JPH0675520A - 模擬ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な演算処理で、より現実に近いステアリ
ング操作を実現する模擬ステアリング装置を供する。 【構成】 乗物のシミュレーターにおいて、伝達トルク
を制御可能なパウダークラッチ33が動力源の駆動力をス
テアリングシャフト３に伝達することを特徴とする模擬
ステアリング装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、運転者が操舵する実際
の乗物を遊戯用または運転訓練用にシミュレートしたシ
ミュレーターに関し、特にハンドル等の操舵手段に生じ
る外部からのトルクをシミュレートしたステアリング装
置に関する。

【０００２】

【従来技術】乗物の遊戯機や運転訓練装置は、実際の乗
物を運転したときに感ずるであろう力をできるだけ模擬
再現化するすることにより、現実との差を失くして臨場
感を与え、実際と略同じ感覚で運転ができることが望ま
しい。

【０００３】実際の自動車等を運転していると、運転状
態によってハンドルが重くなったり軽くなったり、ある
いは路面から受ける力が伝達されたりしてハンドルを握
る手に種々の力が感じられる。

【０００４】このようなハンドルに伝達される力をシミ
ュレートすることでより現実の乗物に近づいたシミュレ
ーターを実現することができ、従来でもかかる試みがな
された例（特開平２−271382号公報）がある。

【０００５】同例では、ハンドルに電動モータが直接連
結されていて、同電動モータを駆動制御することで、ス
テアリング操作におけるハンドルの重さをシミュレート
している。

【０００６】

【解決しようとする課題】かかるシミュレーターでは、
電動モータが直接ハンドルを駆動しているので、ドライ
バーのステアリング操作力を考慮してハンドルにかかる
であろう力を感じさせなければならず、車輪から伝えら
れる力ではなくこれをさらに加工した力を演算する必要
があり、制御におけるアルゴリズムおよび演算処理が複
雑となるとともにステアリング操作における抵抗を自然
に感じさせるのは難しい。

【０００７】またステアリング操作は電動モータにとっ
ては直接負荷となり、この負荷の大きな変動は電動モー
タに良い影響を与えない。

【０００８】本発明はかかる点に鑑みなされたもので、
パウダークラッチを用いることで簡単なデータ処理で電
力源に悪い影響を与えずに実際のステアリング操作で感
じるであろう力を感じさせることができる模擬ステアリ
ング装置を供する点にある。

【０００９】

【課題を解決するための手段および作用】上記目的を達
成するために、本発明は乗物のシミュレーターにおい
て、伝達トルクを制御可能なパウダークラッチが動力源
の駆動力をステアリングシャフトに伝達する模擬ステア
リング装置とした。

【００１０】パウダークラッチは、動力源の一定の駆動
力を入力し、リニアに伝達トルクを制御してステアリン
グシャフトに出力するもので、伝達トルクはステアリン
グ操作に際しすべり抵抗として作用するもので、より現
実に近い感覚を操作人に与えることができる。

【００１１】また動力源の駆動力は一定でよく、パウダ
ークラッチの制御は車輪から伝えられるであろう力をパ
ウダークラッチの伝達トルクとして演算すればよいので
演算処理が簡単である。さらにパウダークラッチが介在
しているので、ステアリング操作が動力源に直接作用す
ることがなく悪い影響を与えることがない。

【００１２】

【実 施 例】以下図１ないし図４に図示した本発明の
一実施例について説明する。

【００１３】本実施例はレーシングカーのシミュレート
ゲームに用いられる模擬ステアリング装置に関するもで
ある。図１は、同実施例の模擬ステアリング装置１を一
部省略して示した斜視図であり、図２は同模擬ステアリ
ング装置１の平面図である。

【００１４】ハンドル２と一体のステアリングシャフト
３が前方へ延びてケーシング４を軸受５，６を介して貫
通し回動自在に支持されている。ステアリングシャフト
３のハンドル２の付け根部分には左右一対の模擬シフト
レバー７が対称に展開しており、模擬シフトレバー７は
ステアリングシャフト３と一体に回転するとともに軸方
向に揺動可能で、模擬シフトレバー７の揺動は検出され
てシフトチェンジの制御に供される。

【００１５】ケーシング４は、平面視で概ねＬ字状に形
成され、ハンドル２に略平行に前壁４ａと後壁４ｂおよ
びこれらに直角に折曲された左壁４ｃ、右壁４ｄより構
成されており、ステアリングシャフト３は前壁４ａと後
壁４ｂに軸受５，６を介して支持されて前壁４ａを貫通
した端部は、さらに左壁４ｃに一側縁を固着されて前壁
４ａに平行に設けられた支持板８の円孔を貫いている。

【００１６】ステアリングシャフト３には、前壁４ａと
後壁４ｂの間において大径のベベルギア10が嵌着され、
支持板８と前壁４ａとの間においてハート型カム11が嵌
着され、支持板８を貫いた先端においてボリューム噛合
用のギア12が嵌着されて、いずれもステアリングシャフ
ト３と一体に回動する。

【００１７】そしてベベルギア10に隣接して矩形のスト
ッパー片13が一方に偏してステアリングシャフト３に固
着され、同ストッパー片13の下方位置に後壁４ｂに固着
されてストッパー14が配設されている。

【００１８】直進走行時のハンドル２の状態（センター
位置状態）で、ストッパー片13はステアリングシャフト
３より上方へ延出しており（図１はセンター位置状態を
示す）、ハンドル２を右に切っていくと、ストッパー片
13が一体に旋回し、約135 度程旋回したところでストッ
パー片13はストッパー14に当接して停止させられる。同
様にハンドル２を左に切ったときも約135 度旋回して停
止させられる。

【００１９】また前壁４ａの上部に支軸15が前方へ向け
突設されており、同支軸15に上端部を支承されて押圧ア
ーム16が揺動自在にハート型カム11の左側に位置して吊
設されている。

【００２０】押圧アーム16は、長尺矩形の前後側片16
ａ，16ｂとこれを連結する連結部16ｃとから断面コ字状
に形成されており、対向する前後側片16ａ，16ｂの上部
を支軸15が枢支している。

【００２１】押圧アーム16の中央部には、前後側片16
ａ，16ｂ間に架設された回転軸17に押圧ローラ18が回転
自在に取付けられ、同押圧ローラ18は前記ハート型カム
11の周側縁に当接可能な位置にある。

【００２２】そして前壁４ａの下部の左壁４ｃ寄りに突
設されたピン19と押圧アーム16の下端部との間にスプリ
ング20が架設されて押圧アーム16をハート型カム11の方
向へ付勢している。したがってスプリング20によって常
時押圧ローラ18がハート型カム11の周側縁に押圧された
状態にある。

【００２３】ハート型カム11は、左右対称のハート形を
して回転中心軸（ステアリングシャフト３）から周側縁
までの径は、周側縁の凹部を最小として除々に径を大き
くするように構成されている。

【００２４】ハンドル２がセンター位置状態にあるとき
に、図１に示すように押圧ローラ18はハート型カム11の
凹部を押圧しており、ハンドル２を回動させるとステア
リングシャフト３と一体にハート型カム11が回動し、中
心軸から押圧ローラ18の接点までの径が大きくなるので
スプリング20に抗して押圧アーム16が揺動される。した
がって逆にハンドル２が左右いずれかの方向に切られて
いるときは、スプリング20の力により押圧ローラ18がハ
ート型カム11の周側縁を押圧し中心軸から押圧ローラ18
までの距離を小さくするようハート型カム11を回転させ
る力が作用していることになり、自然にセンターリング
を行うようになっている。

【００２５】支持板８にはポテンショメータ21が取付け
られ、ポテンショメータ21の回転軸に嵌着されたギア22
が前記ステアリングシャフト３の先端のギア12と噛合し
ており、ハンドル２の回転角度を検知している。

【００２６】一方前記ケーシング４の右壁４ｄには、前
後にリバーシブルモータ30とパウダークラッチ33が互い
に平行にステアリングシャフト３とは直交する方向に指
向して取り付けられている。

【００２７】いずれも円筒状ケースの前端部を右壁４ｄ
の円孔に嵌合し、リバーシブルモータ30の駆動軸31は右
壁４ｄと左壁４ｃの間に突出し、小径のプーリ32が嵌着
されている。

【００２８】パウダークラッチ33は、前記プーリ32と対
応する位置に入力側の大径のプーリ34が設けられてい
て、パウダークラッチ33の中央から回転中心軸を同じく
して出力軸35が突出して、出力軸35に嵌着された小径の
ベベルギア36が前記ステアリングシャフト３に嵌着され
た大径のベベルギア10と噛合している。

【００２９】左壁４ｃに突設された支軸37に回動自在に
軸支されたベルト張りプーリ38がプーリ32とプーリ34と
の間に若干上方に偏向して設けられており、プーリ32と
プーリ34との間にタイミングベルト39が架渡され同タイ
ミングベルト39を途中で上方よりプーリ38が押してタイ
ミングベルト39に緊張を与えている。

【００３０】したがってリバーシブルモータ30の正逆転
駆動はタイミングベルト39を介して減速されてパウダー
クラッチ33に入力され、伝達トルクを制御されて出力軸
35に出力され、ベベルギア36，10の噛合でさらに減速さ
れてステアリングシャフト３に回転トルクを与えること
ができる。

【００３１】リバーシブルモータ30は定速回転し、正転
か逆転かの制御がなされ、パウダークラッチ33は伝達ト
ルクをリニアに制御することができる。ステアリングシ
ャフト３にいずれの方向のどの程度の回転トルクを与え
るかは、上記プーリ32とパウダークラッチ33を制御する
ことで可能である。

【００３２】この制御の簡単なブロック図を図３に示
す。該レーシングカーのシミュレートゲームのゲームの
進行を制御するゲームボート50とステアリング制御を行
う制御ボード51が備えられていて、ゲームボート50は前
記模擬シフトレバー７や図示されない各種操作装置から
の信号および前記ポテンショメータ21からのステアリン
グ情報を入力して、演算処理しゲームの進行を制御する
とともにモニターテレビ（図示せず）の画像制御指示も
行う。

【００３３】したがってゲームボート50は、ステアリン
グの状態、走行路の状態等から車輪からステアリングシ
ャフト３およびハンドル２にかかるであろう力を演算
し、この力の情報を制御ボード51に出力する。

【００３４】制御ボード51は、同情報とともにポテンシ
ョメータ21からの現時点でのステアリング状態の情報を
入力し、実際にステアリングシャフト３にどの方向のど
の程度の回転トルクを与えるかを決定しリバーシブルモ
ータ30、パウダークラッチ33に制御信号を出力する。リ
バーシブルモータ30にはステアリングシャフト３に加え
る回転トルクの方向信号を出力し、パウダークラッチ33
には伝達トルクの増減信号を出力する。

【００３５】以下このステアリング操作に加わる負荷制
御の簡単な制御手順を図４に示し説明する。まずポテン
ショメータ21からのステアリング情報およびその他操作
装置からの情報を入力し演算してゲームの進行を決め
（ステップ１）、次のステップ２でハンドル２にかかる
であろう力の方向と量を演算する。

【００３６】そしてハンドル２にかかるであろう力が現
状に比べいずれの方向の力であるかを判断し（ステップ
３）、ハンドル２を右方向に回転する力であると、ステ
ップ４に進み、リバーシブルモータ30を右回り（ハンド
ル２が右回りとなる）に制御し、逆にハンドル２を左方
向に回転する力であると判断したときは、ステップ５に
進んでリバーシブルモータ30を左回りに制御する。

【００３７】次にステップ６でハンドル２にかかるであ
ろう力の量が現状より大きいか小さいかを判断し、小さ
いときはステップ７に進みパウダークラッチ33の伝達ト
ルクを減少に制御し、逆にハンドル２にかかるであろう
力の量が現状より大きいときはステップ８に進みパウダ
ークラッチ33の伝達トルクを増加に制御する。

【００３８】以上のルーチンは、一定周期で繰り返され
るので、伝達トルクも除々に増加または減少し、ステア
リング操作に際し急激にハンドルを重くなったり、軽く
なったりせず不自然さがない。

【００３９】以上のようにパウダークラッチを使用し伝
達トルクを制御することで、車輪から伝達され実際にハ
ンドル２にかかるであろう力を演算出力すればよく、さ
らにこの力を加工する必要はないので、演算処理のアル
ゴリズムも簡単である。

【００４０】パウダークラッチの伝達トルクはすべり抵
抗として作用するので、より現実に近いステアリング感
覚をドライバーに与えることができる。

【００４１】ステアリング操作が直接リバーシブルモー
タ30に影響を与えることがない。

【００４２】なお本実施例では、動力源にリバーシブル
モータを使用したが、ソレノイド、スプリング等も使用
することが可能である。また回動するハンドルのほか、
操縦レバーの如きものについても、パウダークラッチを
使用して実際に操舵しているような抵抗を与えることが
できる。

【００４３】

【発明の効果】本発明は、パウダークラッチの伝達トル
クをステアリングシャフトに伝え、ステアリング操作時
の抵抗としているので、現実の乗物を実際に操縦してい
るかのような感覚を得ることができる。

【００４４】簡単な演算処理で制御できる。さらにステ
アリング操作が動力源に悪い影響を与えない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る一実施例の模擬ステアリング装置
の一部省略した斜視図である。

【図２】同平面図である。

【図３】制御系の概略ブロック図である。

【図４】制御手順を示す簡略フローチャートである。

【符号の説明】

１…模擬ステアリング装置、２…ハンドル、３…ステア
リングシャフト、４…ケーシング、５，６…軸受、７…
模擬シフトレバー、８…支持板、10…ベベルギア、11…
ハート型カム、12…ギア、13…ストッパー片、14…スト
ッパー、15…支軸、16…押圧アーム、17…回転軸、18…
押圧ローラ、19…ピン、20…スプリング、21…ポテンシ
ョメータ、21…ギア、30…リバーシブルモータ、31…駆
動軸、32…プーリ、33…パウダークラッチ、34…プー
リ、35…出力軸、36…ベベルギア、37…支軸、38…ベル
ト張りプーリ、39…タイミングベルト、50…ゲームボー
ト、51…制御ボード。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 乗物のシミュレーターにおいて、伝達ト
   ルクを制御可能なパウダークラッチが動力源の駆動力を
   ステアリングシャフトに伝達することを特徴とする模擬
   ステアリング装置。