JP2006290327A - Steering device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両の操舵速度を安定させる操舵装置に関する。 The present invention relates to a steering device that stabilizes the steering speed of a vehicle.
従来、運転者による操舵速度の変動を抑制するため、運転者によるステアリングホイールの降下操作を検出してアシスト力を変更する操舵装置が開示されている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら特許文献1の技術にあっては、運転者の手がステアリングホイールの鉛直上部から下部へ移動した際に降下操作を検出し、モータにより反力を与えるという構成であったため、操舵速度は一定となるものの反力による操舵負荷が増大し、運転者に疲労感を与える、という問題があった。
However, in the technique of
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、操舵速度を安定させつつ、運転者の疲労感を軽減可能な操舵装置を提供することにある。 The present invention has been made paying attention to the above problems, and an object of the present invention is to provide a steering device that can reduce the driver's fatigue while stabilizing the steering speed.
上記目的を達成するため、本発明の操舵装置では、運転者がステアリングホイールを操舵する際、運転者のステアリングホイール把持位置を変更することなく、運転者と前記把持位置との相対位置変動を抑制するように、前記ステアリングホイールの位置を変更する位置変更手段を備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, in the steering apparatus of the present invention, when the driver steers the steering wheel, the relative position fluctuation between the driver and the gripping position is suppressed without changing the steering wheel gripping position of the driver. As described above, there is provided a position changing means for changing the position of the steering wheel.
よって、運転者とステアリングホイール把持位置との相対位置の変動が抑制され、操舵速度が安定すると共に、運転者の疲労感を軽減できる。 Therefore, fluctuations in the relative position between the driver and the steering wheel grip position are suppressed, the steering speed is stabilized, and the driver's fatigue can be reduced.
以下、本発明の操舵装置を実現する最良の形態を、図面に示す実施例に基づいて説明する。 Hereinafter, the best mode for realizing a steering apparatus of the present invention will be described based on an embodiment shown in the drawings.
[概念図]
実施例1につき図1ないし図12に基づき説明する。図1、図2はステアリングホイール1の上下位置変更概念図であり、図1は正面図、図2は側面図である。なお、図3〜図6は操舵時に使用する筋肉の概略及び特性を示す図であり、以下の出典文献に記載されている。
出典1. 倉森他;運転者の筋活動と操縦安定性 自動車技術会学術講演前刷集No.83-03,PP1-4,2003
出典2. 社団法人自動車技術会;自動車の人間工学技術 朝倉書店,PP1-16,2002
[Conceptual diagram]
Example 1 will be described with reference to FIGS. 1 and 2 are conceptual views of changing the vertical position of the
運転者はステアリングホイール1に対し両手の把持位置を適宜持ち替えながら操舵を行うが、操舵角変更時はステアリングホイール1は回転を継続している。したがって、一方の手がステアリングホイールの握りを開始してから離すまで運転者の肩に対し手の位置が必然的に移動することとなる。
The driver performs steering while appropriately holding the holding positions of both hands with respect to the
図3は、肩付近の三角筋を示す図である。三角筋は肩の外転運動(下げた腕を横水平方向からさらに上に上げる運動)時に働く筋肉である。 FIG. 3 is a diagram showing the deltoid muscle near the shoulder. The deltoid muscle is a muscle that works during abduction of the shoulder (exercising the lowered arm further up from the horizontal direction).
図4はレーンチェンジ時における左右三角筋の筋電図と操舵トルク及び操舵角の関係を示す図である。一般に筋電圧が高ければ当該筋肉は活発に活動していると判断される。図4(c)は左右三角筋の筋電図にローパスフィルタを施したものを比較しており、筋電図の左右差と操舵トルクの波形は酷似することがうかがえる。したがって操舵時には三角筋を用いることが認められ、操舵負荷と三角筋疲労の因果関係が確認される。 FIG. 4 is a diagram showing a relationship between the electromyogram of the left and right deltoid muscles, the steering torque, and the steering angle at the time of lane change. Generally, when the muscle voltage is high, it is determined that the muscle is actively active. FIG. 4C compares the left and right deltoid electromyograms with a low-pass filter. It can be seen that the left and right electromyograms and the steering torque waveform are very similar. Therefore, it is recognized that the deltoid muscle is used during steering, and the causal relationship between the steering load and the deltoid muscle fatigue is confirmed.
図5は定常旋回時における左右の三角筋ぞれぞれの筋電図を示す図である。左旋回時には右三角筋、右旋回時には左三角筋の活動が強くなり、同一方向への操舵が継続する場合、片腕側の三角筋への負担が大きくなることを示している。 FIG. 5 is a diagram showing electromyograms of the left and right triangular muscles during steady turning. This indicates that the activity of the right deltoid muscle during the left turn and the left deltoid muscle during the right turn increases, and if the steering in the same direction continues, the burden on the one-sided deltoid muscle increases.
図6は肘の屈曲運動及び伸展運動時の筋力と持久時間を示す図である。操舵時に三角筋を用いて操舵していると同時に、操舵時には肘の屈曲運動(屈曲,伸展)が行われる。このとき、肘の屈曲運動と持久時間の関係に示すように、肘の屈曲に係わる筋肉の持久時間は筋肉の使用により極端に低下することが分かる。 FIG. 6 is a diagram showing muscle strength and endurance time during elbow flexion and extension exercises. At the same time as steering is performed using the deltoid muscle during steering, the elbow flexion motion (flexion and extension) is performed during steering. At this time, as shown in the relationship between the bending motion of the elbow and the endurance time, it can be seen that the endurance time of the muscle related to the bending of the elbow is extremely reduced by the use of the muscle.
この三角筋や肘の屈曲運動に係わる疲労感を軽減するためには、三角筋の外転運動量を抑制すること、すなわち肩の位置に対する手の移動量を低減すること、及び肘の屈曲運動を低減することが有効である。ここで、操舵に伴う手の動きは3方向に分類され、鉛直方向、車幅方向、及び車両前後方向である。この3方向の手の動きのうちいずれか1方向の移動量でも低減することにより、三角筋の外転運動量が減少し、疲労感も軽減されるものである。 In order to reduce the fatigue related to the flexion movement of the deltoid muscles and elbows, the abduction movement amount of the deltoid muscles is suppressed, that is, the movement amount of the hand relative to the shoulder position is reduced, and the flexion movement of the elbow It is effective to reduce it. Here, hand movements associated with steering are classified into three directions, which are the vertical direction, the vehicle width direction, and the vehicle front-rear direction. By reducing even the amount of movement in any one of the three directions of hand movement, the abduction momentum of the deltoid muscles is reduced and the feeling of fatigue is also reduced.
したがって本願実施例1では、鉛直方向の動きを低減するため、運転者の操舵に合わせてステアリングホイール1の鉛直方向位置を変更し、操舵時における疲労感の低減を図るものである。なお、車両前後方向位置の変更については実施例2で述べる。
Therefore, in the first embodiment of the present invention, in order to reduce the movement in the vertical direction, the vertical position of the
[操舵装置の基本構成]
図7は、実施例1における操舵装置の基本構成図、図8はカム4の軸方向正面図である。ステアリングシャフト2においてステアリングホイール1と反対側の端部には、ステアリングシャフト2の鉛直方向回動を可能とする支点3が設けられている。
[Basic configuration of steering device]
FIG. 7 is a basic configuration diagram of the steering device according to the first embodiment, and FIG. 8 is a front view of the cam 4 in the axial direction. A
ステアリングシャフト2には楕円形のカム4が一体回転可能に設けられている。このカム4はステアリングニュートラル時に長軸aを鉛直方向、短軸bを車幅方向に設けられるとともに鉛直下側は台座5に当接支持され、ステアリングホイール1の回転に伴ってカム運動を行う。
An elliptical cam 4 is provided on the
[操舵角と上下位置変更の関係]
図9は、操舵角θとステアリングホイール1の上下位置の関係を示す図である。カム4の回転に伴ってカム4と台座5との当接点はカム4外周を移動し、ステアリングシャフト2は支点3を回転中心とする鉛直方向の往復回動を行う。したがって、ステアリングホイール1の中心位置は操舵角θをパラメータとするコサインカーブとなる。周期は180°、振幅はLa×cos(tan−1(a/l)/l)-Lb×cos(tan−1(b/l)/l)となる(図7参照)。
[Relationship between steering angle and vertical position change]
FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the steering angle θ and the vertical position of the
図10は、9時15分位置握り時における運転者の手の動き(左旋回)とステアリングホイール1の上下位置の相関図である。9時15分位置握りとは、ステアリングホイール1を時計に見立て、時刻9時15分における時計の針の位置で握ることであり、操舵時に運転者が最も握りやすい位置である。
FIG. 10 is a correlation diagram between the movement of the driver's hand (turning left) and the vertical position of the
操舵ニュートラル時に基準位置にあったステアリングホイール1は、操舵角θの増加に伴って鉛直下方に移動し、操舵角90°の位置で鉛直方向最下点に到達する。90°を超えると鉛直上方へ移動を開始し、180°において鉛直方向位置は基準位置(θ=0°)と同一位置となる。
The
ここで、ニュートラル位置から左旋回する際、ステアリングホイール1の左回転に伴って運転者の左手は鉛直下方に、右手は鉛直上方に移動する。したがって操舵角θの増加につれ、運転者は左手を離して右手のみで操舵を行った後、180°付近で手を持ち替え、360°付近に至って再び9時15分位置にてステアリングホイール1を両手で握る。
Here, when making a left turn from the neutral position, the driver's left hand moves vertically downward and the right hand moves vertically upward as the
操舵角90°及び270°位置付近においては、運転者の右手もしくは左手はステアリングホイール1の鉛直方向最上部付近に位置するが、ステアリングシャフト2に設けられたカム4の作用によりステアリングホイール1は最下点に位置する。このように、カム4を設けたことで、ステアリングホイール1が回転したとしても運転者の手の位置の鉛直方向移動量は相対的に抑制され、操舵速度の変動が抑制されると共に、三角筋疲労も抑制される。
In the vicinity of the steering angle positions of 90 ° and 270 °, the driver's right hand or left hand is located in the vicinity of the top of the
実施例1では9時15分握りに対応してカム4の楕円曲率を設定しているため、ニュートラル時9時15分握りで操舵を開始すれば、操舵角θによらず手の鉛直方向移動量をほぼ0に抑制することができる(図10(a)参照)。 In the first embodiment, since the elliptic curvature of the cam 4 is set corresponding to the 9:15 grip, if the steering is started by the 9:15 grip at the neutral time, the vertical movement of the hand is performed regardless of the steering angle θ. The amount can be suppressed to almost zero (see FIG. 10A).
[実施例1における効果]
実施例1においては、ステアリングシャフト2端部には鉛直方向回動を可能とする支点3を設けるとともに、ステアリングシャフト2に楕円形のカム4を一体回転可能に設けることとした。このカム4はステアリングニュートラル時に長軸aを鉛直方向、短軸bを車幅方向に設けられるとともに鉛直下側は台座5に当接支持されることとした。
[Effect in Example 1]
In the first embodiment, the end of the
これにより、ステアリングホイール1が回転したとしても運転者の把持位置の鉛直方向移動量は相対的に抑制され、操舵速度の変動が抑制されると共に、三角筋疲労を抑制して運転者の疲労感を低減することができる。また、ステアリングホイール1が鉛直下側に移動することで運転者との相対距離を近づけることが可能となり、肘の屈曲運動を低減することができる。よって、持久時間の短い肘の筋肉の疲労感を低減することができる。また、実施例1ではステアリングシャフト2が傾角を有しており、この傾角を変更することでステアリングシャフト1の傾角も変更される。これにより、把持位置における手首の屈曲運動も抑制することが可能となり、更に疲労を軽減することができる。
Thereby, even if the
実施例2につき図11ないし図14に基づき説明する。ステアリングホイール1の位置を変更し、操舵時の三角筋負荷を低減する点で実施例1と同様である。実施例1ではステアリングホイール1の鉛直方向位置を変更することで手の移動量を低減し、三角筋の疲労を抑制したが、実施例2ではステアリングホイール1の車両前後方向位置を変更することで、三角筋及び肘の屈曲に伴う疲労を低減する。
A second embodiment will be described with reference to FIGS. This is the same as the first embodiment in that the position of the
[概念図]
図11はステアリングホイール1の前後方向位置変更概念図である。ステアリングシャフト2に軸方向移動機構としてテレスコ機構20を設け、運転者の操舵に合わせてステアリングホイール1の車両前後方向位置を変更し、操舵時における手の移動量を低減して疲労感を抑制する。
[Conceptual diagram]
FIG. 11 is a conceptual diagram of the position change of the
[実施例2の構成]
図12は実施例2におけるテレスコ機構20の概略構成図、図13はなぞられ板6及びなぞり棒7の詳細である。ステアリングシャフト2には凸状のなぞられ板6が設けられ、ばね9によりステアリングホイール1と逆方向に押圧されている。なぞられ板6にはなぞり棒7が当接するよう設けられ、さらになぞり棒7と並列にガイドレール8が設けられてステアリングシャフト2が常に軸方向移動するよう拘束する。
[Configuration of Example 2]
FIG. 12 is a schematic configuration diagram of the
なぞられ板6の表面形状は周方向に凹凸を有し、操舵時にこの凹凸をなぞり棒7がなぞることによって、操舵角θに対してステアリングホイール1と支点3'との距離が変化する。なぞられ板6の凹凸形状を変えることにより、ステアリングホイール1の前後方向移動量や移動軌跡を変更する。
The surface shape of the traced
[操舵角と前後方向位置変更の関係]
図14は、操舵角θに対するステアリングホイール1と支点3'との距離L(θ)の相関関係を示す図である。実施例2では、ステアリングニュートラル時にL(θ)を最小に、180°操舵時に最大となるよう設けている。
[Relationship between steering angle and forward / backward position change]
FIG. 14 is a diagram showing the correlation of the distance L (θ) between the
すなわち、ニュートラル時における手の位置は肩から見てほぼ車両前方向であるが、操舵角θが増大するに連れ手の位置は車幅方向に移動し、肩から見て斜め前方向に位置することとなる。したがって肩から手の位置までの距離も増大し、これに対応するため運転者は肘を延ばさなければならないが、その際三角筋の運動量が増加して疲労感を招くこととなる。 That is, the position of the hand at the time of neutral is almost in the forward direction when viewed from the shoulder, but as the steering angle θ increases, the position of the hand moves in the vehicle width direction and is positioned in the obliquely forward direction when viewed from the shoulder. It will be. Therefore, the distance from the shoulder to the position of the hand increases, and the driver must extend the elbow to cope with this, but the momentum of the deltoid muscle increases at that time, leading to a feeling of fatigue.
したがって図14に示すように、操舵角θの増大に伴って手の位置がニュートラル位置から遠ざかるに連れてL(θ)が増加し、ステアリングホイール1を運転者に接近させるよう、なぞられ板6の表面形状を設定する。さらに、肩に対する手の位置が最も遠くなる180°操舵位置においてL(θ)を最大とし、最も運転者に近接させるよう設けることとする。
Therefore, as shown in FIG. 14, as the steering angle θ increases, L (θ) increases as the position of the hand moves away from the neutral position, and the
このようになぞられ板6の表面形状を決定することにより、三角筋の運動量を抑制して運転者の疲労感を低減することができる。また、車両特性に合わせてなぞられ板6の表面形状を適宜変更することにより、運転者の疲労低減をきめ細かく行うことができる。
By determining the surface shape of the traced
尚、実施例2では、ステアリングシャフト2を水平方向に設けた例を示したが、鉛直上方に傾角を有する場合には、車両前後方向に移動させることでステアリングホイール1の上端を鉛直方向に移動させることも可能となり、実施例1と実施例2の作用効果を複合的に得ることができる。
In the second embodiment, an example in which the
実施例3につき図15ないし図20に基づき説明する。操舵角θに基づきステアリングホイール1の鉛直方向位置及び車両前後方向位置を変更する、という思想については実施例1及び2と同様である。実施例1及び2ではステアリングホイール1の操舵角θに基づき機構的にステアリングホイール1の位置を変更したが、実施例3では図15のステアリングホイール運動概略図に示すように、操舵角θに基づきアクチュエータを用いて鉛直方向及び前後方向の両方を制御的に変更する点で異なる。
A third embodiment will be described with reference to FIGS. The idea of changing the vertical position of the
[システム構成]
図16は、実施例3における操舵装置のシステム構成図である。ステアリングシャフト2であってステアリングホイール1と反対側の端部にはチルト機構10が設けられ、チルト機構10とステアリングホイール1との間にはテレスコ機構20が設けられている。
[System configuration]
FIG. 16 is a system configuration diagram of the steering device according to the third embodiment. A
チルト機構10は支点3を中心にステアリングシャフト2を回動させる上下位置変更機構であり、チルトアクチュエータコントローラ11の指令に基づきチルトアクチュエータ12を駆動し、ウォームギヤ13を介して鉛直方向に平行に設けられたウォームホイール14を回動させ、ステアリングホイール1の上下位置を変更する。
The
テレスコ機構20はステアリングシャフト2を軸方向移動させる前後位置変更機構であり、テレスコアクチュエータコントローラ21の指令に基づきテレスコアクチュエータ22を駆動し、ピニオン23を介してラック24を軸方向移動させ、ステアリングホイール1の車両前後方向位置を変更する。また、ステアリングシャフト2にはガイドレール8が設けられて軸方向以外の動きを規制する。
The
チルトアクチュエータコントローラ11及びテレスコアクチュエータコントローラ21はそれぞれ目標値演算コントローラ30と接続し、操舵角θに基づいた目標値により各アクチュエータ12,22を駆動する。
The
[制御構成]
図16は、チルト機構10及びテレスコ機構20の制御ブロック図である。目標値演算コントローラ30は現在の操舵角θに基づきチルトアクチュエータ12の駆動指令値Sθ、及びテレスコアクチュエータ22の駆動指令値SL(θ)を演算する。
[Control configuration]
FIG. 16 is a control block diagram of the
チルトアクチュエータコントローラ11及びテレスコアクチュエータコントローラ21は、それぞれSθ、SL(θ)の値に対応する電流値iθ、iLS(θ)を演算し、チルトアクチュエータ12及びテレスコアクチュエータ22を駆動する。
The
[操舵角と上下位置及び前後方向位置変更の関係]
実施例3においては、チルトアクチュエータ12及びテレスコアクチュエータ22によりステアリングホイール1の鉛直(上下)方向位置及び車両前後方向位置をそれぞれ変更するものである。したがって操舵角θとステアリングホイール1の上下位置及び前後方向位置の関係は実施例1(図9,10)及び実施例2(図14)を組み合わせたものであり、作用効果も同様であるため説明は省略する。
[Relationship between steering angle, vertical position and longitudinal position change]
In the third embodiment, the vertical (vertical) direction position and the vehicle longitudinal direction position of the
なお、実施例1では、操舵角θとステアリングホイール1の上下方向位置は楕円状カム4の形状に規定されており、実施例2でも前後方向位置はなぞり板6の表面形状に規定され、操舵角θと独立に位置を変更することはできない。
In the first embodiment, the steering angle θ and the vertical position of the
これに対し実施例3では、ステアリングホイール1の鉛直(上下)方向位置及び車両前後方向位置をそれぞれ各アクチュエータ12,22を用いて制御的に変更するため、操舵角θの値によらず独立にステアリングホイール1の上下位置及び前後位置を変更することが可能である。以下、その具体例を列挙する。
On the other hand, in the third embodiment, the vertical (vertical) direction position and the vehicle front-rear direction position of the
(実施例3−1)
図18は、運転者がステアリングホイール1の9時15分位置よりも上部を握った際における上下位置変更例である(図10参考)。実施例3−1ではステアリングホイール1に圧電素子を設け、ニュートラル時において運転者がステアリングホイール1のどの位置を握ったかを検出し、その位置に基づきチルトアクチュエータ12の制御を行う。
(Example 3-1)
FIG. 18 shows an example of changing the vertical position when the driver holds the
すなわち、疲労低減のため運転者の手の移動を最小限に抑制するには、運転者の手の軌跡が最も上方に位置する際にステアリングホイール1を最下点に位置させ、手の軌跡が最も下方に位置する(左右の手の持ち替え位置)際にステアリングホイール1を最上点に位置させることが望ましい。
That is, in order to minimize the movement of the driver's hand to reduce fatigue, the
しかし、ニュートラル時に9時15分位置よりも上部を握って操舵を開始した場合、9時15分ちょうどの位置を握って操舵を開始した場合(図10)に比べ、手の位置は操舵開始位置が上部にずれた分だけ早く最上点に到達する(回転位相が進んだ状態)。逆に、9時15分位置より下部を握って操舵を開始した場合、下部にずれた分遅く最上点に到達する(回転位相が遅れた状態)。 However, when the steering is started by grasping the upper part from the 9:15 position at the neutral time, the hand position is the steering start position compared to the case where the steering is started by grasping the exact position at 9:15 (FIG. 10). Reaches the top point earlier by the amount shifted to the upper part (the state in which the rotation phase has advanced). Conversely, when the steering is started by grasping the lower part from the 9:15 position, the uppermost point is reached later by the amount shifted to the lower part (the state where the rotational phase is delayed).
したがって実施例3−1では、圧電素子によってニュートラル時におけるステアリングホイール1の把持位置を検出し、運転者の手の軌跡が最上点に達した際にステアリングホイール1の上下方向位置が最下点となるよう、チルトアクチュエータ12を制御する。すなわち、把持位置の軌跡が上昇する過程ではステアリングホイール1の位置を下降させ、把持位置の軌跡が下降する過程ではステアリングホイール1の位置を上昇させる。
Therefore, in Example 3-1, the gripping position of the
[握り開始位置に対応するステアリングホイール上下位置変更制御フロー]
図19は、ステアリングホイール1の上下位置変更フローである。
[Steering wheel vertical position change control flow corresponding to grip start position]
FIG. 19 is a flow for changing the vertical position of the
ステップS101では操舵角θ、把持位置αを検出し、ステップS102へ移行する。ここで、把持位置αとは9時15分位置に対するズレ角と定義する。 In step S101, the steering angle θ and the gripping position α are detected, and the process proceeds to step S102. Here, the gripping position α is defined as a deviation angle with respect to the 9:15 position.
ステップS102では手の軌跡における最上点位置に対応する回転位置90°−α、270°+αを演算し、ステップS103へ移行する。 In step S102, the rotational positions 90 ° −α and 270 ° + α corresponding to the uppermost point position in the hand locus are calculated, and the process proceeds to step S103.
ステップS103では現在の操舵角θが0°≦θ≦90°−αの関係にあるかが判断され、YESであれば把持位置の軌跡が上昇する過程と判断されてステップS106へ移行し、NOであればステップS104へ移行する。 In step S103, it is determined whether the current steering angle θ is in a relationship of 0 ° ≦ θ ≦ 90 ° −α. If YES, it is determined that the locus of the gripping position is increasing, the process proceeds to step S106, and NO. If so, the process proceeds to step S104.
ステップS104では、現在の操舵角θが90°−α≦θ≦180°の関係にあるかが判断され、YESであれば把持位置の軌跡が下降する過程と判断されてステップS107へ移行し、NOであればステップS105へ移行する。 In step S104, it is determined whether the current steering angle θ is in a relationship of 90 ° −α ≦ θ ≦ 180 °. If YES, it is determined that the locus of the gripping position is descending, and the process proceeds to step S107. If NO, the process proceeds to step S105.
ステップS105では、現在の操舵角θが180°≦θ≦270°+αの関係にあるかが判断され、YESであれば把持位置の軌跡が下降する過程と判断されてステップS106へ移行し、NOであれば270°+α≦θ≦360°の関係にあるため把持位置の軌跡が上昇する過程と判断され、ステップS107へ移行する。 In step S105, it is determined whether the current steering angle θ is in a relationship of 180 ° ≦ θ ≦ 270 ° + α. If YES, it is determined that the locus of the gripping position is descending, and the process proceeds to step S106. If so, the relationship of 270 ° + α ≦ θ ≦ 360 ° is established, so that the locus of the gripping position is determined to rise, and the process proceeds to step S107.
ステップS106では、チルトアクチュエータ12へ下降制御指令を出力して制御を終了する。
In step S106, a lowering control command is output to the
ステップS107では、チルトアクチュエータ12へ上昇制御指令を出力して制御を終了する。
In step S107, an elevation control command is output to the
例えば、図18(b)では、ニュートラル時に9時15分位置よりも上部を握った際の上下位置変更例を示す。0°≦θ≦90°−α及び180°≦θ≦270°+αの領域は把持位置の軌跡が上昇する過程であり、ステアリングホイール1の位置を上昇させる制御を実行する。90°−α≦θ≦180°及び270°+α≦θ≦360°の領域は把持位置の軌跡が下降する過程であり、ステアリングホイール1の位置を上昇させる。
For example, FIG. 18B shows an example of changing the vertical position when the upper part is held above the 9:15 position at the neutral time. The regions of 0 ° ≦ θ ≦ 90 ° −α and 180 ° ≦ θ ≦ 270 ° + α are processes in which the locus of the gripping position increases, and control for increasing the position of the
また、9時15分位置よりも上部を握って操舵を開始したため、手の持ち替え位置(手の軌跡の最下点)も相対的に上部に位置することとなる。したがって、手の最下点位置(180°操舵位置)の上昇に合わせステアリングホイール1の最上点も基準位置から上昇させる。逆に、操舵開始時に9時15分位置よりも下方を握っていた場合、ステアリングホイール1の最上点は基準位置から下降させる制御を行う。このように制御を行うことで、運転者の把持位置に合わせた最適な上下位置変更を行うことができる。
Further, since the steering is started by grasping the upper part from the 9:15 position, the hand holding position (the lowest point of the hand trajectory) is also relatively located at the upper part. Therefore, the uppermost point of the
(実施例3−2)
図20は、手の軌跡の上下(鉛直)方向位置を一定としない場合のステアリングホイール1上下位置変更例である。疲労感低減のためには、操舵時の手の位置の軌跡が上下方向に変化しないことが望ましい。しかし手の軌跡の上下方向位置を完全に一定させることは現実的でなく、また完全に一定でなくとも変化が小さければ三角筋疲労も少ない。
(Example 3-2)
FIG. 20 is an example of changing the vertical position of the
したがって、実施例3−2では、チルトアクチュエータ12により運転者が疲労感を感じない程度にステアリングホイール1の上下方向位置を変更するものの、手の軌跡の上下方向位置を完全に一定とすることは放棄する。
Therefore, in Example 3-2, although the vertical position of the
手の位置を一定とする制約から解放することで、例えばステアリングホイール1の上下移動を運転者の膝に当たらない程度に抑制したり、上下位置変更周期を変更するなど、疲労感を抑制しつつ設計自由度を向上させることができる。
By releasing from the restriction that the position of the hand is fixed, for example, the
次に、実施例4について説明する。実施例1と基本的な構成は同様であり、実施例4では、ステアリングホイール1の外径形状が楕円形である点で異なる。
Next, Example 4 will be described. The basic configuration is the same as that of the first embodiment, and the fourth embodiment is different in that the outer diameter shape of the
[視界確保の点での従来例と本願実施例の対比]
図21は楕円形のステアリングホイール1'に変更しステアリングシャフト2の軸を固定した比較例を表す図である。また、図22は実施例4におけるステアリングホイール1'の正面図である。視界確保のため、比較例及び実施例4ともにステアリングホイール1'は車幅方向を短軸とする楕円形とされているが、比較例にあっては90°(270°)回転位置付近では長軸が鉛直方向付近に位置し、ステアリングホイール1により視界が妨げられてしまう。
[Contrast between the conventional example and the present embodiment in terms of ensuring visibility]
FIG. 21 is a diagram showing a comparative example in which the
これに対し実施例4では、カム4の作用によりステアリングホイール1は操舵角θに伴って鉛直方向に往復運動し、90°(270°)回転位置において最下点に達する。したがって、楕円形のステアリングホイール1'が回転したとしても鉛直方向最上部の位置は変化せず、長軸が鉛直方向付近に位置する90°(270°)回転位置においても視界が確保される。
In contrast, in the fourth embodiment, the
[実施例4における効果]
ニュートラル時における視界確保のためステアリングホイール1を楕円形とした場合であっても、回転位置によらず鉛直方向最上部の位置を一定とし、常に視界を確保することができる。尚、長軸の上端が必ずしも短軸の上端と一致するように鉛直方向に変化させなくともよく、若干鉛直方向に変化するだけでも視界確保に貢献することは言うまでもない。
[Effects of Example 4]
Even when the
次に、実施例5について、図23〜図32に基づき説明する。実施例5は、運転者と把持位置との相対位置変動を抑制することにより運転者の疲労を低減する点で実施例1〜3と同様である。ステアリングホイールの車両左右方向位置を変更する点で実施例1〜3と異なる。 Next, Example 5 will be described with reference to FIGS. The fifth embodiment is the same as the first to third embodiments in that the fatigue of the driver is reduced by suppressing the relative position fluctuation between the driver and the gripping position. It differs from Examples 1-3 by the point which changes the vehicle left-right direction position of a steering wheel.
[実施例1〜3と実施例5との対比]
実施例1〜3では、ステアリングホイールの鉛直方向上下位置、または車両前後方向位置を変更することによって、運転者と把持位置との相対位置変動を抑制している。
[Comparison between Examples 1 to 3 and Example 5]
In the first to third embodiments, the relative position fluctuation between the driver and the gripping position is suppressed by changing the vertical direction vertical position of the steering wheel or the vehicle longitudinal direction position.
しかし、実施例1のように鉛直方向上下位置を変更した場合、運転者と把持位置との距離が最も遠ざかる操舵角180°での操舵時には、上記相対位置変動の抑制効果代が小さい(図30参照)。 However, when the vertical vertical position is changed as in the first embodiment, the effect of suppressing the relative position fluctuation is small during steering at a steering angle of 180 ° where the distance between the driver and the gripping position is the longest (FIG. 30). reference).
また、実施例2のように車両前後方向位置を変更した場合、ステアリングホイールを車両前後方向で運転者側に近づけることにより上記相対位置変動を抑制しようとするため、操舵角180°での操舵時には、肩、肘関節の屈曲角が増大することによる運転者の疲労増が懸念される(図32参照)。 Further, when the vehicle front-rear direction position is changed as in the second embodiment, the steering wheel is moved closer to the driver side in the vehicle front-rear direction to suppress the relative position fluctuation. There is a concern that the driver's fatigue may increase due to an increase in the flexion angles of the shoulder and elbow joints (see FIG. 32).
そこで、本実施例5の位置変更機構は、上記問題を解決するため、ステアリングホイールの車両左右方向位置を変更する。これにより、特に操舵角80°〜180°での操舵時に、運転者と把持位置との相対位置変動を抑制するとともに肩、肘関節の屈曲角増大を抑制することで、運転者の疲労を低減する。
[概念図]
Therefore, the position changing mechanism of the fifth embodiment changes the position of the steering wheel in the left-right direction in order to solve the above problem. This reduces the driver's fatigue by suppressing the relative position fluctuation between the driver and the gripping position and suppressing the increase in the flexion angle of the shoulder and elbow joints, especially when steering at a steering angle of 80 ° to 180 °. To do.
[Conceptual diagram]
図23、図24は、ステアリングホイール1の左右方向位置変更概念図である。図23は正面図、図24は側面図である。本実施例5ではステアリングシャフト2に位置変更機構40を設け、運転者の操舵に合わせてステアリングホイール1の車両左右方向位置を変更し、操舵時における疲労感を低減する。
[実施例5の構成]
FIG. 23 and FIG. 24 are conceptual diagrams of changing the position of the
[Configuration of Example 5]
図25、図26は、ステアリングニュートラル時(操舵角0°の時)における実施例5の位置変更機構40の基本構成図である。図25は車両左方向正面図であり、図26は車両後方向正面図である。説明のため、直交座標系を設定する。ステアリングシャフト2の軸方向をx軸とし、ステアリングホイール1側を正方向とする。車両前後方向をy軸とし、車両前側を正方向とする。また、車両左右方向をz軸とし、車両左側を正方向とする。
25 and 26 are basic configuration diagrams of the
位置変更機構40は、ステアリングシャフト2、ユニバーサルジョイント41、ウォームギヤ42、スプリング43、第1スプリング台座44、第2スプリング台座45、第1ガイドピン46、および第2ガイドピン47を有している。
The
ステアリングシャフト2は、ユニバーサルジョイント41を介して上部シャフト2aおよび下部シャフト2bに二分割されている。上部シャフト2aは、ユニバーサルジョイント41を支点として、下部シャフト2bに対して一定角度で揺動可能に設けられている。上部シャフト2aのx軸正方向端はステアリングホイール1と接続し、下部シャフト2bのx軸負方向端は図外のステアリングギヤユニットと接続している。
The steering
下部シャフト2bのx軸正方向端には、ウォームギヤ42が設けられている。すなわち、下部シャフト2bのx軸正方向端はウォームシャフト2cとして形成されており、ウォームシャフト2cは、y軸正方向側では第1ウォームホイール420と噛合い、y軸負方向側では第2ウォームホイール421と噛合っている。
A
第1ウォームホイール420と第2ウォームホイール421は、ステアリングシャフト2に関してy軸方向に対称に設けられた同種、同径の歯車である。第1ウォームホイール420の中心軸である第1ホイールシャフト422はz軸方向に延存し、回転可能に車体に固定されている。第2ウォームホイール421の第2ホイールシャフト423も同様である。
The
第1ウォームホイール420のz軸正方向側には、カム424が第1ウォームホイール420と同軸に一体に設けられている。同様に、第1ウォームホイール420のz軸負方向側には、カム426が第1ウォームホイール420と同軸に一体に設けられている。また、第2ウォームホイール421も第1ウォームホイール420と同様であり、その両側にはそれぞれカム425,427が第2ウォームホイール421と同軸に一体に設けられている。カム424〜427の形状および寸法はみな同一である。
A
ステアリングニュートラル時には、z軸正方向側のカム424,425は、ともにy軸正方向側に偏心しており、同位相である。一方、z軸負方向側のカム426,427は、ともにy軸負方向側に偏心しており、同位相である。すなわち、カム424、425の組とカム426,427の組とは互いに対称であり、位相が互いに180度異なる。
During steering neutral, the
上部シャフト2aの軸周りにはスプリング43が設置されている。スプリング43のx軸正方向端は第1スプリング台座44に固定され、x軸負方向端は第2スプリング台座45に固定されている。
A
第1スプリング台座44は、上部シャフト2aの軸周りに設置されており、上記軸周りの回転は拘束されないが、x軸方向の移動は不可能に設けられている。
The
第2スプリング台座45は、第1スプリング台座44に対してx軸負方向側の上部シャフト2aの軸周りに設置されている。
The
第2スプリング台座45は、板状部材をコの字状に折り曲げた形状であり、スプリング43に接続されている支持部451と、支持部451のy軸正方向側に形成された第1揺動部452と、支持部451のy軸負方向側に形成された第2揺動部453とを有している。
The
支持部451は円筒部450を有しており、円筒部450には上部シャフト2aが遊嵌状態で組み付けられている。よって、第2スプリング台座45は、上部シャフト2aの軸周りの回転、および軸方向の移動が可能である。
The
図26に示すように、第2揺動部453はxz平面に対して平行な板状部であり、x軸正方向端で支持部451と接続している。x軸負方向端においては、収納溝455が形成されるとともに、収納溝455のz軸方向両側において第1、第2当接部456,457が形成されている。第1、第2当接部456,457のx軸負方向端は半球状に丸く形成されている。
As shown in FIG. 26, the second
第1当接部456のx軸負方向端はカム425に当接し、第2当接部457のx軸負方向端はカム427に当接している。第2スプリング台座45は、第1スプリング台座44およびスプリング43によってx軸負方向に付勢されており、第1、第2当接部456,457はそれぞれカム425,427に対して、常に一定の力で押し当てられている。
The x-axis negative direction end of the
収納溝455には第2ウォームホイール421のx軸正方向側半分が回転自在に収納されている。収納溝455のz軸方向幅は、第2ウォームホイール421のz軸方向幅よりも大きく設けられており、第2揺動部453がx軸に対して若干傾いた場合であっても第2ウォームホイール421と接することはなく、その回転を妨げない大きさに設けられている。
A half of the
第2揺動部453には、収納溝455のx軸正方向側に、ガイド溝454がx軸正方向に向かって細長く形成されている。ガイド溝454には、y軸方向に延存する第2ガイドピン47の一端が嵌合している。第2ガイドピン47の他端は車体に固定されている。第2ガイドピン47のx軸方向位置は、ユニバーサルジョイント41のx軸方向位置と略同じである。ガイド溝454に第2ガイドピン47が嵌合することにより、第2スプリング台座45の上部シャフト2a軸周りの回転が抑制されている。同時に、第2スプリング台座45が上部シャフト2aに沿って若干移動することが可能となっている。
In the
第2スプリング台座45の第1揺動部452側も、第2揺動部453と同様に設けられている。
[実施例5の作用]
The side of the
[Operation of Example 5]
図27、図28は、位置変更機構40に設けられたカム424〜427の作用により、ステアリングシャフト2の上部シャフト2aが車両左右方向に揺動する状態を示す。図27は、ステアリングホイール1を左に切った時(左方向操舵時)のステアリングシャフト2の状態を示し、図28は、右に切った時(右方向操舵時)の状態を示す。
27 and 28 show a state in which the
図27において、ステアリングホイール1が左方向に操舵されると、ステアリングホイール1の反時計回り方向の回転は、上部シャフト2aおよびユニバーサルジョイント41を介して下部シャフト2bに伝達される。下部シャフト2bの回転は、ウォームギヤ42において回転角、トルクを調整されたうえで、カム424〜427の回転に変換される。
In FIG. 27, when the
すなわち、ウォームシャフト2cの(x軸正方向から見て)反時計回り方向の回転は、第1、第2ウォームホイール420,421の(z軸正方向から見て)反時計回り方向の回転に変換される。このとき、第1、第2ウォームホイール420、421と一体に設けられているカム424〜427も、第1、第2ウォームホイール420、421と同様に回転する。
That is, the rotation of the
第1、第2ウォームホイール420、421が、z軸正方向から見て反時計回り方向に回転角0°〜180°の範囲で回転すると、z軸正方向側では、カム424,425の軸422,423からx軸正方向側外周面までの距離は、ステアリングニュートラル時、すなわち第1、第2ウォームホイール420、421の回転角が0°の時よりも大きくなる。よって、カム424、425のx軸正方向側外周面と当接している第2揺動部453の第1当接部456はx軸正方向側に持ち上げられる。第1揺動部452側も同様である。
When the first and
一方、z軸負方向側では、カム426,427の軸422,423からx軸正方向側外周面までの距離は、ステアリングニュートラル時よりも小さくなる。よって、カム426、427のx軸正方向側外周面と当接している第2揺動部453の第2当接部457は、スプリング43の力によりx軸負方向側に押し下げられる。第1揺動部452側も同様である。
On the other hand, on the z-axis negative direction side, the distance from the
したがって、第2スプリング台座45が、y軸負方向側から見て時計回り方向に傾けられる。それに伴い、第2スプリング台座45の円筒部450に嵌合している上部シャフト2aも、ユニバーサルジョイント41を支点として、y軸負方向側から見て時計回り方向に傾く。よって、ステアリングホイール1の位置が車両右方向に移動(揺動)する。
Accordingly, the
図28の右方向操舵時、すなわちステアリングホイール1を時計回り方向に操舵した時も同様である。ステアリングホイール1の時計回り方向の回転は、位置変更機構40の作用によって、上部シャフト2aの(y軸負方向側から見て)反時計回り方向の傾きに変換される。よって、ステアリングホイール1の位置が車両左方向に移動(揺動)する。
The same applies to the right steering in FIG. 28, that is, when the
以上のように、z軸正方向側のカム424,425の組と、z軸負方向側のカム426,427の組とは互いに対称に配置されているため、左切時と右切時とでステアリングホイール1の揺動を反対方向に切り替える。カムプロファイルを工夫することにより、操舵角に対するステアリングホイール1の揺動角を任意に調整できる。
[実施例5における効果]
As described above, the z-axis
[Effect in Example 5]
図29、図30は、ステアリングホイール1の把持位置から肩関節までの距離を、ステアリングホイール変更機構なし、実施例1(上下方向位置変更)、本実施例5(左右方向位置変更)の三者で対比したものである。
29 and 30 show the distance from the gripping position of the
図29は、9時15分位置握り時のステアリングニュートラル状態(操舵角0°)から、左方向操舵によって操舵角180°の状態に至るまでにおける、右肩関節から右手把持位置までの距離の変動を対比して表す模式図である。図29では、ステアリングホイール1を車両後方向から見ている。図30は、上記距離の変動をグラフで対比して表す。
FIG. 29 shows the change in distance from the right shoulder joint to the right hand gripping position from the steering neutral state (steering
図30に示すように、本実施例5では、操舵角80°〜180°での上記距離の変動が他の2例に対して最も抑制されている。 As shown in FIG. 30, in the fifth embodiment, the variation in the distance at the steering angle of 80 ° to 180 ° is most suppressed as compared to the other two examples.
図31、図32は、両肩関節を結ぶ線と、右手把持位置および右肩関節を結ぶ線とがなす角度を、ステアリングホイール変更機構なし、実施例2(前後方向位置変更)、本実施例5(左右方向位置変更)の三者で対比したものである。 31 and 32 show the angle formed by the line connecting both shoulder joints and the line connecting the right hand grip position and the right shoulder joint, without the steering wheel changing mechanism, Example 2 (front-rear direction position change), this example 5 (right and left direction position change).
図31は、9時15分位置握り時のステアリングニュートラル状態(操舵角0°)から、左方向操舵により操舵角180°の状態に至るまでにおける、両肩関節結線と右手把持位置および右肩関節を結ぶ線とがなす角度の変動を対比して表す模式図である。図31では、ステアリングホイール1を鉛直上方向から見ている。図32は、上記角度の変動をグラフで対比して表す。
FIG. 31 shows both shoulder joint connection, right hand grip position and right shoulder joint from the steering neutral state (steering
図32に示すように、本実施例5は、操舵角80°付近〜180°での角度変動が最も抑制されている。なお、図32において実施例2と本実施例5との比較は、右手把持位置から右肩関節までの距離が等しくなる条件下で計算している。 As shown in FIG. 32, in the fifth embodiment, the angle fluctuation at around the steering angle of 80 ° to 180 ° is most suppressed. In FIG. 32, the comparison between Example 2 and Example 5 is calculated under the condition that the distance from the right hand grip position to the right shoulder joint is equal.
以上のように、本実施例5の位置変更機構40を備えた操舵装置は、運転者の操舵に応じてステアリングホイール1の車両左右方向位置を変更することにより、特に操舵角80°付近〜180°において、運転者と把持位置との相対位置変動を抑制するとともに肩、肘関節の屈曲角増大を抑制する。したがって、運転者の疲労を低減することができる、という効果を有する。
As described above, the steering apparatus including the
(他の実施例)
以上、本発明の操舵装置を実施例1ないし実施例5に基づき説明してきたが、具体的な構成についてはこれらに限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り設計の変更や追加等は許容される。
(Other examples)
As mentioned above, although the steering apparatus of this invention has been demonstrated based on Example 1 thru | or Example 5, it is not restricted to these about specific structures, The summary of the invention which concerns on each claim of a claim Design changes and additions are allowed without departing.
例えば、実施例1と実施例2ではそれぞれステアリングホイール1の鉛直上下方向位置、車両前後方向位置のみを変更したが、実施例1と2を組み合わせることにより鉛直上下方向位置と車両前後方向位置を同時に変更することとしてもよい。
For example, in the first and second embodiments, only the vertical vertical position and the vehicle longitudinal direction position of the
また、実施例5では、ステアリングホイール1の操舵角に基づき、カム等を用いて機械的にステアリングホイール1の左右方向位置を変更したが、操舵角に基づきアクチュエータを用いて制御的に左右方向位置を変更することとしてもよい。
In the fifth embodiment, the horizontal position of the
1 ステアリングホイール
2 ステアリングシャフト
2a 上部シャフト
2b 下部シャフト
2c ウォームシャフト
3 支点
4 カム
5 台座
6 なぞられ板
7 なぞり棒
8 ガイドレール
10 チルト機構
11 チルトアクチュエータコントローラ
12 チルトアクチュエータ
13 ウォームギヤ
14 ウォームホイール
20 テレスコ機構
21 テレスコアクチュエータコントローラ
22 テレスコアクチュエータ
23 ピニオン
24 ラック
30 目標値演算コントローラ
40 位置変更機構
41 ユニバーサルジョイント
42 ウォームギヤ
43 スプリング
44 第1スプリング台座
45 第2スプリング台座
420 第1ウォームホイール
421 第2ウォームホイール
424〜427 カム
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記位置変更手段は、ステアリングホイールの鉛直方向上下位置を変更することを特徴とする操舵装置。 The steering apparatus according to claim 1, wherein
The steering apparatus according to claim 1, wherein the position changing means changes the vertical position of the steering wheel in the vertical direction.
前記位置変更手段は、ステアリングホイールの車両前後方向位置を変更することを特徴とする操舵装置。 The steering apparatus according to claim 1 or 2,
The position changing means changes the position of the steering wheel in the longitudinal direction of the vehicle.
前記位置変更手段は、運転者がステアリングホイールを切り増したときは、鉛直方向上下位置を下方に変更することを特徴とする操舵装置。 The steering apparatus according to any one of claims 1 to 3,
The position changing means changes the vertical vertical position downward when the driver increases the steering wheel.
前記位置変更手段は、運転者がステアリングホイールを切り増したときは、車両前後方向位置を後方に変更することを特徴とする操舵装置。 The steering apparatus according to any one of claims 1 to 4,
The position changing means changes the position in the vehicle front-rear direction to the rear when the driver increases the steering wheel.
前記ステアリングホイールを、直進時に短軸方向が上向きとなる楕円形状としたことを特徴とする操舵装置。 The steering apparatus according to any one of claims 1 to 5,
A steering apparatus characterized in that the steering wheel has an elliptical shape in which the minor axis direction is upward when going straight.
前記位置変更手段は、ステアリングホイールの車両左右方向位置を変更することを特徴とする操舵装置。 The steering apparatus according to claim 1, wherein
The position changing means changes the position of the steering wheel in the left-right direction of the vehicle.
When the driver steers the steering wheel, the steering wheel position is changed so as to suppress relative fluctuation between the driver and the gripping position without changing the steering wheel gripping position of the driver. Steering device.
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