JP2008265528A - 操舵操作力検出装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ドライバが操舵時に握るステアリングホイールリム（ハンドル）にかかる力やモーメントを詳細に知ることができる操舵操作力検出装置を提供する。
【解決手段】ステアリングホイールリム11の各分割部11A,11Bにかかる力とモーメントが力覚センサ21A,21Bによって検出され、ステアリングホイールリム11の分割部11A,11Bを把持するドライバの手の着力点FP1,FP2が接触センサ22及び演算処理部によって検出される。さらに、これらの検出結果に基づいて、着力点FP1,FP2における力とモーメントが算出され、この算出結果が上位装置に出力される。これにより、操舵操作時にステアリングホイールリム11上の着力点FP1,FP2にどのような力やモーメントがかかっているかを詳細に知ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両等を操舵する際にステアリングホイールにかかる操作力を検出する操舵操作力検出装置に関するものである。
新型車やタイヤの性能評価等において、ドライバによる操舵時の運転感覚を知ることが重要になってきている。この場合、ドライバが操舵時に握るステアリングホイールリム（ハンドル）にかかる力やモーメントを詳細に知ることが性能評価等において有効であると考えられる。
従来知られている車両のステアリングホイールリム（ハンドル）にかかる力を検出する検出装置としては、例えば特表２００３−５３５７５７号公報（特許文献１）に開示されるステアリングホイール上の手の位置を検出する装置、特表２０００−５０００１０１号公報（特許文献２）に開示されるオプトエレクトロニクスセンサを備えたハンドル、社団法人自動車技術会学術講演会前刷集Ｎｏ．５５−０３，Ｐ１３−１６（非特許文献１）に開示される手先力解析によるステアリング操作性の評価装置などが知られている。
上記特許文献１に開示される装置では、ステアリングリング、ハブ、及びステアリングリングとハブとを結合する少なくとも１つのスポークを有する車両用ステアリングホィールに、ステアリングリングの長手方向に相前後して配置された複数のセグメントに分割されているセンサを、ステアリングリングの全長に渡って延ばし、ステアリングリングの周面に渡って分配して配置することにより、センサによってステアリンホイール上の手の位置を検出するようにしている。
上記特許文献２に開示される装置では、車両を制御するためのハンドルに巻回して配置された光ファイバを含む光センサを設け、光ファイバ中を伝搬する光信号の変化を検出することによって、ドライバがハンドルを握る状態を検出するようにしている。
また、ステアリングホイールハブにトルクセンサを設けて操舵時のトルクを計測できるようにした装置も知られている。
特表２００３−５３５７５７号公報 特表２０００−５０００１０１号公報
前述したように、新型車やタイヤの性能評価等において、ドライバによる操舵時の運転感覚を知ることが重要になってきており、この場合、ドライバが操舵時に握るステアリングホイールリム（ハンドル）にかかる力やモーメントを詳細に知ることが性能評価等において有効であると考えられる。
しかしながら、ドライバが実際に操舵するときに、ドライバの操舵操作によってどのような力やモーメントがハンドルにかかるのか、或いは、ドライバがハンドルを握った位置にどのような力やモーメントがかかるのかを検出する装置は知られていない。
本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ドライバが操舵時に握るステアリングホイールリム（ハンドル）にかかる力やモーメントを詳細に知ることができる操舵操作力検出装置を提供することにある。
本発明は前記目的を達成するために、ステアリングホイールを構成する少なくとも転舵方向に２分割されたステアリングホイールリムと、前記ステアリングホイールリムの各分割部とステアリングホイールハブとを連結する複数のステアリングアームと、各ステアリングアームに設けられ、前記ステアリングホイールリムの各分割部にかかる力とモーメントを検出する第１検出手段と、前記ステアリングホイールリムの分割部を把持するドライバの手の着力点を検出する第２検出手段と、前記第１検出手段及び前記第２検出手段のそれぞれの検出結果に基づいて、前記着力点における力とモーメントを演算する演算手段と、前記演算手段による演算結果を出力する演算結果出力手段とを備えている操舵操作力検出装置を提案する。
本発明の操舵操作力検出装置によれば、ステアリングホイールリムの各分割部にかかる力とモーメントが第１の検出手段によって検出され、ステアリングホイールリムの分割部を把持するドライバの手の着力点が第２検出手段によって検出される。さらに、これらの検出結果に基づいて、着力点における力とモーメントが算出され、この算出結果が出力される。これにより、操舵操作時にステアリングホイールリム上の着力点にどのような力やモーメントがかかっているかを詳細に知ることができる。
また、本発明は上記の操舵操作力検出装置において、前記第２検出手段は、前記ステアリングホイールリムの各分割部に配置された前記着力点を検出するためのセンサを有する操舵操作力検出装置を提案する。
本発明の操舵操作力検出装置によれば、前記着力点は、ステアリングホイールリムの各分割部に配置されたセンサによって検出される。
また、本発明は上記の操舵操作力検出装置において、前記着力点を検出するためのセンサは、前記ステアリングホイールリムへのドライバの手の接触の有無を検知する複数の接触センサを含み、前記第２検出手段は、前記接触センサによって得られた接触の有無によって前記着力点を求める手段を有する操舵操作力検出装置を提案する。
本発明の操舵操作力検出装置によれば、ステアリングホイールリムへのドライバの手の接触の有無が、ステアリングホイールリムの各分割部に配置された接触センサによって検出され、さらに、接触センサによって得られた接触の有無によって前記着力点が求められる。
また、本発明は、上記の操舵操作力検出装置において、前記第２検出手段は、前記複数の接触センサによって得られた接触有無の分布に基づいて、前記着力点を求める手段を有する操舵操作力検出装置を提案する。
本発明の操舵操作力検出装置によれば、ステアリングホイールリムへのドライバの手の接触の有無が、ステアリングホイールリムの各分割部に配置された接触センサによって検出され、さらに、接触センサによって得られた接触の有無の分布に基づいて前記着力点が求められる。
また、本発明は、上記の操舵操作力検出装置において、前記着力点を検出するためのセンサは、前記ステアリングホイールリムの複数の位置におけるドライバの手の接触圧力を検出する手段を含み、前記第２検出手段は、前記複数の位置のそれぞれにおける接触圧力の検出結果を出力する手段を有する操舵操作力検出装置を提案する。
本発明の操舵操作力検出装置によれば、ステアリングホイールリムへのドライバの手の接触圧力が、ステアリングホイールリムの各分割部に配置された接触センサによって検出され、さらに、各接触センサによって得られた接触圧力の検出結果が出力される。
また、本発明は、上記の操舵操作力検出装置において、前記第２検出手段は、前記検出した接触圧力の分布に基づいて、前記着力点を求める手段を有する操舵操作力検出装置を提案する。
本発明の操舵操作力検出装置によれば、ステアリングホイールリムへのドライバの手の接触圧力が、ステアリングホイールリムの各分割部に配置された接触センサによって検出され、さらに、接触センサによって得られた接触圧力の分布に基づいて前記着力点が求められる。
また、本発明は、上記の操舵操作力検出装置において、ステアリングホイールの操舵角を検出する手段と、前記検出した操舵角に基づいて、前記着力点における力とモーメントを表す座標系を所定の座標系に変換する手段と、前記変換された座標系で表された前記着力点における力とモーメントを検出結果として出力する手段とを設けた操舵操作力検出装置を提案する。
本発明の操舵操作力検出装置によれば、ステアリングホイールの操舵角が検出され、この検出された操舵角に基づいて、前記着力点における力とモーメントを表す座標系が所定の座標系に変換される。さらに、前記変換された座標系で表された前記着力点における力とモーメントが検出結果として出力される。
本発明の操舵操作力検出装置によれば、ステアリングホイールリムの各分割部にかかる力とモーメントが第１の検出手段によって検出されると共に、ステアリングホイールリムの分割部を把持するドライバの手の着力点が第２検出手段によって検出され、これらの検出結果に基づいて、着力点における力とモーメントが算出されて、この算出結果が出力されるので、この結果から操舵操作時にステアリングホイールリム上の着力点にどのような力やモーメントがかかっているかを詳細に知ることができる。これにより、本発明の装置を用いた新型車やタイヤの性能評価等において、ドライバによる操舵時の運転感覚を、ドライバが操舵時に握るステアリングホイールリム（ハンドル）にかかる力やモーメントのデータとしてリアルタイムで詳細に知ることができるので、性能評価等において有効に活用することができる。
次に、本発明の一実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１乃至図４は本発明の第１実施形態を示すもので、図１は本発明の第１実施形態における操舵操作力検出装置の主要部を示す構成図、図２は本発明の第１実施形態における操舵操作力検出装置の電気系回路を示すブロック図、図３は本発明の第１実施形態における処理動作を説明するフローチャート、図４は本発明の第１実施形態における検出動作を説明する図である。
図において、１０は操舵操作力検出装置で、ステアリングホイールリム１１（11A,11B）と、このステアリングホイールリム１１とステアリングホイールハブ１３とを連結するステアリングアーム１２（12A,12B）と、処理ユニット２０とから構成されている。
ステアリングホイールリム１１は、鉛直線に沿ってその転舵方向（回転方向）に２等分割され、第１分割部11Aと第２分割部11Bとに分離されている。第１分割部11Aはステアリングアーム12Aによってステアリングホイールハブ１３に連結され、第２分割部11Bはステアリングアーム12Bによってステアリングホイールハブ１３に連結されている。
また、各ステアリングアーム12A,12Bの長手方向のほぼ中央部にはステアリングアーム12A,12Bにかかる力とモーメントを検出するための力覚センサ21A,21Bが設けられている。この力覚センサ21A,21Bとしては、例えば、互いに直交するｘ，ｙ，ｚ軸方向の３分力及びこれらの３軸周りのモーメントを同時に検出できる公知の６分力ロードセルが用いられている。尚、ここでは、ステアリングホイールリム１１の回転平面内でのステアリングホイールハブ１３の中心点131（平面と回転軸との交点）の座標を原点として、ステアリングアーム12A,12Bの長手方向をｘ軸、前記回転平面内でｘ軸に直交する方向をｙ軸とするｘ，ｙ，ｚ直交座標系に対応して力覚センサ21A,21Bが装着されている。
一方、ステアリングホイールリム１１の第１及び第２分割部11A,11Bのそれぞれには複数の接触センサ２２が周方向に等間隔をあけて設けられている。これらの接触センサ２２は、ドライバがステアリングホイールリム１１を手で把持した位置を検出するためのもので、例えば感圧センサや電極式のタッチセンサ或いは光センサなどを用いることができる。
処理ユニット２０は、センサインタフェース２３と、演算処理部２４、記憶部２５、データ出力部２６から構成されている。
センサインタフェース２３は、力覚センサ21A,21Bおよび複数の接触センサ２２に駆動電力を供給すると共にこれらから出力される電気信号を入力して、各センサの検出結果をディジタルデータとして演算処理部２４に出力する。
演算処理部２４は、周知のＣＰＵやメモリなどを主体として構成され、メモリに予め記憶されているプログラムに基づいて動作する。また、演算処理部２４はセンサインタフェース２３から、所定時間おき（例えば１秒おき）に各センサの検出結果を入力し、後述する着力点を求める。さらに、この着力点における力とモーメントを算出し、この結果を後述する各センサの座標データ及び検出時刻データと共に記憶部２５に記憶し、さらにこれらのをデータ出力部２６を介して図示せぬ上位装置に出力する。
また、演算処理部２４は、図示せぬスイッチ等の操作に基づいて記憶部２５に記憶されている検出結果のデータを消去する或いはデータ出力部２６を介して図示せぬ上位装置に出力する。
記憶部２５には、車両直進時のステアリングホイールリム１１の位置における、ステアリングホイールリム１１の回転平面内でのステアリングホイールハブ１３の中心点131（平面と回転軸との交点）の座標を原点とするｘ，ｙ，ｚ直交座標系における力覚センサ21A,21Bの検出中心点の座標O1,O2のデータと各接触センサ２２の配置座標のデータが予め記憶されており、これらのデータに基づいて演算処理部２４が各座標間の距離を算出できるようになっている。
尚、ステアリングホイールリム１１の第１及び第２分割部11A,11Bのそれぞれの接触センサ２２には分割部11A,11Bの一端部に配置されたものから順番に番号が付与されており、各接触センサ２２の座標はこの番号に対応して記憶部２５に記憶されている。
次に、演算処理部２４の処理動作に関して、図３及び図４を参照して詳細に説明する。
力覚センサ21A,21Bは、検出中心点O1,O2を中心とするｘ，ｙ，ｚ直交座標で表される力とモーメントを検出して、その検出結果を出力する。また、各接触センサ２２のそれぞれはドライバの手の接触の有無を表す電気信号を出力し、ドライバの手による把持領域ER1,ER2に存在する接触センサ２２のみが接触有りを表す電気信号を出力する。
演算処理部２４は、各接触センサが検出した接触有無のデータおよび各力覚センサが検出した力とモーメントのデータをセンサインタフェース２３を介して取得し（ＳＡ１，ＳＡ２）、これらの各データを各センサの座標データに対応づけて検出時刻データと共に記憶部２５に記憶する（ＳＡ３）。さらに、演算処理部２４は、各センサの検出結果及び各センサの座標データに基づいて着力点FP1,FP2の座標を算出する（ＳＡ４）と共に、この着力点FP1,FP2にかかる力とモーメントを算出する（ＳＡ５）。この後、演算処理部２４は、着力点における力とモーメントの算出結果を後述する各センサの座標データ及び検出時刻データと共に記憶部２５に記憶し（ＳＡ６）、さらにこれらのデータをデータ出力部２６を介して図示せぬ上位装置に出力する（ＳＡ７）。
次に、演算処理部２４は、タイマの計時時間をリセットして（ＳＡ８）、新たに計時を開始し、タイマの計時時間Ｔが所定時間Ｔ１以上になったときに（ＳＡ９）、前記ＳＡ１の処理に移行して上記処理を繰り返す。尚、本実施形態では時間Ｔ１を１秒に設定しているが、時間Ｔ１の値はこれに限定されることはなく、適宜設定して良い。
演算処理部２４は、着力点FP1,FP2の座標を求めるとき、ドライバの手による把持領域ER1,ER2において、領域内に存在する全ての接触センサ２２の座標の中心座標を着力点FP1,FP2の座標として求めている。
また、前述した着力点FP1における力ＦFP1とモーメントＭFP1は次の（１）式および（２）式を用いて算出される。また、着力点FP2における力ＦFP2とモーメントＭFP2も同様にして算出される。
ＦFP1＝Ｆ …（１）
ＭFP1＝Ｍ−ａ×Ｆ …（２）
ただし、Ｆは力覚センサ21Aが検出した力、Ｍは力覚センサ21Aが検出したモーメント、ａは力覚センサ21Aの検出中心点から着力点FP1への位置ベクトルである。尚、着力点FP2のける力とモーメントの算出も上記と同様にして行われる。
前述した構成よりなる操舵操作力検出装置１０によれば、ステアリングホイールリム１１の各分割部11A,11Bにかかる力とモーメントが力覚センサ21A,21Bによって検出されると共に、接触センサ２２を用いて、ステアリングホイールリム１１の分割部11A,11Bを把持するドライバの手の着力点FP1,FP2が検出される。さらに、これらの検出結果に基づいて、着力点FP1,FP2における力とモーメントが算出され、この算出結果が出力される。これにより、操舵操作時にステアリングホイールリム１１上の着力点FP1,FP2にどのような力やモーメントがかかっているかを詳細に知ることができる。これにより、本発明の装置を用いた新型車やタイヤの性能評価等において、ドライバによる操舵時の運転感覚を、ドライバが操舵時に握るステアリングホイールリム（ハンドル）１１にかかる力やモーメントのデータとしてリアルタイムで詳細に知ることができるので、性能評価等において有効に活用することができる。
次に、本発明の第２実施形態を説明する。
図５乃至図９は本発明の第２実施形態を示すもので、図５は本発明の第２実施形態における操舵操作力検出装置の電気系回路を示すブロック図、図６は本発明の第２実施形態における操舵操作力検出装置の主要部を示す構成図、図７及び図８は本発明の第２実施形態における検出動作を説明する図、図９は本発明の第２実施形態における処理動作を説明するフローチャートである。
図において、前述した第１実施形態と同一構成部分は同一符号をもって表しその説明を省略する。
第２実施形態における操舵操作力検出装置10Bでは、第１実施形態における接触センサ２２に代えて接触圧センサ３１を設けると共に、これに対応した処理ユニット20Bを設けた。
接触圧センサ３１は、ステアリングホイールリム１１をドライバが把持したときに接触圧センサ３１にかかる接触圧力を検出して、その検出結果の電気信号をセンサインタフェース３２に出力する。
処理ユニット20Bは、センサインタフェース３２と、演算処理部３３、記憶部３４、データ出力部２６から構成されている。
センサインタフェース３２は、力覚センサ21A,21Bおよび複数の接触圧センサ３１に駆動電力を供給すると共にこれらから出力される電気信号を入力して、各センサの検出結果をディジタルデータとして演算処理部３３に出力する。
演算処理部３３は、周知のＣＰＵやメモリなどを主体として構成され、メモリに予め記憶されているプログラムに基づいて動作する。また、演算処理部３３はセンサインタフェース３２から、所定時間おき（例えば１秒おき）に各センサの検出結果を入力し、後述するように接触圧力に基づいて着力点を求める。さらに、この着力点における力とモーメントを算出し、この結果を後述する各センサの座標データ及び検出時刻データと共に記憶部３４に記憶し、さらにこれらのをデータ出力部２６を介して図示せぬ上位装置に出力する。
また、演算処理部３３は、図示せぬスイッチ等の操作に基づいて記憶部３４に記憶されている検出結果のデータを消去する或いはデータ出力部２６を介して図示せぬ上位装置に出力する。
記憶部３４には、車両直進時のステアリングホイールリム１１の位置における、ステアリングホイールリム１１の回転平面内でのステアリングホイールハブ１３の中心点131（平面と回転軸との交点）の座標を原点とするｘ，ｙ，ｚ直交座標系における力覚センサ21A,21Bの検出中心点の座標O1,O2のデータと各接触圧センサ３１の配置座標のデータが予め記憶されており、これらのデータに基づいて演算処理部３３が各座標間の距離を算出できるようになっている。
尚、ステアリングホイールリム１１の第１及び第２分割部11A,11Bのそれぞれの接触圧センサ３１には分割部11A,11Bの一端部に配置されたものから順番に番号が付与されており、各接触圧センサ３１の座標はこの番号に対応して記憶部３４に記憶されている。
次に、演算処理部３３の処理動作に関して、図７乃至図９を参照して詳細に説明する。
力覚センサ21A,21Bは、検出中心点O1,O2を中心とするｘ，ｙ，ｚ直交座標で表される力とモーメントを検出して、その検出結果を出力する。また、各接触圧センサ３１のそれぞれはドライバの手の接触圧力を表す電気信号を出力し、ドライバの手による把持領域ER1,ER2に存在する接触圧センサ３１のみがドライバが把持したときの接触圧力を表す電気信号を出力する。
演算処理部３３は、各接触圧センサ３１が検出した接触圧力のデータおよび各力覚センサ21A,21Bが検出した力とモーメントのデータをセンサインタフェース３２を介して取得し（ＳＢ１，ＳＢ２）、これらの各データを各センサの座標データに対応づけて検出時刻データと共に記憶部３４に記憶する（ＳＢ３）。
さらに、演算処理部３３は、各センサの検出結果及び各センサの座標データに基づいて着力点FP1,FP2の座標を算出する（ＳＢ４）と共に、この着力点FP1,FP2にかかる力とモーメントを算出する（ＳＢ５）。
本実施形態の演算処理部３３では、例えば分割部11Aにおける着力点FP1を求めるには、図８に示すように、直交座標の原点131を通るｙ軸132から把持領域ER1内に存在する各接触圧センサ３１までの角度θと把持領域ER1内に存在する各接触圧センサ３１が検出した接触圧力ｐとの積による接触圧力分布Ｃ：[(θ1，ｐ1)，(θ2，ｐ2)，(θ3，ｐ3)，…，(θn，ｐn)]により得られる周知の加重平均を用いて着力点FP1の座標を求めている。図８の把持領域ER1においては、接触圧センサ31iの角度θiと検出圧力ｐi、接触圧センサ３１(i+1)の角度θ(i+1)と検出圧力ｐ(i+1)、接触圧センサ３１(i+2)の角度θ(i+2)と検出圧力ｐ(i+2)、接触圧センサ３１(i+3)の角度θ(i+3)と検出圧力ｐ(i+3)を用いた接触圧力分布Ｃにより得られる加重平均を用いて着力点FP1の座標を求める。尚、把持領域ER2における着力点FP2も同様にして求める。また、単純に各検出圧センサ３１が検出した圧力分布における圧力ピーク位置を着力点として求めても良い。
この後、演算処理部３３は、着力点における力とモーメントの算出結果を後述する各センサの座標データ及び検出時刻データと共に記憶部３４に記憶し（ＳＢ６）、さらにこれらのデータをデータ出力部２６を介して図示せぬ上位装置に出力する（ＳＢ７）。
次に、演算処理部３３は、タイマの計時時間をリセットして（ＳＢ８）、新たに計時を開始し、タイマの計時時間Ｔが所定時間Ｔ１以上になったときに（ＳＢ９）、前記ＳＢ１の処理に移行して上記処理を繰り返す。
また、前述した着力点FP1における力ＦFP1とモーメントＭFP1は前述した（１）式および（２）式を用いて算出される。また、着力点FP2における力ＦFP2とモーメントＭFP2も同様にして算出される。
前述した構成よりなる操舵操作力検出装置10Bによれば、ステアリングホイールリム１１へのドライバの手の接触圧力が、ステアリングホイールリム１１の各分割部11A,11Bに配置された接触圧センサ３１によって検出され、さらに、接触圧センサ３１によって得られた接触圧力の分布に基づいて着力点FP1,FP2が求められる。さらに、これらの検出結果に基づいて、着力点FP1,FP2における力とモーメントが算出され、この算出結果が出力される。これにより、操舵操作時にステアリングホイールリム１１上の着力点FP1,FP2にどのような力やモーメントがかかっているかを詳細に知ることができる。これにより、本発明の装置を用いた新型車やタイヤの性能評価等において、ドライバによる操舵時の運転感覚を、ドライバが操舵時に握るステアリングホイールリム（ハンドル）１１にかかる力やモーメントのデータとしてリアルタイムで詳細に知ることができるので、性能評価等において有効に活用することができる。
次に，本発明の第３実施形態を説明する。
図１０乃至図１５は本発明の第３実施形態を示すもので、図１０は本発明の第３実施形態における操舵操作力検出装置の電気系回路を示すブロック図、図１１は本発明の第３実施形態における操舵操作力検出装置の主要部を示す構成図、図１２乃至図１４は本発明の第３実施形態における検出動作を説明する図、図１５は本発明の第３実施形態における処理動作を説明するフローチャートである。
図において、前述した第１及び第２実施形態と同一構成部分は同一符号をもって表しその説明を省略する。
第３実施形態における操舵操作力検出装置10Cでは、第２実施形態の構成に加えて操舵角センサ４１を設けると共に、これに対応した処理ユニット20Cを設けた。
操舵角センサ４１は、ステアリングホイールハブ１３に設けられ，ステアリングホイールリム１１の操舵角δを検出して、この検出結果に対応する電気信号をセンサインタフェースに出力する。
処理ユニット20Cは、センサインタフェース４２と、演算処理部４３、記憶部４４、データ出力部２６から構成されている。
センサインタフェース４２は、操舵角センサ４１と力覚センサ21A,21Bおよび複数の接触圧センサ３１に駆動電力を供給すると共にこれらから出力される電気信号を入力して、各センサの検出結果をディジタルデータとして演算処理部４３に出力する。
演算処理部４３は、周知のＣＰＵやメモリなどを主体として構成され、メモリに予め記憶されているプログラムに基づいて動作する。また、演算処理部４３はセンサインタフェース４２から、所定時間おき（例えば１秒おき）に各センサの検出結果を入力し、後述するように接触圧力に基づいて着力点を求める。さらに、この着力点における力とモーメントを算出し、この結果を操舵角δと後述する各センサの座標データ及び検出時刻データと共に記憶部４４に記憶し、着力点にかかる力とモーメントを後述するように座標変換し、変換後の着力点の座標及び着力点にかかる力とモーメントのデータを記憶部４４に記憶する。さらにまた、これらのをデータ出力部２６を介して図示せぬ上位装置に出力する。
また、演算処理部４３は、図示せぬスイッチ等の操作に基づいて記憶部４４に記憶されている検出結果のデータを消去する或いはデータ出力部２６を介して図示せぬ上位装置に出力する。
記憶部４４には、車両直進時のステアリングホイールリム１１の位置における、ステアリングホイールリム１１の回転平面内でのステアリングホイールハブ１３の中心点131（平面と回転軸との交点）の座標を原点とするｘ，ｙ，ｚ直交座標系における力覚センサ21A,21Bの検出中心点の座標O1,O2のデータと各接触圧センサ３１の配置座標のデータが予め記憶されており、これらのデータに基づいて演算処理部４３が各座標間の距離を算出できるようになっている。
尚、ステアリングホイールリム１１の第１及び第２分割部11A,11Bのそれぞれの接触圧センサ３１には分割部11A,11Bの一端部に配置されたものから順番に番号が付与されており、各接触圧センサ３１の座標はこの番号に対応して記憶部４４に記憶されている。
次に、演算処理部４３の処理動作に関して、図１３乃至図１５を参照して詳細に説明する。
力覚センサ21A,21Bは、検出中心点O1,O2を中心とするｘ，ｙ，ｚ直交座標で表される力とモーメントを検出して、その検出結果を出力する。また、各接触圧センサ３１のそれぞれはドライバの手の接触圧力を表す電気信号を出力し、ドライバの手による把持領域ER1,ER2に存在する接触圧センサ３１のみがドライバが把持したときの接触圧力を表す電気信号を出力する。
演算処理部４３は、各接触圧センサ３１が検出した接触圧力のデータおよび各力覚センサ21A,21Bが検出した力とモーメントのデータ並びに操舵角センサ４１が検出した操舵角δのデータをセンサインタフェース４２を介して取得し（ＳＣ１，ＳＣ２，ＳＣ３）、これらの各データを各センサの座標データに対応づけて検出時刻データと共に記憶部４４に記憶する（ＳＣ４）。
さらに、演算処理部４３は、各センサの検出結果及び各センサの座標データに基づいて着力点FP1,FP2の座標を算出する（ＳＣ５）と共に、この着力点FP1,FP2にかかる力とモーメントを算出する（ＳＣ６）。
本実施形態の演算処理部４３では、例えば分割部11Aにおける着力点FP1を求めるには、前述した第２実施形態と同様に、直交座標の原点131を通るｙ軸132から把持領域ER1内に存在する各接触圧センサ３１までの角度θと把持領域ER1内に存在する各接触圧センサ３１が検出した接触圧力ｐとの積による接触圧力分布Ｃ：[(θ1，ｐ1)，(θ2，ｐ2)，(θ3，ｐ3)，…，(θn，ｐn)]（ｎは自然数）により得られる周知の加重平均を用いて着力点FP1の座標を求めている。尚、把持領域ER2における着力点FP2も同様にして求める。また、単純に各検出圧センサ３１が検出した圧力分布における圧力ピーク位置を着力点として求めても良い。
この後、演算処理部４３は、着力点FP1,FP2にかかる力とモーメントの算出結果を後述する各センサの座標データ及び検出時刻データと共に記憶部４４に記憶すると共に、着力点FP1,FP2にかかる力とモーメントの座標変換を行う（ＳＣ７）。この座標変換においては、ステアリングホイールリム１１の回転平面内でのステアリングホイールハブ１３の中心点131（平面と回転軸との交点）の座標を原点とし、この平面内での水平方向をｘ’軸、この平面内でｘ’軸に直交する方向をｙ’軸とするｘ’，ｙ’，ｚ’直交座標に変換する。
この後、演算処理部４３は座標変換後の直交座標系で表された着力点FP1,FP2にかかる力とモーメントのデータを記憶部４４に記憶する（ＳＣ８）と共に、検出時刻データと共に各センサから取得したデータと算出したデータをデータ出力部２６を介して図示せぬ上位装置に出力する（ＳＣ９）。
次に、演算処理部４３は、タイマの計時時間をリセットして（ＳＣ１０）、新たに計時を開始し、タイマの計時時間Ｔが所定時間Ｔ１以上になったときに（ＳＣ１１）、前記ＳＣ１の処理に移行して上記処理を繰り返す。
また、前述した着力点FP1における力ＦFP1とモーメントＭFP1は前述した（１）式および（２）式を用いて算出される。また、着力点FP2における力ＦFP2とモーメントＭFP2も同様にして算出される。
尚、図１４に示すように、それぞれの着力点FP1,FP2における押引力と上下力及びモーメントは、ステアリングホイールリム１１の接線方向をｙ”軸とし、法線方向をｘ”軸とし、着力点FP1,FP2を原点とするｘ”、ｙ”、ｚ”直交座標系に座標変換しても良い。このとき、接線方向の力は操舵トルクを生じる力である。
前述した構成よりなる操舵操作力検出装置10Cによれば、ステアリングホイールリム１１へのドライバの手の接触圧力が、ステアリングホイールリム１１の各分割部11A,11Bに配置された接触圧センサ３１によって検出され、さらに、接触圧センサ３１によって得られた接触圧力の分布に基づいて着力点FP1,FP2が求められる。さらに、これらの検出結果に基づいて、着力点FP1,FP2における力とモーメントが算出され、この算出結果が出力される。これにより、操舵操作時にステアリングホイールリム１１上の着力点FP1,FP2にどのような力やモーメントがかかっているかを詳細に知ることができる。これにより、操舵操作時にステアリングホイールリム１１上の着力点FP1,FP2にどのような力やモーメントがかかっているかを詳細に知ることができる。これにより、本発明の装置を用いた新型車やタイヤの性能評価等において、ドライバによる操舵時の運転感覚を、ドライバが操舵時に握るステアリングホイールリム（ハンドル）１１にかかる力やモーメントのデータとしてリアルタイムで詳細に知ることができるので、性能評価等において有効に活用することができる。
尚、前述した各実施形態は、本発明の一具体例であって、本発明が上記各実施形態の構成に限定されることはない。例えば、上記実施形態ではステアリングホイールリム１１を２分割して２つの分割部11A,11Bに分離したが、３つ以上に分割しても良い。また、着力点FP1,FP2の求め方や座標系等はデータの使用方法などに応じて適宜決定することが好ましい。
本発明の第１実施形態における操舵操作力検出装置の主要部を示す構成図 本発明の第１実施形態における操舵操作力検出装置の電気系回路を示すブロック図 本発明の第１実施形態における処理動作を説明するフローチャート 本発明の第１実施形態における検出動作を説明する図 本発明の第２実施形態における操舵操作力検出装置の電気系回路を示すブロック図 本発明の第２実施形態における操舵操作力検出装置の主要部を示す構成図 本発明の第２実施形態における検出動作を説明する図 本発明の第２実施形態における検出動作を説明する図 本発明の第２実施形態における処理動作を説明するフローチャート 本発明の第３実施形態における操舵操作力検出装置の電気系回路を示すブロック図 本発明の第３実施形態における操舵操作力検出装置の主要部を示す構成図 本発明の第３実施形態における検出動作を説明する図 本発明の第３実施形態における検出動作を説明する図 本発明の第３実施形態における検出動作を説明する図 本発明の第３実施形態における処理動作を説明するフローチャート
符号の説明
10,10B,10C…操舵操作力検出装置、１１…ステアリングホイールリム、11A,11B…分割部、12A,12B…ステアリングアーム、１３…ステアリングホイールハブ、131…座標原点、132…ｙ軸、20,20B,20C…処理ユニット、21A,21B…力覚センサ、２２…接触センサ、２３…センサインタフェース、２４…演算処理部、２５…記憶部、２６…データ出力部、３１…接触圧センサ、３２…センサインタフェース、３３…演算部、３４…記憶部、４１…操舵角センサ、４２…センサインタフェース、４３…演算処理部、４４…記憶部。

Claims (7)

  1. ステアリングホイールを構成する少なくとも転舵方向に２分割されたステアリングホイールリムと、
    前記ステアリングホイールリムの各分割部とステアリングホイールハブとを連結する複数のステアリングアームと、
    各ステアリングアームに設けられ、前記ステアリングホイールリムの各分割部にかかる力とモーメントを検出する第１検出手段と、
    前記ステアリングホイールリムの分割部を把持するドライバの手の着力点を検出する第２検出手段と、
    前記第１検出手段及び前記第２検出手段のそれぞれの検出結果に基づいて、前記着力点における力とモーメントを演算する演算手段と、
    前記演算手段による演算結果を出力する演算結果出力手段とを備えている
    ことを特徴とする操舵操作力検出装置。
  2. 前記第２検出手段は、前記ステアリングホイールリムの各分割部に配置された前記着力点を検出するためのセンサを有する
    ことを特徴とする請求項１に記載の操舵操作力検出装置。
  3. 前記着力点を検出するためのセンサは、前記ステアリングホイールリムへのドライバの手の接触の有無を検知する複数の接触センサを含み、
    前記第２検出手段は、前記接触センサによって得られた接触の有無によって前記着力点を求める手段を有する
    ことを特徴とする請求項２に記載の操舵操作力検出装置。
  4. 前記第２検出手段は、前記複数の接触センサによって得られた接触有無の分布に基づいて、前記着力点を求める手段を有する
    ことを特徴とする請求項３に記載の操舵操作力検出装置。
  5. 前記着力点を検出するためのセンサは、前記ステアリングホイールリムの複数の位置におけるドライバの手の接触圧力を検出する手段を含み、
    前記第２検出手段は、前記複数の位置のそれぞれにおける接触圧力の検出結果を出力する手段を有する
    ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の操舵操作力検出装置。
  6. 前記第２検出手段は、前記検出した接触圧力の分布に基づいて、前記着力点を求める手段を有する
    ことを特徴とする請求項５に記載の操舵操作力検出装置。
  7. ステアリングホイールの操舵角を検出する手段と、
    前記検出した操舵角に基づいて、前記着力点における力とモーメントを表す座標系を所定の座標系に変換する手段と、
    前記変換された座標系で表された前記着力点における力とモーメントを検出結果として出力する手段とを設けた
    ことを特徴とする請求項１に記載の操舵操作力検出装置。
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