレーキ20を制御する制御信号C2を出力する。また、車庫入れ映像時の場合には(イベント3)、据え切り操作が生じると、ステアリングホィール100の復元速度をより減少させるように、パウダーブレーキ20を制御する制御信号C2を出力する。また、車庫入れ映像時の場合に(イベントn)、道路の縁石等に接触すると、ステアリングホィール100の復元速度をより減少させるように、パウダーブレーキ20を制御する制御信号C2を出力する。
映像出力装置43は、映像出力計算処理部42からの映像信号Vを経時的に表示する装置であり、モニター等を備えている。
パウダーブレーキ制御部44は、映像出力計算処理部42からの制御信号C0、C1、C2に従って、パウダーブレーキ20を制御する部分である。
【0025】
次に、本実施例の模擬操作力発生装置の動作について説明する。
図3は、この動作を示すフローチャート図である。
走行映像メニュー(S20)から市街地道路の走行モードを選択すると、市街地道路の走行モードに対応したパウダーブレーキの伝達トルク制御信号C0(図3のステップS21)を発生する。市街地道路の直進映像に合わせて、ステアリングホィール100を中立位置Mに保持したままにすると、検出器3のギア31,32は回転しないので、ポテンショメータ30からは回転角度0の検出信号S1が入力信号変換部40に出力される(図3のステップS1)。
入力信号変換部40に入力されたアナログの検出信号S1は、デジタル変換され、デジタルの検出信号S2として、制御部4の計算処理部41に出力される。
そして、計算処理部41において、このデジタル検出信号S2に基づいて、ステアリングホィール100の回転方向が右,左方向のいずれでもないと判断され(図3のステップS2及びS3のNO)、それを示す判断信号Dが映像出力計算処理部42に出力される。
すると、映像出力計算処理部42において、直進映像の映像信号Vが作成され、その映像信号Vが映像出力装置43に出力される(図3のステップS4)。
このとき、直進映像状態であり、右左折パウダーブレーキ伝達トルク制御信号(図3のステップS15)は発生しないので、映像出力計算処理部42からパウダーブレーキ制御部44へは制御信号C1が送出されず、トルク制御機構2のパウダーブレーキ20のトルクは変化しない。
これにより、操作反力発生機構1のプランジャ当接板15は、プランジャ16,17によって、中央に保持された状態となり、ステアリングホィール100は中立位置Mに位置する。イベント1〜nが発生し、アクシデントが発生しない限り、この動作は繰り返し行われる(図3のステップS4〜ステップS1)。
【0026】
この状態で、ステアリングホィール100を右回転させると、検出器3のギア32が回転し、ギア32に噛み合ったギア31がステアリングホィール100に対応した角度で回転する。そして、このギア31の回転から、ポテンショメータ30によってステアリングホィール100の回転角度が検出され、その角度を示す検出信号S1が制御器4の入力信号変換部40に出力される(図3のステップS1)。そして、計算処理部41から映像出力計算処理部42に、右回転を示す判断信号Dが出力される(図3のステップS2のYES)。
すると、映像出力計算処理部42において、右折映像の映像信号Vが作成され、この映像信号Vが、映像出力装置43に出力される(図3のステップS5)。
このとき、ステアリングホィール100の右回転により、映像信号Vが直進走行映像から右折走行映像に変化するために、直進走行のステアリングホィール100の操舵よりも、ステアリングホィール100の復元速度を、より減少させる制御信号C1が、映像出力計算処理部42からパウダーブレーキ制御部44に出力される。この結果、パウダーブレーキ制御部44の制御で、パウダーブレーキ20の抵抗がステアリングシャフト110に付加される(図3のステップS15)。
これにより、右回転時に加わるプランジャ16の押圧力による反力と、パウダーブレーキ20による抵抗とが、ステアリングシャフト110に加算されるので、操舵者は、実車の右折時における操舵感を体験することができる。ステアリングホィール100を右回転させてイベントが発生しない限り、この動作は繰り返し行われる(図3のステップS1、S2、S5、S15)。
【0027】
この状態において、歩行者が道路を横断する「イベント1」が発生し、この「イベント1」に起因した巻き込み事故を生じた場合に(図3のステップS6のYES、ステップS16のYES)、ステアリングホィール100の復元速度をより減少させる制御信号C2が、映像出力計算処理部42からパウダーブレーキ制御部44に出力され、パウダーブレーキ20の抵抗がより増大する(図3のステップS7)。また、右左折走行時に対向車の接近すると、「イベント2」が発生し、この「イベント2」に起因した急停車が生じた場合に(図3のステップS6のNO,ステップS8のYES、ステップ17のYES)、ステアリングホィール100の回転位置を保持するような制御信号C2が、映像出力計算処理部42からパウダーブレーキ制御部44に出力され、パウダーブレーキ20の抵抗によって、ステアリングシャフト110の回転位置が保持される(図3のステップS9)。
車庫入れ映像時の場合には、「イベント3」が発生し、この「イベント3」に起因した据え切り操作が生じた場合に(図3のステップS10のYES、ステップS18のYES)、ステアリングホィール100の復元速度をより減少させる制御信号C2が、映像出力計算処理部42からパウダーブレーキ制御部44に出力され、パウダーブレーキ20の抵抗が、より増大する(図3のステップS11)。さらに、車庫入れする「イベントn」が発生しこの[イベントn」に起因して、道路の縁石等に接触した場合にも(図3のステップS12のYES、ステップS19のYES)、ステアリングホィール100の復元速度をより減少させる制御信号C2が、映像出力計算処理部42からパウダーブレーキ制御部44に出力される(図3のステップS13)。
なお、ステアリングホィール100を左回転した場合には、図3のステップS1,S2のNO,S3のYES,S14で示す動作を経て、以後、前述した右折の場合とほぼ同様の動作を行う。また、走行映像メニューとして高速道路等の他の走行モードも同様である。
【0028】
このように、本実施例によれば、通常時にステアリングホィール100に加わる略一定の反力を操作反力発生機構1で実現し、運転状況によって加わる抵抗をトルク制御機構2で実現する構成であるので、操舵者に、実車の操舵感を体験させることができる。
また、前述した従来の模擬操作力発生装置では、通常時にステアリングホィール100に加わる反力を実現する手段として、電気的な制御を必要とするモータ102を使用しているが、本実施例では、機械的な構造の操作反力発生機構1を使用しているので、ステアリングホィール100を急激に回転させる等して、操作反力発生機構1に過大な負荷を発生させても、操作反力発生機構1が破損することはない。すなわち、耐久性のある模擬操作力発生装置を提供することができる。さらに、操作反力発生機構1が暴走して、ステアリングホィール100が急激に回転するおそれはなく、安全な操舵を保証することができる。
また、操作反力発生機構1に対しては制御系を必要とせず、トルク制御機構2に対してのみ、1系統の制御系(制御器4)を用いれば足りるので、制御が簡単であり、また、制御系の構造も簡単にすることができる。この結果、製造コストの低減化と重量の軽減化とを図ることができる。さらに、操作反力発生機構1による電力の消費は生じないので、省エネルギー対策上好ましい模擬操作力発生装置を提供することができる。
【0029】
(第2実施例)
図4は、本発明の第2実施例に係る模擬操作力発生装置の構成図であり、図5は、その正面図である。
本実施例は、検出器の構造が前述した第1実施例と異なる。
すなわち、操作反力発生機構1のラックギア13とキャリア12との左端部に、先端取付径孔39aを有した取付板39を立設すると共に、ケース10の側部10bに、取付孔10dを穿設した。そして、直線式位置センサ35の先端部を先端取付径孔39aに挿通させて、ボルト36で固定すると共に、直線式位置センサ35の胴部を、取付金具37により側部10bに固定した構造になっている。
【0030】
このような構成により、直線式位置センサ35がラックギア13の移動量を検出し、この移動量から、ステアリングホィール100の回転角度を検出して、回転角度を示す検出信号を直線式位置センサ35から入力信号変換部40を介して制御器4に出力する。
その他の構成,作用効果は前述した第1実施例と同様であるので、その記載は省略する。
【0031】
(第3実施例)
図6は、本発明の第3実施例に係る模擬操作力発生装置を示す斜視図である。
本実施例は、操作反力発生機構1の構成が前述した第1及び第2実施例と異なる。
図6において、符号5はシート51が装着された筺体であり、この筺体5内にフレーム52が組み込まれている。
ステアリングホィール100のステアリングシャフト110は、このフレーム52の上面において軸支されており、ステアリングシャフト110の基部側に操作反力発生機構1が設けられている。
すなわち、フレーム52の上面両側に、ラックギヤ支持体53,53が固着され、ステアリングシャフト110のピニオンギア14に噛み合ったラックギア13がこれらのラックギヤ支持体53,53によってスライド自在に支持されている。
【0032】
このラックギア13の下側に、プランジャ16,17が取り付けられている。
具体的には、ラックギア13のほぼ真下に位置するフレーム部上に、ブラケット54が固着され、このブラケット54にフリーリンク55が回転自在に取り付けられている。そして、このフリーリンク55の回転端部にプランジャ16(17)のシリンダ16a(17a)後端が固着され、このプランジャ16(17)の先端部16c(17c)が調整リンク56を介してラックギア13の端部に連結されている。また、フリーリンク55,55の間には、フリーリンク55,55がフレーム52の内側に回転することを防止するリンクストッパ57が設けられている。
【0033】
なお、トルク制御機構2は、操作反力発生機構1よりも先端部側(図6の左側)に位置するように、ステアリングシャフト110に組み付けられている。すなわち、下方のパウダーブレーキ20に、タイミングプーリー21が取り付けられ、このタイミングプーリー21が、タイミングベルト22を介して、上方のステアリングシャフト110に固着されたプーリー23に連結されている。
また、検出器3はステアリングシャフト110の先端に組み付けられている。すなわち、ギア32がステアリングシャフト110の先端に取り付けられ、このギア32にポテンショメータ30のギア31が噛み合っている。
【0034】
次に、本実施例の動作について説明する。
ステアリングホィール100を操舵して、操作反力発生機構1のラックギア13を図の矢印D方向に移動させると、プランジャ17の先端部17cがラックギア13の端部に連結されているので、プランジャ17が矢印D方向に押され、右側のフリーリンク55が回転しようとする。しかし、リンクストッパ57によってその回転が阻止されるので、プランジャ17はD方向に移動しない。この結果、プランジャ17の付勢力によって、ステアリングホィール100に反力が付加される。
【0035】
一方、プランジャ16は、ラックギア13がD方向に移動すると、フリーリンク55がリンクストッパ57から離れる方向に回転するので、ラックギア13と共にD方向に移動する。したがって、フリーリンク55が回転している間は、ステアリングホィール100に対してプランジャ16による付勢力は加わらない。
また、操作反力発生機構1のラックギア13を図の矢印D方向と逆方向に移動させるように、ステアリングホィール100を操舵すると、前述した動作と逆の動作を行い、プランジャ16による付勢力がステアリングホィール100に加わることとなる。
【0036】
また、図6においては、その中心線Pがラックギア13の中心線とほぼ直角になるように、調整リンク56をラックギア13の端部に取り付けたが、調整リンク56をラックギア13の中心線に対して傾いた状態にして取り付け、その状態の調整リンク56にプランジャ16(17)の先端部16c(17c)を取り付けることにより、ステアリングホィール100に対するプランジャ16(17)の付勢力を増減調整することができる。
【0037】
このように、本実施例によれば、操作反力発生機構1をリンク結合で構成したので、プランジャ16,17の耐久性が向上する。
その他の構成,作用効果は前述した第1及び第2実施例と同様であるので、その記載は省略する。
【0038】
(第4実施例)
図7は、本発明の第4実施例に係る模擬操作力発生装置を示す斜視図である。
本実施例は、操作反力発生機構のプランジャの取付構造が前述した第1ないし第3実施例と異なる。
図7に示すように、ステアリングホィール100のステアリングシャフト110が、軸受58,58で軸支されており、このステアリングシャフト110の先端部に操作反力発生機構1のピニオンギア14が取り付けられている。
そして、ラックギア13が、ステアリングシャフト110先端部の両側に固定されたラックギヤ支持体53,53によってスライド自在に支持された状態で、ピニオンギア14に噛み合っている。
【0039】
このラックギア13の前方(図7の左方)に、プランジャ16,17が取り付けられている。
すなわち、ラックギア13のほぼ中央部にアジャストプレート60が固着され、アジャストプレート60の両側縁にプランジャ16,17が連結されている。
具体的には、ラックギア13の両端部と対応する位置にリンクストッパ62,62が固定され、その内側に、フリーリンク61,61が回転自在に取り付けらている。そして、各フリーリンク61の回転端部に、プランジャ16(17)のシリンダ16a(17a)後端が固着され、このプランジャ16(17)の先端部16c(17c)がアジャストプレート60の側縁にボルトにて軸支されている。
なお、アジャストプレート60の両側縁には、各々複数のボルト孔60a,60b,60cが穿設されており、いずれかのボルト孔60a,60b,60cにプランジャ16(17)の先端部16c(17c)をボルトにて軸支することができるようになっている。
【0040】
トルク制御機構2は、操作反力発生機構1よりも基部側に位置するように、ステアリングシャフト110に組み付けられている。すなわち、パウダーブレーキ20に、タイミングプーリー21が取り付けられ、このタイミングプーリー21が、タイミングベルト22を介して、ステアリングシャフト110に固着されたプーリー23に連結されている。
また、検出器としては、ラックギア13のスライド方向の移動量を検出直線式位置センサ35が用いられている。
【0041】
次に、本実施例の動作について説明する。
図8は、操作反力発生機構1の動作を説明するための平面図である。
図8に示すように、ステアリングホィール100を操舵して、操作反力発生機構1のラックギア13を図の矢印E方向に移動させると、アジャストプレート60がラックギア13と一体になって矢印E方向に移動する。これにより、プランジャ16の先端部16cがアジャストプレート60によって矢印E方向に押される。このとき、フリーリンク61の回転は左のリンクストッパ62によって阻止されるので、プランジャ16はE方向に移動しない。この結果、プランジャ16の付勢力によって、ステアリングホィール100にトルクが付加される。
【0042】
一方、プランジャ17は、ラックギア13がE方向に移動すると、フリーリンク61が右のリンクストッパ62から離れる方向に回転するので、ラックギア13と共にE方向に移動する。したがって、フリーリンク61が回転している間は、ステアリングホィール100に対してプランジャ16による付勢力は加わらない。
【0043】
また、図7においては、プランジャ16,17の先端部16c,17cをアジャストプレート60の最先端のボルト孔60aにボルト締めしたが、図9に示すように、先端部16c,17cをアジャストプレート60の最奥端のボルト孔60cにボルト締めすることができる。これにより、プランジャ16,17からステアリングホィール100への付勢力を弱くすることができる。
【0044】
このように、本実施例によれば、プランジャ16,17の先端部16c,17cをアジャストプレート60のボルト孔60a,60b,60cのいずれかにボルト締めすることで、プランジャ16,17からの付勢力を増減調整することができる。
その他の構成,作用効果は前述した第1ないし第3実施例と同様であるので、その記載は省略する。
【0045】
(第5実施例)
前述した第1ないし第4実施例では、自動車ゲームの操作機構に模擬操作力発生装置を適用したが、本実施例ではヨットゲームに適用した。
図10は、本実施例の模擬操作力発生装置が適用されたヨットゲームの斜視図であり、図11は図10のヨットに装備された操作反力発生機構とトルク制御機構と検出器とを示す斜視図である。
【0046】
図10において、符号7はヨットであり、ヨット7の周囲に、ワイドスクリーン71が立設され、ワイドスクリーン71の上方には、ヨット7に風を送るための複数の送風機72が取り付けられている。
ヨット7の後部には、模擬ラダー73を有するラダーシャフト74が回転自在に取り付けられている。このラダーシャフト74の上部はヨット7側に折り曲げられ、プレイヤ8が模擬ラダー73を操舵するためのラダーレバー75が形成されている。
【0047】
そして、模擬ラダー73下側の筺体9内には、ラダーレバー75に操作反力を与える機構、すなわち、図11に示すような操作反力発生機構1と、トルク制御機構2と、検出器3と、制御器4とが内蔵されている。
具体的には、ラダーシャフト74にピニオンギア14が固着されており、このピニオンギア14に横向きのラックギア13が噛み合っている。ラックギア13にはプランジャ当接板15が取り付けられ、プランジャ16,17によって中立位置に付勢されている。
また、ラダーシャフト74の上部側には、制御器4で制御されるトルク制御機構2のプーリー23が固着され、プーリー23がタイミングベルト22を介してパウダーブレーキ20のタイミングプーリー21に連結されている。
さらに、ラダーシャフト74の下端部には、検出器3のポテンショメータ30が取り付けられ、その検出信号が制御器4に入力されるようになっている。
【0048】
このような構成により、ヨット7の停止時には、外部入力がされない限り、ラダーレバー75は、制御器4の制御によるパウダーブレーキ20の抵抗によって、現状位置に保持される。
そして、送風機72から風が吹き、制御器4によってワイドスクリーン71にヨット7が進む映像が移し出されると、パウダーブレーキ20の抵抗が解かれ、操作反力発生機構1の作用で、ラダーレバー75が前述の現状位置から中立位置に戻される。
プレイヤ8がラダーレバー75を回転させ、模擬ラダー73の向きを変えると、操作反力発生機構1による反力が水の抵抗に合せてラダーレバー75に加わる。
なお、ラダーレバー75に加わるこの反力や前述した戻り速さは操作反力発生機構1のプランジャ16,17の付勢力とパウダーブレーキ20の抵抗制御とによって、任意に設定することができる。
【0049】
ワイドスクリーン71の映像が段々高速になっていき、この状態で、ヨット7の向きを変えるようにラダーレバー75を回転させると、速度に対応した抵抗をラダーレバー75に与えるように、制御器4がパウダーブレーキ20を制御するようになっている。
また、ヨット7が浅瀬等に進入し、模擬ラダー73が海底に接触した映像になると、制御器4が、現実の状況に合せてパウダーブレーキ20をロック状態に近い状態にする。
その他の構成,作用効果は前述した第1ないし第4実施例と同様であるので、その記載は省略する。
【0050】
なお、本発明は、以上説明した実施例に限定されず、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明に含まれる。
例えば、前述した実施例では、操作反力発生機構1の付勢部材として、液圧式のプランジャ16,17を用いたが、これに限らず、ガスやエア等の気体圧式のものを用いても良く、また、コイルスプリングを用いても良い。
また、パウダーブレーキ20は、ギヤ伝達によりステアリングシャフト110に連結させてもよく、又は、ステアリングシャフト(ラダーシャフト)110の端部に直接連結させてもよい。さらに、第5実施例ではヨット7について本実施例の模擬操作力発生装置を適用したが、模擬ラダー73と一体のエンジン等の船外機をラダーレバー75で回転操作することができるモータボート等にも適用することができることは勿論である。またさらに、計算処理部41からパウダーブレーキ制御部44に制御信号を出力して、予め設定したイベントに応じた大きさのトルクを操作機構に付加することもできる。
【0051】
【発明の効果】
以上詳しく説明したように、請求項1の発明によれば、通常時に操作機構に加わる反力を操作反力発生機構で実現し、運転状況によって加わる抵抗をトルク制御機構で実現する構成であるので、操舵者に、現実の操舵感を体験させることができるという効果がある。
また、機械的構造の操作反力発生機構を使用しているので、操作機構を急激に動かす等して、操作反力発生機構に過大な負荷を発生させても、操作反力発生機構が破損することはなく、耐久性のある模擬操作力発生装置を提供することができる。さらに、操作反力発生機構が暴走して、操作機構が急激に動くおそれはなく、安全な操舵を保証することができる。
また、制御系は1系統の制御手段であるので、制御が簡単であり、また、制御系の構造も簡単にすることができる。この結果、製造コストの低減化と重量の軽減化とを図ることができるという効果がある。さらに、操作反力発生機構による電力の消費は生じないので、省エネルギー対策上好ましい模擬操作力発生装置を提供することができる。
【0052】
請求項2の発明によれば、予め設定されたイベントに応じて、抵抗が付加されるので、操舵者に、より一層の現実的な操舵感を体験させることができるという効果がある。
【0053】
請求項3の発明によれば、操作反力発生機構をピニオンギアとラックギアと付勢部材とで構成しているので、操作反力発生機構の構造をさらに簡単にすることができるという効果がある。
【0054】
請求項4の発明によれば、パウダーブレーキの採用により、高精度のトルク制御を行うことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例に係る模擬操作力発生装置の構成図である。
【図2】図1の正面図である。
【図3】図1の模擬操作力発生装置の動作を示すフローチャート図である。
【図4】本発明の第2実施例に係る模擬操作力発生装置の構成図である。
【図5】図4の正面図である。
【図6】本発明の第3実施例に係る模擬操作力発生装置を示す斜視図である。
【図7】本発明の第4実施例に係る模擬操作力発生装置を示す斜視図である。
【図8】操作反力発生機構の動作を説明するための平面図である。
【図9】プランジャのアジャストプレートへの取付状態を示す斜視図である。
【図10】本発明の第5実施例の模擬操作力発生装置が適用されたヨットゲームの斜視図である。
【図11】図10のヨットに装備された操作反力発生機構とトルク制御機構と検出器とを示す斜視図である。
【図12】従来例の概略構成図である。
【図13】他の従来例の概略構成図である。
【符号の説明】
1 操作反力発生機構
2 トルク制御機構
3 検出器
4 制御器
13 ラックギア
14 ピニオンギア
16,17 プランジャ
20 パウダーブレーキ
30 ポテンショメータ
41 計算処理部
42 映像出力計算処理部
44 パウダーブレーキ制御部
100 ステアリングホィール
110 ステアリングシャフト
Claims (4)
- 操作機構と、
前記操作機構に連結され、前記操作機構の操作力に抗して、付勢部材の付勢力を受けて反力を付与する機械的構造の操作反力発生機構と、
前記操作反力発生機構に並列して前記操作機構に連結され、前記操作機構に抵抗を付加するトルク制御機構と、
前記操作機構の位置を検出する検出手段と、
前記検出手段からの検出信号に基づいて、前記トルク制御機構に前記抵抗を制御する制御信号を出力する制御手段と、
を備えることを特徴とした模擬操作力発生装置。 - 請求項1に記載の模擬操作力発生装置において、
前記制御手段は、
前記検出手段からの検出信号に基づいて前記操作機構の移動方向を判断する計算処理部と、
前記計算処理部からの判断信号に基づいて前記操作機構の方向や位置に対応した信号を作成し、予め設定したイベントに対応させて、前記操作機構の位置を保持させ又は前記操作機構の復元速度を増減させるための制御信号を出力する出力計算処理部と、
前記出力計算処理部からの制御信号に従って前記トルク制御機構を制御するブレーキ制御部と、
を備えることを特徴とする模擬操作力発生装置。 - 請求項1または請求項2に記載の模擬操作力発生装置において、
前記操作機構は、ステアリングホィールと、このステアリングホィールと一体回転するステアリングシャフトとを備え、
前記操作反力発生機構は、前記ステアリングホィールのステアリングシャフトに連結されたピニオンギアと、前記ピニオンギアの回転に応じて移動するラックギアと、移動方向と逆方向に前記ラックギアを付勢する付勢部材とを備える、
ことを特徴とする模擬操作力発生装置。 - 請求項3に記載の模擬操作力発生装置において、
前記トルク制御機構は、
前記ステアリングホィールのステアリングシャフトに連結されたパウダーブレーキを備える、
ことを特徴とする模擬操作力発生装置。
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