JPH08248873A

JPH08248873A - 模擬操作力発生装置

Info

Publication number: JPH08248873A
Application number: JP7045815A
Authority: JP
Inventors: Akira Kurihara; 章栗原
Original assignee: Taito Corp
Current assignee: Taito Corp
Priority date: 1995-03-06
Filing date: 1995-03-06
Publication date: 1996-09-27
Anticipated expiration: 2020-07-06
Also published as: JP3669594B2

Abstract

(57)【要約】【目的】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。【構成】ステアリングホィール１００の反力が、機械
的構造の操作反力発生機構１により、ステアリングホィ
ール１００に付加される。このとき、検出器３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
る。そして、検出器３からの検出信号Ｓ１に基づいて、
制御器４により、トルク制御機構２が制御され、所定の
大きさの抵抗がステアリングホィール１００に付加され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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１０
４，１０５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の発明に係る模擬操作力発生装置は、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
力に抗して反力を付与する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与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映像信
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操作反力
を増減させるための制御信号を出力する映像出力計算処
理部と、前記映像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操作反力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（１７
ｂ）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１０
０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１
００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１
００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４
１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４
１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２
０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３
１，３２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Ｎ
Ｏ）、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Ｓ
４）。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１０
０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４
３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１０
０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、Ｓ
５、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Ｙ
ＥＳ、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４
４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１０
０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３
９ａ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１
０ｂ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５
１が装着された筺体であり、この筺体５内にフレーム５
２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１１
０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１
３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１
６，１７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６
１，６１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１
３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１
００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１
４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１
６，１７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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０９Ｂ 9/06 Ｇ０６Ｆ 15/62 ３６０

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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
て反力を付与する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２】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映像信号を作成し、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操作反力を増減させるための制御
信号を出力する映像出力計算処理部と、前記映像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３】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４】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。