JP2010169414A - 操舵力検出装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】センサ部分のステアリングホイールへの取り付け状態を安定化させて測定精度を高める。
【解決手段】ステアリングホイール1にセンサ本体17を取り付け、センサ本体17の外周側に、操作者が掴んでステアリングホイール1に対する回転操作力を入力する入力グリップ43を取り付ける。センサ本体17は、入力グリップ43へ入力される操作力の伝達を受けて歪みを発生する起歪部57,59を備え、起歪部57,59の歪みに基づきステアリングホイール1の操舵力を検出する。センサ本体17はほぼU字形状を呈してその開口側に連結アーム25を取り付ける。連結アーム25に取り付けたねじ部材25をねじ込むことで、このねじ部材25の先端及び、センサ本体17の湾曲部19に設けた複数の押圧ピン37の先端を、ステアリングホイール1に押し付けて固定する。
【選択図】図1

Description

本発明は、ステアリングホイールを回転操作したときの操舵力を検出する操舵力検出装置に関する。
ステアリングホイールの回転操作力を検出する装置として、ステアリングホイールの回転操作時に歪みが発生するセンサ部分となる起歪部を、内部スリーブ及び外部スリーブを介してステアリングホイールに取り付けたものが知られている(下記特許文献1参照)。
内部スリーブ及び外部スリーブは、いずれも半円筒形状の部材を一対組み合わせて円筒形状としてあり、ステアリングホイールを挟み込むようにして取り付けてある。その際、起歪部は、一端を内部スリーブの一対の半円筒形状部材の端部相互間に固定する一方、他端を外部スリーブの一対の半円筒形状部材の端部相互間に固定している。そして、この状態で操作者は、外部スリーブを掴んでステアリングホイールを回転させることで、そのときの操作力が起歪部に伝達される。
特開2008−164421号公報
ところで、上記した従来の装置では、センサ部分(起歪部)をステアリングホイールに取り付ける際に、一対の半円筒形状部材を組み合わせて円筒形状とした内部スリーブを、ステアリングホールに巻き付けるようにして取り付けてある。このため、外部スリーブから起歪部を経て内部スリーブに操作力を入力させたときに、内部スリーブの内面とステアリングホイールの外面との間で滑りが生じる恐れがあって取り付け状態が不安定であり、したがって測定精度が不充分となっている。
そこで、本発明は、センサ部分のステアリングホイールへの取り付け状態を安定化させて測定精度を高めることを目的としている。
本発明は、入力部材からの操作力伝達により歪みを発生する起歪部を備えるセンサ本体を、ステアリングホイールの操作時での回転方向に沿う一部の外周部を覆うように取り付け、この取り付けた外周部の周方向に沿う少なくとも3箇所に対し、固定手段を用いてステアリングホイールを挟持するようにしてセンサ本体を固定したことを特徴とする。
本発明によれば、センサ本体のステアリングホイールへの取り付け状態が安定化するので、操作者が入力部材を掴んでステアリングホイールを回転操作したときの操舵力の測定精度を高めることができる。
本発明の第1の実施形態を示す図2の拡大されたA−A断面図である。 図1のセンサブロックを取り付けたステアリングホイールの正面図である。 センサ本体の図1の上方から見た平面図である。 ステアリングホイールの操作力と操作角との相関図である。 本発明の第2の実施形態に係わり、(a)は図1に対応する断面図、(b)は図3に対応する平面図である。 本発明の第3の実施形態に係わり、(a)は図2に対応するステアリングホイールの正面図、(b)は図1に対応する断面図である。 ジャイロセンサを設けた例の制御ブロック図である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態を示す図2の拡大されたA−A断面図で、図2に示すようにステアリングホイール1のリング状のリム部3の円周方向2箇所にセンサブロック5,7を取り付けている。これら各センサブロック5,7は、ステアリングホイール1を備えた自動車の運転時に、操作者である運転者がステアリングホイール1を両手で把持する部位にほぼ対応する位置、すなわちステアリングホイール1の中心のボス部9から左右に延びるスポーク部11,13の近傍位置に取り付けてある。
なお、ステアリングホイール1は、上記した左右に延びるスポーク部11,13のほか下方に延びるスポーク部15を備え、ボス部9から図2中で紙面裏側に向けて延びる図示しないステアリングシャフトをステアリングコラムに回転可能に取り付けている。
上記した各センサブロック5,7は、基本的な構成が同一であるので、以後は、図2のA―A断面図として示してある図1のセンサブロック5について主として説明する。
図1に示すように、センサブロック5は、断面ほぼU字形状を呈するセンサ本体17を備えている。センサ本体17は、例えばアルミニウム製としてあり、リム部3の外側のほぼ半周分を覆う断面円弧形状の湾曲部19と、湾曲部19の図1中で上下両端部から互いにほぼ平行な状態でステアリングホイール1の図1中で右側に位置する回転中心部側に向けて延びる一対の連結部21,23とを備えている。
すなわち、上記したセンサ本体17は、ステアリングホイール1の回転中心部から見て外側を覆う湾曲部19を備える断面ほぼU字形状を呈し、前記湾曲部19の両端からステアリングホイール1の回転中心部に向けてそれぞれ延設される一対の連結部21,23を設けていることになる。
ここで、図1中で上部に位置する一方の連結部21は、操作者がステアリングホイール1(センサブロック5,7)を掴んだ状態での操作者側の表面側に位置しており、この連結部21は、その裏側に位置する連結部23よりも長く形成している。そして、これら各連結部21,23相互は、連結アーム25により互いに連結している。
連結アーム25は、図1中で紙面に直交する方向の幅を、センサ本体17の同幅より狭く形成し、該センサ本体17の幅方向中央位置にて連結している。この連結アーム25は、図1中の下部の一端を、連結ピン27を介して連結部23に回転可能に連結し、同上部の他端を、連結部21のボルト挿入孔21aから挿入する連結ボルト29によってねじ孔25aに締結して連結固定する。
図1の連結状態では、連結部21の連結面21bを緩やかな凹状の曲面とする一方、連結アーム25の連結面25bを緩やかな凸状の曲面とし、これら各連結面21b,25b相互を密接した状態としている。これら各連結面21b,25bは、連結ピン27の回転中心を中心とした円弧面を形成しており、したがって連結アーム25を、連結ピン27を中心として回転させることで、図1の連結状態と、連結アーム25の連結面25bが連結部21の連結面21bから離反した非連結状態とに変位させることが可能である。
また、連結アーム25の連結面25bには、ねじ孔25aより奥側(図1中で左側)に、スプリング31を収容するスプリング収容穴25cを設けている。スプリング31は、その一端をスプリング収容穴25cの底部に固定し、他端に鋼球33を取り付けて、この鋼球33の一部を、連結部25の連結面21b側に設けてある凹部21cに入り込ませている。凹部21cに鋼球33をスプリング31によって押し付けて入り込ませることで、連結ボルト29の締結前の状態で、連結アーム25を連結部21に対して仮止めすることになる。
そして、連結アーム25の長手方向(図1中で上下方向)ほぼ中央部には、ステアリングホイール1のリム部3に向けて外部から貫通するねじ孔25dを形成し、このねじ孔25dにピン部材としてのねじ部材35をねじ込んでいる。ねじ部材35は、その全長にわたり外周にねじ部35aを形成してあり、先端にはリム部3に押し付ける押圧部37を備え、基端側には図示しない工具を挿入して回転させる工具挿入孔35bを設けている。なお、上記したねじ部材35による押し付け方向は、リム部3の図1に示す断面形状の中心Pに指向している。
また、上記したねじ部材35に対しリム部3の反対側に位置するセンサ本体17の湾曲部19には、リム部3の中心Pから図1中で上下方向にずれた位置に、ピン部材としての押圧ピン37を取り付けている。押圧ピン37は、図1のように上下一対設けたものを、ねじ部材35に対して図1中で紙面表側及び裏側に直交する方向(正確にはリム部3の湾曲形状に沿った方向となる)にそれぞれずれた位置に設定してあり、全部で4本設けてある。すなわち、押圧ピン37は、ステアリングホイール1の操作時での回転方向に沿って複数設けていることになる。
なお、上記押圧ピン37は、ステアリングホイール1の操作時での回転方向に沿って複数設ける代わりに、上記回転方向に沿って長い押圧部材を設けるようにしてもよい。したがって、この場合には、センサ本体17を、ステアリングホイール1の操作時での回転方向に沿う一部の外周部を覆うように取り付け、この取り付けた外周部の周方向(図1のリム部3の断面形状における周方向)に沿う少なくとも3箇所に対し、上記2個の押圧部材と1本のねじ部材35とを用いてステアリングホイール1を挟持するようにして固定することになる。
上記した各押圧ピン37は、その軸部37aを湾曲部19に形成した固定孔19aに挿入固定し、軸部37aの一方の端部をリム部3側に突出させてその突出端部に押圧部37bを形成している。押圧部37bは、先端を凸状の曲面としてあり、この凸状の曲面をリム部3に押圧している。押圧ピン37による押圧方向は、リム部3の中心Pと、リム部3外周のねじ部材35に押圧される部位との間の点Qに指向している。
したがって、センサ本体17は、連結アーム25に設けた1本のねじ部材35と、センサ本体17の湾曲部19に設けた4本の押圧ピン37との全部で5点によって、ステアリングホイール1のリム部3の外周部を押し付けることで固定している。この固定状態で、リム部3の外周とセンサ本体17及び連結アーム25との間には、隙間39及び41を形成している。
なお、上記した連結アーム25及びねじ部材35と押圧ピン37とで固定手段を構成している。したがって、複数の固定手段のうちの1つは、センサ本体17の連結部21,23に対して着脱可能となるよう連結する連結アーム25を備えていることになる。
図3は、上記したセンサ本体17の図1の上方から見た平面図で、連結部21のほぼ中央部に、図1に示す入力グリップ43を取り付けるためのねじ孔21dを設けている。同様にして図1における下部の連結部23にも、入力グリップ43を取り付けるためのねじ孔23aを設けている。これら各ねじ孔21d,23aは、図1中でリム部3の中心Pの上下両側に位置し、かつ各ねじ孔21d,23aの中心と中心Pとは同一直線上に位置している。なお、図3では、入力グリップ43を仮想線(二点鎖線)で示している。
入力グリップ43は、操作者が掴んでステアリングホイール1に対する回転操作力を入力する入力部材を構成するもので、例えば樹脂で構成してあり、センサ本体17の連結部21先端付近を除く外側全体をほぼ覆うように、センサ本体17とほぼ同形状としている。すなわち、入力グリップ43は、湾曲部19の外周面にほぼ接触した状態の断面円弧形状の曲面部45と、曲面部45の図1中で上下両端から連結部21,31の外側を覆うようにして互いに平行な状態で延びる平面固定部47,49とを備えて断面ほぼU字形状を呈している。なお、入力グリップ43の曲面部45には、その曲面形状に沿ってスリット45aを設けている。
そして、上記入力グリップ43の平面固定部47,49に設けてあるボルト挿入孔47a,49aに固定ボルト51,53をそれぞれ挿入し、該固定ボルト51,53を前記した連結部21,32の各ねじ孔21d,23aにそれぞれ締結することで、入力グリップ43をセンサ本体17に固定する。
ここで、図1の下部の平面固定部49は、センサ本体17の連結部23のほぼ全体を覆っているが、上部の平面固定部47は、連結アーム25を連結するためのボルト挿入孔21aよりも湾曲部19側に位置して、連結部21のほぼ半分を覆う形状としている。
上記入力グリップ43の平面固定部47に対向する部分のセンサ本体17の連結部21の一部は、ねじ孔21d周囲の円形のボス部21fの外側に切欠面21eを形成してやや薄肉としてあり、該切欠面21eと平面固定部47との間に図示しない隙間を形成している。なお、ボス部21fは平面固定部47に接触する部分である。そして、上記図示しない隙間に対応する切欠面21eの薄肉部の一部位に、図3に示すように一対の起歪部57,59を形成している。
起歪部57,59は、入力ブリップ43へ入力された操作力が伝達されて歪みを発生するもので、図3中でボス部21fの上下両側に位置し、かつ、図1中のリム部3の中心Pの上方に位置している。すなわち、図1中で中心Pを通る上下方向に延びる直線上に起歪部57,59の中心が位置している。
このような起歪部57,59は、図1中で下部の平面固定部49側にも同様に設けてあり、これら上下の起歪部57,59の中心は、図1中で中心Pを通る上下方向に延びる直線上に位置している。
上下の各起歪部57,59は、切欠面21eを形成した薄肉部及びボス部21fを備える可動部61と、可動部61の外側の固定部63とを互いに連結する連結部分に相当する。すなわち、可動部61は、起歪部57,59を介して固定部63に一体化しており、可動部61の外周縁は、周囲の切欠開口65,67により固定部63の内周縁に対して離間している。
切欠開口65は、ボス部21fの周囲のほぼ半分に対応する部位に形成してあり、起歪部57,59に隣接する長孔形状の長孔開口65a,65bと、これら長孔開口65a,65b相互をボルト挿入孔21a側で連続させる円弧形状のスリット開口65cとを備えている。
一方、切欠開口67は、起歪部57,59を境にして上記長孔開口65a,65bと反対側に位置する長孔形状の長孔開口67a,67bと、長孔開口67a,67bに一端が連続する直線状のスリット開口67c,67dとを備えている。このスリット開口67c,67dは、図1中で上下の連結部21,23に設けたもの同士が互い連続して図3の平面視で同一直線状に位置している。
また、可動部61におけるボス部21fを境にして前記スリット開口65cと反対側には、ほぼ半円形状の大きな開口67eを形成してあり、この開口67eは、図1中で上下の連結部21,23に設けたもの同士が互い連続している。
上記した起歪部57,59の例えば固定部63側近傍の外側面には、歪みゲージ69を装着している。歪みゲージ69は、起歪部57,59の歪みを検出する歪み検出部を構成している。歪みゲージ69の出力は、センサ本体17の適宜位置に配線してある図示しないブリッジ回路に接続し、ブリッジ回路からの出力は、図2に示すように、信号線としての出力ケーブル71を介してアンプ73が取り込む。アンプ73は、歪みゲージ69の出力信号を受けてステアリングホイール1の操舵力(トルク)を算出する操舵力算出部を含んでおり、車体側のステアリングコラムに着脱可能に取り付けている。
出力ケーブル71は、ステアリングホール1を操舵力測定時に際して必要な量(角度)回転させたときに、追随可能な長さに設定してあり、この出力ケーブル71のセンサ本体17側の接続部となるコネクタ75は、センサ本体17側に強磁性体部分を設けてマグネット77により着脱可能に取り付けている。
上記した出力ケーブル71及びコネクタ75については、図2に示してある他のセンサブロック7についても同様である。
次に、作用を説明する。操作者は左手でセンサブロック5を、右手でセンサブロック7を、それぞれ手のひらで包み込むようにして、入力グリップ43のみを掴む。このとき親指を入力グリップ43の平面固定部47に載せ、その他の人差し指など他の指は反対側の平面固定部49に載せる。
この状態で、操作者がステアリングホイール1を左右いずれかの方向に回転させる際に、この回転操作力が、入力グリップ43からセンサ本体17との接続部である固定ボルト51,53を介してセンサ本体17の可動部61に伝達され、さらに起歪部57,59を経てセンサ本体17の固定部63に伝達される。
固定部63に伝達された回転操作力は、固定手段である連結アーム25及びねじ部材35と押圧ピン37を介してステアリングホイール1のリム部3に伝達され、これによりステアリングホイール1が回転する。
上記した回転操作力が伝達される過程で、起歪部57,59が歪むことになるが、この歪みは歪みゲージ69が検出し、歪みゲージ69の検出信号はブリッジ回路から出力ケーブル71を経てアンプ73に入力されて操舵力(トルク)を算出することになる。算出した操舵力データは後述する図7に示す制御装置79が取り込んで、例えば図4に示すように、操作(舵)力(N)と操作角(°)との関係において、操作力が変動分ΔFの許容範囲内に収まっているかどうかを判定した後、表示するなどしてデータ出力する。
なお、ステアリングホイール1の操作角(回転角度)の測定については、後述するジャイロセンサ81(図5)を利用すればよい。
また、ステアリングホイール1を大きく回転させる必要がある場合には、アンプ73を、回転するステアリングホイール1側の例えばボス部9に取り付けるとともに、アンプ73に送信機を搭載し、車体側に受信機能を備えた制御装置79を配置する。
本実施形態によれば、センサ本体17を、ステアリングホイール1の操作時での回転方向に沿う一部の外周部を覆うように配置して、4本の押圧ピン37と1本のねじ部材35によってステアリングホイール1のリム部3を挟持するようにして固定しているので、センサ本体17のリム部3への取り付け状態を安定化させることができる。これにより、操作者が入力グリップ43を掴んでステアリングホイール1を回転操作したときに、センサ本体17のステアリングホイール1に対するずれを抑制し、操舵力の測定精度を高めることができる。
その際、本実施形態では、センサ本体17を、車両運転時に実際に使用するステアリングホイール1に取り付けた状態で測定を行うので、ステアリングホイール1を取り外して測定専用のステアリングホイールを使用することなく、容易にかつ正確に操舵力を測定することができる。
また、上記操舵力測定時にステアリングホイール1を回転させる際には、起歪部57,59を覆っている入力グリップ43を掴むことになるので、操作者の指が起歪部57,59に触れることなく正確な測定が可能となる。
また、本実施形態では、押圧ピン37をステアリングホイール1の操作時での回転方向に沿って複数設けているので、センサ本体17のリム部3への取り付け状態をより安定化させることができる。
また、本実施形態では、センサ本体17は、ステアリングホイール1の回転中心部から見て外側を覆う湾曲部19を備える断面ほぼU字形状を呈し、この湾曲部19の両端からステアリングホイール1の回転中心部に向けてそれぞれ延設される一対の連結部21,23を設け、この連結部21,23に対して着脱可能となるよう連結する連結アーム25を設けて固定手段としている。このため、センサ本体17をステアリングホイール1のリム部3を覆うように装着した状態で、連結アーム25によってセンサ本体17をリム部3に容易かつ確実に固定することができる。
また、上記した連結アーム25にピン部材であるねじ部材35をねじ込むことにより、ねじ部材35と押圧ピン37とでステアリングホイール1のリム部3を挟み込むようにして固定することができる。
また、本実施形態では、起歪部57,59の歪みを検出する歪みゲージ69の出力信号を受けてステアリングホイール1の操舵力を算出するアンプ73と歪みゲージ69とを出力ケーブル71により互いに接続し、この出力ケーブル71の歪みゲージ69側のコネクタ75を、マグネット77を介してセンサ本体17に着脱可能に取り付けている。
このため、ステアリングホイール1を例えば急回転させたときや、大きく回転させたときなどに、マグネット77の吸着状態が外れてコネクタ75がセンサ本体17から外れることになり、出力ケーブル71の断線などの破損を抑えることができる。
図5は、本発明の第2の実施形態を示している。この実施形態は、センサ本体17の連結部21の先端にジャイロセンサ81を装着してステアリングホイール1回転の角(操舵角)を測定している。ジャイロセンサ81で測定した回転角は、ステアリングホイール1を回転させた角度に、この回転によって車両が旋回した角度が加算される。
このため、車体側の例えば前記した第1の実施形態におけるアンプ73内に別のジャイロセンサ83(図7参照)を設置し、ジャイロセンサ81で測定した回転角から、車体側のジャイロセンサ83で測定した回転角を差し引くことで、ステアリングホイール1の回転角(絶対操舵角)を正確に測定することができる。
なお、車体側のジャイロセンサ83は、上記車体側に設けたアンプ73内のようにステアリングコラムにより近い位置に設置したり、あるいは複数設けることで、車両旋回分をより正確に測定することができる。
ジャイロセンサ81によってステアリングホイール1の回転角を測定することで、操舵力だけでなく、操舵角についても、ステアリングホイール1を取り外すことなく、容易にかつ正確に測定することができる。
図6は、本発明の第3の実施形態を示している。この実施形態は、前記図2に示した第1の実施形態に対し、2つのセンサブロック5,7のうちの一方の例えばセンサブロック7に、操作ノブ85を取り付けている。操作者が操作ノブ85を掴んでステアリングホイール1を回転させることで、操舵力や操舵角を測定する。
この実施形態では、操作ノブ85を掴んでステアリングホイール1を回転させるので、特にステアリングホイール1を大きく回転させるときの操作性が向上する。
図7は、前記ジャイロセンサ81,83を設けた例の制御ブロック図であり、歪みゲージ69及びジャイロセンサ81,83で測定した各データを、アンプ73を通して有線もしくは無線により制御装置79に送信して操舵力及び操舵角が算出される。
したがって、上記した制御装置79は、ステアリングホイール1の操舵力を算出する操舵力算出部を含むとともに、ステアリングホイール1の絶対操舵角を検出する操舵角算出部を含んでいる。
なお、上記した各実施形態では、2つのセンサブロック5,7を設けているが、センサブロック5,7のうちいずれか1つを設ける構成でもよい。
1 ステアリングホイール
17 センサ本体
19 センサ本体の湾曲部
21,23 センサ本体の連結部
25 連結アーム(固定手段)
35 ねじ部材(ピン部材,固定手段)
37 押圧ピン(ピン部材,固定手段)
43 入力グリップ(入力部材)
57,59 センサ本体の起歪部
69 歪みゲージ(歪み検出部)
71 出力ケーブル(信号線)
75 コネクタ(接続部)
77 マグネット
79 制御装置(操舵力算出部,操舵角算出部)
81,83 ジャイロセンサ

Claims (6)

  1. ステアリングホイールの外周部にセンサ本体を取り付けるとともに、このセンサ本体の外周側に、操作者が掴んでステアリングホイールに対する回転操作力を入力する入力部材を取り付け、前記センサ本体は、前記入力部材へ入力された操作力が伝達されて歪みを発生する起歪部を備え、この起歪部の歪みに基づきステアリングホイールの操舵力を検出する操舵力検出装置であって、前記センサ本体を、前記ステアリングホイールの操作時での回転方向に沿う一部の外周部を覆うように取り付け、この取り付けた外周部の周方向に沿う少なくとも3箇所に対し、固定手段を用いて前記ステアリングホイールを挟持するようにして前記センサ本体を固定したことを特徴とする操舵力検出装置。
  2. 前記固定手段は、前記ステアリングホイールの外周部に押し付けた状態で固定するピン部材を有し、このピン部材を前記ステアリングホイールの操作時での回転方向に沿って複数設けたことを特徴とする請求項1に記載の操舵力検出装置。
  3. 前記センサ本体は、前記ステアリングホイールの回転中心部から見て外側を覆う湾曲部を備える断面ほぼU字形状を呈し、前記湾曲部の両端から前記ステアリングホイールの回転中心部に向けてそれぞれ延設される一対の連結部を設け、前記複数の固定手段のうちの1つは、前記連結部に対して着脱可能となるよう連結する連結アームを備えていることを特徴とする請求項1または2に記載の操舵力検出装置。
  4. 前記連結アームに設けた前記ピン部材をねじ部材としたことを特徴とする請求項3に記載の操舵力検出装置。
  5. 前記起歪部の歪みを検出する歪み検出部を前記起歪部近傍に設け、前記歪み検出部の出力信号を受けて前記ステアリングホイールの操舵力を算出する操舵力算出部と、前記歪み検出部とを信号線により互いに接続し、この信号線の前記歪み検出部側の接続部を、マグネットを介して前記センサ本体に着脱可能に取り付けたことを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の操舵力検出装置。
  6. 前記センサ本体に前記ステアリングホイールの操舵角を検出するジャイロセンサを設け、車体側には車両の旋回角度を検出するジャイロセンサを設け、これら各ジャイロセンサの出力信号に基づいて、前記ステアリングホイールの絶対操舵角を検出する操舵角算出部を設けたことを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載の操舵力検出装置。
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