(57)【要約】【課題】ステアリングシャフトの左右の操舵方向の操舵に摩擦力を付与することで一層実車に類似した操舵感を与えるようにした車両用運転訓練装置を提供する。【解決手段】ステアリングホイールに連結されるステアリングシャフト１６と、ステアリングホイールの回転操作によるステアリングシャフトの左右の操舵方向の操舵範囲を規制する操舵範囲規制機構２０（ナット２０ｃ、ストッパ２０ｄ）と、ステアリングシャフトの左右の操舵方向に対向する方向に操舵反力を付与可能な電動モータ２２とからなる車両用運転訓練装置において、ステアリングシャフトの左右の操舵方向の操舵に摩擦力を付与可能な摩擦力付与機構２４（ボールプランジャ２４ｂ）を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングホイールに連結されるステアリングシャフトと、
前記ステアリングホイールの回転操作によるステアリングシャフトの左右の操舵方向の操舵範囲を規制する操舵範囲規制機構と、
前記ステアリングシャフトの左右の操舵方向に対向する方向に操舵反力を付与可能な電動モータと、
からなる車両用運転訓練装置において、
前記ステアリングシャフトの左右の操舵方向の操舵に摩擦力を付与可能な摩擦力付与機構を備えたことを特徴とする車両用運転訓練装置。
【請求項２】
前記操舵範囲規制機構は、前記ステアリングシャフトに第１ギアを介して連結されるストッパシャフトと、前記ストッパシャフトに取り付けられると、前記ストッパシャフトの付近から前記ナットの両側に前記ナットに当接可能に突設される少なくとも２個のストッパとからなることを特徴とする請求項１に記載の車両用運転訓練装置。
【請求項３】
前記電動モータは前記ステアリングシャフトに第２ギアを介して連結されることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用運転訓練装置。
【請求項４】
前記摩擦力付与機構は、前記ナットに取付板を介して取り付けられるボールプランジャからなることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の車両用運転訓練装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は車両用運転訓練装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用運転訓練装置は、訓練生に実車に類似した操舵感を与えるほど臨場感を向上させることができ、運転技術の習得の励みとなって望ましい。その点で下記の特許文献１記載の技術において、ステアリングシャフトの回りに配置された中空の電動モータの出力によってステアリングホイールに実車に類似した操舵反力を与えるようにした構成が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１２６０１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１記載の技術は上記のように電動モータによって操舵反力を付与しているが、ステアリングホイールの回転操作によるステアリングシャフトの左右の回転のときに原点位置付近でのギアのバックラッシュに起因するガタツキが防止されていないため、実車の操舵感を十分に得られない不都合があった。
【０００５】
従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、ステアリングシャフトの左右の操舵方向の操舵に摩擦力を付与することで一層実車に類似した操舵感を与えるようにした車両用運転訓練装置を提供することにある。
【０００６】
上記の目的を達成するために、この発明にあっては、ステアリングホイールに連結されるステアリングシャフトと、前記ステアリングホイールの回転操作によるステアリングシャフトの左右の操舵方向の操舵範囲を規制する操舵範囲規制機構と、前記ステアリングシャフトの左右の操舵方向に対向する方向に操舵反力を付与可能な電動モータとからなる車両用運転訓練装置において、前記ステアリングシャフトの左右の操舵方向の操舵に摩擦力を付与可能な摩擦力付与機構を備える如く構成した。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】この発明の実施形態に係る車両用運転訓練装置の側面図である。
【図２】図１装置の電子制御ユニットの構成を示す概略図である。
【図３】図１装置のステアリングシャフトのステアリングギアボックスの縦断面図である。
【図４】図３のステアリングギアボックスを図で右側から見たときの側面図である。
【図５】図４のステアリングギアボックスを図で下方から見たときの側面面である。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ線断面図である。
【図７】図４のステアリングギアボックスをＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿って展開して示す断面図である。
【図８】図３のステアリングシャフトの戻しトルクとギアバックラッシュ範囲を示す説明図である。
【図９】図３のステアリングシャフトの回転角に対する戻しトルクの特性を示す説明図である。
【図１０】図３のステアリングシャフトの車速に対する車速応動トルクの特性を示す説明図である。
【図１１】図１装置のブレーキペダル付近のブレーキ反力発生機構の縦断面図である。
【図１２】図１１のブレーキ反力発生機構の要部拡大図である。
【図１３】図１装置のＡＴレバーセレクト機構の側面図である。
【図１４】図１３のＡＴレバーセレクト機構の要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、添付図面に即してこの発明に係る車両用運転訓練装置を実施するための形態について説明する。
【０００９】
図１はその車両用運転訓練装置の側面図、図２は図１装置の電子制御ユニットの構成を示す概略図、図３は図１装置のステアリングギアボックスの縦断面図、図４は図３のステアリングギアボックスを図で右側から見たときの側面図、図５は図４のステアリングギアボックスを図で下方から見たときの側面図、図６は図５のＶＩ−ＶＩ線断面図で、図７は図４のステアリングギアボックスをＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿って展開して示す断面図である。
【００１０】
図示の如く、実施形態に係る車両用運転訓練装置１０は、訓練生（図示せず）が着座可能なシート１２の付近に配置されるステアリングホイール１４に連結されるステアリングシャフト１６と、ステアリングホイール１４の回転操作によるステアリングシャフト１６の左右の操舵方向の操舵範囲を規制する操舵範囲規制機構２０と、ステアリングシャフト１６の左右の操舵方向に対向する方向に操舵反力を付与可能な電動モータ２２とを備えると共に、ステアリングシャフト１６の左右の操舵方向の操舵に摩擦力を付与可能な摩擦力付与機構２４を備える。車両用運転訓練装置１０は、例えば自動車教習所の一室の床面Ｆの上に載置される。
【００１１】
ステアリングホイール１４はシート１２の付近に訓練生が操作（回転）可能なように配置されると共に、ステアリングホイール１４に連結されるステアリングシャフト１６は図１に示すようにテアリングコラムとして機能するステアリングギアボックス２６内に収容される。
【００１２】
図３から図７に示す如く、ステアリングギアボックス２６において、操舵範囲規制機構２０は、ステアリングシャフト１６にギア１６ａと第１ギア（ストッパシャフトギア）２０ａを介して連結されるストッパシャフト２０ｂと、ストッパシャフト２０ｂに取り付けられるナット２０ｃと、ストッパシャフト２０ｂの付近からナット２０ｃの両側にナット２０ｃに当接可能にステアリングギアボックス２６の壁面から突設される少なくとも２個のストッパ２０ｄとからなる。
【００１３】
ナット２０ｃは、図３と図６などに示すように矩形状（方形状）を呈し、両側のストッパ２０ｄに当接することでステアリングシャフト１６の左右の操舵方向の操舵範囲（左右それぞれ２．５回転）においてストッパ２０ｄの中間位置、即ち、ステアリングシャフト１６の原点位置（左右回転の中心位置。図８のθ０）に相当する位置に配置される。
【００１４】
また、ナット２０ｃはボルト２０ｃ１を介してプランジャ取付板２４ａに固定され、プランジャ取付板２４ａには摩擦力付与機構２４が設けられる。摩擦力付与機構２４はボールプランジャ２４ｂからなる。
【００１５】
ボールプランジャ２４ｂは、筒状のプランジャ本体２４ｂ１とプランジャ本体２４ｂ１の先端に配置されるボール２４ｂ２と、プランジャ本体２４ｂ１の内部に収容されてボール２４ｂ２を外方に付勢するスプリング（図示せず）からなる公知の形状を備え、プランジャ取付板２４ａにナット２４ｂ３で取り付けられる。
【００１６】
電動モータ２２はＤＣモータなどからなると共に、ステアリングシャフト１６のギア１６ａに第２ギア（モータギア）２２ａを介して連結される。即ち、図４と図７などに示す如く、ステアリングギアボックス２６においてステアリングシャフト１６には第２ギア（モータギア）２２ａを介して連結される電動モータ２２と、第１ギア（ストッパシャフトギア）２０ａを介して連結されるストッパシャフト２０ｂとが平行して配置される。
【００１７】
プランジャ本体２４ｃ１はより詳しくは、図５などに示す如く、ステアリングシャフト１６（ストッパシャフト２０ｂ）の軸方向において取付板２４ａの中央位置で、かつナット２０ｃがストッパ２０ｄの中央に位置するときにナット２０ｃの中央位置、換言すればプランジャ本体２４ｂ１が、ステアリングシャフト１６が原点位置（左右回転の中心位置。θ０）に相当する位置となるように、取付板２４ａに取り付けられる。
【００１８】
図３などに示す如く、プランジャ本体２４ｂ１は他端において取付板２４ａにナット２４ｂ３で取り付けられ、スプリングで付勢されるボール２４ｂ２がステアリングギアボックス２６の内壁面に接触することで、ステアリングシャフト１６はナット２０ｃがストッパ２０ｄの間を移動する間は摩擦力を与えられ、第１ギア２０ａと第２ギア２２ａなどのバックラッシュによるステアリングシャフト１６のガタツキを防止する。
【００１９】
電動モータ２２は後述のように動作させられるとき、第２ギア２２ａとギア１６ａを介してステアリングシャフト１６に、左右の操舵方向に対向する方向に操舵反力を付与する。電動モータ２２の一端にはステアリングシャフト１６の回転角を検出する、ロータリエンコーダからなる回転角センサ３０が取り付けられる。
【００２０】
図１に示す如く、ステアリングシャフト１６を収容するステアリングギアボックス２６の先端付近には訓練生が操作可能なアクセルペダル３２とブレーキペダル３４が配置される。
【００２１】
図１と図２に示す如く、車両用運転訓練装置１０は回転角センサ３０などの検出値に基づいて電動モータ２２の操舵反力を制御する電子制御ユニット（Electronic Control Unit。以下「ＥＣＵ」という）３６を備える。詳細な図示は省略するが、ＥＣＵ３６はマイクロプロセッサ（ＣＰＵ）とメモリ（ＲＯＭ，ＲＡＭなど）を有するマイクロコンピュータから構成される。
【００２２】
訓練生はステアリングギアボックス２６の上方に配置されるモニタ４０（図１）に映し出される走行状況を示す画像を見ながら、ステアリングホイール１４を操舵しつつ、必要に応じてアクセルペダル３２とブレーキペダル３４を操作する。ＥＣＵ３６のメモリには運転訓練シミュレータが内蔵されており、モニタ４０の映像はＥＣＵ３６の運転訓練シミュレータに従って出力される。
【００２３】
図２に示す如く、ＥＣＵ３６は、訓練生によるアクセルペダル３２とブレーキペダル３４の操作に応じて車速（仮想的な車速）を演算する車速演算部３６ａと、検出されたステアリングシャフト１６の回転角に基づいてステアリングシャフト１６を原点位置に戻そうとする戻しトルクを演算すると共に、車速演算部３６ａで演算された車速に基づいて車速応動トルクを演算するトルク演算部３６ｂを備える（換言すれば、ＥＣＵ３６のマイクロプロセッサがメモリに格納された命令に従って車速演算部３６ａとトルク演算部３６ｂとして機能する）。
【００２４】
ＥＣＵ３６は、トルク演算部３６ｂで演算された戻しトルクと車速応動トルクとから電動モータ２２の操舵反力を制御する。図８はステアリングシャフト１６の戻しトルクとギアバックラッシュ範囲を示す説明図、図９はステアリングシャフト１６の回転角に対する戻しトルクＴｍの特性を示す説明図、図１０はステアリングシャフト１６の車速に対する車速応動トルクＴｍ１の特性を示す説明図である。
【００２５】
トルク演算部３６ｂは、図９の特性に基づき、戻しトルクＴｍを、検出されたステアリングシャフト１６の回転角が所定角度（例えば３０度）に達するまでは検出されたステアリングシャフト１６の回転角が増加するにつれて増加すると共に、所定角度に達した後は一定となるように演算する。
【００２６】
また、トルク演算部３６ｂは、図１０の特性に基づき、車速応動トルクＴｍ１を、演算された車速が所定車速Ｖ１に達するまでは演算された車速が増加するにつれて増加する第１の特性ａに従って演算すると共に、所定速度に達した後は第１の特性ａよりも増加率の小さい第２の特性ｂに従って演算する。
【００２７】
上記に基づき、ＥＣＵ３６は、トルク演算部３６ｂで演算された戻しトルクＴｍと車速応動トルクＴｍ１とに基づいてステアリングシャフト１６が原点位置（図８のθ０）に復帰する操舵反力を生じるように電動モータ２２の動作を制御する。尚、ＥＣＵ３６はステアリングシャフト１６の回転が図８に示す所定の回転範囲（ギアバックラッシュ範囲）θにあるときは操舵反力を生じないように電動モータ２２の動作を制御する。  
【００２８】
図１の説明に戻ると、車両用運転訓練装置１０は、ブレーキペダル３４の操作に応じて反力を発生するブレーキ反力発生機構４４を備える。
【００２９】
図１１は図１装置のブレーキ反力発生機構４４の縦断面図、図１２は図１１のブレーキ反力発生機構４４の要部拡大図である。
【００３０】
図示の如く、ブレーキ反力発生機構４４は、ブレーキペダル３４に連結されるピストン４４ａとピストン４４ａを摺動自在に収容するシリンダ４４ｂとを備えると共に、ピストン４４ａとシリンダ４４ｂの底面４４ｂ１との間に荷重の異なる複数個のばね４４ｃ（具体的には２個のばね（圧縮コイルばね）４４ｃ１，４４ｃ２）とショックアブソーバ４４ｄとを介挿して構成される。ピストン４４ａはシリンダ４４ｂの付近で径大なピストン板４４ａ１が形成され、ピストン板４４ａ１がシリンダ内に摺動自在に収容される。
【００３１】
ショックアブソーバ４４ｄには鍔状の仕切板４４ｄ１が取り付けられる。具体的には仕切板４４ｄ１は中央に貫通孔が穿設され、ショックアブソーバ４４ｄがその貫通孔に挿通されることでショックアブソーバ４４ｄに仕切板４４ｄ１が取り付けられるように構成される。
【００３２】
２個のばね（圧縮コイルばね）は、ピストン４４ａとショックアブソーバ４４ｄの仕切板４４ｄ１との間に介挿される低荷重ばね４４ｃ１と、ショックアブソーバ４４ｄの仕切板４４ｄ１とシリンダ４４ｂの底面４４ｂ１との間に介挿される高荷重ばね４４ｃ２とからなる。
【００３３】
ショックアブソーバ４４ｄは、詳細な図示は省略するが、内部に圧油が充填されたシリンダ内に摺動自在に収容されるピストンからなる油圧式のショックアブソーバからなる。
【００３４】
これにより、図１２に示す如く、ブレーキ反力発生機構４４は、ピストン４４ａが訓練生のブレーキペダル３４の踏み込みに応じて低荷重ばね４４ｃ１に当接する位置まで移動して低荷重ばね４４ｃ１の反力を発生する第１領域（Ａ領域）と、ショックアブソーバ４４ｄの端部４４ｄ２に当接する位置まで移動して低荷重ばね４４ｃ１とショックアブソーバ４４ｄとによる反力を発生する第２領域（Ｂ領域）と、ショックアブソーバ４４ｄを押圧してショックアブソーバ４４ｄの仕切板４４ｄ１が高荷重ばね４４ｃ２に当接する位置まで移動して前記高荷重ばね４４ｃ２の反力を発生する第３領域（Ｃ領域）の間で反力を発生するように構成される。
【００３５】
Ａ領域は低荷重ばね４４ｃ１の反力だけでブレーキペダル３４の遊び部分を表現し、Ｂ領域は低荷重ばね４４ｃ１とショックアブソーバ４４ｄの油圧ブレーキの反力を表現し、Ｃ領域はショックアブソーバ４４ｄの仕切板４４ｄ１が高荷重ばね４４ｃ２に突き当たり、さらに踏み込む荷重を表現することができる。
【００３６】
上記した構成により、ブレーキ反力発生機構４４は、実車と同様の作動力（踏み込み荷重）を実現することができる。
【００３７】
図１の説明に戻ると、車両用運転訓練装置１０は、訓練生のセレクトレバー５２の操作に応じてポジションをセレクトするＡＴレバーセレクト機構５０を備える。
【００３８】
図１３は図１装置のＡＴレバーセレクト機構５０が連結されるＡＴセレクトレバー５２などの側面図、図１４はＡＴレバーセレクト機構５０の要部断面図である。
【００３９】
図１３と図１４を参照して説明すると、ＡＴレバーセレクト機構５０は、セレクトレバー５２に連結されると共に、Ｓ−Ｄ−Ｎ−Ｒ−Ｐを少なくとも含むポジションに応じた溝５０ａ１が複数個形成された伝達バー５０ａと、荷重設定機構５０ｂとからなり、荷重設定機構５０ｂは、伝達バー５０ａを球面ワッシャ５０ｂ１とスプリング５０ｂ２で押圧すると共に、スプリング５０ｂ２の荷重を調整可能な調整部５０ｂ３を備える。
【００４０】
図１４に示す如く、調整部５０ｂ３は、球面ワッシャ５０ｂ１とスプリング５０ｂ２と伝達バー５０ａを貫通する長尺のダブルボルト５０ｂ３１と、ダブルボルト５０ｂ３１にネジ止めされるナット５０ｂ３２からなり、ナット５０ｂ３２のネジ止め位置を図１４で上下方向に変更することで、伝達バー５ａの押圧力を調整可能に構成される。
【００４１】
ここで、図１４に示す如く、荷重設定機構５０ｂにおいて球面ワッシャ５０ｂ１は、そその球面側を伝達バー５０ａの溝５０ａ１に当接するようにダブルボルト５０ｂ３１に取り付けられる。これにより、伝達バー５０ａがセレクトレバー５２の操作に応じて図１４で左右方向に移動させられるとき、球面ワッシャ５０ｂ１が溝５０ａ１を乗り越える際、伝達バー５０ａは図１４で上方に持ち上げられる。このとき荷重設定機構５０ｂの調整部５０ｂ３のナット５２ｂ３２のネジ止め位置を調整することで、実車と同様の作動力（操作荷重）を実現することができる。
【００４２】
また、伝達バー５０ａはセレクトレバー５２に連結されると共に、一端においてセレクトされたポジションに対応する位置信号を出力するアナログセンサ５４が取り付けられる。ポジションは、Ｓ−Ｄ−Ｎ−Ｒ−Ｐを少なくとも含むように構成される。アナログセンサ５４は取付ピン５６を介してセレクトレバー５２に連結される。
【００４３】
アナログセンサ５４は図２に示すＥＣＵ３６に出力され、ＥＣＵ３６のメモリに内蔵される運転訓練シミュレータで運転訓練が実施される。
【００４４】
上記した如く、この実施形態にあっては、ステアリングホイール１４に連結されるステアリングシャフト１６と、前記ステアリングホイール１４の回転操作によるステアリングシャフト１６の左右の操舵方向の操舵範囲を規制する操舵範囲規制機構２０と、前記ステアリングシャフト１６の左右の操舵方向に対向する方向に操舵反力を付与可能な電動モータ２２とからなる車両用運転訓練装置１０において、前記ステアリングシャフト１６の左右の操舵方向の操舵に摩擦力を付与可能な摩擦力付与機構２４を備える如く構成したので、ステアリングシャフトの左右の操舵方向の操舵に摩擦力を付与することができて訓練生に一層実車に類似した操舵感を与えることができる。
【００４５】
また、前記操舵範囲規制機構２０は、前記ステアリングシャフト１６に第１ギア２０ａを介して連結されるストッパシャフト２０ｂと、前記ストッパシャフト２０ｂに取り付けられるナット２０ｃと、前記ストッパシャフト２０ｂの付近から前記ナット２０ｃの両側に前記ナット２０ｃに当接可能に突設される少なくとも２個のストッパ２０ｄとからなる如く構成したので、上記した効果に加え、簡易な構造でありながら、ステアリングシャフト１６の左右の操舵方向の操舵範囲を確実に規制することができる。
【００４６】
また、前記電動モータ２２は前記ステアリングシャフト１６に第２ギア２２ａを介して連結される如く構成したので、上記した効果に加え、装置としてコンパクトにすることができる。
【００４７】
また、前記摩擦力付与機構２４は、前記ナット２０ｃに取付板２４ａを介して取り付けられるボールプランジャ２４ｂからなる如く構成したので、上記した効果に加え、簡易な構造でありながら、ステアリングシャフト１６の左右の操舵方向の操舵に摩擦力を付与することができて原点位置付近での第１ギア２０ａと第２ギア２２ａのバックラッシュによるガタツキを防止することができる。
【００４８】
尚、上記において、車両用運転訓練装置１０は一例であり、シートに加えて車体を追加するなど種々変形することが可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１０  車両用運転訓練装置、１２  シート、１４  ステアリングホイール、１６  ステアリングシャフト、２０  操舵範囲規制機構、２０ａ  第１ギア、２０ｂ  ストッパシャフト、２０ｃ  ナット、２０ｄ  ストッパ、２２  電動モータ、２２ａ  第２ギア、２４  摩擦力付与機構、２４ａ  取付板、２４ｂ  ボールプランジャ、２４ｂ１  プランジャ本体、２４ｂ２  ボール、２４ｂ３  ナット、２６  ステアリングギアボックス（ステアリングコラム）、３０  回転角センサ、３２  アクセルペダル、３４  ブレーキペダル、３６  電子制御ユニット（ＥＣＵ）、３６ａ  車速演算部、３６ｂ  トルク演算部、４０  モニタ、４４  ブレーキ反力発生機構、４４ａ  ピストン、４４ｂ  シリンダ、４４ｃ，４４ｃ１，４４ｃ２  ばね、４４ｄ  ショックアブソーバ、４４ｄ１  仕切板、４４ｄ２  端部、５０  ＡＴレバーセレクト機構、５０ａ  伝達バー、５０ｂ  荷重設定機構、５０ｂ１  球面ワッシャ、５０ｂ２  スプリング、５０ｂ３  調整部、５０ｂ３１  ダブルボルト、５０ｂ３２  ナット、５２  セレクトレバー、５４  アナログセンサ  
【図１】
2020197638.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2020197638.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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