(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
操向ホイール１０を回転させると、車輪操向用モーター１１０が車両の車輪１２０を操向作動させる電気操向装置において、
前記操向ホイール１０の中心に垂直に連結された操向軸２０と、円柱形状から形成され、一つは前記操向ホイール１０に固定され、他の一つは車体に固定される一組のジグ６０を介して前記操向軸２０の他端と車体との間に連結されてエネルギーを貯蔵する捩じれバネ７０と、電流量によって消散エネルギーの量を調節する減衰機３０と、前記操向軸２０の一端に噛み合って前記操向ホイール１０の回転変位量を検出する回転角センサー５０と、前記操向軸２０の一端に噛み合って前記操向ホイール１０のトルク量を検出するトルクセンサー４０とからなった操向操作部２００と；
前記操向反力を生成するために、前記減衰機３０の回転抵抗力を制御する電流調節機８０と；
前記トルクセンサー４０から入力されるトルク量によって前記電流調節機８０を制御し、前記回転角センサー５０から入力される回転変位量によって前記車輪操向用モーター１１０を制御するコントローラーー９０；を含むことを特徴とし、
ここで、前記捩じれバネ７０は、
直径が互いに異なり、螺旋方向に巻かれたバネが並列に配置された二重構造から形成され、
ここで、前記減衰機３０は、
前記操向軸２０の外周縁に固定されるロータ３２と、
前記ロータ３２から所定の間隔だけ離隔して設けられるコイルが巻かれた複数のコアー３４と、
前記操向ホイール１０の回転を支持するように車体に固定され、前記ロータ３２と前記複数のコアー３４とを収容し、前記ロータ３２と所定の間隔だけ離隔して設けられるハウジング３８とを含み、
ここで、前記ロータ３２と、前記コアー３４と、前記ハウジング３８との間に形成された空間には磁気流動流体３６が満たされていることを特徴とする半能動駆動機を用いた電気操向装置。
【請求項２】
操向ホイール１０を回転させると、車輪操向用モーター１１０が車両の車輪１２０を操向作動させる電気操向装置において、
前記操向ホイール１０の中心に垂直に連結された第１の操向軸２０ａと、前記第１の操向軸２０ａの延長軸線上に位置し、前記第１の操向軸２０ａと所定の距離をおいて離隔して配列される第２の操向軸２０ｂと、両端に装着された第１のジグ６０ａを介して前記第１の操向軸２０ａと前記第２の操向軸２０ｂとの間に位置し、前記第１の操向軸２０ａと前記第２の操向軸２０ｂとを連結する第１の捩じれバネ７０ａと、両端に装着された第２のジグ６０ｂを介して前記第２の操向軸２０ｂと車体との間に位置し、前記第２の操向軸２０ｂと車体とを連結する第２の捩じれバネ７０ｂと、前記第２の操向軸２０ｂに装着されて前記第１の捩じれバネ７０ａによるトルク量を調節する第２の減衰機３０ｂと、基準トルクと前記第１の捩じれバネ７０ａによるトルク量とを比較して誤差を補正するための第１の回転抵抗力を提供する第１の減衰機３０ａと、前記第１の操向軸２０ａの一端に噛み合って前記操向ホイール１０の角変位を検出する第１の回転角センサー５０ａと、前記第２の操向軸２０ｂの一端に噛み合って前記第２の操向軸２０ｂの各変位を検出する第２の回転角センサー５０ｂと、前記第１の操向軸２０ａの一端に噛み合って前記操向ホイール１０のトルク量を検出するトルクセンサー４０とからなった操向操作部２００と；
前記第１の減衰機３０ａの前記第１の回転抵抗力を制御する第１の電流調節機８０ａと、前記第２の減衰機３０ｂの第２の回転抵抗力を制御する第２の電流調節機８０ｂとからなった電流調節部４００と；
前記トルクセンサー４０から出力されるトルク量と、前記第１の回転角センサー５０ａと、前記第２の回転角センサー５０ｂから出力される値が入力されて前記第１の電流調節機８０ａ及び前記第２の電流調節機８０ｂとのそれぞれの電流量を制御し、前記車輪操向用モーター１１０を制御するコントローラー９０；を含むことを特徴とする半能動駆動機を用いた電気操向装置。
【請求項３】
前記第１の減衰機３０ａ及び第２の減衰機３０ｂは、
前記第１の操向軸２０ａ及び第２の操向軸２０ｂの外周縁にそれぞれ固定されるロータと、
前記ロータから所定の間隔だけ離隔して設けられるコイルが巻かれた複数のコアーと、
前記ロータと前記複数のコアーとを収容し、前記ロータと所定の間隔だけ離隔して設けられるハウジングとから構成され、
前記ロータと、前記コアーと、前記ハウジングとの間に形成された空間には磁気流動流体が満たされていることを特徴とする請求項２に記載の半能動駆動機を用いた電気操向装置。
【請求項４】
前記ハウジングは前記操向ホイール１０の回転を支持するように車体に固定されることを特徴とする請求項３に記載の半能動駆動機を用いた電気操向装置。
【請求項５】
前記第１の捩じれバネ７０ａは直径を異にして並列に連結された二重バネ構造であって、前記第１の捩じれバネ７０ａの螺旋方向は互いに異なることを特徴とする請求項２に記載の半能動駆動機を用いた電気操向装置。
【請求項６】
前記第２の捩じれバネ７０ｂは直径を異にして並列に連結された二重バネ構造であって、前記第２の捩じれバネ７０ｂの螺旋方向は互いに異なることを特徴とする請求項２に記載の半能動駆動機を用いた電気操向装置。
【請求項７】
前記第２の捩じれバネ７０ｂの剛性は前記第１の捩じれバネ７０ａの剛性より小さいことを特徴とする請求項２に記載の半能動駆動機を用いた電気操向装置。
【請求項８】
前記第１のジグ６０ａは一対をなし、且つ、円柱形状であって、一つは中心部が前記第１の操向軸２０ａに固定され、他の一つは第２の操向軸２０ｂに固定されることを特徴とする請求項２に記載の半能動駆動機を用いた電気操向装置。
【請求項９】
前記第２のジグ６０ｂは一対をなし、且つ、円柱形状であって、一つは中心部が前記第２の操向軸２０ｂに固定され、他の一つは車体に固定されることを特徴とする請求項２に記載の半能動駆動機を用いた電気操向装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は室内運転練習場の操向ホイール、ゲーム機の反力ホイール、自動車の操向ホイールに関し、もっと詳しくは、磁気流動流体を使用する減衰機を用い、操向ホイールに運転者の入力が急に消えても上記操向ホイールが加速されず、半能動の軟らかい操向感を運転者に伝達する半能動駆動機を用いた電気操向装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は従来の能動型駆動機を用いた電気操向装置を示す全体構成図である。機械的な操向装置は操向ホイールと車輪との間の機械的な連結によって車両状態情報と路面情報が運転者に伝達されるが、電気操向装置には機械的な連結がないため、運転者に適切な操向反力を伝達するためには追加的な制御が必要である。
【０００３】
図１に示されたように、従来の電気操向装置は操向操作部７００と操向作動部７１０が機械的な連結なく上記操向操作部７００の操向ホイール６００から操向入力を受けると、上記操向操作部７００の車輪操向用モーターが駆動して車輪６６０を操向することになる。
【０００４】
即ち、上記操向ホイール６００に連結され、上記操向ホイール６００によって回動される第１の操向軸と、上記第１の操向軸に所定間隔離隔設置されて自転が可能な第２の操向軸とが設けられている。上記第１の操向軸の一側には上記操向ホイール６００に操向反力を提供するための操向反力提供用モーター６１０がギヤ６３０によって上記第１の操向軸と噛み合っている。そして、上記第２の操向軸の一側には車輪６６０を操向するための車輪操向用モーター６２０がギヤによって上記第２の操向軸と噛み合っている。
【０００５】
また、上記第１の操向軸の一端には上記操向ホイール６００の回転角度を検出するための操向ホイールアングルセンサー６４０と、上記操向ホイール６００に印加されるトルクを検出するためのトルクセンサーとが備えられている。そして、上記操向ホイールアングルセンサー６４０で印加される信号に従って上記車輪操向用モーター６２０を制御し、上記第２の操向軸の回動角度を調整するコントローラー６５０が設けられている。なお、上記コントローラー６５０は機械的な操向装置と類似した感覚で上記操向ホイール６００を操作できるように上記操向反力提供用モーター６１０を制御する。
【０００６】
以上のように構成された従来の電気操向装置は、上記操向ホイール６００が運転者の操向入力によって車両の進行方向を変える既存の操向ホイール６００が担当した役割をすると共に、運転者が適切な操舵力を感じるようにしなければならない。従って、上記操向ホイール６００の他に運転者の入力角を測定してコントローラに伝達する回転角センサー及び運転者に操向反力を伝達する操向ホイール駆動機が必要である。ここで、操向ホイール駆動機は制御性能の限界と操向ホイール６００の安定性に影響を与える非常に重要な構成要素としてモーターが使用される。
【０００７】
しかし、電気操向装置の操向ホイール６００のような慣性の小さいシステムを、モーターのような能動型駆動機を用いてフィートバック制御をする場合には、操向入力が消える瞬間に駆動機である上記モーターによって上記操向ホイール６００が加速され得るため、システムの安定性を保証し難い。従って、上記モーターのような能動型駆動機を介した操向ホイール６００の具現は車両の操向装置のような安全性が重要な制御での駆動機としては適合していない。また、上記モーターのような能動型駆動機の使用時、高周波のトルクが上記操向ホイール６００に伝達されて運転者は振動を感じることになり、このような振動によって運転者は不快感を感じる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明は上記のような従来の問題点などに鑑みて案出されたものであって、本発明の第１の目的は、半能動駆動機である減衰機を用いて操向ホイールに適切な操向反力を提供することにより運転者が入力除去時にも安定性を図り、運転者が半能動の軟らかい操向感を感じることができるようにする半能動駆動機を用いた電気操向装置を提供することである。
【０００９】
そして、本発明の第２の目的は、自動車や建設機械分野、仮想現実システム分野、ゲーム機分野などに応用できるように車両の車輪と機械的な連結なく車両情報に従って操向ホイールに操向反力が提供される半能動駆動機を用いた電気操向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】
このような本発明の目的などは操向ホイールを回転させると車輪操向用モーターが車両の車輪を操向作動させる電気操向装置において、
上記操向ホイールの中心に垂直に連結された操向軸と、両端に装着されたジグを介して操向軸の他端と車体との間に連結される捩じれバネと、電流量によって操向反力を提供する減衰機と、上記操向軸の一端に噛み合って上記操向ホイールの回転量を検出する回転角センサーと、上記操向軸の一端に噛み合って上記操向ホイールのトルク量を検出するトルクセンサーとからなった操向操作部と；
上記減衰機の回転抵抗力を制御する電流調節機と；
上記トルクセンサーから入力されるトルク量によって上記電流調節機を制御し、上記回転角センサーから入力される回転変位量によって上記車輪操向用モーターを制御するコントローラー；を含むことを特徴とする半能動駆動機を用いた電気操向装置によって達成される。
【００１１】
そして、上記減衰機は、上記操向軸の外周縁に固定されるロータと、上記ロータから所定の間隔だけ離隔して設けられるコイルが巻かれた複数のコアーと、上記ロータと上記複数のコアーとを収容し、上記ロータと所定の間隔だけ離隔して設けられるハウジングとから構成され、上記ロータと、上記コアーと、上記ハウジングとの間に形成された空間には磁気流動流体が満たされていることが特徴である。
【００１２】
また、上記ハウジングは上記操向ホイールの回転を支持するように車体に固定されることが特徴であり、上記捩じれバネは直径を異にして並列に連結された二重バネ構造であって、上記捩じれバネの螺旋方向は互いに異なることが特徴である。
【００１３】
なお、上記ジグは一対をなし、且つ、円柱形状であって、一つは中心部が上記操向ホイールに固定され、他の一つは車体に固定されることを特徴とする。
【００１４】
合わせて、操向ホイールを回転させると、車輪操向用モーターが車両の車輪を操向作動させる電気操向装置において、
操向ホイールの中心に垂直に連結された第１の操向軸と、両端に装着された第１のジグを介して上記第１の操向軸と第２の操向軸との間に連結される第１の捩じれバネと、両端に装着された第２のジグを介して上記第２の操向軸と車体との間に連結される第２の捩じれバネと、上記第２の操向軸に装着されて上記第１の捩じれバネによるトルク量を調節する第２の減衰機と、基準トルクと上記第１の捩じれバネによるトルク量とを比較して誤差を補正するための抵抗力を提供する第１の減衰機と、上記第１の操向軸の一端に噛み合って上記操向ホイールの各変位を検出する第１の回転角センサーと、上記第２の操向軸の一端に噛み合って上記第２の操向軸の各変位を検出する第２の回転角センサーと、上記第１の操向軸の一端に噛み合って上記操向ホイールのトルク量を検出するトルクセンサーとからなった操向操作部と；
上記第１の減衰機の回転抵抗力を制御する第１の電流調節機と、上記第２の減衰機の回転抵抗力を制御する第２の電流調節機とからなった電流調節部と；
上記トルクセンサーと、上記第１の回転角センサーと、上記第２の回転角センサーの値の入力を受けて上記第１の電流調節機と、上記第２の電流調節機との電流量を制御し、上記車輪操向用モーターを制御するコントローラー；を含むことを特徴とする半能動駆動機を用いた電気操向装置によって達成される。
【００１５】
そして、上記第１及び第２の減衰機は、上記第１及び第２の操向軸の周りにそれぞれ固定されるロータと、上記ロータから所定の間隔だけ離隔して設けられるコイルが巻かれた複数のコアーと、上記ロータと上記複数のコアーとを収容し、上記ロータと所定の間隔だけ離隔して設けられるハウジングとから構成され、上記ロータと、上記コアーと、上記ハウジングとの間に形成された空間には磁気流動流体が満たされていることを特徴とする。
【００１６】
また、上記ハウジングは上記操向ホイールの回転を支持するように車体に固定されることが特徴であり、上記第１の捩じれバネは直径を異にして並列に連結された二重バネ構造であって、上記第１の捩じれバネの螺旋方向は互いに異なることを特徴とする。
【００１７】
なお、上記第２の捩じれバネは直径を異にして並列に連結された二重バネ構造であって、上記第２の捩じれバネの螺旋方向は互いに異なることが特徴であり、上記第２の捩じれバネは上記第１の捩じれバネより剛性が小さいことを特徴とする。
【００１８】
さらにまた、上記第１のジグは一対をなし、且つ、円柱形状であって、一つは中心部が上記第１の操向軸に固定され、他の一つは第２の操向軸に固定されることを特徴とする。
【００１９】
そして、上記第２のジグは一対をなし、且つ、円柱形状であって、一つは中心部が上記第２の操向軸に固定され、他の一つは車体に固定されることを特徴とする。
【００２０】
本発明のその他の目的、特定な長所及び新規な特徴などは添付された図面などと関連している以下の詳細な説明と望ましい実施例などからもっと明らかになるだろう。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の望ましい実施例を添付された図面に基づいてもっと詳しく説明する。
【００２２】
本発明による半能動駆動機を用いた電気操向装置において、一般的に、半能動駆動機とは、システムにエネルギーを取り入れることができず、システムからエネルギーのみを引き出すことができる装置を意味する。本発明によるこのような半能動駆動機を具現するための装置は減衰係数（damping coefficient）を調節できる減衰機である。減衰機は従来の技術のモータ装置とは異なり、システムにエネルギーを加えることができる装置でなく、そのエネルギーを引き出すことができる装置である。
本発明の主な特徴は、運転者が操向ホイールを回転させて車両の車輪を操向する時、上記車輪と上記操向ホイールと機械的な連結構造なく操向し、車両状態情報を半能動駆動機である減衰機が回転抵抗力を操向反力の形態で上記操向ホイールに提供して運転者に伝達することにある。即ち、上記操向ホイールは操向の安定性と軟らかい操向感を運転者に提供するために上記操向ホイールの回転角速度と回転方向のような車両状態情報によって適切な操向反力を維持することにある。
【００２３】
【実施例１】
まず、図２を参照して本発明の第１の実施例を説明する。図２は本発明の第１の実施例による半能動駆動機を用いた電気操向装置を示す全体構成図であって、図３は本発明の第１の実施例による半能動駆動機を用いた電気操向装置を構成する減衰機の断面図であり、図４は本発明の第１の実施例による半能動駆動機を用いた電気操向装置を構成する捩じれバネの平面図である。
【００２４】
図２に示されたように、運転者が手に取って左右に回転させ、操向動作を入力させるリング形状の操向ホイール１０が備えられており、上記操向ホイール１０の中心には上記操向ホイール１０の回転を支持する棒形状の操向軸２０が垂直に連結されている。そして、上記操向軸２０の中間領域には回転抵抗力を誘発させて運転者に操向反力を提供するためのロータ３２と、複数のコアー３４と、磁気流動流体３６とから構成された減衰機３０が装着されている。
【００２５】
即ち、上記減衰機３０は図３に示されたように、上記操向軸２０の外周縁にロータ３２が固定され、上記ロータ３２の両側には上記ロータ３２の側面から所定の間隔だけ離隔してコイルが巻かれた複数のコアー３４が設けられている。また、上記ロータ３２と上記複数のコアー３４とを収容するハウジング３８が上記ロータ３２と所定の間隔だけ離隔して設けられており、上記ロータ３２と、上記コアー３４と、上記ハウジング３８との間に形成された空間には磁気流動流体３６が満たされている。
【００２６】
ここで、磁気流動流体（ＭＲＦ：Ｍａｇｎｅｔｏ  Ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ  Ｆｌｕｉｄ）３６はシリコンオイルまたはミネラルオイルなどの非伝導性溶媒中にミクロン（μ）の大きさの磁性を有する粒子などを分散させた非コロイド溶液であって、磁場が負荷されなかった場合には磁性粒子が分散されてニュートン流体性質を呈するが、磁場が負荷されたら分散された磁性粒子が分極化を起こし、負荷された磁場と平行方向に磁性粒子が連結されて煎断力や流動力に対する抵抗力を有する流体であり、可変流動流体（ＥＲＦ：Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ  Ｆｌｕｉｄ）の早い応答速度の長所はそのまま有していながら低い降伏応力と狭い使用温度範囲及び特に、不純物に対する敏感性などの短所を克服した流体である。
【００２７】
また、上記操向軸２０上には上記操向軸２０の一端に噛み合って上記減衰機３０から誘発された回転抵抗力が運転者に操向反力として提供されるトルク量を検出するためのトルクセンサー４０が取り付けられている。そして、上記操向軸２０上には上記操向軸２０の一端に噛み合って上記操向ホイール１０の回転量を検出する回転角センサー５０が取り付けられている。
【００２８】
そして、上記操向軸２０の他端と車体との間には両端に円柱形状のジグ６０が装着された捩じれバネ７０が取り付けられている。つまり、上記捩じれバネ７０の両端に上記ジグ６０がそれぞれ装着されて一つは上記操向軸２０に取り付けられ、他の一つは車体に取り付けられて運転者が操向ホイール１０を回動させると、上記捩じれバネ７０の弾性によって初期位置に上記操向ホイール１０は復元力を受けることになる。
【００２９】
また、上記捩じれバネ７０は図４に示されたように、二個の捩じれバネ７０で直径を異にして並列に連結し、一つは時計方向ＣＷに巻かれ、他の一つは反時計方向ＣＣＷに巻かれた螺旋方向を互いに異なるようにした二重バネ構造であることが特徴である。上記捩じれバネ７０が二重スプリング構造であることは、上記操向ホイール１０を時計方向または反時計方向に回動させる時、それぞれの方向によって復元力を提供するためである。
【００３０】
図５は本発明の第１の実施例による磁気流動流体３６に電流が流れる前の状態図であり、図６は本発明の第１の実施例による磁気流動流体３６に電流が流れる時の状態図である。
【００３１】
合わせて、上記ハウジング３８は車体に固定されており、上記操向ホイール１０を回動させると、上記磁気流動流体３６が満たされている上記ハウジング３８中で上記ロータ３２も同時に回動することになる。この時、上記コアー３４に電流を印加する前であれば、図５に示されたように上記磁気流動流体３６は各磁性粒子３７などが互いに分離されているニュートン流体状態として、上記ロータ３２の回転に抵抗力を加えなくなる。
【００３２】
しかし、上記コアー３４に電流を印加すると、上記磁性粒子３７などは図６に示されたように上記磁気流動流体３６の各磁性粒子３７などが磁場と平行した方向に連結されるビングアム（Ｂｉｎｇｈａｍ）流体状態に変わることになる。従って、上記ロータ３２が回転するためには一列に並べた上記磁性粒子３７などの連結を絶たなければならないため回転抵抗力が発生する。上記磁性粒子３７などの連結力は電流量と比例して電流の流れが多いほど上記ロータ３２は回転抵抗力を受けることになる。
【００３３】
即ち、車両状態情報によって電流量を増加または減少させると、上記ロータ３２の回転抵抗力は直ちに上記操向ホイール１０に伝達されて運転者は上記ロータ３２の回転抵抗力を操向反力で感じる。
【００３４】
上記減衰機３０に供給する電流は電流調節機８０を介して供給し、上記電流調節機８０が供給する電流量はコントローラー９０によって制御される。また、上記コントローラー９０は上記トルクセンサー４０と上記回転角センサー５０と連結されており、上記トルクセンサー４０から入力されるトルク量によって上記電流調節機８０を制御し、上記コアー３４に供給する電流量をコントロールする。符号３９は磁力線の方向を図示化したものである。
【００３５】
図７は本発明の第１の実施例による基準トルクと操向ホイールトルクとを、与えられた操向ホイール角速度入力に対して実験した結果を示すグラフである。
【００３６】
即ち、運転者が適切な操舵力を感じることができるように上記操向ホイール１０に操向反力を提供する上記減衰機３０は図７に示されたように上記操向ホイール１０の角速度ｄと回転速度ｃに従い、上記コントローラー９０によって電流量の制御を受け、既設定された基準トルクｂと近いように操向ホイールトルクａを生成する。ここで、Ｘ軸は時間ｓｅｃを表し、Ｙ軸はトルクＮｍを表しており、時間の変化による基準トルクｂと操向ホイールトルクａとの変化量を表示する。
【００３７】
そして、上記コントローラー９０は上記操向ホイール１０の回転角度ｃを検出する上記回転角センサー５０の回転変位量の入力を受けて上記コントローラー９０と連結された操向装置の車輪操向用モーター１１０を制御する。
【００３８】
【実施例２】
図８は本発明の第２の実施例による半能動駆動機を用いた電気操向装置を示す全体構成図である。
【００３９】
本実施例の半能動駆動機を用いた電気操向装置の操向ホイール１０は上記操向軸２０の下端に他の操向軸をもう一つ備え、減衰機３０と回転角センサー５０及び捩じれコイルバネをさらに構成して上記の実施例１と動作原理は同様であるが、上記操向ホイール１０のトルクが既設定された基準トルクｂともっと近いように具現されることが特徴である。
【００４０】
つまり、半能動駆動機である減衰機３０を用いてフィードバック制御を遂行する場合には運転者によってのみ電気操向装置にエネルギーが印加され得るし、減衰機３０は電気操向装置のエネルギーを消散させるだけで、上記電気操向装置にエネルギーを印加できない拘束条件を有することになる。このような拘束条件は図７に示されたＡ部分から分かるように、駆動機の手動拘束により上記操向ホイール１０を用いて表現できる反力の範囲に制限が伴う。以下では、反力の具現に制限が伴うことになるＡ部分を手動拘束区間（Ｐａｓｓｉｖｅ  Ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔ  Ｒａｎｇｅ）であると称し、実施例２はこのような手動拘束区間Ａを最小化させて具現しようとする上記操向ホイールトルクａを上記基準トルクｂに近づけることに特徴がある。
【００４１】
図８に示されたように、操向操作部２００は運転者が手で取って左右に回転させ、操向動作の入力をするリング形状の操向ホイール１０が備えられており、上記操向ホイール１０の中心には上記操向ホイール１０の回転を支持する棒形状の第１の操向軸２０ａが垂直に連結されている。そして、上記第１の操向軸２０ａの下端には第２の操向軸２０ｂの上端間に両端に第１のジグ６０ａが装着された第１の捩じれバネ７０ａが設けられこれによって一直線上に連結されている。また、上記第２の操向軸２０ｂの下端と車体との間には両端に第２のジグ６０ｂが装着された第２の捩じれバネ７０ｂが連結されている。
【００４２】
即ち、上記操向ホイール１０の中心に第１の操向軸２０ａが、上記第１の操向軸２０ａの下端には第１の捩じれバネ７０ａが、上記第１の捩じれバネ７０ａの下端には第２の操向軸２０ｂが、上記第２の操向軸２０ｂの下端には第２の捩じれバネ７０ｂが連結されており、上記第２の捩じれバネ７０ｂは車体に連結され、上記操向ホイール１０と車体との間に一直線をなしている。
【００４３】
そして、上記第１の操向軸２０ａの中間領域にはロータ３２と、複数のコアー３４と、磁気流動流体３６とから構成された第１の減衰機３０ａが装着されている。また、上記第１の操向軸２０ａの一端に噛み合って上記操向ホイール１０のトルク量を検出するトルクセンサー４０が取り付けられており、上記第１の操向軸２０ａの一端に噛み合って上記第１の操向ホイールの角変位を検出する第１の回転角センサー５０ａが取り付けられている。
【００４４】
また、上記第２の操向軸２０ｂの中間領域にはロータ３２と、複数のコアー３４と、磁気流動流体３６とから構成された第２の減衰機３０ｂが装着されており、上記第２の操向軸２０ｂの一端に噛み合って上記第２の操向軸２０ｂの角変位を検出する第２の回転角センサー５０ｂが取り付けられている。
【００４５】
即ち、上記第１の減衰機３０ａ及び第２の減衰機３０ｂは実施例１の図３に示されたような構造であり、上記第１の捩じれバネ７０ａ及び第２の捩じれバネ７０ｂは図４に示されたような構造であることが特徴である。
【００４６】
合わせて、電流調節部４００は上記第１の減衰機３０ａに電流を供給して上記第１の減衰機３０ａの回転抵抗力を制御する第１の電流調節機８０ａと、上記第２の減衰機３０ｂに電流を供給して上記第２の減衰機３０ｂの回転抵抗力を制御する第２の電流調節機８０ｂとからなっている。
【００４７】
なお、上記トルクセンサー４０と、第１の回転角センサー５０ａと、上記第２の回転角センサー５０ｂとの値が入力されて上記第１の電流調節機８０ａと、上記第２の電流調節機８０ｂの電流量を制御し、操向装置の上記車輪操向用モーター１１０を制御するためのコントローラー９０とが備えられている。
【００４８】
以上のように構成された本実施例は上記手動拘束区間Ａを減らすために第１の減衰機３０ａ及び第２の減衰機３０ｂの間にエネルギー貯蔵要素である上記第１の捩じれバネ７０ａを連結し、運転者が加えるエネルギーを上記第１の捩じれバネ７０ａに貯蔵して具現可能な反力の範囲を変化させ得る構造である。
【００４９】
ここで、運転者が感じる操向反力は第１の捩じれバネ７０ａと第１の減衰機３０ａによるトルクからほとんど構成されるが、この時、第１の捩じれバネ７０ａによるトルクだけで基準トルクｂを生成するように第２の減衰機３０ｂを制御し、上記基準トルクｂと第１のバネとによるトルクの差異だけを第１の減衰機３０ａが生成する。
【００５０】
即ち、上記第１の捩じれバネ７０ａのトルクは上記第１の操向軸２０ａの回転角θ１から上記第２の操向軸２０ｂの回転角θ２を除いた値にバネ定数Ｋを掛けることにより算出される。従って、上記第２の減衰機３０ｂは相対角変位（θ１−θ２）を制御し、上記第１の捩じれバネ７０ａが基準トルクｂに近いトルクを形成するようにし、上記第１の減衰機３０ａは上記基準トルクｂと上記第１の捩じれバネ７０ａとによるトルクＫ（θ１−θ２）の差異だけを補償する。
【００５１】
図９は本発明の第２の実施例による基準トルクと操向ホイールトルクとを、与えられた操向ホイール角速度入力に対して実験した結果を示すグラフである。
【００５２】
図７のグラフで説明したように、図９に示されたグラフもＸ軸は時間ｓｅｃを表し、Ｙ軸はトルクＮｍを表しており、時間の変化による基準トルクｂと操向ホイールトルクａとの変化量を表示する。
【００５３】
従って、図９に示されたように、上記操向ホイールトルクａは上記手動拘束区間Ａを減らしながら上記基準トルクｂを近接に追従して運転者に軟らかい操向反力を提供する。
【００５４】
そして、実施例１と同様に、上記第２の捩じれバネ７０ｂは二重バネ構造であって、上記操向ホイール１０の回転により上記操向ホイール１０に復元力を提供する機能として、上記第１の捩じれバネ７０ａより小さい剛性を有したことが特徴である。また、上記コントローラー９０は上記第１の回転角センサー５０ａと、上記第２の回転角センサー５０ｂと、上記トルクセンサー４０との値の入力を受けて上記操向ホイールトルクａが上記基準トルクｂを追従するように上記第１の電流調節機８０ａ及び第２の電流調節機８０ｂを制御する。なお、上記第１の回転角センサー５０ａが検出する上記操向ホイール１０の角度に従って上記操向作動部３００の車輪操向用モーター１１０を制御して進行しようとする方向へ車輪１２０を操向する。
【００５５】
【発明の効果】
以上から説明したように、本発明による半能動駆動機を用いた電気操向装置によると、半能動駆動機である減衰機３０を用いて操向ホイール１０に適切な操向反力を提供することにより運転者が半能動の軟らかい操向感を感じることができるようになった。そして、磁気流動流体３６を用いた減衰機３０を用いるので、運転者の操向入力が急に消えても操向ホイール１０を加速する危険がなくなり、安全性を確保できるようになった。
【００５６】
また、車両の車輪と機械的な連結なく車両情報に従って操向ホイール１０に操向反力が提供されるので、自動車と建設機械分野、仮想現実システム分野、ゲーム機分野などのように多様な分野にもっと幅広く応用できるようになった。
【００５７】
本発明は上記に言及した望ましい実施例と関連して説明されたが、本発明の要旨と範囲から外れることなく、他の多様な修正及び変形が可能である。従って、添付された請求の範囲は本発明の技術的な範囲内に属する、そのような修正及び変形を含んだものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の能動型駆動機を用いた電気操向装置を示す全体構成図。
【図２】本発明の第１の実施例による半能動駆動機を用いた電気操向装置を示す全体構成図。
【図３】本発明の第１の実施例による半能動駆動機を用いた電気操向装置を構成する減衰機の断面図。
【図４】本発明の第１の実施例による半能動駆動機を用いた電気操向装置を構成する捩じれバネの平面図。
【図５】本発明の第１の実施例による磁気流動流体に電流が流れる前の状態図。
【図６】本発明の第１の実施例による磁気流動流体に電流が流れる時の状態図。
【図７】本発明の第１の実施例による基準トルクと操向ホイールトルクを、与えられた操向ホイール角速度入力に対して実験した結果を示すグラフ。
【図８】本発明の第２の実施例による半能動駆動機を用いた電気操向装置を示す全体構成図。
【図９】本発明の第２の実施例による基準トルクと操向ホイールトルクを、与えられた操向ホイール角速度入力に対して実験した結果を示すグラフ。
【符号の説明】
１０：操向ホイール  ２０：操向軸  ３０：減衰機  ３２：ロータ  ３４：コアー  ３６：磁気流動流体  ３７：磁性粒子  ３８：ハウジング  ４０：トルクセンサー  ５０：回転角センサー  ６０：ジグ  ７０：捩じれバネ  ８０：電流調節機  ９０：コントローラー  １１０：車輪操向用モーター  １２０：車輪  ２０ａ：第１の操向軸  ３０ａ：第１の減衰機  ５０ａ：第１の回転角センサー６０ａ：第１のジグ  ７０ａ：第１の捩じれバネ  ８０ａ：第１の電流調節機２０ｂ：第２の操向軸  ３０ｂ：第２の減衰機  ５０ｂ：第２の回転角センサー  ６０ｂ：第２のジグ  ７０ｂ：第２の捩じれバネ  ８０ｂ：第２の電流調節機  ２００：操向操作部  ３００：操向作動部  ４００：電流調節部
【図１】
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【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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