JP4452966B2 - 操舵装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、とくに身体障害者による利用に適した操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
健常者用の通常の車両を身体障害者の利用に供する場合には、ステアリングシステムの大幅な改造が必要である。しかも、障害部位は一様ではないから、個々の身体障害者の障害部位に応じたシステムを設計しなければならない。たとえば、片手ハンドル用操作機構のような特殊な操作機構を装備する必要がある。したがって、改造および装備に多大な費用を要するのが現状である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、この発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、身体障害者の利用に供する場合に、障害部位を問わずに適用でき、したがって汎用性があるとともに、改造等に多大な費用を要することもない操舵装置を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、電動モータ（１３）からステアリング機構（１）に操舵力を与える操舵装置であって、運転者の身体の右側部位に装着されて当該右側部位の筋電位を検出する右側筋電位検出手段（２１）と、運転者の身体の左側部位に装着されて当該左側部位の筋電位を検出する左側筋電位検出手段（２２）と、上記右側筋電位検出手段および左側筋電位検出手段の出力に基づいて上記電動モータを駆動制御するモータ制御手段（３０，３１，３１Ｂ）とを含むことを特徴とする操舵装置である。なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
【０００５】
この構成によれば、運転者の身体の右側部位および左側部位に右側筋電位検出手段および左側筋電位検出手段をそれぞれ装着しておくことにより、これらの右側筋電位検出手段および左側筋電位検出手段の装着部位に加えられた筋力に応じて、ステアリング機構に右方向操舵力または左方向操舵力を与えることができる。
筋電位センサ等の筋電位検出手段は、一般に、身体表面の手、腕、足等のあらゆる部位に貼り付けるなどして装着することができる。したがって、この装置を身体障害者の利用に供するときには、障害部位に応じた適切な装着箇所を選択して、右側筋電位検出手段および左側筋電位検出手段を装着すればよい。それゆえ、この操舵装置は、身体障害者の障害部位によらずに、また、ステアリングシステムの大幅な改造を伴うことなく、適用が可能である。したがって、身体障害者の利用に供する場合に、汎用性に優れ、かつ、改造および装備の費用が多大になることもない操舵装置を実現できる。
【０００６】
請求項２記載の発明は、操舵のための操作部材（２）に加えられた操作量を検出する操作量検出手段（１０）をさらに含み、上記モータ制御手段は、上記操作量検出手段によって検出された操作量に基づいて上記電動モータを駆動することによって上記ステアリング機構に操舵力（操舵補助力）を与える第１制御モードと、上記右側筋電位検出手段および左側筋電位検出手段の出力に基づいて上記電動モータを駆動することによって上記ステアリング機構に操舵力を与える第２制御モードとの間で、制御モードの切換えが可能なものである（３０，３１，３１Ａ，３１Ｂ）ことを特徴とする請求項１記載の操舵装置である。
【０００７】
この発明によれば、健常者が運転する場合には、モータ制御手段の制御モードを第１制御モードとしておくことによって、操作部材に加えられた操作量に応じた操舵力（操舵補助力）がステアリング機構に与えられる。たとえば、操作部材と車両を転舵させるためのステアリング機構とが機械的に連結されている場合には、操作部材に加えられた操作量（たとえば操舵トルク）に応じた操舵補助力を電動モータからステアリング機構に与えることにより、運転者の操舵負担を軽減することができる。すなわち、この場合には、操舵装置は、いわゆる電動パワーステアリング装置として機能することになる。
【０００８】
その一方で、モータ制御手段の制御モードを第２制御モードとしておけば、右側および左側筋電位検出手段の出力に基づく電動モータの制御が行われるから、身体障害者等による車両の操舵が可能になる。このようにして、第１制御モードおよび第２制御モードを適切に切り換えることによって、健常者と身体障害者とで同一の車両を共用することができる。
上記モータ制御手段の制御モードを上記第１制御モードと第２制御モードとの間で切り換えるために、上記操舵装置には、モード切換スイッチ等のモード切換手段（４０）が備えられていることが好ましい。
【０００９】
請求項３記載の発明は、上記モータ制御手段の制御モードが上記第２制御モードであるときに、上記操作量検出手段が所定値以上の操作量を検出したことに応答して、上記制御モードを上記第２制御モードから上記第１制御モードへと自動的に切り換える制御モード自動切換手段（３１）をさらに含むことを特徴とする請求項２記載の操舵装置である。
この構成によれば、第２制御モードのときに操作部材に大きな操作量の操作が加えられた場合に、第１制御モードへの自動切換えが行われる。したがって、たとえば、第２制御モードを設定して身体障害者による運転が行われている場合であっても、助手席の乗員が操作部材を操作することによって、緊急避難操舵などを行うことができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の操舵装置の一実施形態としての電動パワーステアリング装置の基本的な構成を示す概念図である。この電動パワーステアリング装置は、車両のステアリング機構１に関連して設けられ、このステアリング機構１に操舵補助力を与えるための装置である。
【００１１】
ステアリング機構１は、運転者によって操作される操作部材であるステアリングホイール２と、このステアリングホイール２に連結されたステアリング軸３と、ステアリング軸３の先端に設けられたピニオン４と、ピニオン４に噛合するラックギヤ部５ａを有し、車両の左右方向（車幅方向）に延びたラック軸５とを備えている。ラック軸５の両端には、タイロッド６がそれぞれ結合されており、このタイロッド６は、それぞれ、操舵車輪としての前左右輪ＦＬ，ＦＲを支持するナックルアーム７に連結されている。ナックルアーム７は、キングピン８まわりに回動可能に設けられている。
【００１２】
この構成により、ステアリングホイール２が操作されてステアリング軸３が回転されると、この回転が、ピニオン４およびラック軸５によって、車両の左右方向に沿う直線運動に変換される。この直線運動は、ナックルアーム７のキングピン８まわりの回動に変換され、これによって、前左右輪ＦＬ，ＦＲの転舵が達成される。
ステアリング軸３は、ステアリングホイール２に連結された入力軸３Ａと、ピニオン４に連結された出力軸３Ｂとに分割されている。入力軸３Ａと出力軸３Ｂとは、ステアリングホイール２に加えられた操舵トルクの方向および大きさに応じてねじれを生じるトーションバー９によって結合されている。このトーションバー９に関連して、入力軸３Ａと出力軸３Ｂとの相対角変位を検出することによって、操舵トルクＴの方向および大きさを検出するトルクセンサ１０が配置されている。
【００１３】
出力軸３Ｂまたはラック軸５には、減速機構１２を介して電動モータ１３が結合されている。すなわち、電動モータ１３が発生するトルクは、減速機構１２によって所定の減速比で減速されて、ステアリング機構１に伝達されるようになっている。
この実施形態に係る電動パワーステアリング装置には、身体障害者による操舵入力手段として、運転者である身体障害者の身体の右側部位に装着される（たとえば、貼り付けられる）右側筋電位センサ２１と、同じく当該身体障害者の身体の左側部位に装着される（たとえば、貼り付けられる）左側筋電位センサ２２とが備えられている。すなわち、この電動パワーステアリング装置が搭載された車両を身体障害者が運転するときには、右側筋電位センサ２１および左側筋電位センサ２２を運転者の身体の右側部位および左側部位にそれぞれ装着し、各装着部位に運転者の意思によって筋力を加えることにより、車両の操舵を行うことができる。
【００１４】
より具体的には、電動モータ１３を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０には、右側筋電位センサ２１および左側筋電位センサ２２が、ケーブル２３，２４を介してそれぞれ接続されている。そして、右側筋電位センサ２１および左側筋電位センサ２２の出力信号に基づいて、電子制御ユニット３０が電動モータ１３を駆動制御することにより、ラック軸５が車幅方向に駆動され、これによって車輪ＦＬ，ＦＲの転舵が達成される。
【００１５】
電子制御ユニット３０は、マイクロコンピュータを備えた制御部３１と、電動モータ１３を駆動するための駆動回路３２と、電動モータ１３に実際に流れる電流（モータ電流）を検出するための電流検出回路３３と、右側筋電位センサ２１および左側筋電位センサ２２の出力信号をそれぞれ増幅する増幅器３６，３７と、増幅後の信号をそれぞれ包絡線波形に変換する包絡線処理回路３４，３５とを備えている。制御部３１は、たとえば内蔵のプログラムＲＯＭに格納された所定のプログラムをコンピュータが実行することによってその機能が実現されるアシスト制御部３１Ａおよび操舵制御部３１Ｂを備えている。
【００１６】
制御部３１には、たとえば運転席近傍に設けられた制御モード切換スイッチ４０が接続されていて、アシスト制御部３１Ａまたは操舵制御部３１Ｂのいずれか一方の働きによって電動モータ１３の駆動制御が行われるようになっている。換言すれば、制御モード切換スイッチ４０により、アシスト制御部３１Ａによる第１制御モードと、操舵制御部３１Ｂによる第２制御モードとの間で、制御部３１の制御モードが切り換えられる。
【００１７】
アシスト制御部３１Ａは、ステアリングホイール２を用いて車両の操舵を行う場合に制御モード切換スイッチ４０によって選択される第１制御モードのための制御を行う。より具体的には、アシスト制御部３１Ａは、トルクセンサ１０によって検出される操舵トルクおよび車速センサ１５によって検出される車速に基づき、電動モータ１３のための目標電流値を定め、電流検出回路３３の出力信号を監視しつつ、上記設定された目標電流値が達成されるように、駆動回路３２に対して制御信号を与える。目標電流値は、操舵トルクが大きいほど大きく定められる。また、操舵トルクに対する目標電流値を定めたアシストテーブルが、車速域に応じて複数個準備されていて、車速センサ１５によって検出される車速に応じて、いずれかの車速域に応じたアシストテーブルが選択される。この選択されたアシストテーブルに従って操舵トルクＴに対応する目標電流値が定められるようになっている。このようにして、低速走行時（車速が零の場合を含む。）には大きな操舵補助力が電動モータ１３からステアリング機構１に与えられ、高速走行状態であるほど電動モータ１３が発生する操舵補助力が小さく設定されるようになっている。
【００１８】
操舵制御部３１Ｂは、運転者が右側筋電位センサ２１および左側筋電位センサ２２を用いて車両の操舵を行おうとする場合に制御モード切換スイッチ４０によって設定される第２制御モードに従う制御を担当している。すなわち、操舵制御部３１Ｂは、包絡線処理回路３４，３５からの入力信号に応じて、電動モータ１３をフィードバック制御する。より具体的には、右側筋電位センサ２１および左側筋電位センサ２２のうち、信号電圧の高い側、すなわち、より大きな筋力が検出されている筋電位センサ２１，２２の側に車輪ＦＬ，ＦＲが転舵されるように、電動モータ１３を制御する。また、左右の筋力差が大きいほど転舵速度を大きくするなどの制御を行う。これにより、ステアリングホイール２に操舵トルクを加えることなく、ステアリング機構１の操作が可能になる。
【００１９】
制御部３１は、さらに、第２制御モードが設定されているときに、トルクセンサ１０が急激なトルク変化（所定値以上のトルク変化）を検出したことに応答して、制御モードを第２制御モードから第１制御モードに自動的に切り換える制御モード自動切換手段を有している。これにより、助手席の乗員がステアリングホイール２を操作することにより、緊急避難操舵などを行うことができる。
以上のように、この実施形態に係る電動パワーステアリング装置によれば、電子制御ユニット３０に対してケーブル２３，２４を介して接続された右側筋電位センサ２１および左側筋電位センサ２２を運転者の身体の適当な部位に装着することによって、ステアリング機構１を操作することができる。したがって、身体障害者の障害部位に応じて適切な装着部位を選択すれば、ステアリングシステムの構造的な変更を伴うことなく、障害部位に適合したステアリングシステムを構築できる。したがって、障害部位を問わない汎用性のあるステアリングシステムを実現でき、かつ、改造等に多大な費用が必要となることもない。
【００２０】
また、この実施形態の装置では、通常のステアリングシステムと同様なステアリングホイール２が備えられていて、このステアリングホイール２を用いて健常者による操舵も可能な構成となっている。したがって、制御モードの切換えにより、健常者と身体障害者とで同一の車両を共用することができる。しかも、第２制御モードのときには、ステアリングホイール２を操舵することによって、第２制御モードから第１制御モードへの自動切換が行われるから、助手席の乗員による緊急避難操舵等が可能である。
【００２１】
健常者用に設計された通常の車両への適用を考慮すると、この実施形態の電動パワーステアリング装置は、健常者用の通常の電子制御ユニットを上記の構成の電子制御ユニット３０に交換することによって、車両のステアリングシステムを身体障害者用に改造することができる。すなわち、改造作業が簡単であり、それに応じて、改造等の費用が安価になる。
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明は他の形態で実施することもできる、たとえば、上述の実施形態の装置では、運転者が健常者である場合には電動パワーステアリング装置として機能し、運転者が身体障害者である場合にはラック軸５を車幅方向に駆動するための操舵力の全てを電動モータ１３から発生させるようにしている。しかし、健常者と身体障害者とで同一の車両を共用する必要がなければ、ステアリングホイール２およびトルクセンサ１０などは必要ではないし、制御部３１もアシスト制御部３１Ａとして機能する機能部分を有している必要はない。したがって、制御モード切換スイッチ４０も必要ではない。
【００２２】
また、上述の実施形態では、右側筋電位センサ２１および左側筋電位センサ２２がケーブル２３，２４を介して電子制御ユニット３０に接続される構成を採用しているが、右側筋電位センサ２１および左側筋電位センサ２２と電子制御ユニット３０との間の信号の授受は、無線通信により行われてもよい。
また、この発明の操舵装置は、電動式車椅子の操舵装置などにも適用が可能である。
【００２３】
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、この発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の基本的な構成を示す概念図である。
【符号の説明】
１ ステアリング機構
２ ステアリングホイール
１０ トルクセンサ
１３ 電動モータ
２１ 右側筋電位センサ
２２ 左側筋電位センサ
３０ 電子制御ユニット
３１ 制御部
３１Ａ アシスト制御部
３１Ｂ 操舵制御部
３２ 駆動回路
３４ 包絡線処理回路
３５ 包絡線処理回路
３６ 増幅器
３７ 増幅器
４０ 制御モード切換スイッチ

Claims (3)

1. 電動モータからステアリング機構に操舵力を与える操舵装置であって、
   運転者の身体の右側部位に装着されて当該右側部位の筋電位を検出する右側筋電位検出手段と、
   運転者の身体の左側部位に装着されて当該左側部位の筋電位を検出する左側筋電位検出手段と、
   上記右側筋電位検出手段および左側筋電位検出手段の出力に基づいて上記電動モータを駆動制御するモータ制御手段とを含むことを特徴とする操舵装置。
2. 操舵のための操作部材に加えられた操作量を検出する操作量検出手段をさらに含み、
   上記モータ制御手段は、上記操作量検出手段によって検出された操作量に基づいて上記電動モータを駆動することによって上記ステアリング機構に操舵力を与える第１制御モードと、上記右側筋電位検出手段および左側筋電位検出手段の出力に基づいて上記電動モータを駆動することによって上記ステアリング機構に操舵力を与える第２制御モードとの間で、制御モードの切換えが可能なものであることを特徴とする請求項１記載の操舵装置。
3. 上記モータ制御手段の制御モードが上記第２制御モードであるときに、上記操作量検出手段が所定値以上の操作量を検出したことに応答して、上記制御モードを上記第２制御モードから上記第１制御モードへと自動的に切り換える制御モード自動切換手段をさらに含むことを特徴とする請求項２記載の操舵装置。

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