(57)【要約】【課題】運転者の操作入力分だけを正確に検出する。【解決手段】６分力計Ｓｓで検出した６分力λを、ステアリングホイール２の姿勢に応じて補償する（ステップＳ２、Ｓ３）。つまり、ステアリングホイール２の自重によって６分力計Ｓｓに作用する分力がステアリングホイール２の姿勢に応じて変化する分力変化特性を予め取得しておき、その分力変化特性を参照し、ステアリングホイール２の自重によって作用する分力だけ、６分力λを補償する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
運転者によって操作されるステアリング操作子と、該ステアリング操作子が運転者によって操作されるときに当該ステアリング操作子に作用する分力を検出する検出手段と、該検出手段で検出した分力を前記ステアリング操作子の姿勢に応じて補償する補償手段と、を備えることを特徴とするステアリング操作状態検出装置。
【請求項２】
前記ステアリング操作子の自重によって作用する分力が当該ステアリング操作子の姿勢に応じて変化する分力変化特性を取得する取得手段を備え、
前記補償手段は、前記取得手段で取得した分力変化特性に基づいて、前記ステアリング操作子の自重によって作用する分力だけ、前記検出手段で検出した分力を補償することを特徴とする請求項１に記載のステアリング操作状態検出装置。
【請求項３】
前記ステアリング操作子の姿勢は、当該ステアリング操作子の回転位相、及び回転軸の傾角であることを特徴とする請求項１又は２に記載のステアリング操作状態検出装置。
【請求項４】
前記検出手段の検出値に対して所定周波数以下の信号だけを通過させるフィルタ手段を備えることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のステアリング操作状態検出装置。
【請求項５】
前記取得手段は、前記ステアリング操作子を可動領域の一端側から他端側へ正回転させると共に、他端側から一端側へ逆回転させ、当該ステアリング操作子の自重によって作用する分力のヒステリシスが所定値以内のときだけ、前記分力変化特性を取得することを特徴とする請求項２〜４の何れか一項に記載のステアリング操作状態検出装置。
【請求項６】
前記検出手段は、３軸方向の力及び当該３軸周りのモーメントでなる６分力を検出する６分力検出器と、前記３軸方向の力でなる３分力を検出する３分力検出器と、を備えることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載のステアリング操作状態検出装置。
【請求項７】
前記ステアリング操作子は、第１及び第２の把持部に分割され、
前記第１の把持部は、前記３分力検出器を介して前記６分力検出器に連結され、
前記第２の把持部は、前記６分力検出器に連結されることを特徴とする請求項６に記載のステアリング操作状態検出装置。
【請求項８】
前記検出手段は、前記６分力検出器の検出値と前記３分力検出器の検出値とに応じて、運転者による操作によって前記第１及び第２の把持部の夫々から入力される前記３軸方向の力を検出することを特徴とする請求項７に記載のステアリング操作状態検出装置。
【請求項９】
前記検出手段は、前記６分力検出器の検出値と前記３分力検出器の検出値とに応じて、運転者の把持位置を検出することを特徴とする請求項７又は８に記載のステアリング操作状態検出装置。
【請求項１０】
前記検出手段は、前記６分力検出器の検出値と前記３分力検出器の検出値とに応じて、運転者の把持位置に作用する接線方向及び法線方向の力を検出することを特徴とする請求項７〜９の何れか一項に記載のステアリング操作状態検出装置。
【請求項１１】
車輪を操向するために運転者によって操作されるステアリング操作子と、該ステアリング操作子が運転者によって操作されるときに当該ステアリング操作子に作用する分力を検出する検出手段と、該検出手段で検出した分力を前記ステアリング操作子の姿勢に応じて補償する補償手段と、を備えることを特徴とする自動車。
【請求項１２】
運転者によって操作されるステアリング操作子と、該ステアリング操作子が運転者によって操作されるときに当該ステアリング操作子に作用する分力を検出する検出手段とを備え、
前記検出手段で検出した分力を前記ステアリング操作子の姿勢に応じて補償することを特徴とするステアリング操作状態検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステアリング操作状態検出装置、これを備えた自動車、及びステアリング操作状態検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ステアリングホイールのボスに６分力計を設け、ステアリングホイールに作用する３軸方向の力とその３軸周りのモーメントを検出するものがある（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平７−１１０２８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、６分力計はステアリングホイールの自重の影響を受けるので、運転者の操作入力分だけを正確に検出していることにはならない。こうした自重の影響は、ステアリングホイールの傾角（チルト位置）によって変化し、またステアリングホイールは周方向のバランスが均一な形状ではないので、ステアリングホイールの回転角によっても変化する。
本発明の課題は、運転者の操作入力分だけを正確に検出することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記の課題を解決するために、本発明に係るステアリング操作状態検出装置は、ステアリング操作子が運転者によって操作されるときにステアリング操作子に作用する分力を検出すると共に、検出した分力をステアリング操作子の姿勢に応じて補償することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明に係るステアリング操作状態検出装置では、検出した分力をステアリング操作子の姿勢に応じて補償することで、運転者の操作入力分だけを正確に検出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
《第１実施形態》
《構成》
図１は、自動車１の概観であり、図２、図３は、ステアリング機構の概略構成である。
ステアリングホイール２は、ステアリングシャフト３に連結され、運転者のステアリング操作に応じて車輪を操向可能になっている。ステアリングシャフト３は、回動自在の状態で、ステアリングコラム４を介して車体に支持されており、ステアリングホイール２の背面には、ブラケット５を介してステアリングコラム４に取り付けられたコンビネーションスイッチ６と、その操作レバー７Ｌ、７Ｒが配設されている。
【０００７】
ステアリングホイール２は、６分力計Ｓｓを介してステアリングシャフト３に連結されており、この６分力計Ｓｓは、ステアリングホイール２が運転者によって操作されるときにステアリングホイール２に作用する３軸方向の力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、及び３軸周りのモーメントＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚを検出する。３軸は互いに直行し、ステアリングホイール２を正面から見て、上下方向をＸ軸、左右方向をＹ軸とし、ステアリングシャフト３の軸方向をＺ軸とする。
【０００８】
６分力計Ｓｓは、ステアリングホイール２と共に回転するため、ケーブルリール８によって車体側（不動側）のコンビネーションスイッチ６に接続されている。コンビネーションスイッチ６には、舵角センサ９が内蔵されており、その検出信号βや、操作レバー７Ｌ、７Ｒの操作信号、また６分力計Ｓｓの検出信号λ（＝Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚ）は、コントローラ１０に入力される。またステアリングシャフト３は、傾角（チルト位置）を調整可能に構成されており、その傾角γの検出信号もコントローラ１０に入力される。
【０００９】
次に、コントローラ１０で実行される補償処理を、図４のフローチャートに従って説明する。図５は、そのブロック図である。
先ずステップＳ１では、所定周波数レンジ以下のローパスフィルタによって、６分力λをフィルタ処理する。
続くステップＳ２では、操舵角βと傾角γに応じてステアリングホイール２の姿勢を判断する。
続くステップＳ３では、予め取得された分力変化特性に基づいて、ステアリングホイール２の自重によって作用する分力だけ、６分力λを補償してから所定のメインプログラムに復帰する。この分力変化特性とは、ステアリングホイール２の自重によって６分力計Ｓｓに作用する分力がステアリングホイール２の姿勢に応じて変化する特性である。
【００１０】
分力変化特性は、図６のフローチャートに従って取得する。
先ずステップＳ１１では、ステアリングホイール２を可動領域の一端側から他端側へ正回転させると共に、他端側から一端側へ逆回転させる。このとき、ステアリングホイール２からは入力を加えずに、ステアリングシャフト３の側からステアリングホイール２を静的に回転させる。すなわち、運転者がステアリングホイール２を把持していないときに、電動パワーステアリング装置などの駆動機構によって、ステアリングシャフト３を回転させる。
【００１１】
続くステップＳ１２では、正回転と逆回転させたときの６分力λのヒステリシスが所定値以内であるか否かを判定する。ヒステリシスが所定値を超えていれば、そのまま所定のメインプログラムに復帰する。一方、ヒステリシスが所定値以内であれば、ステップＳ１３に移行する。
ステップＳ１３では、操舵角βに対する６分力λを記憶してから所定のメインプログラムに復帰する。
上記の処理を、傾角γ毎に実施することで、ステアリングホイール２の姿勢（β、γ）に応じた分力変化特性を取得する。但し、分力変化特性はステアリングホイール２の重量及びバランスによって決まるので、ステアリングホイール２及び６分力計Ｓｓが共通の車両であれば、分力変化特性も共通である。
【００１２】
《作用》
６分力計Ｓｓはステアリングホイール２の自重の影響を受けるので、運転者の操作入力分だけを正確に検出していることにはならない。こうした自重の影響は、ステアリングホイール２の傾角γによって変化し、またステアリングホイール２は周方向のバランスが均一な形状ではないので、ステアリングホイール２の回転角βによっても変化する。
そこで、本実施形態では、６分力計Ｓｓで検出した６分力λを、ステアリングホイール２の姿勢に応じて補償する（ステップＳ２、Ｓ３）。つまり、予め取得された分力変化特性を参照し、ステアリングホイール２の自重によって作用する分力だけ、６分力λを補償する。これにより、運転者の操作入力だけを正確に検出することができる。
【００１３】
図７は、ステアリングホイール２からは入力を加えずに、ステアリングシャフト３の側からステアリングホイール２を静的に回転させたときの操舵角βに対する６分力λを示している。運転者の操作入力がないのに、補償前は、ステアリングホイール２の自重の影響を受けており、操舵角βによって変化している。補償後は、ステアリングホイール２の自重の影響を排除することができ、操舵角βに係らず０を維持する。したがって、この補償により、運転者のステアリング操作時には運転者の操作入力だけを正確に検出することができる。
【００１４】
また、補償前に６分力λをローパスフィルタで処理することにより（ステップＳ１）、ノイズの混入を防ぐことができる。
また、ステアリングホイール２を可動領域の一端側から他端側へ正回転させると共に、他端側から一端側へ逆回転させ（ステップＳ１１）、６分力λのヒステリシスが所定値以内のときだけ、分力変化特性を取得するので（ステップＳ１２、Ｓ１３）、エラー値に基づく特性を取得してしまうことを防止できる。
【００１５】
《効果》
以上より、ステアリングホイール２が「ステアリング操作子」に対応し、６分力計Ｓｓが「検出手段」に対応し、ステップＳ２、Ｓ３の処理が「補償手段」に対応し、ステップＳ１の処理が「フィルタ手段」に対応し、ステップＳ１１〜Ｓ１３の処理が「取得手段」に対応する。
（１）運転者によって操作されるステアリング操作子と、ステアリング操作子が運転者によって操作されるときにステアリング操作子に作用する分力を検出する検出手段と、検出手段で検出した分力をステアリング操作子の姿勢に応じて補償する補償手段とを備える。
これにより、運転者の操作入力だけを正確に検出できる。
【００１６】
（２）ステアリング操作子の自重によって作用する分力がステアリング操作子の姿勢に応じて変化する分力変化特性を取得する取得手段を備え、補償手段は、取得手段で取得した分力変化特性に基づいて、ステアリング操作子の自重によって作用する分力だけ、検出手段で検出した分力を補償する。
これにより、運転者の操作入力だけを正確に検出できる。
（３）ステアリング操作子の姿勢は、ステアリング操作子の回転位相、及び回転軸の傾角である。
これにより、ステアリング操作子の姿勢を容易に判断できる。
【００１７】
（４）検出手段の検出値に対して所定周波数以下の信号だけを通過させるフィルタ手段を備える。
これにより、ノイズの混入を防ぐことができる。
（５）取得手段は、ステアリング操作子を可動領域の一端側から他端側へ正回転させると共に、他端側から一端側へ逆回転させ、ステアリング操作子の自重によって作用する分力のヒステリシスが所定値以内のときだけ、分力変化特性を取得する。
これにより、エラー値に基づく特性を取得してしまうことを防止できる。
【００１８】
《第２実施形態》
《構成》
第２実施形態は、図８、図９に示すように、ステアリングホイール２を左把持部２Ｌと右把持部２Ｒとに分割し、左把持部２Ｌは、新たな３分力計Ｓｔを介して前述の６分力計Ｓｓに連結され、右把持部２Ｒは、そのまま６分力計Ｓｓに連結されている。この３分力計Ｓｔは、６分力計Ｓｓと同じ３軸方向の力Ｆｘ2、Ｆｙ2、Ｆｚ2を検出する。したがって、３分力計Ｓｔは、右手操作からの入力だけを検出し、６分力計Ｓｓは、左手操作と右手操作からの入力を合成した状態で検出する。上記の構造は、左右反転させてもよい。
【００１９】
次に、コントローラ１０で実行される検出処理を、図１０のフローチャートに従って説明する。
先ずステップＳ２１では、下記に示すように、左手操作からの入力となる３軸方向の力Ｆｘ1、Ｆｙ1、Ｆｚ1を算出する。つまり、６分力計Ｓｓで検出する分力は、左手操作と右手操作からの入力の総和になるので、６分力計Ｓｓで検出した値から、３分力計Ｓｔで検出した値を減じることで、左手操作からの入力分を算出する。各検出値は、前述した第１実施形態に従って補償した値である。
Ｆｘ1＝Ｆｘ−Ｆｘ2
Ｆｙ1＝Ｆｙ−Ｆｙ2
Ｆｚ1＝Ｆｚ−Ｆｚ2
【００２０】
続くステップＳ２２では、Ｆｚ1＝０又はＦｚ2＝０であるか否かを判定する。Ｆｚ1＝０又はＦｚ2＝０であるときには、ステアリングホイール２を両手で把持していないと判断して後述するステップＳ２５に移行する。一方、Ｆｚ1≠０且つＦｚ2≠０であるときには、ステアリングホイール２を両手で把持していると判断してステップＳ２３に移行する。
【００２１】
ステップＳ２３では、ステアリングホイール２に対する運転者の把持位置を算出する。ここでは、図１１に示すように、左右夫々の把持位置をリム上の点Ｐ1、Ｐ2とし、これらの点と原点とを通る直線がＹ軸に対してなす角度を位相α1、α2とする。点Ｐ1、Ｐ2の夫々に、Ｆｚ１Ｆｚ２が作用すると考えると、Ｘ軸とＹ軸のモーメントの釣り合いを、下記のように表せるので、これを解くことにより、位相α1、α2を算出する。ここで、Ｒｗはリム半径である。
Ｍｘ／Ｒｗ＝  cosα1＋cosα2
Ｍｙ／Ｒｗ＝−sinα1−sinα2
【００２２】
続くステップＳ２４では、下記に示すように、把持位置Ｐk（ｋ＝１、２）に作用する接線方向の力Ｆｔk及び法線方向の力Ｆｎkを算出してから所定のメインプログラムに復帰する。
Ｆｔk＝Ｆk×cosαk
Ｆｎk＝Ｆk×sinαk
一方、ステップＳ２５では、Ｆｚ2＝０であるか否かを判定する。Ｆｚ2≠０であるときには後述するステップＳ３１に移行し、Ｆｚ2＝０であるときにはステップＳ２６に移行する。
【００２３】
ステップＳ２６では、Ｆｘ2＝０且つＦｙ2＝０であるか否かを判定する。Ｆｘ2≠０又はＦｙ2≠０であるときにはステップＳ２９に移行し、Ｆｘ2＝０且つＦｙ2＝０であるときには右手を離していると判断してステップＳ２７に移行する。
ステップＳ２７では、前記ステップＳ２３と同様に、位相α1を算出する。
続くステップＳ２８では、前記ステップＳ２４と同様に、把持位置Ｐ1に作用する接線方向の力Ｆｔ1及び法線方向の力Ｆｎ1を算出してから所定のメインプログラムに復帰する。
【００２４】
ステップＳ２９では、前記ステップＳ２３と同様に、位相α1を算出する。
続くステップＳ３０では、前記ステップＳ２４と同様に、把持位置Ｐ1に作用する接線方向の力Ｆｔ1及び法線方向の力Ｆｎ1を算出すると共に、Ｚ軸のモーメントの釣り合いを、下記のように表せるので、これを解くことにより、接線方向の力Ｆｔ2を算出してから所定のメインプログラムに復帰する。
Ｍｚ＝Ｒｗ×ΣＦｔk
一方、ステップＳ３１では、Ｆｘ1＝０且つＦｙ1＝０であるか否かを判定する。Ｆｘ1≠０又はＦｙ1≠０であるときにはステップＳ３４に移行し、Ｆｘ1＝０且つＦｙ1＝０であるときには左手を離していると判断してステップＳ３２に移行する。
【００２５】
ステップＳ３２では、前記ステップＳ２３と同様に、位相α2を算出する。
続くステップＳ３３では、前記ステップＳ２４と同様に、把持位置Ｐ2に作用する接線方向の力Ｆｔ2及び法線方向の力Ｆｎ2を算出してから所定のメインプログラムに復帰する。
ステップＳ３４では、前記ステップＳ２３と同様に、位相α2を算出する。
続くステップＳ３５では、前記ステップＳ２４と同様に、把持位置Ｐ2に作用する接線方向の力Ｆｔ2及び法線方向の力Ｆｎ2を算出すると共に、前記ステップＳ３０と同様に、接線方向の力Ｆｔ1を算出してから所定のメインプログラムに復帰する。
【００２６】
《作用》
従来技術では、６分力計Ｓｓで検出した６分力λのうち、Ｆｚ、Ｍｘ、Ｍｙから把持位置を算出したり、Ｆｘ、Ｆｙ、Ｍｚからリムの平面上に作用する力を算出したりすることが提案されている。しかしながら、左手と右手でＺ軸方向に押し引きし相殺し、Ｆｚ＝０になると把持位置を算出することはできない。また、リムの平面上に作用する力を、左手入力と右手入力とで厳密に分離して算出することはできない。
【００２７】
そこで、新たに３分力計Ｓｔを追加すると共に、ステアリングホイール２を左右の把持部に分割し、左把持部２Ｌは３分力計Ｓｔを介して６分力計Ｓｓに連結し、右把持部２Ｒは６分力計Ｓｔに連結する。これにより、左手入力と右手入力とで個別に分力を検出することができる。
したがって、Ｚ軸方向の力を加えている限り、片手だけであってもその把持位置を検出することができ、その把持位置に作用する接線方向及び法線方向の力をも検出することができる。
【００２８】
《効果》
以上より、６分力計Ｓｓが「６分力検出器」に対応し、３分力計Ｓｔが「３分力検出器」に対応し、左把持部２Ｌが「第１の把持部」に対応し、右把持部２Ｒが「第２の把持部」に対応し、ステップＳ２１〜Ｓ３５の処理が「検出手段」に含まれる。
（１）検出手段は、３軸方向の力及び当該３軸周りのモーメントでなる６分力を検出する６分力検出器と、３軸方向の力でなる３分力を検出する３分力検出器とを備える。
このように、少なくとも２点で３軸方向の力を検出することで、左手入力と右手入力との分力を個別に検出することができる。
【００２９】
（２）ステアリング操作子は、第１及び第２の把持部に分割され、第１の把持部は３分力検出器を介して６分力検出器に連結され、第２の把持部は６分力検出器に連結される。
これにより、左手入力と右手入力との分力を個別に検出することができる。
（３）検出手段は、６分力検出器の検出値と３分力検出器の検出値とに応じて、運転者による操作によって第１及び第２の把持部の夫々から入力される３軸方向の力を検出する。
これにより、左手入力と右手入力との分力を個別に検出することができる。
【００３０】
（４）検出手段は、６分力検出器の検出値と３分力検出器の検出値とに応じて、運転者の把持位置を検出する。
これにより、片手だけであっても把持位置を検出することができる。
（５）検出手段は、６分力検出器の検出値と３分力検出器の検出値とに応じて、運転者の把持位置に作用する接線方向及び法線方向の力を検出する。
これにより、片手だけであっても把持位置に作用する接線方向及び法線方向の力を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】自動車の概観である。
【図２】第１実施形態の概略構成である。
【図３】ステアリングホイールの概観である。
【図４】補償処理のフローチャートである。
【図５】補償処理のブロック図である。
【図６】分力変化特性の取得手順である。
【図７】補償の作用効果である。
【図８】第２実施形態の概略構成である。
【図９】ステアリングホイールの概観である。
【図１０】検出処理のフローチャートである。
【図１１】左手入力と右手入力の夫々の分力である。
【符号の説明】
【００３２】
１  自動車
２  ステアリングホイール
３  ステアリングシャフト
Ｓｓ  ６分力計
１０  コントローラ
Ｓｔ  ３分力計
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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