JP6051369B2

JP6051369B2 - 運転用ジョイスティック丸ハンドル装置

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Publication number: JP6051369B2
Application number: JP2012197546A
Authority: JP
Inventors: 藤雄亀田; 和田　正義; 正義和田
Original assignee: NATIONAL UNIVERSITY CORPORATION TOKYO UNIVERSITY OF AGRICULUTURE & TECHNOLOGY
Current assignee: NATIONAL UNIVERSITY CORPORATION TOKYO UNIVERSITY OF AGRICULUTURE & TECHNOLOGY
Priority date: 2012-09-07
Filing date: 2012-09-07
Publication date: 2016-12-27
Anticipated expiration: 2032-09-07
Also published as: JP2014052887A

Description

本発明は、自動車の操舵を補助する操舵補助装置に関する。

主に障害者を対象とした福祉車両のための運転装置として、ジョイスティックが用いられている。これは、１本、あるいは２本以上の操作棒であり、その傾ける方向や、その角度に応じて、自動車のハンドルあるいはアクセル、ブレーキのペダルを別途設置した駆動装置により作動させることで、ハンドルやペダルを操作する身体的能力のない人でも自動車の運転が可能となる福祉機器である。従来の操舵補助装置の概略について簡単に説明する。

図８は、従来の操舵補助装置の一例を示す概略図である。図８は、自動車の運転席部分に操舵補助装置が取り付けられている様子を示している。図８には、旋回ノブ１、ハンドル駆動ギヤーチェーン３、カバー４、固定ブラケット５−１〜５−４（固定ブラケット5-1〜5-4を合わせて固定ブラケット5とも表す）、ステアリングホイール（以降ハンドルとも表す）７、ハンドル駆動リンク９、ジョイ装置ＢＯＸ１１、ブレーキ／アクセルリンク１３、既設ブレーキ／アクセルペダル１４、ジョイスティック装置（ハンドル用）１５、ジョイスティック装置（アクセル、ブレーキ用）１７、クラッチ入切スイッチ１９、パワー駐車ブレーキスイッチ２１、シフトレバー（延長用）２３、警告ランプ２５が取り付けられている。ジョイスティック装置（ハンドル用）１５、ジョイスティック装置（アクセル、ブレーキ用）１７は、それぞれ、操作レバー（ハンドル用）１６、操作レバー（アクセル、ブレーキ用）１８を有する。

自動車に取り付けられているステアリングホイール（主ハンドル）７には、操作者が手で握ることでステアリングホイール７を回せるように、旋回ノブ１が装着されている。なお、操舵補助装置がない場合と同様に、運転者は、ステアリングホイール７そのものを回して自動車を操舵することも当然可能である。旋回ノブ１は固定ブラケット５（図8では固定ブラケット5-4）によりステアリングホイール７に固定されている。図８では、ねじ留め固定されているため、旋回ノブ１がステアリングホイール７からずれることがない。固定ブラケット５は、ハンドル駆動ギヤーチェーン３に接続され、ハンドル駆動ギヤーチェーン３がステアリングホイール７とほぼ同軸に回転する。ハンドル駆動ギヤーチェーン３はカバー４により覆われており、カバー４は、ハンドル駆動リンク９に接続されている。ハンドル駆動リンク９は、運転席の足元付近に設置されたジョイ装置ＢＯＸ１１の内部に接続されている。ジョイ装置ＢＯＸ１１からは、ハンドル駆動リンク９と同じように自動車前方に向けてブレーキ／アクセルリンク１３が伸びている。ブレーキ／アクセルリンク１３は図示していないが、既設ブレーキ／アクセルペダル１４に接続され、ジョイスティック装置（アクセル、ブレーキ用）１７の操作により既設ブレーキ／アクセルペダル１４を動かす。

また、図示していないが、ジョイ装置ＢＯＸ１１内を経由して、ハンドル駆動リンク９とジョイスティック装置（ハンドル用）１５が電気的に接続されている。ジョイスティック装置（ハンドル用）１５は、運転席の右側に位置し、操作者により、１方向、すなわち、自動車の進行方向に対して直角の方向（図8では左右）に動かすことができる。ジョイスティック装置（ハンドル用）１５への入力により、ステアリングホイール７を動かす。ジョイスティック装置（ハンドル用）１５は、右に倒すとステアリングホイール７が右回転し、左に倒すとステアリングホイール７が左回転する。

一方、運転席の左側には、ジョイスティック装置（アクセル、ブレーキ用）１７が設置されている。操作者により、１方向、すなわち、自動車の進行方向に対して平行な方向（図8では前後）に動かすことができ、前に倒すとブレーキが働き、後ろに倒すとアクセル操作になる。また、図８における、ジョイスティック装置（アクセル、ブレーキ用）１７の手前にはクラッチ入切スイッチ１９が設置され、手（指）による操作によって、エンジンの動力をタイヤに伝えたり、切り離したりすることができる。また、クラッチ入切スイッチ１９の隣にはパワー駐車ブレーキスイッチ２１があり、手（指）による操作により、駐車ブレーキをかけることが可能となる。

また、シフトレバー（延長用）２３がチェンジレバー（シフトレバー）に取り付けられている。これは、チェンジレバーに手が届かない場合に、シフトレバー（延長用）２３を取り付けることで操作を容易にするものである。警告ランプ２５は、自動車の内部前方に取り付けられ、ＬＥＤ等の光により各種警告を知らせるものである。

図９は、ジョイスティック装置（アクセル、ブレーキ用）１７の斜視図である。ここでは、アクセル、ブレーキ用について説明するが、ハンドル用のジョイスティック装置（ハンドル用）１５も同様の構造を有する。ジョイスティック装置（アクセル、ブレーキ用）１７には、操作レバー（アクセル、ブレーキ用）１８があり、操作レバー（アクセル、ブレーキ用）１８のグリップ部１０１を操作者が握ることにより、操作を行なう。グリップ部１０１のわずかに下の、操作者にとってフロントウィンドウ側にウインカー等スイッチ１０３がある。これにより、操作者の手が伸ばせない場合に、操作レバー（アクセル、ブレーキ用）１８を握った状態でウインカー（方向指示器）を動作させることができる。ウインカー等スイッチ１０３のすぐ下の部分にはじゃばら部１０５があり、操作レバー（アクセル、ブレーキ用）１８が動いた時の付け根部分を柔軟にカバーすることができる。ストッパー１０７は、操作者に対して手前側に設置されており、操作レバー（アクセル、ブレーキ用）１８を手前に引きすぎないようになっている。じゃばら部１０５の下にはケース１０９があり、後述するが、操作レバーの軸や支点、センサー等が内蔵されている。ケース１０９内部は、配線１１１によって電気的に自動車に接続されている。

図１０Ａは、ジョイスティック装置（アクセル、ブレーキ用）１７の中立状態における簡単な内部構造図である。ここで、中立状態とは、操作レバー（アクセル、ブレーキ用）１８を操作者が触っていない状態、または、触っていても力を加えていない状態を示す。ジョイスティック装置（アクセル、ブレーキ用）１７の内部には、上レバー２０１、支点２０３、下レバー２０５がある。上レバー２０１と下レバー２０５は、１本の棒形状であり、支点２０３を境に上側部分を上レバー２０１とし、下側部分を下レバー２０５と呼称する。また、上レバー２０１または下レバー２０５の動作を検知するセンサー２０７が備え付けてある。

図１０Ｂは、操作レバー（アクセル、ブレーキ用）１８を倒した状態におけるジョイスティック装置（アクセル、ブレーキ用）１７の簡単な内部構造図である。支点２０３を中心として操作レバー（アクセル、ブレーキ用）１８が傾斜動作をする。センサー２０７は、上レバー２０１または下レバー２０５の動作を検知し、配線１１１により外部にその回転角度の情報を伝える。

また、従来の他の技術として、特許文献１では、ジョイスティックの操作により油圧シリンダーを動作させ、アクセル／ブレーキのペダルを動作させることが記載されている。また、特許文献２では、ジョイスティックの操作によりモーターを動作させ、アクセル／ブレーキのペダルやハンドルを動作させることが記載されている。

このようなジョイスティック装置を用いた場合、ハンドルの回転動作を棒の左右の傾斜動作により制御する。手あるいは腕の少ない動作にハンドルの大きな回転動作が対応するために、感度が高くなり過ぎたり、あるいは運転感覚を損なう恐れがあった。このために、従来の運転補助システムでは、自動車に装備されるハンドルよりも小径のハンドル（以下、自動車に装備されるハンドルを主ハンドル、主ハンドルとは別の小径のハンドルを補助ハンドルとも表す）がさらに設置されていた。この補助ハンドルは、回転角や動作領域を主ハンドルよりも小さくしたり、操作力を主ハンドルよりも小さくして、その補助ハンドルからの回転角や操作力の情報を主ハンドルの駆動部に送ることで、ジョイスティックの機能を補完していた。

米国特許第４７２２４１６号明細書米国特許第５０８６８７０号明細書特開２００７−１１２１６５号公報

しかしながら、従来の補助ハンドルを有する運転補助システムでは、補助ハンドルの操作力を軽くする目的で、ウォームギアなどの歯車機構を利用しているため、操作者に反力が伝わることはなかった。さらに、操作用小ハンドルから手を離した場合、小ハンドルはその位置で停止するため、操舵輪の中立点からの角度を把握することが難しかった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、補助ハンドルの操作性を維持して、操作感覚を損なうことなく、回転した補助ハンドルを中立位置に復帰させることができる操舵補助装置を提供することを目的とする。

（１）上記の目的を達成するために、本発明は、以下のような手段を講じた。すなわち、本発明の操舵補助装置は、自動車の操舵を補助する操舵補助装置であって、運転者の操作を受ける補助ハンドルと、前記補助ハンドルの回転を主ハンドルに伝達する伝達装置と、前記補助ハンドルが中立位置から回転した時に、前記補助ハンドルを前記中立位置に戻す方向に付勢する付勢装置と、を備えることを特徴とする。

このように、操舵補助装置は、運転者の操作を受ける補助ハンドルと、補助ハンドルの回転を主ハンドルに伝達する伝達装置と、補助ハンドルが中立位置から回転した時に、補助ハンドルを中立位置に戻す方向に付勢する付勢装置と、を備える。これにより、補助ハンドルの操作性を維持して、操作感覚を損なうことなく、回転した補助ハンドルを中立位置に復帰させることができ、誤操作を防止し高い安全性保つことができる。

（２）また、本発明の操舵補助装置において、前記付勢装置は、弾性体の復元力によって、前記補助ハンドルを前記中立位置に戻す方向に付勢することを特徴とする。

このように、付勢装置は、弾性体の復元力によって、補助ハンドルを中立位置に戻す方向に付勢する。これにより、弾性体を用いることで回転した補助ハンドルを中立位置に復帰させることができる。

本発明の操舵補助装置は、補助ハンドルの操作性を維持して、操作感覚を損なうことなしに、回転した補助ハンドルを中立位置に復帰させる機能を備えているので、誤操作を防止し高い安全性保つことができる。

本発明の操舵補助装置の一例を示す概略図である。本発明の補助ハンドルユニット３０１の斜視図である。本発明の補助ハンドルユニット３０１の斜視図である。本発明の補助ハンドルユニット３０１の断面図である。本発明の平歯車５０５とセクター歯車４０５とストッパー４１７の配置状態を示す略図である。本発明の変形例の補助ハンドルユニット７０１の断面図である。本発明の変形例の補助ハンドルユニット７０１において、回転軸７０５に２本のワイヤ７０９が巻きつけられている様子を示す略図である。本発明の別の変形例の補助ハンドルユニット９０１の断面図である。従来の操舵補助装置の一例を示す概略図である。ジョイスティック装置（アクセル、ブレーキ用）１７の斜視図である。ジョイスティック装置（アクセル、ブレーキ用）１７の中立状態における簡単な内部構造図である。操作レバー（アクセル、ブレーキ用）１８を倒した状態におけるジョイスティック装置（アクセル、ブレーキ用）１７の簡単な内部構造図である。

図１は、本発明の操舵補助装置の一例を示す概略図である。図８に示した従来技術との違いは、図８でジョイスティック装置（ハンドル用）１５となっていた部分が補助ハンドルユニット３０１に代わるという点である。補助ハンドルユニット３０１は、補助ハンドル３０３と補助ハンドル用作動装置３０５を備える。ここで、本発明の補助ハンドル用作動装置３０５は、図８におけるジョイスティック装置（ハンドル用）１５のグリップ部１０１がない状態のもので、図１では、操作レバーが水平状態になるように設置されている。また、補助ハンドル用作動装置３０５は、補助ハンドル３０３の回転を主ハンドルに伝達する伝達装置の一部を構成する。また、補助ハンドル用作動装置３０５は、補助ハンドル３０３をその中立位置に戻す方向に付勢する付勢装置を構成する。

図２Ａ、図２Ｂは、本発明の補助ハンドルユニット３０１の斜視図である。補助ハンドル３０３の上面には、旋回ノブ４０１が取り付けられている。操作者は旋回ノブ４０１を手で掴み、これを回すことで自動車の操舵を行なう。ただし、本発明に係る補助ハンドル３０３の操作方法は、手や腕による操作に限定されない。例えば、足やその他の身体の部位により補助ハンドル３０３を操作することも、本発明に含まれる。補助ハンドル３０３は第１のＬ字板４０３に回転自在に固定されている。補助ハンドル３０３には、その回転軸が下方に伸びており、第１のＬ字板４０３に固定された軸受の中心軸を基準として回転軸が回転する。後述するが、その回転軸には平歯車が固定されている。この平歯車に対向する位置に別のセクター歯車４０５が配置され、両歯車はかみ合って動作する。セクター歯車４０５は、扇形形状をしており、弧の部分に歯切り加工が施されている。セクター歯車４０５は、第１のＬ字板４０３に回転自在に固定されている。具体的には、セクター歯車４０５に回転軸４０６が接続され、第１のＬ字板４０３に固定された軸受４０７の中心軸を基準として回転軸４０６が回転することで、セクター歯車４０５は回転軸４０６を中心として回転動作をする。

セクター歯車４０５には、クランク部４０８の一方の端部が接続され、他方の端部が上レバー４０９に固定されている。補助ハンドル用作動装置３０５は、ばね（弾性体）４１１を備えており、上レバー４０９の動作に対して、その中立点の向きに力を発生させる。補助ハンドル用作動装置３０５の上レバー４０９と反対の位置には、ケース４１３が設けられている。ケース４１３は第１のＬ字板４０３に固定されている。そして、補助ハンドル用作動装置３０５は、第２のＬ字板４１５にも固定されている。これにより、補助ハンドルユニット３０１を水平な台に設置したときに、補助ハンドル用作動装置３０５を水平の向きに配置し、補助ハンドル３０３の回転軸を鉛直の向きに配置することが可能となる。なお、ここでは、補助ハンドル３０３の回転動力を補助ハンドル用作動装置３０５のレバーに伝達する動力伝達機構として、平歯車を用いているが、他にもプーリとベルトを用いる構成でも本発明の効果を実現できる。

また、第１のＬ字板４０３には、ストッパー４１７−１、４１７−２（ストッパー417-1、417-2を合わせてストッパー417とも表す）が固定されている。ストッパー４１７−１、４１７−２は、セクター歯車４０５の回転動作範囲を限定するために設けられている。

図３は、本発明の補助ハンドルユニット３０１の断面図である。第１のＬ字板４０３の上面には、前述した通り、軸受５０１が固定されており、軸受５０１の中心軸を基準として回転する回転軸５０２が、補助ハンドル３０３の回転操作に応じて回転する。第１のＬ字板４０３の下面には、軸受５０３が固定され、軸受５０１と共に回転軸５０２の軸と直角な方向の動きを拘束している。回転軸５０２の、第１のＬ字板４０３と軸受５０３の間には、平歯車５０５が固定されている。

図４は、本発明の平歯車５０５とセクター歯車４０５とストッパー４１７の配置状態を示す略図である。平歯車５０５は、図４に示すように、セクター歯車４０５と比べて径が小さい。平歯車５０５は、全周に歯車がついている。また、扇形の側面部分６０５、６０７にストッパー４１７−１、４１７−２が接触する構造となっている。平歯車５０５、セクター歯車４０５には、それぞれ歯車部６０１、歯車部６０３があり、歯車部同士がかみ合うことにより、平歯車５０５の回転動力をセクター歯車４０５に伝達する。例えば、図４の矢印の向きに各歯車が回転する。

図３に戻り、セクター歯車４０５が回転軸４０６を中心として回転すると、セクター歯車４０５に接続されたクランク部４０８も回転軸４０６を中心として回転し、これにより、補助ハンドル用作動装置３０５の上レバー４０９が傾斜動作を行なう（図3では、図面に対して鉛直方向）。すなわち、従来のジョイスティック装置（ハンドル用）１５と同様の動作を補助ハンドル用作動装置３０５が行なうことできる。補助ハンドル用作動装置３０５の上レバー４０９が中立点から変位すると、ばね４１１の反発力により、中立点に向かう向きに上レバー４０９は力を受ける。このため、補助ハンドル３０３を回転させる力がなくなると、補助ハンドル用作動装置３０５の上レバー４０９は中立点の位置に戻る。これにより、補助ハンドル３０３の位置も中立点に戻ることとなる。このように、ばね４１１の反発力を利用して補助ハンドル３０３を中立点に戻すので、回転した補助ハンドル３０３を中立位置に戻すことが可能となる。また、上レバー４０９の傾斜動作に応じて支点５０７を中心として、下レバー５０９が傾斜する。センサー５１１は、上レバー４０９または下レバー５０９の動作を検知し、外部にその回転角度の情報を伝える。なお、センサー５１１を用いずに、補助ハンドル３０３の回転動力を直接機械的な機構によって主ハンドルに伝達することも考えられる。

なお、補助ハンドル３０３は左回転、右回転とも１回転を上限に回せるようにすることが操作性の点で良好と思われる。ただし、図４において、平歯車５０５とセクター歯車４０５のギア比を調整することで、補助ハンドル３０３の左回転、右回転とも１回転以上を上限に回せるようにすることも可能である。

また、本発明の変形例としては、補助ハンドル用作動装置３０５の代わりに補助ハンドル３０３を中立点に戻す別の付勢装置が考えられる。

図５は、本発明の変形例の補助ハンドルユニット７０１の断面図である。変形例の補助ハンドルユニット７０１は図３の補助ハンドルユニット３０１と、軸受７０３、回転軸７０５、ワイヤ７０９、ばね（弾性体）７１１、センサー７１３の点で異なる。回転軸７０５には、溝７１５が備えられ、溝７１５には、ワイヤ７０９が巻き付けられている。ワイヤ７０９は２本巻き付けられており、それぞれの一端が溝７１５の固定部に固定されていると共に、それぞれの他端がばね７１１を介してコの字板７１７に接続されている。

図６は、本発明の変形例の補助ハンドルユニット７０１において、回転軸７０５に２本のワイヤ７０９が巻きつけられている様子を示す略図である。回転軸７０５の溝７１５には、固定部８０１があり、この部分に２本のワイヤ７０９−１、７０９−２の一端が固定されている。２本のワイヤ７０９−１、７０９−２はそれぞれ反対向きに回転軸７０５に１周強巻きついてコの字板７１７にばね７１１−１、７１１−２を介して接続される。これにより、補助ハンドル３０３を１周以上回した場合であっても、中立点の位置に戻すことができる。

図７は、本発明の別の変形例の補助ハンドルユニット９０１の断面図である。図５の補助ハンドルユニット７０１との違いは、ねじりばね（弾性体）９０３である。回転軸７０５にねじりばね９０３が接続されており、これにより、補助ハンドル３０３を１周以上回した場合であっても、中立点の位置に戻すことができる。

また、補助ハンドルを中立位置に戻す方向に付勢する付勢装置としては、上記のワイヤー７０９とばね７１１の組み合わせ、ねじりばね９０３の他、モーター、油圧機構、空気圧機構により付勢することも考えられる。これらを用いることにより、ばねに比べてより正確な位置決めをすることが可能となる。

１旋回ノブ
３ハンドル駆動ギヤーチェーン
４カバー
５、５−１〜５−４固定ブラケット
７ステアリングホイール
９ハンドル駆動リンク
１１ジョイ装置ＢＯＸ
１３ブレーキ／アクセルリンク
１４既設ブレーキ／アクセルペダル
１５ジョイスティック装置（ハンドル用）
１６操作レバー（ハンドル用）
１７ジョイスティック装置（アクセル、ブレーキ用）
１８操作レバー（アクセル、ブレーキ用）
１９クラッチ入切スイッチ
２１パワー駐車ブレーキスイッチ
２３シフトレバー（延長用）
２５警告ランプ
１０１グリップ部
１０３ウインカー等スイッチ
１０５じゃばら部
１０７ストッパー
１０９ケース
１１１配線
２０１上レバー
２０３支点
２０５下レバー
２０７センサー
３０１補助ハンドルユニット
３０３補助ハンドル
３０５補助ハンドル用作動装置
４０１旋回ノブ
４０３第１のＬ字板
４０５セクター歯車
４０６回転軸
４０７軸受
４０８クランク部
４０９上レバー
４１３ケース
４１５第２のＬ字板
４１７、４１７−１、４１７−２ストッパー
５０１軸受
５０２回転軸
５０３軸受
５０５平歯車
６０１歯車部
６０３歯車部
６０５、６０７側面部分
７０１補助ハンドルユニット
７０３軸受
７０５回転軸
７０９、７０９−１、７０９−２ワイヤ
７１１、７１１−１、７１１−２ばね
７１３センサー
７１５溝
７１７コの字板
８０１固定部
９０１補助ハンドルユニット
９０３ねじりばね

Claims

福祉車両に適用され、操舵を補助する操舵補助装置であって、
主ハンドルが設けられている運転席に設けられ、運転者の操作を受ける補助ハンドルと、
前記補助ハンドルの回転数が主ハンドルの回転数と異なるように調整された前記補助ハンドルの回転を主ハンドルに伝達する伝達装置と、
前記補助ハンドルが中立位置から回転した時に、前記補助ハンドルを前記中立位置に戻す方向に付勢する付勢装置と、を備えることを特徴とする操舵補助装置。
前記補助ハンドルは、左回転および右回転のいずれの方向にも１回転を上限に回転可能であることを特徴とする請求項１記載の操舵補助装置。