(57)【要約】【課題】既存のハンドル操作に比べて、操作が簡単で、操作量も少なくて済み、しかも、既存の自動車に簡単に取り付け可能な自動車用補助操舵装置を提案すること。【解決手段】自動車用補助操舵装置１は、ジョイスティックなどの形態の操作部材２１を備えた補助ハンドル２と、操作部材２１の操作に応じて駆動するステッピングモータ３と、制御ボード５を備え、操作部材２１が操作されると電磁クラッチ４１が接続状態に切り換わり、補助ハンドル操作によってハンドルシャフト１０１を左右に回転させ、自動車を操舵できる。ハンドル１００が操作されると、電磁クラッチ４１が切断状態に戻り補助ハンドル操作が無効とされる。【選択図】図１
2007112165.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
補助ハンドルと、
前記補助ハンドルの操作に応じて駆動制御される少なくとも一つのモータと、
前記モータの回転力を、主ハンドルが取り付けられているハンドルシャフトに伝達する伝達機構と、
前記主ハンドルの操作時には前記補助ハンドルの操作を無効にする切換機構と、
前記補助ハンドルによって指定される操舵位置に前記ハンドルシャフトが回転するように、前記モータをフィードバック制御する制御部とを有することを特徴とする自動車用補助操舵装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記補助ハンドルは、
第１および第２の操作方向に所定の操作量だけ操作可能な操作部材と、
前記操作部材に加わる操作力を検出する圧力センサと、
前記操作部材の操作方向および操作量と、当該操作部材に加わる操作力とに応じた操舵信号を生成して出力する操舵信号生成部とを備えており、
前記制御部は、前記操舵信号に基づき、前記モータを駆動制御して、前記ハンドルシャフトを所定の回転方向に、所定の回転速度あるいは加速度で、所定の角度だけ回転させることを特徴とする自動車用補助操舵装置。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記伝達機構は、
電磁クラッチと、
前記電磁クラッチを介して前記モータに連結されている歯車式の減速機と、
前記減速機によって回転駆動される従動歯車とを備えており、
前記従動歯車が前記ハンドルシャフトに同軸状態で固着されており、
前記切換機構は、
前記主ハンドルが操作されたか否かを検出するために前記ハンドルシャフトに取り付けたトルクセンサと、
前記補助ハンドルの操作部材が操作されると前記電磁クラッチを接続状態に切り換え、前記トルクセンサによって前記主ハンドルが操作されたことを検出すると前記電磁クラッチを切断状態に戻す切換制御を行う前記制御部とを備えていることを特徴とする自動車用補助操舵装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のうちのいずれかの項において、
前記モータはステッピングモータであり、
前記制御部は、前記ステッピングモータの出力軸の回転情報を検出するためのロータリエンコーダのＡ相出力およびＢ相出力を、それぞれ、当該ステッピングモータの右回転用および左回転用の駆動パルスとして用いることを特徴とする自動車用補助操舵装置。
【請求項５】
既存の自動車に後付け可能な請求項１ないし４のうちのいずれかの項に記載の自動車用補助操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、身体障害者などが自動車を運転する場合に使用する自動車用補助操舵装置に関し、特に、操作が簡単であり、操作量も少なくて済み、既存の自動車に取り付けて使用可能な自動車用補助操舵装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
身体障害者向けに開発されている自動車運転補助装置としては、アクセルペダルおよびブレーキペダルを足を使わずに手によって操作できるようにした補助装置が知られている。しかしながら、身体障害者の中にはハンドルを回すことができずに自動車の運転を諦めている人が多い。ハンドル操作用の補助装置としては既存のハンドルに取り付けて用いる身体障害者用スイッチ付ハンドル旋回装置が特許文献１に開示されている。
【特許文献１】特開２０００−７２０００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記特許文献に開示の補助装置は既存のハンドルに取り付けて使用するものであり、運転者がハンドルを回す操作が簡単になるものの、ハンドルを回すという操作が依然として必要であり、このような操作を行うことのできない者にとっては使用できない。
【０００４】
本発明の課題は、このような点に鑑みて、既存のハンドル操作に比べて、操作が簡単で、操作量も少なくて済み、しかも、既存の自動車に簡単に取り付け可能な自動車用補助操舵装置を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために、本発明の自動車用補助操舵装置は、補助ハンドルと、前記補助ハンドルの操作に応じて駆動制御される少なくとも一つのモータと、前記モータの回転力を、主ハンドルが取り付けられているハンドルシャフトに伝達する伝達機構と、前記主ハンドルの操作時には前記補助ハンドルの操作を無効にする切換機構と、前記補助ハンドルによって指定される操舵位置に前記ハンドルシャフトが回転するように、前記モータをフィードバック制御する制御部とを有することを特徴としている。
【０００６】
ここで、前記補助ハンドルは、第１および第２の操作方向に所定の操作量だけ操作可能な操作部材と、前記操作部材に加わる操作力を検出する圧力センサと、前記操作部材の操作方向および操作量と、当該操作部材に加わる操作力とに応じた操舵信号を生成して出力する操舵信号生成部とを備えており、前記制御部は、前記操舵信号に基づき、前記モータを駆動制御して、前記ハンドルシャフトを所定の回転方向に、所定の回転速度あるいは加速度で、所定の角度だけ回転させることを特徴としている。
【０００７】
また、前記伝達機構は、電磁クラッチと、前記電磁クラッチを介して前記モータに連結されている歯車式の減速機と、前記減速機によって回転駆動される従動歯車とを備えており、前記従動歯車が前記ハンドルシャフトに同軸状態で固着されていることを特徴としている。この場合には、前記切換機構は、前記主ハンドルが操作されたか否かを検出するために前記ハンドルシャフトに取り付けたトルクセンサと、前記補助ハンドルの操作部材が操作されると前記電磁クラッチを接続状態に切り換え、前記トルクセンサによって前記主ハンドルが操作されたことを検出すると前記電磁クラッチを切断状態に戻す切換制御を行う前記制御部とを備えていることを特徴としている。
【０００８】
本発明の自動車用補助操舵装置では、ハンドルシャフトに取り付けた補助ハンドルの操作を検出し、この操作によってモータを駆動制御してハンドルシャフトを回転させるようになっている。補助ハンドルとして小径の操作ハンドル、ジョイスティックなど各種の操作部材を備えたものを用いることができる。運転者の操作能力に応じた補助ハンドルを選択すれば、換言すると、運転者が動かすことのできる方向および力で操作可能な補助ハンドルを用いれば、ハンドルを回す操作ができないために自動車の運転を諦めていた人でも自動車を運転することが可能になる。
【０００９】
また、本発明では、補助ハンドルの操作部材の操作方向および操作量に加えて、当該操作部材に加わる操作者の操作力を圧力センサで検出し、これに基づきハンドル操作の速度などを制御している。例えば、自動車を急旋回させる必要がある場合などにおいて、手を早く動かすことのできない運転者などは操作部材を強く押すことにより、ハンドル操作を迅速に行うことが可能になる。
【００１０】
さらに、モータを複数台取り付けた場合には、一台のモータが故障した場合にあっても安全に操舵を行うことが保証される。例えば、２台あるいは３台のモータを取り付けるようにすればよい。
【００１１】
次に、本発明の自動車用補助操舵装置では、補助ハンドルの操作に応じてハンドルシャフトを回転駆動させるための前記モータとしてステッピングモータを用いており、前記制御部は、前記ステッピングモータの出力軸の回転情報を検出するためのロータリエンコーダのＡ相出力およびＢ相出力を、それぞれ、当該ステッピングモータの右回転用および左回転用の駆動パルスとして用いることを特徴としている。このようにエンコーダ出力を直接に利用すれば、モータ駆動信号を生成する必要がないので、モータドライバの回路構成を簡単化できるなどの効果が得られる。
【００１２】
一方、本発明による上記構成の自動車用補助操舵装置は、既存の自動車に簡単に後付けして用いることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の自動車用補助操舵装置は、補助ハンドルの操作に応じて駆動制御されるモータの回転力を伝達機構を介してハンドルシャフトに伝達して、操舵を行うように構成されている。補助ハンドルとしてジョイスティックなどのような簡単に操作できる操作部材を用いることにより、ハンドルを回すことのできない身体障害者などであっても自動車を操舵することが可能になる。
【００１４】
また、本発明では、操作部材に加わる操作力を検出し、これに基づき、操舵速度などを制御するようにしているので、手を早く動かすことのできない人などであっても自動車を急旋回させるなどの操作を行うことができ、身体健常者と同様に自動車を操舵することができる。
【００１５】
さらに、本発明では、ハンドルシャフトの駆動力源として用いているステッピングモータに付設されているロータリエンコーダから得られるＡ相およびＢ相信号を、モータ駆動用のパルス信号として利用している。したがって、モータ駆動用のパルス信号を生成する必要がないので、モータドライバなどの回路構成を簡単化できる。
【００１６】
これに加えて、本発明の自動車用補助操舵装置は、既存の自動車に簡単に後付けして用いることができるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、図面を参照して、本発明を適用した自動車用補助操舵装置の一例を説明する。
【００１８】
図１は本例の自動車用補助操舵装置を示す概略構成図であり、既存の自動車に後付けして用いられる。自動車用補助操舵装置１は、補助ハンドル２と、この補助ハンドル２の操作に応じて駆動制御されるステッピングモータ３と、このステッピングモータ３の回転力を、既存の自動車における主ハンドル１００が取り付けられているハンドルシャフト１０１に伝達するための伝達機構４と、各部分の駆動制御を司る制御回路が搭載されている制御ボード５とを有している。制御ボード５は、補助ハンドル２によって指定される操舵位置にハンドルシャフト１０１が回転するようにステッピングモータ３をフィードバック制御すると共に、主ハンドル１００の操作時には補助ハンドル２の操作を無効にする切換制御を行う。
【００１９】
補助ハンドル２は、ジョイスティックなどのように、少なくとも左右方向（第１および第２の操作方向）に操作可能な操作部材２１と、当該操作部材２１に作用する操作力を検出するためのロードセルなどの圧力センサ２２と、操舵信号２Ｓを生成して出力する操舵信号発生部２３とを備えている。操舵信号発生部２３では、操作部材２１の操作方向に応じたアナログ信号からなる操舵信号２Ｓ１を生成して制御ボード５に入力する。たとえば、操作部材２１の操作方向が右方向の場合には正電圧、左方向の場合には負電圧の信号を生成し、−５Ｖから＋５Ｖまでの範囲の操舵信号２Ｓ１を発生する。これに加えて、圧力センサ２２によって検出された操作力の程度に応じて０Ｖ〜５Ｖの操作信号２Ｓ２を発生する。例えば、０Ｖの操作信号２Ｓ２は無負荷状態の場合に発生し、最大荷重として設定された値以上の操作力が検出されると最大電圧５Ｖの操作信号が発生する。
【００２０】
制御ボード５は、操舵信号２Ｓ１に基づき、ハンドルシャフト１０１の回転方向および回転角度を算出する。また、操作信号２Ｓ２に基づき、ハンドルシャフト１０１の回転速度を算出する。そして、算出した回転方向に向けて算出した回転角度の位置まで、算出した回転速度で、ハンドルシャフト１０１が回転するように、ステッピングモータ３をフィードバック制御する。
【００２１】
ここで、ハンドルシャフト１０１にはアブソリュートエンコーダ６が取り付けられており、ハンドルシャフト１０１の絶対回転位置が制御ボード５によって検出される。制御ボード５は、モータ付設のインクリメンタルエンコーダ３１およびアブソリュートエンコーダ６の検出出力に基づき、ステッピングモータ３をフィードバック制御して、ハンドルシャフト１０１を回転する。また、左右の駆動輪１０２、１０３には、それぞれ、これらの駆動輪１０２、１０３が最大操舵角度まで操舵されたことを検出するためのリミットスイッチ７、８が取り付けられている。これらのリミットスイッチ７、８の検出出力に基づき、制御ボード５は、ハンドルシャフト１０１が各方向の回転限界を超えて回転されることのないように制御する。
【００２２】
次に、本例の伝達機構４は、電磁クラッチ４１と、歯車式の減速機４２と、減速機出力軸に固着した駆動歯車４３と、この駆動歯車４３に噛み合っている従動歯車４４とを備えており、従動歯車４４はハンドルシャフト１０１に同軸状態で固着されている。減速機４２としては遊星歯車減速機、波動歯車減速機（株式会社ハーモニック・ドライブ・システムズ製）などを用いることができる。
【００２３】
電磁クラッチ４１は通常は切断状態にあり、補助ハンドル２の操作部材２１が操作されて操舵信号２Ｓ１が制御ボード５に入力されると、当該制御ボード５によって接続状態に切り換えられる。また、ハンドルシャフト１０１に取り付けたトルクセンサ９によって、ハンドル１００が操作されたことが検出されると、電磁クラッチ４１が切断状態に戻され、補助ハンドル２による操作が無効とされ、ハンドル１００による操作が常に優先されるようになっている。
【００２４】
図２は本例の制御ボード５に搭載されている制御回路の概略ブロック図である。制御回路は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを含むマイクロプロセッサユニットＭＰＵを中心にして構成されている。ＲＯＭ内には制御プログラムが格納されており、これを実行することにより各種の動作制御が行われるようになっている。
【００２５】
図３は本例の自動車用補助操舵装置１の制御動作を示す概略フローチャートである。このフローチャートに従って自動車用補助操舵装置１の制御動作を説明する。まず、電源を投入した状態では電磁クラッチ４１が切断（ＯＦＦ）状態にあり、ハンドル１００による通常の操舵モードに初期設定される（ステップＳＴ１）。この状態において、ハンドル１００が操作されている間は通常操舵モード（通常ハンドルモード）に固定される（ステップＳＴ２の「ＹＥＳ」の流れ）。ハンドル１００の操作の有無はトルクセンサ９の出力に基づき判別される。
【００２６】
ハンドル１００が操作されずに補助ハンドル２が操作されると、補助ハンドル２から操舵信号２Ｓ１が制御ボード５に入力される。制御ボード５は電磁クラッチ４１を接続状態（ＯＮ）に切り換えて、通常操舵モードを補助操舵モード（リモートハンドルモード）に切り換える（ステップＳＴ３、４）。
【００２７】
補助操舵モードにおいて、補助ハンドル２の操作部材２１（ジョイスティック）の操作方向および操作量に応じて電圧値が変化する操舵信号２Ｓ１を監視し、電圧変化が操作部材２１の遊びの範囲を越えたものである場合には、操作信号２Ｓ１の電圧値に対応した方向に対応した角度だけハンドルシャフト１０１が回転するように、ステッピングモータ３をフィードバック制御する（ステップＳＴ５、６、７、８、９）。これにより、補助ハンドル２の操作部材２１の操作方向および操作量に応じて操舵輪１０２、１０３が操舵される。また、圧力センサ２２の出力を用いる場合には、検出された操作力に応じた速度で操舵を行う。
【００２８】
操舵角が補助ハンドル２の操作部材２１の操作に対応した状態になった場合、あるいは、操舵角が左右の限界に達した場合にはステッピングモータ３を止める（ステップＳＴ７→ＳＴ１１、ステップＳＴ８→ＳＴ１１）。
【００２９】
ハンドル１００が操作されない間は、補助操舵モードが継続し、ステップＳＴ５、６、７、８、９、１０を経由する制御ループ、ステップＳＴ５、６を経由する制御ループ、ステップＳＴ５、６、７、１１を経由する制御ループ、あるいはステップＳＴ５、６、７、８、１１を経由する制御ループを繰り返す。ハンドル１００が操作されると、ステップＳＴ１０からステップＳＴ１に戻り、電磁クラッチ４１が遮断されて通常操舵モードに復帰する。
【００３０】
以上説明したように、本例の自動車用補助操舵装置１では、ジョイスティックなどのような操作部材２１を備えた補助ハンドル２を操作すると、その操作方向および操作量に対応してステッピングモータ３が回転駆動し、ハンドルシャフト１０１を左右に回転させ、自動車を操舵することができる。したがって、ハンドル１００を回転する操作ができない人なども自動車を運転することが可能になる。また、本例の自動車用補助操舵装置１が付設されている自動車では、主ハンドル１００が操作されると電磁クラッチ４１が切れ、常に主ハンドル操作が優先されるので、主ハンドル操作による通常の操舵に支障を来たすことがない。さらに、回転駆動源としてステッピングモータを用いると共に、ここからの回転力を歯車式の伝達機構を介してハンドルシャフト１０１に伝達しているので、例えば油圧駆動機構を用いる場合とは異なり、既存の自動車への後付けも簡単にできる。
【００３１】
なお、上記の例では一台のステッピングモータ３を取り付けてあるが、当該モータが故障した場合の走行安全性を確保するためには、複数台、例えば、２台あるいは３台のモータを取り付けておけばよい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明を適用した自動車用補助操舵装置の一例を示す全体構成図である。
【図２】図１の制御ボードに搭載されている制御回路の概略ブロック図である。
【図３】図１の自動車用補助操舵装置の制御動作を示す概略フローチャートである。
【符号の説明】
【００３３】
１    自動車用補助操舵装置
２    補助ハンドル
２１  操作部材
２２  圧力センサ
２３  操舵信号発生部
３    ステッピングモータ
３１  インクリメンタルエンコーダ
４    伝達機構
４１  電磁クラッチ
４２  減速機
４３  駆動歯車
４４  従動歯車
５    制御ボード
６    アブソリュートエンコーダ
７、８  リミットスイッチ
９    トルクセンサ
１００  ハンドル
１０１  ハンドルシャフト
１０２、１０３  操舵輪
【図１】
2007112165.tif 000003
【図２】
2007112165.tif 000004
【図３】
2007112165.tif 000005