JP3403775B2 - Steering force measuring device - Google Patents

Steering force measuring device

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JP3403775B2
JP3403775B2 JP25605093A JP25605093A JP3403775B2 JP 3403775 B2 JP3403775 B2 JP 3403775B2 JP 25605093 A JP25605093 A JP 25605093A JP 25605093 A JP25605093 A JP 25605093A JP 3403775 B2 JP3403775 B2 JP 3403775B2
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JP
Japan
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steering
force
component
handle
steering wheel
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鎮▲かく▼ 東島
重男 粟津
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Toyota Motor Corp
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Toyota Motor Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は自動車のハンドルを操作
する時その他で、ハンドルに加わる6分力を検出するた
めにハンドルとステアリングシャフトの間に設置された
操舵力測定装置に関する。 【0002】 【従来技術】自動車のシャーシー性能に対する要求は、
近年益々高度化して、サスペンション、ステアリングに
関しても高機能かつ高性能な新機構開発が盛んである。
そこでこれらの開発を側面から支援する計測技術にも高
性能高品質が求められている。操縦性安定性の評価にお
いては操舵角、操舵力等の計測機器として、操舵角、操
舵力計(以下、操舵角力計)が多く使用されている。試
験そのものはハンドルを回転させながら測定する操舵力
特性とハンドル角を一定に保持した状態で測定する操舵
力特性について行っている。 【0003】従来型の一つの操舵角力計をもつ操舵力測
定装置が図5に示してある。そのシステム構成は、ステ
アリングホイール部53とアンプ部に大別される。アン
プ部は図では省略してある。ステアリングホイール部5
3は、操舵力、操舵角のセンサー機能を持つ。アンプ部
は、操舵角を操舵速度へ変換する機能の他、各情報量の
電気信号レベル変換、各情報量の表示等いわゆる情報処
理機能を持つ。操舵力検出方式はトルクチューブ部の捻
り変位を歪みゲージ53,54と動歪みアンプにて電気
信号に変換し、角度検出方式は磁気ディスク56と磁気
ピックアップ57から構成されるエンコーダと専用アン
プにて検出される。トルク信号やホーン信号は、回転す
るステアリングホイール53側に設置されている。この
ため各信号をステアリングコラム側に取り出す必要があ
り、この機能をスリップリング60が担っている。 【0004】以上のような装置により操舵角力計として
の基本特性の向上を可能にしたが、この装置には以下の
欠点を有している。 1.信号を取り出すのにスリップリングを用いているの
で、その摩擦が誤差となり、人がハンドルに加えたトル
クである操舵力が正確に測定できない。 【0005】2.ハンドルの回りの一分力、すなわち、
ハンドルの回りのモーメントしか測定できないので、ハ
ンドルに加わる力を操舵角との関係で総合的に知ること
は不可能であった。 【0006】3.運転者にとってハンドルの特性は運転
者の意志を自動車に伝える手段として非常に重要である
が、運転者がハンドルにどのような状態で意志を伝えて
いるかという運転者の状態とハンドルとの系としての特
性を知ることはさらに重要なことであり、従来の装置で
はこの系としての問題点を解消することができない。 【0007】従って、上記の従来の操舵角力計を用いた
問題点を解消した操舵力測定装置が是非とも必要になっ
てくる。 【0008】 【発明が解決しようとする課題】車両が極低速で走行し
ているとき、パワーステアリング付きで操舵力が非常に
軽いとすると、運転者は操作角を重要な情報とする。実
際、極低速での車両運動は、ほとんど幾何学的に決まっ
てしまう。このとき、ハンドルを何周でも回す様では角
度情報がよくわからなくなるし、操作が大変である。高
速走行中はあまり大きな操舵を必要としない。同じ操舵
角によって発生する横加速度は高速では非常に大きいの
で、過大な操舵をしないように、操舵力は車速に応じて
適度に重くかつ復元力も確保されていなければならな
い。 【0009】従って、運転者がハンドルを通じてどのよ
うな状態でどの様に自分の意志を伝えているか、そして
自動車のステアリングはそれにどの様に応答しているか
を定量的に知ることと、自動車を設計製造する人が運転
者がハンドルを切る時にどのような状態でどの様な力を
加えているか、更にハンドルからどの様な情報を得てい
るかを知ることは大変重要な要素となり、そのためにそ
の測定値が総合的にハンドルに運転者がその状態でどの
ような力とモーメントを加えているかを6分力に分解し
て測定でき、しかも正確な値であることが是非とも必要
になる。しかし上記の従来の装置ではトルクとなる1分
力しか測定することはできず、またスリップリングを使
用しているため正確な測定をすることは困難であった。
本願発明の課題とするものはハンドルを操作する時その
他で、ハンドルに加わる6分力をもって運転者の操作状
態まで正確に測定することによって、実際にシートに座
ってハンドルを回転した時の力の方向、大きさ等、運転
者の状態とハンドルの系としてのデータを得ることによ
り、従来の幾何学的寸法だけでなく、運転者の使用性、
操作性も考慮した調整装置と協同することも可能となる
操舵力測定装置を提供することにある。 【0010】 【課題を解決するための手段】本発明の課題は、この受
信器は、回転角検出器よりの操舵角θを sinθ,cosθに
変換する出力角変換器を介して、受信器により受信した
6分力信号に出力角変換器(32)の出力を加えるベクトル
変換器を備え、回転座標系6分力を静止座標系6分力に
変換していることよって達成される。 【0011】 【0012】 【実施例】以下に図面を基にして本発明による操舵力測
定装置について詳細を説明する。図1は本願発明の操舵
力測定装置を示す図である。これは6分力検出器6がハ
ンドル4に装着されたときの状態を示す。図において、
1はステアリングシャフト、2はステアリング軸受け、
3は固定用ナット、4はハンドル、5はホーン等ハンド
ル上面に電力を供給する電源端子5である。以上の部分
は実用車との取り合わせが完全に同じである。以下、図
面の符号に従って説明すると、6はハンドル4とステア
リングシャフト1との間に設置固定されている6分力検
出器、7は回転角を計測する為にハンドルに固定された
磁気円盤、8は6分力検出器6及び磁気円盤7をステア
リング軸受け2に接続する為の6分力検出器接続板、9
はハンドル4を6分力検出器6に取り付ける為のハンド
ル取付板、10は車体に取り付けられた回転角検出器、
11は回転角検出器固定板、12は回転角検出器固定板
11をハンドル4の回転から切り離す為のベアリング、
13は6分力検出器の6分力信号を増幅し、無線送信す
る為の送信器である。ハンドル4に加えた力の全てはス
テアリングシャフト1に到達するまでに6分力検出器6
を必ず通るので、6分力検出器6はハンドル4に作用す
る力を完全に計測する事ができる。又、ベアリング12
はコロガリ軸受けであり、摩擦は殆どないので、計測に
は影響を与えない。回転角検出器固定板11は回転のみ
を拘束し他の5方向の運動に対しては一切の拘束をしな
い様に支持する。回転角検出器10の出力はハンドル4
の回転角となる。ここでハンドル4と共に可動な部分と
して一緒に回転するものは13の増幅及び送信器、6の
6分力検出器、7の磁気円盤、8の6分力検出器接続
板、1のステアリングシャフト、3の固定用ナット、等
であり、ハンドルと共には可動しない固定部とした車体
側に固定されているものは符号10、11、12であ
る。 図2は運転者の状態を示すためにハンドル、シー
トの位置、人間の位置を図示したものである。図2にお
いて、1はステアリングシャフトで、6は本発明の操舵
力測定装置の検出部、4はハンドルである。ステアリン
グシャフト1の軸方向をZ軸とし、このZ軸に直交する
ハンドル4面で運転者からみて前後方向をX軸とし、左
右方向をY軸とすると、ハンドルの面がX,Y座標とな
る。6分力検出器の中心は座標の原点から離れている
が、作用する6分力を移動させることは力学の教える所
により簡単に行えるので、以後は、ハンドル4からX,
Y,Z軸にそれぞれ加わる力のFx,Fy,Fzと、加
わるモーメントのMx,My,Mzとを総称して6分力
とする。 【0013】このハンドル、シート、人間の位置関係を
説明すると、まず運転者の操作状態を示す。また、ハン
ドルと運転者との距離(l)が適切でないと、主にX,
Z方向の力Fx,FzないしはモーメントMyが発生す
る。また運転者の肩の位置(h’)とハンドルの高さ
(h)が適切でないと主にX,Z方向の力Fx,Fzな
いしはモーメントMyが発生する。さらに、ハンドルの
角度(θ)が適切でないと、主にモーメントMyの力が
発生する。そして、コーナリングもしくはレーンチェン
ジの際、シートによる運転者の姿勢の左右方向自由度を
残して拘束する拘束装置が充分でないと、ハンドルによ
って体を支える形となり、Fx,Fy,Fz,Mxない
しはMy方向の力が発生する。 【0014】次に、この6分力とハンドルの角度を用
い、運転者の両手の各々の動作を解析する方法の一例を
以下に示すと、A.まず、片手でハンドルを操作した時
の状態を考える。 (i)図6に示すように半径Rのハンドルの任意の点
(X,y)にFzの力を加えると、点P
なす角をθとすると、 Fz,Mx(=Fz×y),My(=Fz×
(−x)) である。 【0015】逆にFz,Mx,Myの出力が出ると、力
の作用点は Y=Mx/Fz=ーMy/Fz として求められる。その時、R =x +y
ある。 (ii) Fz=0の時には図7に示す様になる。 【0016】図において、P1 (x1 ,y1 )にF1
大きさの力を作用させたとすると、その時得られる6分
力出力はFx1 ,Fy1 ,Mz1 である。 ここでF1 =Fx1 2 +Fy1 2 ,Mz1 =F1 ×R1
(符号省略) (i) と同様にーFx1 ,Fy1 ,Mz1 の出力が得られ
た時の作用点は 1.Fx1 ,Fy1 よりF1 ’を求める。 【0017】|F1 ’|=|F1 ’| 2.R1 =Mz1 /F1 ’よりR1 を求める。 3.F1 ’と平行でR1 だけ離れた平行線を引く。 【0018】4.半径R0 との交点P1 及びP1 ’が求
まる。 このP1 ,P2 のどちらかが作用点である。 (iii) 一般には、Fz1 =0はあり得ないので、上記
(i)(ii) の両方について計算し、両方を満足させる点が
作用点P1 である。 【0019】B.他の手をやはり片手操作した時の状態
について、Aと同様に考え、その作用点をP2 (x1
1 )とする。 C.次に両手で操作した時の状態について考える。 【0020】図8にその時の説明図を示す。 (i)P,Pの点を各々の手の位置としてその座標
をP(x,y),P(x,y)とする。 (ii) 両手で加えた力の中心をPとし、その座標を
P(x,y)とする。 (iii)P点はP,Pを結ぶ直線の上にある。 (iv) P点は6分力出力より求められる。 (v) 運転中片手ハンドルになる事が必ずある。その
時6分力出力より計算した合力の着力点x,yは x+y=R となる。 【0021】この時のx,yが片手ハンドルの力の作用
点P1 (x1 ,y1 )(x1 ,y1)又はx2 ,y2
である。 (vi)その後初めの手はハンドルを持ったまま両手ハンド
ルになった時は x2 +y2 ≠R0 2 (vii) この時のもう片側の手の位置は(v) のP1 とPを
通る直線とハンドルの円との交点である。 (viii)手でハンドルを操作しているのでハンドルは動い
ているが、その角度は計測されているので(v) のP1
移動は自明である。 (iX)それぞれの手の位置P1 ,P2 が(vii) から求めら
れると、6分力出力Fx〜Mzをそれぞれの手でハンド
ルを操作する作用点F1 (Fx1 ,Fy1 ,Fz 1 ),
2 (Fx2 ,Fy2 ,Fz2 )に分解することが可能
となる。 (X)(v)で求めたP1 点の手を滑らしたときはそれ以後の
解析値は誤差が入るが、片手ハンドルになった時自動的
に(v) を求める様にしておけば、解析結果に誤差は蓄積
しない。 【0022】以上説明した様に本発明によれば、ハンド
ルを操作している運転者の状態に応じて操舵トルク,操
舵角だけでなく、すなわち、ハンドル全体に作用してい
る6分力だけでなく、更には運転者の手がハンドルに加
える作用点まで正確に計測、解析する事が可能になるこ
とが判る。作用点を求める方法は前述では作図法により
説明したが、コンピュータを用いてほぼ連続的に求める
ことが可能でありハンドルと運転者を1つの系として把
握することができる。 【0023】更に、データとハンドルを回転させる力
(Mz)のデータを組み合わせる事により、ハンドル自
身の設計のみならず、運転者とハンドル4との間の位置
関係から生ずる6分力検出器6に検出される6分力信号
によって人間工学的に最適になるように調整するために
ハンドル角度調整装置、シートの高さ、シートの前後方
向での角度、シートの前後方向の位置等のシート調整装
置の設計等に役立てる事が可能で、これらの設計データ
から、長時間運転しても疲れの少ないハンドル、座席シ
ート、およびその調整機構の設計に役立てることが可能
となる。さらに、コーナリング、レーンチェンジ操作中
運転者がシート上で左右にずれることから生ずる6分力
検出器6に検出されるMzを除く信号をなるべく小さく
なるように調整するために左右方向の自由度を残して拘
束する拘束装置を協同させることもできる。 【0024】図3にハンドル4に作用した6分力Fx’
〜Mz’を6分力信号の電気信号として、取り出す電気
系統のブロック図を示す。図3において、21は6分力
検出器で図1の符号10に相当し、その内部に6分力の
各成分Fx' ,Fy' ,Fz' ,Mx' ,My' ,M
z' に関する検出部を含んでいる。22は増幅器、23
は無線送信する送信機でいずれも図1の符号13に相当
する。24は受信器で出力するものである。送信、受信
の手段としては電波の他に光による方法等もある。又、
電波にもAM、FMの他にPCM等も使用出来る。受信
器の中には通常の増幅器に内蔵される零感度調整機能が
含まれる。 【0025】図4はステアリングシャフトの回転座標基
準である6分力信号Fx’〜Mz’を静止座標系6分力
信号出力Fx〜Mzに変換するブロック図を示す。図に
おいて、31は回転角検出器で図1の符号10に相当
し、32はその出力角θを sinθ, cos θに変換する出
力角変換器、33は回転座標系6分力信号Fx’〜M
z’を静止座標系6分力信号出力Fx〜Mzに変換する
ベクトル変換器である。受信器24が、回転角検出器
7,10,31よりの操舵角θを sinθ,cosθに変換す
る出力角変換器32を介して、受信器24により受信し
た6分力信号に出力角変換器32の出力を加えるベクト
ル変換器33を備え、回転座標系6分力を静止座標系6
分力に変換している。この時の変換式はZ軸を回転軸、
座標系を右手系にすると、以下のように表される。 【0026】Fx=Fx’cos θ−Fy’sin θ Fy =Fx’sin θ+Fy’cos θ Fz =Fz’ Mx=Mx’cos θ−My’sin θ My=Mx’sin θ+My’cos θ Mz=Mz’ このベクトル変換器はアナログ、デジタル、及びソフト
ウェア処理のうちのいずれの方法を用いても良い。今迄
の説明にて判る様に運転者がハンドルを操作した時、静
止座標系において、運転者がハンドルに加える全分力
(即ち合力)及びハンドルの角度が計測できる。 【0027】図5は前述した従来の操舵角力計を備えた
操舵力測定装置でありその説明は前述の通りである。 【0028】 【発明の効果】以上説明した様に本発明によれば、ハン
ドルを操作している時の操舵トルク,操舵角だけでな
く、ハンドル全体に作用している運転者の状態を含めた
6分力を測定することができ、、更には送信器と受信器
とを用いてスリップリングを使用してないので各々の手
がハンドルに加える力を正確に計測、解析する事が可能
になることが判る。従って、ハンドルを回転した時の力
の方向、大きさ等のデータが得られることになり、従来
の幾何学的寸法だけでなく、運転者の使用性、操作性も
考慮した配置設計が可能となる。さらに、本発明によれ
ば、上記の効果だけでなく、人が自動車にハンドルを通
じて伝える情報と、ハンドルの人間に対する応答を出来
るだけ詳細に出力することができる。即ち、ハンドルに
作用する力のすべてである6分力を計測する際、その信
号はハンドルから計測器に無線で伝えるので計測値に摩
擦等の誤差がないので正確な測定ができる。また、回転
座標系6分力を静止座標系6分力に変換することにより
操舵角とは無関係な6分力信号を測定できる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [0001] BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention operates a steering wheel of an automobile.
Other than when detecting the 6-component force applied to the steering wheel
Installed between the steering wheel and steering shaft
The present invention relates to a steering force measuring device. [0002] 2. Description of the Related Art The requirements for the chassis performance of an automobile are as follows.
In recent years, it has become increasingly sophisticated, for suspension and steering
Regarding this, the development of high-function and high-performance new mechanisms is prosperous.
Therefore, the measurement technology that supports these developments from the aspect is also high.
High performance and high quality are required. Evaluation of steering stability
In addition, the steering angle, steering force, etc.
A rudder force meter (hereinafter, steering angular force meter) is often used. Trial
The test itself is the steering force measured while turning the steering wheel
Steering that measures while keeping characteristics and steering wheel angle constant
It is about the force characteristics. [0003] Steering force measurement with one conventional steering angular force meter
The setting device is shown in FIG. The system configuration is
It is roughly divided into the ringing wheel section 53 and the amplifier section. Ann
The loop part is omitted in the figure. Steering wheel part 5
Reference numeral 3 has a sensor function of steering force and steering angle. Amplifier section
Is a function that converts the steering angle to the steering speed,
So-called information processing such as electric signal level conversion and display of each information amount
Has a functional function. The steering force detection method uses twisting of the torque tube.
Displacement is measured by strain gauges 53 and 54 and dynamic strain amplifier.
The signal is converted to a signal.
An encoder composed of the pickup 57 and a dedicated
Detected by the The torque signal and horn signal
Installed on the steering wheel 53 side. this
Therefore, it is necessary to take out each signal to the steering column side.
This function is performed by the slip ring 60. [0004] As a steering angular force meter using the above-described device,
Improved the basic characteristics of this device.
Has disadvantages. 1. I use a slip ring to extract the signal
The friction caused an error, and the torque
Cannot accurately measure the steering force. [0005] 2. One-part force around the handle,
Since only the moment around the handle can be measured,
Comprehensively know the force applied to the handle in relation to the steering angle
Was impossible. [0006] 3. For the driver, the characteristics of the steering wheel are driving
Is very important as a means of communicating the will of the elderly to the car
But the driver tells the steering wheel in what state
Of the driver's state and the steering wheel
Knowing the gender is even more important.
Cannot solve the problems of this system. Accordingly, the above conventional steering angular force meter is used.
A steering force measuring device that solves the problem is definitely needed.
Come. [0008] When a vehicle travels at an extremely low speed,
The steering force is very high with power steering
If the driver is light, the driver sets the operation angle as important information. Real
Vehicle motion at extremely low speeds is almost geometrically determined
Would. At this time, if you turn the handle as many times as you want,
The degree information is not well understood and the operation is difficult. High
It does not require much steering during high speed driving. Same steering
The lateral acceleration caused by the angle is very large at high speed
In order to avoid excessive steering, the steering force depends on the vehicle speed.
It must be moderately heavy and have sufficient resilience
No. [0009] Therefore, what
How you communicate your will in a state like
How a car steering responds to it
Knows quantitatively, and people who design and manufacture cars drive
What kind of force and when the person turns the steering wheel
And what kind of information is obtained from the steering wheel
Is a very important factor, and that is why
The readings of the driver on the steering wheel
And dissociate it into 6-minute force
Must be able to measure and be accurate
become. However, in the above-described conventional device, one minute which is a torque is used.
Force can only be measured and the slip ring
It was difficult to make an accurate measurement because of the use.
The object of the present invention is to operate the steering wheel.
At other, driver's operation state with 6-component force applied to steering wheel
By accurately measuring the condition, you can actually sit on the seat
Driving direction, magnitude, etc. when turning the handle
By obtaining the data as a system of
Not only the traditional geometric dimensions, but also the usability of the driver,
It is also possible to cooperate with an adjustment device that also considers operability
An object of the present invention is to provide a steering force measuring device. [0010] SUMMARY OF THE INVENTION The object of the present invention is to solve this problem.
The transmitter sets the steering angle θ from the rotation angle detector to sin θ and cos θ.
Via the output angle converter to convert received by the receiver
A vector that adds the output of the output angle converter (32) to the 6-component signal
Equipped with a converter to convert 6-component force in the rotating coordinate system into 6-component force in the stationary coordinate system
Achieved by transforming. [0011] [0012] BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG.
The setting device will be described in detail. FIG. 1 shows the steering of the present invention.
It is a figure showing a force measuring device. This is because the six-component force detector 6
7 shows a state when the device is mounted on the handle 4. In the figure,
1 is a steering shaft, 2 is a steering bearing,
3 is a fixing nut, 4 is a handle, 5 is a hand such as a horn
A power supply terminal 5 for supplying power to the upper surface of the power supply. The above part
Is exactly the same as a practical vehicle. Below
If it explains according to the reference of a surface, 6 will be a steering wheel 4 and a steering wheel.
6-component force test installed and fixed between the ring shaft 1
Dispenser, 7 fixed to handle to measure rotation angle
Magnetic disk 8 steers 6 component force detector 6 and magnetic disk 7
6 component force detector connection plate for connecting to ring bearing 2, 9
Is a hand for attaching the handle 4 to the 6-component force detector 6
Mounting plate, 10 is a rotation angle detector attached to the vehicle body,
11 is a rotation angle detector fixing plate, 12 is a rotation angle detector fixing plate
Bearing to separate 11 from the rotation of handle 4,
13 amplifies the 6-component signal of the 6-component detector and wirelessly transmits it.
Transmitter. All of the force applied to handle 4
6-component force detector 6 before reaching the tearing shaft 1
, The six-component force detector 6 acts on the handle 4
Force can be completely measured. Also, bearing 12
Is a roller bearing and there is almost no friction.
Has no effect. Rotation angle detector fixing plate 11 only rotates
And do not restrain any other movement in the other five directions.
I will support you. The output of the rotation angle detector 10 is the steering wheel 4
Rotation angle. Here, the movable part together with the handle 4
And rotate together with 13 amplifiers and transmitters, 6
6 component force detector, 7 magnetic disk, 8 6 component force detector connected
Plate, 1 steering shaft, 3 fixing nuts, etc.
And a fixed body that does not move with the handle
Those fixed to the sides are reference numerals 10, 11, and 12.
You. FIG. 2 shows the steering wheel and the seat to show the state of the driver.
3 illustrates the position of a person and the position of a human. Figure 2
1 is a steering shaft, and 6 is a steering of the present invention.
The detection unit 4 of the force measuring device is a handle. Stearin
The axial direction of the shaft 1 is defined as the Z axis, and is orthogonal to the Z axis.
The front-rear direction is the X axis when viewed from the driver on the four handles,
If the right direction is the Y axis, the surface of the handle will be the X and Y coordinates.
You. The center of the 6-component detector is far from the origin of coordinates
However, moving the acting six-component force is the place where mechanics teaches
Since it can be more easily performed, after that, X,
Fx, Fy, and Fz of forces applied to the Y and Z axes, respectively,
Mx, My, Mz of the moment
And The positional relationship between the handle, the seat, and the human is
To explain, first, the operation state of the driver is shown. Also, Han
If the distance (l) between the dollar and the driver is not appropriate, mainly X,
A force Fx, Fz or a moment My in the Z direction is generated.
You. The position of the driver's shoulder (h ') and the height of the steering wheel
If (h) is not appropriate, the forces Fx and Fz mainly in the X and Z directions
The chair generates a moment My. In addition, the handle
If the angle (θ) is not appropriate, the force of the moment My is mainly
appear. And cornering or lane chain
The degree of freedom of the driver's posture in the horizontal direction
If there is not enough restraint to leave the
It is a form that supports the body, there is no Fx, Fy, Fz, Mx
A force in the My direction is generated. Next, the 6-minute force and the angle of the handle are used.
An example of a method for analyzing the movements of both hands of the driver
As shown below, A.I. First, when operating the handle with one hand
Consider the state of (I) radius R as shown in FIG.0Any point on the handle of
P1(X1, Y1) To Fz1Is applied, the point P1of
If the angle made is θ, Fz1, Mx1(= Fz1× y1), My1(= Fz ×
(-X1)) It is. Conversely, when outputs of Fz, Mx, and My are output, the force
The action point of Y1= Mx1/ Fz1      x1= -My1/ Fz1 Is required. Then, R0 2= X1 2+ Y1 2so
is there. (Ii) Fz1When = 0, the result is as shown in FIG. In the figure, P1(X1, Y1) To F1of
If you apply a large amount of force, you can get 6 minutes
Force output is Fx1, Fy1, Mz1It is. Where F1= Fx1 Two+ Fy1 Two, Mz1= F1× R1
(Sign omitted) Fx as in (i)1, Fy1, Mz1The output of
The point of action when 1. Fx1, Fy1More F1’. | F1'| = | F1’| 2. R1= Mz1/ F1’Than R1Ask for. 3. F1’And R1Draw parallel lines just apart. 4. Radius R0Intersection P with1And P1
Round. This P1, PTwoIs the point of action. (iii) Generally, Fz1= 0 is impossible, so
Calculate for both (i) and (ii), and the point that satisfies both
Action point P1It is. B. The state when the other hand is also operated with one hand
Is considered in the same way as A, and its action point is PTwo(X1,
y1). C. Next, consider the state when operating with both hands. FIG. 8 is an explanatory diagram at that time. (I) P1, P2Is the position of each hand and its coordinates
To P1(X1, Y1), P1(X1, Y1). (Ii) Let P be the center of the force applied by both hands and let its coordinates be
Let P (x, y). (Iii) P point is P1, P2On a straight line connecting. (Iv) Point P is determined from the 6-component force output. (V) There is always a one-handed steering wheel while driving. That
The applied points x and y of the resultant force calculated from the hour and six minute force output are x2+ Y2= R0 2 Becomes At this time, x and y are the effects of the force of the one-handed handle.
Point P1(X1, Y1) (X1, Y1) Or xTwo, YTwo)
It is. (vi) Then the first hand is a two-handed hand while holding the handle
When you become xTwo + YTwo ≠ R0 Two (vii) The position of the other hand at this time is P in (v)1And P
It is the intersection of the passing straight line and the handle circle. (viii) The handle is moving because the handle is operated by hand
However, since the angle is measured, P in (v)1of
Movement is self-evident. (iX) Position P of each hand1, PTwoIs obtained from (vii)
The 6-component output Fx to Mz
Point of operation F1(Fx1, Fy1, Fz 1),
FTwo(FxTwo, FyTwo, FzTwoCan be broken down into
Becomes (X) P obtained by (v)1When you slide your hand,
The analysis value has an error, but automatically when the handle becomes one-handed.
If (v) is calculated, errors accumulate in the analysis results
do not do. As described above, according to the present invention, the hand
Steering torque and steering according to the state of the driver operating the steering wheel.
Not only the steering angle, that is, the entire steering wheel
Not only the 6-minute force, but also the driver's hand
It is possible to accurately measure and analyze up to the action point
I understand. The method of finding the action point is based on the drawing method
Explained, but almost continuously using a computer
And handle and driver as one system.
Can be grasped. In addition, the data and the force to rotate the handle
By combining the data of (Mz), the handle
Not only the body design but also the position between the driver and the steering wheel 4
6-component signal detected by the 6-component detector 6 resulting from the relationship
To optimize for ergonomics
Handle angle adjustment device, seat height, front and rear of the seat
Seat adjustment equipment such as the angle in
Can be used for the design of
From the steering wheel and seat
Can be used to design the port and its adjustment mechanism
Becomes In addition, during cornering and lane change operations
6-component force caused by the driver shifting left and right on the seat
The signal excluding Mz detected by the detector 6 is made as small as possible.
In order to make adjustments
Bundling restraints can also cooperate. FIG. 3 shows a six-component force Fx 'acting on the handle 4.
~ Mz 'as a 6-component electric signal
1 shows a block diagram of a system. In FIG. 3, 21 is a 6-component force.
The detector corresponds to reference numeral 10 in FIG.
Each component Fx ', Fy', Fz ', Mx', My ', M
It includes a detector for z '. 22 is an amplifier, 23
Is a transmitter for wireless transmission, each of which corresponds to reference numeral 13 in FIG.
I do. Reference numeral 24 denotes an output from the receiver. Send, receive
As a means, there is a method using light in addition to radio waves. or,
PCM and the like can be used for radio waves in addition to AM and FM. Receiving
There is a zero sensitivity adjustment function built into a normal amplifier
included. FIG. 4 shows a rotational coordinate base of the steering shaft.
The 6-component force signals Fx 'to Mz', which are quasi-standard, are converted into 6
FIG. 3 is a block diagram illustrating conversion into signal outputs Fx to Mz. In the figure
Here, 31 is a rotation angle detector corresponding to the reference numeral 10 in FIG.
The output 32 converts the output angle θ into sin θ and cos θ.
The force-angle converter 33 is a six-component force signal Fx 'to M in a rotating coordinate system.
z ′ is converted into a stationary coordinate system six-component force signal output Fx to Mz
It is a vector converter. The receiver 24 is a rotation angle detector
Convert steering angle θ from 7, 10, 31 to sin θ, cos θ
Received by the receiver 24 via the output angle converter 32
To add the output of the output angle converter 32 to the 6-component force signal
And a stationary coordinate system 6
Converted to component force. The conversion formula at this time is the Z axis as the rotation axis,
If the coordinate system is a right-handed system, it is expressed as follows. Fx = Fx'cos θ-Fy'sin θ Fy = Fx'sin θ + Fy'cos θ Fz = Fz ' Mx = Mx′cos θ−My′sin θ My = Mx'sin θ + My'cos θ Mz = Mz ' This vector converter can be used for analog, digital, and software
Any of the hardware processing may be used. Until now
When the driver operates the steering wheel,
Total component force applied to the steering wheel by the driver in the stop coordinate system
(Ie, resultant force) and the angle of the handle can be measured. FIG. 5 shows a conventional steering angular dynamometer provided with the above-described steering angular force meter.
This is a steering force measuring device, the description of which is as described above. [0028] As described above, according to the present invention, the hand
The steering torque and steering angle when operating the dollar
And the state of the driver acting on the entire steering wheel
6-component force can be measured, as well as transmitter and receiver
Each hand is not using a slip ring.
Can accurately measure and analyze the force applied to the steering wheel
It turns out that it becomes. Therefore, the force when turning the handle
Direction, size, etc.
Not only the geometric dimensions of the vehicle, but also the usability and operability of the driver
A layout design that takes into account is possible. Further according to the invention
In addition to the above effects, if a person
And the response of the steering wheel to humans.
Output as much as possible. That is, on the handle
When measuring the six-component force, which is all the acting force,
The signal is transmitted wirelessly from the steering wheel to the measuring instrument, so
Accurate measurement is possible because there is no error such as rubbing. Also rotate
By converting the 6-component force of the coordinate system into the 6-component force of the stationary coordinate system,
A 6-component signal independent of the steering angle can be measured.

【図面の簡単な説明】 【図1】本願発明による操舵力測定装置の一具体例を示
す図である。 【図2】本願発明に係わる舵力測定装置の位置と、運転
者の状態を示すためにハンドル、シート、人間の位置関
係を示す図である。 【図3】本願発明による電気系統のブロック図を示す。 【図4】本願発明による操舵力測定装置の6分力出力を
静止座標系に変換するときのブロック図を示す。 【図5】従来の操舵角力計を示す図である。 【図6】 本願発明による操舵力測定装置において、ハ
ンドルの任意の点で片手で操作したときの力関係を示す
図である。 【図7】 本願発明による操舵力測定装置の外力が0の
ときの状態を示す図である。 【図8】 本願発明による操舵力測定装置のハンドルを
両手で操作したときの状態を示す図である。 【符号の説明】 1 ステアリングシャフト 2 ステアリング軸受け 3 固定用ナット 4 ハンドル 5 ホーン用電源端子 6 6分力検出器 7 磁気円板 8 6分力検出器接続板 9 ハンドル取付板 10 回転角検出器 11 回転角検出器固定板 12 クロスローラベアリング 13 増幅器及び送信器 21 6分力検出器 22 増幅器 23 送信器 24 受信器 31 回転角検出器 32 出力角変換器 33 ベクトル変換器
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a diagram showing a specific example of a steering force measuring device according to the present invention. FIG. 2 is a diagram showing a position of a steering force measuring device according to the present invention and a positional relationship between a steering wheel, a seat, and a person to show a state of a driver. FIG. 3 shows a block diagram of an electric system according to the present invention. FIG. 4 is a block diagram showing a case where a six-component output of the steering force measuring device according to the present invention is converted into a stationary coordinate system. FIG. 5 is a diagram showing a conventional steering angular force meter. FIG. 6 is a diagram showing a force relationship when an arbitrary point on the steering wheel is operated with one hand in the steering force measuring device according to the present invention. FIG. 7 is a diagram showing a state when the external force of the steering force measuring device according to the present invention is 0. FIG. 8 is a diagram showing a state in which the steering wheel of the steering force measuring device according to the present invention is operated with both hands. [Description of Signs] 1 steering shaft 2 steering bearing 3 fixing nut 4 handle 5 horn power terminal 6 6 component force detector 7 magnetic disk 8 6 component force detector connection plate 9 handle mounting plate 10 rotation angle detector 11 Rotation angle detector fixing plate 12 Cross roller bearing 13 Amplifier and transmitter 21 6-component force detector 22 Amplifier 23 Transmitter 24 Receiver 31 Rotation angle detector 32 Output angle converter 33 Vector converter

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭50−54374(JP,A) 特開 平5−79950(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01L 5/16 G01M 17/16 B62D 1/04 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-50-54374 (JP, A) JP-A-5-79950 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G01L 5/16 G01M 17/16 B62D 1/04

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 運転者の操作によりハンドルに発生した
6分力を、ハンドル(4) とステアリングシャフト(1) と
の間に設置した6分力検出器(6, 21) により検出し、6
分力検出器(6, 21) が検出した6分力を6分力信号とし
て無線送信する送信器(13, 23)をハンドル(4) と共に可
動な部分に固定し、送信器(13, 23)からの6分力信号を
受信して出力する受信器(24)をハンドル(4) と共には可
動しない固定部に固定した操舵力測定装置において、 この受信器(24)は、回転角検出器(7,10,31) よりの操舵
角θを sinθ,cosθに変換する出力角変換器(32)を介し
て、受信器(24)により受信した6分力信号に出力角変換
器(32)の出力を加えるベクトル変換器(33)を備え、回転
座標系6分力を静止座標系6分力に変換していることを
特徴とする操舵力測定装置。
(57) [Claim 1] A six-component force detector (6) installed between a steering wheel (4) and a steering shaft (1) detects a six-component force generated in a steering wheel by a driver's operation. 6, 21)
A transmitter (13, 23) for wirelessly transmitting the six-component force detected by the component force detector (6, 21) as a six-component signal is fixed to a movable portion together with the handle (4), and the transmitter (13, 23) ), A receiver (24) that receives and outputs a six-component signal from the steering force measuring device fixed to a fixed portion that does not move together with the steering wheel (4). The output angle converter (32) converts the steering angle θ from (7, 10, 31) into a 6-component signal received by the receiver (24) via an output angle converter (32) that converts the steering angle θ into sin θ and cos θ. A steering force measuring device comprising a vector converter (33) for adding the output of (1), and converting a six-component force in a rotating coordinate system into a six-component force in a stationary coordinate system.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011053008A (en) * 2009-08-31 2011-03-17 Toyota Central R&D Labs Inc Device for estimating operation state of steering, and program

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