JPH07111613B2 - 模擬操縦装置 - Google Patents

模擬操縦装置

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JPH07111613B2
JPH07111613B2 JP62114787A JP11478787A JPH07111613B2 JP H07111613 B2 JPH07111613 B2 JP H07111613B2 JP 62114787 A JP62114787 A JP 62114787A JP 11478787 A JP11478787 A JP 11478787A JP H07111613 B2 JPH07111613 B2 JP H07111613B2
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steering
simulated
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steering reaction
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佳春 森
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、例えば航空機の操縦訓練用のシュミレータ
等のために用いられる模擬操縦装置に関するものであ
り、訓練者が実際に操舵しているときに感知する操舵反
力を容易に、しかも忠実に模擬して発生させることので
きる操舵感発生装置を備えた模擬操縦装置に関するもの
である。
[従来の技術] 第4図は、従来のこの種の模擬操縦装置の概略構成図で
あり、この第4図において、操舵感発生機能部4Aには操
舵反力発生機能部4B及び制御機能部4Cが含まれており、
スティック(操縦桿)のような所要の機能部材を含む模
擬操縦機能部4Dと共に模擬操縦装置を構成するようにさ
れている。ここで、操舵反力発生機能部4Bに含まれてい
るものは、模擬操縦機能部4Dに連結されているテイク・
オフ・アーム41、前記テイク・オフ・アーム41と機械的
に連結するロード・セル42、油圧シリンダ43、前記ロー
ド・セル42と油圧シリンダ43とを機械的に連結し油圧シ
リンダ43の直線運動をテイク・オフ・アーム41の回転運
動に変換するリーフ・スプリング44、前記油圧シリンダ
43に流入する油量を制御するサーボ・バルブ45、異常振
動のような現象の発生を防止するためのセーフティ・バ
ルブ46及び、前記テイク・オフ・アーム41の回転軸と機
械的に結合していて油圧シリンダ43の位置を電圧変換し
て表示するポテンショメータ47である。また、制御機能
部4Cに含まれているものは、ロード・セル42からの信号
を受ける第1サーボ・コントローラ48、操舵感模擬コン
トローラ49、およびサーボ・バルブ45へ信号を与える第
2サーボ・コントローラ410である。また、4Eはサーボ
・バルブ45に油圧を供給する油圧源装置である。
模擬操縦機能部4Dを操作すると、操作力がテイク・オフ
・アーム41を介してこれと機械的に連結されているロー
ド・セル42によって検知され、ロード・セル42からは操
作力信号が発生する。この操作力信号は制御機能部4C内
の第1サーボ・コントローラ48に導かれ、適当に増幅さ
れて、次段の操舵感模擬コントローラ49に加えられる。
この操舵感模擬コントローラ49は、模擬しようとする実
機の操舵特性を表すようなアナログ回路をもって構成さ
れており、操舵力とこれに対応する操舵反力とに基づい
て、模擬操縦装置の目標位置を算出して、その結果とし
ての位置信号を第2サーボ・コントローラ410に出力す
るようにする。第2サーボ・コントローラ410は、この
位置信号及び、ポテンショメータ47からの現在の位置に
対応する信号を受け入れて、これらの信号の間の誤差信
号を算出し、この誤差信号の大きさに依存してサーボ・
バルブ45を駆動する。サーボ・バルブ45が駆動されるこ
とにより、油圧シリンダ43に流入する油量が制御され、
第5図(a)、(b)に示すように、リーフ・スプリン
グ44、ロード・セル42を介してテイク・オフ・アーム41
を回転駆動する。この結果として、模擬操縦機能部4Dは
制御機能部4Cによって算出された目標位置まで追従し、
これにより、訓練者の操縦操作に基づく操作力に対応す
る操舵反力が生成される。
[発明が解決しようとする問題点] 従来の模擬操縦装置は以上のように構成されているの
で、操舵反力を得るためには油圧シリンダに油圧を供給
しなければならずその源として油圧源装置4Eという大形
機器が必要となり、これに伴なって装置全体が大形化さ
れ、コストも上昇するという問題点があった。また、油
圧シリンダに相当する機構を歯車等で構成した場合は分
解能が低く操舵の際に、滑らかでなくゴツゴツとした感
じを与え、実機の操舵感とは異なった感覚を生ずるとい
う問題点があった。
さらに従来の模擬操縦装置における操舵感模擬コントロ
ーラ49は所要の演算部がアナログ回路で構成されている
ことから、ドリフト現象等のため演算精度の向上には限
界があること、回路素子交換に手間が掛かり取り扱いが
面倒である等の問題点があった。
この発明は上記されたような問題点を解決するためにな
されたものであって、操舵反力を得るために油圧によら
ず電気(直流)モータを使用し、油圧シリンダに相当す
る機構にも歯車等の分解能を低下させる機器は除外し、
また位置の検出も分解能に合致したものを使用すると共
に操舵感模擬コントローラを所定のディジタル演算を行
うように構成することにより、小形化され低コストで、
模擬の忠実度が向上された模擬操縦装置を得ることを目
的とする。
[問題点を解決するための手段] 上記問題点を解決するため本発明に係る模擬操縦装置
は、サーボ機構による操舵反力発生機能部と前記操舵反
力発生機能部を制御する制御機能部とを備えた操舵感発
生機能部が前記操舵反力発生機能部を介して模擬操縦機
能部に接続されている模擬操縦装置において、前記操舵
反力発生機能部の電気モータの回転運動を直線運動に変
換するボールネジと、前記操舵反力発生機能部の電気モ
ータと模擬操縦機能部との間に位置してボールネジと模
擬操縦機能部との機械的結合を行い模擬操縦機能部の操
作力を検知する操作力検知手段と、前記ボールネジの位
置検出を行う非接触位置センサと、前記操作力検知手段
からの操作力を受けて所定のディジタル演算により位置
指令信号を得て前記非接触位置センサからの位置信号と
により誤差位置信号を得るか、または、前記非接触位置
センサからの位置情報を受けて所定のディジタル演算に
より操舵反力を得て前記操作力検知手段からの操作力と
により誤差速度信号を得て、誤差位置信号または誤差速
度信号のいずれかにより前記電気モータの駆動制御を行
う制御機能部とを有することを特徴とするものである。
[作用] この発明によれば、模擬操縦のために必要な演算処理は
ディジタル的に行われ、電気モータやボールネジにより
サーボ系として応答を可能とし、模擬しようとする操縦
装置の特性により、操縦装置の制御方式を最適な構成と
なるように選択が可能となる。
[実施例] 以下、この発明の一実施例を説明する。第1図は、実施
例装置の概略構成図であり、第2図は上記実施例装置に
おける制御機能部、第3図は操舵反力発生機能部の各動
作説明図である。
まず、第1図について説明すると、操舵感発生機能部1A
には操舵反力発生機能部1B及び制御機能部1Cが含まれて
おり、模擬操縦機能部1Dと共に模擬操縦装置が構成され
ている。ここで、操舵反力発生機能部1Bが含まれている
ものは、模擬操縦機能部Dに連結されているテイク・オ
フ・アーム11、このテイク・オフ・アーム11と電気モー
タ13との間に位置しテイク・オフ・アーム11と機械的に
連結して設けられ操作力検知手段としてのロード・セル
12、電気モータ13の回転数を測定するタコジェネレータ
14、電気モータ13の回転に応じて回転して直線運動に変
換するためのボールネジ15、ロードセル12と機械的に連
結すると共に、ボールネジ15の回転により直線運動する
メネジ部15a、ボールネジ15と並列に配設されメネジ部1
5aの直線運動を補助するためのリニアボール軸16、ボー
ルネジ15のメネジ部15aの位置を検出する非接触位置セ
ンサ17である。さらに、非接触位置センサ17はプローブ
17a、磁石17bとからなり、プローブ17aを電気モータ13
の取付け台に取付け、磁石17bをボールネジ15のメネジ
部15aと機械的結合をして、電気モータ13の回転による
ボールネジ15の回転によりメネジ部15aが直線運動する
と、それと共に移動するようにしている。磁石17bは環
状をしており、その中心の穴をプローブ17aの棒が非接
触で通る。メネジ部15aが移動すると、それと機械的に
結合している磁石17bがプローブ17aの棒の外側を移動
し、プローブ17aからの距離Lが測定される。また、制
御機能部1Cに含まれているものは、サーボ・コントロー
ラ18、操舵感模擬コントローラ19Aである。
次に動作について説明する。訓練者が模擬操縦機能部1D
を操作すると、これに応じた操作力信号がテイク・オフ
・アーム11を介してこれと機械的に連結されているロー
ド・セル12によって検知され、この操作力信号は制御機
能部1C内のサーボ・コントローラ18に導かれ、ここで適
当に増幅されてから次段の操舵感模擬コントローラ19A
に加えられる。この操舵感模擬コントローラ19Aは、模
擬しようとする実機の操舵特性を表すように所要のプロ
グラムがなされたマイクロ・コンピュータをもって構成
されており、位置制御方式の場合、模擬操縦機能部1Dを
介して加えた操舵力とこれに対応する操舵反力とに基づ
いて、操作している模擬操縦装置の目標位置を算出し
て、この位置信号と非接触位置センサ17からの現在の位
置に対応する信号を受入れて、これらの信号の間の誤差
信号を算出し、この誤差信号の大きさに依存して電気モ
ータ13が駆動されボールネジ15の回転、メネジ部15aの
直線駆動がされる。また、操舵反力制御方式において
は、操舵感模擬コントローラ19Aは、訓練者が模擬操縦
機能部1Dを介して加えた操舵力と、この操舵力より計算
された操舵反力とに基いて、これらの信号間の誤差信号
を算出し、操作している模擬操縦装置の加速度信号とし
て、積分計算を行って速度信号を求める。この信号の大
きさに依存して電気モータ13が駆動され、ボールネジ15
及びメネジ部15aの位置が決まる。
両制御方式とも、電気モータ13はサーボコントローラ18
と共にボールネジ15の回転数を制御するものであり、ボ
ールネジ15がこの制御により所望数の回転をするとメネ
ジ部15aが直線移動し、これによりメネジ部15a及びリニ
アボール軸16に回転自在継手及びロードセル12を介して
連結されているテイク・オフ・アーム11の駆動がなされ
る。この結果として、模擬操縦機能部1Dは制御機能部1C
内の操舵感模擬コントローラ19Aによって算出された所
望位置まで追従し、これにより訓練者の操縦操作に基づ
く操舵力に対応する操舵反力が生成されることになる。
次に、第2図について、上記実施例装置における制御機
能部1Cの説明をする。
第2図(a)の位置制御方式では、操舵反力発生機能部
1B内のロード・セル12からの操作力Fpは、サーボ・コン
トローラ18の第1の増幅器A1を介して、マイクロコンピ
ュータからなる操舵感模擬コントローラ19Aに加えられ
るが、このとき、操作力Fpは図示しない適当な手段によ
って予めアナログ.ディジタル(A/D)変換されてい
る。この操作力Fpは、摩擦力やスプリング力のような各
種のパラメータに依存する操舵反力Frとの間で加算・増
幅演算により加速度、積分演算により速度、さらに
第2の積分演算により位置δ等を求める所要の演算処理
がなされ、その結果として位置指令信号δが得られ、
これは図示しない手段によりディジタル・アナログ(D/
A)変換されてからサーボ・コントローラ18に加えられ
る。このサーボ・コントローラ18において、前記位置指
令信号δと第2の増幅器A2を経由した非接触位置セン
サ17からの現在位置信号δとの間で減算処理が行わ
れ、加算増幅器Σを経て、結果としての誤差信号εが電
気モータ13に与えられることになる。
このような制御を位置制御方式と称し、模擬しようとす
る操縦装置に付加される慣性の影響が大きい場合に適用
される。
また、第2図(b)の操舵反力制御方式の場合はサーボ
・コントローラ18で適当な手段により予めA/D変換され
ている非接触位置センサ17からの現在位置及び演算結果
としての等価速度よりスプリング力や摩擦力のような各
種パラメータに依存する各種反力が得られ、これらの間
で所要の演算処理がなされ、その結果として、操舵反力
Frが得られる。この操舵反力FrはD/A変換されてからサ
ーボ・コントローラ18に加えられ、このサーボ・コント
ローラ18において、前記操舵反力Fr信号とロード・セル
12からの操作力Fpとの間で減算処理が行われ、加算・増
幅器A3で加速度信号に変換し、積分器1/Sで積分動作が
行われ、結果としての誤差速度信号が電気モータ13に与
えられることになる。このように操舵反力制御方式で
は、模擬しようとする操縦装置に付加される慣性の影響
が小さい場合に適用される。
[発明の効果] 以上説明したように、この発明に係る模擬操縦装置は、
操舵反力発生機能部と制御機能部とからなる操舵感発生
機能部が模擬操縦機能部に接続されており、前記操舵反
力発生機能部に電気モータとボールネジによる電気駆動
方式を採用し、高性能非接触位置センサーが設けられた
ことにより、分解能を向上することができる。また、前
記制御機能部の操舵感模擬コントローラはディジタル演
算処理により構成することから、操縦装置を急激に操作
した場合の違和感を減らすことができ、模擬すべき実機
の操舵力特性はプログラムを変更することにより容易に
変更できるので、より忠実な操舵反力の模擬ができると
いった効果が奏せられる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例装置の概略構成図、第2図
は制御機能部の動作説明図、第3図は操舵反力発生機能
部の動作説明図、第4図は従来装置の概略構成図、第5
図は従来装置の操舵反力発生機能部の動作説明図であ
る。 1A…操舵感発生機能部、1B…操舵反力発生機能部、1C…
制御機能部、1D…模擬操縦機能部、12…ロードセル、13
…電気モータ、15…ボールネジ、17…非接触位置セン
サ、19A…操舵感模擬コントローラ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−177579(JP,A) 特開 昭61−85976(JP,A) 実開 昭63−128575(JP,U) 実開 昭59−90972(JP,U) 実開 昭56−80558(JP,U) 特公 平1−54711(JP,B2)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】サーボ機構による操舵反力発生機能部と前
    記操舵反力発生機能部を制御する制御機能部とを備えた
    操舵感発生機能部が前記操舵反力発生機能部を介して模
    擬操縦機能部に接続されている模擬操縦装置において、 前記操舵反力発生機能部の電気モータの回転運動を直線
    運動に変換するボールネジと、 前記操舵反力発生機能部の電気モータと模擬操縦機能部
    との間に位置してボールネジと模擬操縦機能部との機械
    的結合を行い模擬操縦機能部の操作力を検知する操作力
    検知手段と、 前記ボールネジの位置検出を行う非接触位置センサと、 前記操作力検知手段からの操作力を受けて所定のディジ
    タル演算により位置指令信号を得て前記非接触位置セン
    サからの位置信号とにより誤差位置信号を得るか、また
    は、前記非接触位置センサからの位置情報を受けて所定
    のディジタル演算により操舵反力を得て前記操作力検知
    手段からの操作力とにより誤差速度信号を得て、誤差位
    置信号または誤差速度信号のいずれかにより前記電気モ
    ータの駆動制御を行う制御機能部と を有することを特徴とする模擬操縦装置。
JP62114787A 1987-05-13 1987-05-13 模擬操縦装置 Expired - Lifetime JPH07111613B2 (ja)

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JP2012215517A (ja) * 2011-04-01 2012-11-08 Japan Radio Co Ltd 車輪代替部材、操舵反力伝達部材および操舵反力伝達装置

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JPH02134573U (ja) * 1989-04-17 1990-11-08

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