JP2010250421A - 操作装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スティック部材に直流ブラシモータによって外力を付与する場合、直流ブラシモータの回転位置による出力トルクが変化するという特性の影響を操作部材に極力及ぼさないようにする。
【解決手段】第１、第２の直流ブラシモータ１７，１８の回転位置を第１、第２のロータリエンコーダ２９，３０によって検出し、この検出した回転位置をメモリ３６の第２の記憶領域３６ｂに記憶されている換算情報によってスティック部材の操作位置に換算して当該操作位置に応じた操作抵抗を求め、その操作抵抗に相当する第１、第２の直流ブラシモータ１７，２８の出力トルクを求める。また、第１、第２の直流ブラシモータ１７，１８の回転位置に応じた定数をメモリ３６の第１の記憶領域３６ａから検索し、前記求めた出力トルクに前記定数を乗じてトルク指令値を演算し、そのトルク指令値に応じたモータ電流となるようにＰＷＭ信号のデューティ比を制御する。
【選択図】図４

Description

本発明は、ユーザに操作感を感得させるために、操作部材に直流ブラシモータによって外力を作用させる構成の操作装置に関する。

車両において、オーディオやカーナビゲーション装置などの表示装置を、ユーザ（運転者）から見易い位置、例えばインストルメントパネルの中央上部などに配置することが行われている。表示装置をインストルメントパネルの中央上部に配置したりすると、表示装置が運転席から離れるため、表示装置に表示された複数のアイコンを直接タッチして選択操作することができなくなる。そこで、表示装置に表示された複数のアイコンを遠隔操作によって選択できるようにするために、ジョイスティック装置（操作装置）を、ユーザの手元近くの部位に設けるようになっている（例えば特許文献１）。

この特許文献１では、ユーザは目で表示装置を見ながら、手で操作軸を操作して複数のアイコンから所望のものを選択する。このとき、操作軸に節度を付与することでアイコン選択時に手に選択感を感得できるようにしている。

特開２００１−８４８７５号公報

特許文献１では、操作部材（操作軸）が操作されたとき、当該操作部材に抵抗を与えてユーザに操作感（選択感）を感得させるためのアクチュエータとして直流モータを用いている。直流モータでは、その出力トルクはモータ電流に比例する。しかしながら、直流モータに一定電圧を印加してモータ電流が一定となるように制御（トルク一定制御）しても、その出力トルクは回転位置によって変化する。例えば、直流ブラシモータでは、図７（ｃ）に示すように、１回転内において出力トルクが周期的に高低変化する。この出力トルクの周期的変化は、直流ブラシモータの特性上、避けることができない。

このような直流ブラシモータを操作部材に外力（抵抗）を与えるためのアクチュエータとして使用した場合、操作部材に一定の外力を与えるために、モータ電流一定に制御しても、直流ブラシモータの出力トルクは周期的に大小変化し、その結果、操作部材を操作するユーザには、ごつごつとした感じが伝わってきて心地良い操作感が得られないという問題を生ずる。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的は、操作部材に外力を付与するためのアクチュエータとして直流ブラシモータを使用した操作装置において、回転位置によって出力トルクが変化するという直流ブラシモータの特性を緩和し、この回転位置による出力トルクの変化が操作部材に作用させるべき外力に極力影響を及ぼさないようにすることができる操作装置を提供するところにある。

請求項１の操作装置は、ユーザにより操作される操作部材に操作感を持たせるために、前記操作部材にトルク伝達経路を介して直流ブラシモータを連結し、前記直流ブラシモータの出力トルクを前記操作部材に外力として作用させるようにした操作装置において、前記直流ブラシモータを制御して当該直流ブラシモータに、前記操作部材の位置に応じて予め定められた大きさのトルクを出力させる制御手段と、前記直流ブラシモータに流れるモータ電流を検出する電流センサと、前記直流ブラシモータの回転位置を検出するモータ位置センサと、前記操作部材への連結前の前記直流ブラシモータに一定電圧を印加したときの当該直流ブラシモータの各回転位置における出力トルクおよびモータ電流の計測結果により、出力トルク一定のための各回転位置のモータ電流を求め、当該出力トルク一定のための各回転位置のモータ電流とこれらのうちの最低のモータ電流との比を各回転位置の変換定数として記憶した第１の記憶手段と、前記操作部材への連結後の前記直流ブラシモータの回転位置と前記操作部材の操作位置との関係を示す相関データを記憶した第２の記憶手段と、を備え、前記制御手段は、前記モータ位置センサが検出した前記直流ブラシモータの回転位置と前記第２の記憶手段が記憶する前記相関データから前記操作部材の操作位置を求める操作位置取得手段と、前記第１の記憶手段が記憶した前記変換定数から、前記モータ位置センサが検出した前記直流ブラシモータの回転位置に応じた変換定数を検索する検索手段と、前記操作部材に対し、前記操作位置取得手段が求めた前記操作部材の操作位置に応じて予め定められた大きさのトルクに前記検索手段が検索した前記変換定数を乗じて前記直流ブラシモータの出力トルクを演算するトルク演算手段と、を有し、前記直流ブラシモータを、前記トルク演算手段により演算されたトルクを出力するようにモータ電流の制御を行うことを特徴とする。

請求項２の操作装置は、前記第１の記憶手段が、前記直流ブラシモータに一定電圧を印加したとき前記モータ電流がピークとなる複数位置のうちの任意の隣どうしの２つの回転位置間の変換定数を記憶し、前記検索手段は、前記モータ位置センサが検出した前記直流ブラシモータの回転位置を、前記第１の記憶手段が記憶する前記直流ブラシモータの前記２つの回転位置間における回転位置に変換して前記変換定数を検索することを特徴とする。

請求項１の操作装置によれば、操作部材の位置を検出し、その操作位置で操作部材に与えるべき外力に応じたトルクに、変換定数を乗じて出力トルクを演算し、その演算した出力トルクとなるように直流ブラシモータを制御するので、直流ブラシモータの特性からくる出力トルク変化の影響を減殺することができる。
請求項２の操作装置によれば、変換定数を直流ブラシモータの１回転にわたって記憶せずとも済むので、第１の記憶手段としては、記憶容量の小さなもので済む。

本発明の一実施形態を示す要部の斜視図 要部の縦断側面図 要部の平面図 制御構成を示すブロック図 フローチャート 直流ブラシモータをジョイスティック装置に組む込んだ状態での特性を示すもので、（ａ）は直流ブラシモータの回転位置と操作部材の操作位置との関係を示す図、（ｂ）は第１の記憶領域に記憶された直流ブラシモータの回転位置と変換定数との関係を示す図、（ｃ）は直流ブラシモータの回転位置とモータ電流との関係を示す図、（ｄ）は直流ブラシモータの回転位置と出力トルクとの関係を示す図 直流ブラシモータをジョイスティック装置に組み込む前の単体での特性を示すもので、（ａ）は印加電圧を示す図、（ｂ）はモータ電流を示す図、（ｃ）出力トルクを示す図 メニュー選択モード時の表示画面の正面図とスティック部材に与えるＸ方向およびＹ方向の外力の内容とを示す図 ナビモード時のスティック部材への外力の内容を示す図 表示装置およびジョイスティック装置を組み込んだ車両のコンソールボックス部分の斜視図

以下、本発明の一実施形態につき図面を参照しながら説明する。図１０には、車両用画面操作システム１が示されている。この車両用画面操作システム１は、表示装置２と操作装置としてのジョイスティック装置３を備えている。表示装置２は、例えばカーナビゲーション装置として使用されるもので、車両のインストルメントパネル４の中央上部など、運転者から見易い位置に設けられている。

ジョイスティック装置３は、コンソールボックス５などの運転者から操作し易い位置に設けられている。このジョイスティック装置３は、表示装置２の画面に表示されるカーソルＣ（図８参照）を遠隔操作して当該画面に表示される複数のアイコンのうちから所望のアイコンを選択したり、或は、画面に表示される地図上でカーソルＣを遠隔操作して所望の地点を選択したりするためのものである。

ジョイスティック装置３は、図１〜図３に示すように、操作部材としてのスティック部材６、第１の揺動部材７および第２の揺動部材８を主体にして構成されている。スティック部材６は、上部に摘み６ａを有し、下端部に球状部６ｂを有している。このスティック部材６は、下端部の球状部６ｂが筐体（基体）９に設けられた球面軸受１０に揺動自在に支持されており、前後左右のいずれの方向にも揺動操作可能になっている。

第１の揺動部材７および第２の揺動部材８は、それぞれ円弧状に彎曲する帯状の板部材から構成されており、幅方向中央に彎曲方向に沿ってスリット７ａおよび８ａが形成され、両端部には軸部７ｂおよび８ｂが突設されている。これら第１の揺動部材７および第２の揺動部材８は、互いに直交するように配置され、それぞれの両端部の軸部７ｂおよび８ｂが筐体９に設けられたブラケット９ａおよび９ｂに回動可能に支持されている。これにより第１の揺動部材７は、図１に示すように、第１の操作方向たるＸ方向に揺動可能で、第２の揺動部材８はＸ方向とは直交する第２の操作方向たるＹ方向に揺動可能となる。

そして、これら第１の揺動部材７および第２の揺動部材８のスリット７ａおよび８ａには前記スティック部材６が挿通されている。したがって、第１の揺動部材７および第２の揺動部材８は、スティック部材６の揺動方向と揺動量に応じてＸ方向およびＹ方向に揺動する。この場合、スティック部材６は、Ｘ方向については、第２の揺動部材８のスリット８ａの一端および他端に当接する範囲で揺動可能であり、Ｙ方向については、第１の揺動部材７のスリット７ａの一端および他端に当接する範囲で揺動可能である。

第１の揺動部材７の両端の軸部７ｂのうちの一方の軸部には、第１のセクターギヤ１１が取着され、第２の揺動部材８の両端の軸部８ｂのうちの一方の軸部には、第２のセクターギヤ１２が取着されている。一方、筐体９には、第１の直流ブラシモータ１３が第１のセクターギヤ１１の近傍に位置して配設されていると共に、第２の直流ブラシモータ１４が第２のセクターギヤ１２の近傍に位置して配設されている。そして、それら第１の直流ブラシモータ１３および第２の直流ブラシモータ１４の回転軸１３ａおよび１４ａには、第１のセクターギヤ１１に噛合する第１のピニオン１５および第２のセクターギヤ１２に噛合する第２のピニオン１６が取着されている。

上記第１の直流ブラシモータ１３および第２の直流ブラシモータ１４は、スティック部材６に対して外力を付与する。即ち、第１の直流ブラシモータ１３は、その出力トルクを第１のピニオン１５および第１のセクターギヤ１１という第１のトルク伝達経路を介して第１の揺動部材７に伝え、これによりスティック部材６にＸ方向の外力を作用させる。また、第２の直流ブラシモータ１４は、その出力トルクを第２のピニオン１６および第２のセクターギヤ１２という第２のトルク伝達経路を介して第２の揺動部材８に伝え、これによりスティック部材６にＹ方向の外力を作用させる。

ここで、第１の揺動部材７および第２の揺動部材８の揺動可能範囲は、第１の直流ブラシモータ１３および第２の直流ブラシモータ１４の１回転以下の範囲となるように設定されている。なお、図１では、第１のセクターギヤ１１および第２のセクターギヤ１２と第１のピニオン１５および第２のピニオン１６との噛合関係が良く理解できるように、第１の直流ブラシモータ１３および第２の直流ブラシモータ１４の向きを図２および図３とは違えて描いてある。

図４には、車両用画面操作装置１の電気的構成が示されている。この図４のように、制御装置１７は、ＣＰＵ１８、ＲＯＭ１９およびＲＡＭ２０などを備えた制御手段としてのマイクロコンピュータ（以下、マイコン）２１を主体とし、表示装置２、第１の直流ブラシモータ１３および第２の直流ブラシモータ１４を制御する。まず、表示装置２の制御について説明すると、マイコン２１は、表示装置２の制御部（表示制御手段）２２と制御装置１７の通信回路２３および表示装置２の通信回路２４を介して接続されている。

表示装置２の制御部２２は、メニュー選択モードでは、表示画面２５に複数のアイコンを表示し、ナビモードでは、図示しない地図データ読取装置から読み取った地図データに基づいて表示画面２５に道路地図を表示する。また、制御部２２は、表示画面２５上にカーソルＣを表示し、そのカーソルＣをスティック部材６の操作に応じて移動させるように制御する。

つまり、ユーザがスティック部材６を操作すると、マイコン２１がそのスティック部材６の操作位置を後述のようにして取得し、その取得したスティック部材６の操作位置情報を表示装置２に送る。表示装置２の制御部２２は、表示画面２５上に表示されているカーソルＣを、スティック部材６の操作位置に対応する位置に表示させる。ここで、スティック部材６をＸ方向にその揺動可能範囲の一端から他端まで操作すると、カーソルＣは表示画面２５の上下方向の一端から他端まで移動し、また、スティック部材６をＹ方向にその揺動可能範囲の一端から他端まで操作すると、カーソルＣは表示画面２５の横方向の一端から他端まで移動するようになっている。

このように、ジョイスティック装置３の遠隔操作によってカーソルＣを表示画面２５上のあらゆる位置に移動させることができるものである。そして、メニュー選択モードでは、複数のアイコンのうち所望のアイコンをカーソルＣによって選択し、ジョイスティック装置３の近傍に配設された確定スイッチ２６（図１０参照）を操作すると、確定スイッチ２６の操作信号がマイコン２１に入力される。マイコン２１は、確定スイッチ２６が操作されたことを表示装置２の制御部２２に送信し、当該制御部２２は、その時のカーソルＣが位置しているメニューに応じた制御を実行する。

また、ナビモードでは、道路地図上の所望位置にカーソルＣを移動させ、確定スイッチ２６を操作すると、上記と同様にして確定スイッチ２６の操作がマイコン２１から表示装置２の制御部２２に送信され、当該制御部２２は、カーソルＣによって選択された地図上の地点を認識し、例えば、当該選択された地点までの経路を探索し、且つ探索した経路を案内経路として道路地図上に表示する。

さて、マイコン２１は、スティック部材６の操作位置を検出する他、その操作位置の変化により、スティック部材６の操作方向を算出し、且つ、操作位置の単位時間あたりの変化量からスティック部材６の操作速度を算出する。そして、マイコン２１は、表示画面２５に道路地図が表示されている状態（ナビモード）でスティック部材６が操作されると、図９に示すように、スティック部材６の操作速度に応じた大きさの外力（操作抵抗力）をスティック部材６に与えるように第１の直流ブラシモータ１３および第２の直流ブラシモータ１４を制御する。

また、図８に示すように、表示画面２５に複数のアイコンｍ１〜ｍ６が表示されている状態（メニュー選択モード）でスティック部材６が操作されると、マイコン２１は、図８に示すように、カーソルＣが各アイコンｍ１〜ｍ６の内側に位置している場合、当該アイコンｍ１〜ｍ６を各アイコンｍ１〜ｍ６の中心に向かわせるような方向で、各アイコンｍ１〜ｍ６の中心から離れるにしたがって大きくなるような外力（操作抵抗力）をスティック部材６に作用させるように第１の直流ブラシモータ１３および第２の直流ブラシモータ１４を制御する。

更に、マイコン２１は、カーソルＣが各アイコンｍ１〜ｍ６の外側のうち、アイコンｍ１〜ｍ６の相互間にある場合には、スティック部材６に作用させる外力を０（ゼロ）とするように第１の直流ブラシモータ１３および第２の直流ブラシモータ１４を制御する。また、マイコン２１は、カーソルＣがアイコンｍ１〜ｍ６を表示した領域、つまりアイコンｍ１〜ｍ６を囲む１つの四角形領域の外側にある場合には、スティック部材６をアイコンｍ１〜ｍ６の表示領域に向かわせるような外力がスティック部材６に与えられるように第１の直流ブラシモータ１３および第２の直流ブラシモータ１４を制御する。

マイコン２１は、上述のようにスティック部材６に外力を作用させるべく第１の直流ブラシモータ１３および第２の直流ブラシモータ１４を制御する。この制御はパルス幅変調（ＰＷＭ）方式で実施される。そのために、マイコン２１には、第１の直流ブラシモータ１３および第２の直流ブラシモータ１４を制御するためのスイッチング素子からなる第１の三相ブリッジ回路２７および第２の三相ブリッジ回路２８が接続されている。

これら第１の三相ブリッジ回路２７および第２の三相ブリッジ回路２８の一対の入力端子には、直流電源（図示せず）の一対の出力端子が接続されており、したがって第１の三相ブリッジ回路２７および第２の三相ブリッジ回路２８には、一定の直流電圧が印加される。そして、第１の三相ブリッジ回路２７および第２の三相ブリッジ回路２８の一対の出力端子間に、第１の直流ブラシモータ１３および第２の直流ブラシモータ１４の一対のブラシ（図示せず）が接続されている。これら第１の三相ブリッジ回路２７および第２の三相ブリッジ回路２８には、マイコン２１からＰＷＭ信号が出力され、このＰＷＭ信号のデューティ比に応じたモータ電流が第１の直流ブラシモータ１３および第２の直流ブラシモータ１４に供給されるようになっている。

第１の直流ブラシモータ１３および第２の直流ブラシモータ１４は、例えば２極３スロットの直流ブラシモータからなる。一般に、直流ブラシモータは、同じモータ電流が流れても、回転位置によって出力トルクが異なるという特性を有する。このため、目標とする出力トルクを得ようとして同じモータ電流を供給しても、ロータの回転位置によって出力トルクが変化して目標とする出力トルクを得ることができなくなる。

この問題を、本実施形態は、次のような構成により解消するようにしている。つまり、第１の直流ブラシモータ１３および第２の直流ブラシモータ１４の特性を調べるために、それら第１の直流ブラシモータ１３および第２の直流ブラシモータ１４に一定の直流電圧を印加したとき、それらの回転位置（ロータ、つまり回転軸１３ａ，１４ａの回転位置）と、各回転位置での出力トルクとモータ電流とを計測する。

この電圧一定の計測条件では、図７（ａ）〜（ｃ）に示す通り、モータ電流は極数とスロット数に応じた周期でピークが生ずるものの、一定であり、出力トルクはモータ電流にピークが生ずる周期と同じ一定の周期で変化する。そして、各回転位置での出力トルクが、変化する出力トルクのうちの最大値（図７（ｃ）にＨで示す。）で一定に揃うようにするためには、図７（ｃ）のように変化する出力トルクのうちの最大値を示す回転位置を除き、他の回転位置でのモータ電流を増加させる必要があるので、上記の計測結果から、出力トルクを一定にするための各回転位置におけるモータ電流値を求める。そして、この各回転位置のモータ電流値を、変化する出力トルクのうちの最大値を示す回転位置でのモータ電流（図７（ｂ）の一定を示す電流）で除して変換定数を求める。

次に、第１の直流ブラシモータ１３および第２の直流ブラシモータ１４をジョイスティック装置３に組み込んだ状態で、スティック部材６の操作位置と第１の直流ブラシモータ１３および第２の直流ブラシモータ１４の回転位置との関係を計測する。そして、スティック部材６が或る操作位置にあるときに、或る外力を作用させる場合、つまり、第１の直流ブラシモータ１３および第２の直流ブラシモータ１４に、或るトルクを出力させる場合、まず、第１の直流ブラシモータ１３および第２の直流ブラシモータ１４の回転位置をモータ回転位置センサにより検出し、その回転位置とスティック部材６の操作位置との関係から、スティック部材６の操作位置を求める。

そして、スティック部材６の操作位置から、当該操作位置に応じた外力をスティック部材６に与えるための出力トルク（目的とするトルク）を求める。第１の直流ブラシモータ１３および第２の直流ブラシモータ１４に、目的とするトルクを出力させるには、検出した回転位置に応じてモータ電流を調整する必要があるので、目的としたトルクを出力させるための基準のモータ電流（図７（ｂ）における一定のモータ電流に相当）に、検出した回転位置での変換定数を乗じて実際に第１の直流ブラシモータ１３および第２の直流ブラシモータ１４に流すモータ電流を求める。このようにすれば、モータ電流一定のときに生ずる出力トルクの変化の影響を極力受けないようにして第１の直流ブラシモータ１３および第２の直流ブラシモータ１４に前記目的とするトルクを出力させることができる。

さて、図４に戻って、第１の直流ブラシモータ１３および第２の直流ブラシモータ１４には、その回転位置を検出するモータ位置センサとして第１のロータリエンコーダ２９および第２のロータリエンコーダ３０が設けられており、その検出出力信号がセンサ回路３１を介してマイコン２１に与えられるようになっている。これら第１のロータリエンコーダ２９および第２のロータリエンコーダ３０は、第１の直流ブラシモータ１３および第２の直流ブラシモータ１４の回転軸１３ａおよび１４ａの一回転内の特定の回転位置を検出し、その特定の回転位置を基準位置とした回転軸１３ａおよび１４ａの回転位置を検出できるようになっている。

また、第１の直流ブラシモータ１３および第２の直流ブラシモータ１４に供給されるモータ電流を検出するために、第１の直流ブラシモータ１３と第１の三相ブリッジ回路２７との間の通電路および第２の直流ブラシモータ１４と第２の三相ブリッジ回路２８との間の通電路に第１の電流センサ３２および第２の電流センサ３３が設けられ、その検出信号（電圧値）を第１のＡ／Ｄ変換器３４および第２のＡ／Ｄ変換器３５によりデジタル信号に変換してマイコン２１に与えるようにしている。マイコン２１は、この第１の電流センサ３２および第２の電流センサ３３により検出されたモータ電流値をフィードバック信号として目標の電流値と比較し、その差分に応じてＰＷＭ信号のデューティ比を変化させ、これにより第１の直流ブラシモータ１３および第２の直流ブラシモータ１４に目標とするモータ電流を供給して目的とするトルクを出力させるようにしている。

また、マイコン２１には、例えば不揮発性メモリからなるメモリ３６が接続されている。このメモリ３６には、記憶領域として第１の記憶領域（第１の記憶手段）３６ａ、第２の記憶領域（第２の記憶手段）３６ｂおよび第３の記憶領域（第３の記憶手段）３６ｃが設定されている。第１の記憶領域３６ａには、変換定数が第１の直流ブラシモータ１３および第２の直流ブラシモータ１４の回転位置と関連させて格納され、第２の記憶領域３６ｂには、スティック部材６の操作位置と第１の直流ブラシモータ１３および第２の直流ブラシモータ１４の回転位置との関係を示す相関データが格納されている。また、第３の記憶領域３６ｃには、スティック部材６に適宜の操作抵抗（外力）を与えるために、表示装置２のモード毎に、スティック部材６の操作位置と操作方向と操作速度に応じた第１の直流ブラシモータ１３および第２の直流ブラシモータ１４の出力トルク（前記目的とするトルク）の方向（回転方向）と大きさ、つまり出力トルク情報が格納されている。

第１の記憶領域３６ａに格納された変換定数を更に説明すると、次のようなものである。即ち、第１の直流ブラシモータ１３および第２の直流ブラシモータ１４は、図７に示すように、印加電圧を一定に制御すると、モータ電流は、６０度（２極３スロットの場合）の周期で瞬間的にピークが現れるものの、そのピーク以外はほぼ一定となる。出力トルクは、モータ電流がピークを示す周期と同じ周期（６０度）で、大小変化する。その出力トルクの１周期内での変化曲線は、サインカーブに類似したもので、各周期ともほぼ同じである。

本実施形態では、第１の直流ブラシモータ１３および第２の直流ブラシモータ１４を筐体９に組み込む前の単体の状態で、印加電圧（電圧値は適宜設定）を一定にして、モータ電流がピークとなる回転位置と、各回転位置での出力トルクを計測した。この結果が図７である。そして、このモータ電流のピークを示す複数の回転位置のうち、隣どうしの任意の２つの回転位置間、例えば第１のロータリエンコーダ２９および第２のロータリエンコーダ３０のカウント値（前記特定の回転位置を例えば０度とする。）で１８０度〜２４０度の６０度の範囲において、計測された出力トルクの最大値と同一のトルクを各回転位置で出力するための当該各回転位置での電流値を求めた。このとき２つの回転位置間での出力トルクの変化曲線をサインカーブとして扱うことによって各回転位置での電流値を演算により求めることが可能となる。次に、求めた電流値、つまり２つの回転位置間（１８０度〜２４０度）の各回転位置で出力トルクを一定とするような電流値を、その２つの回転位置間での最低電流値（２１０度のときの電流値）で除し、その除した値を変換定数（１以上）とする。第１の記憶領域３６ａには、上記のようにして求めた変換定数が、第１の直流ブラシモータ１３および第２の直流ブラシモータ１４について、１８０度〜２４０度の各回転位置と関連付けて格納されているのである。この変換定数と回転位置との関係は、図６（ｂ）に示されている。なお、説明を簡単にするために、第１の直流ブラシモータ１３および第２の直流ブラシモータ１４を一定の方向に回転させたとき、最初にモータ電流のピークが現れる回転位置を０度としてあるが、必ずしも電流のピークが現れる回転位置が、第１のロータリエンコーダ２９および第２のロータリエンコーダ３０の検出位置の０度、６０度、…となるものではない。

第１の記憶領域３６ａに格納された変換定数は、第１の直流ブラシモータ１３および第２の直流ブラシモータ１４について、１８０度〜２４０度の回転位置範囲しか格納されていないので、次に、１回転内での各回転位置が１８０度〜２４０度のどの回転位置に相当するかを決定しなければならない。これは、印加電圧一定としたときにモータ電流がピークとなる回転位置が既知であるので、第１の揺動部材７および第２の揺動部材８の揺動範囲に対応する第１の直流ブラシモータ１３および第２の直流ブラシモータ１４について１８０度〜２４０度の回転角度範囲（図６（ａ）にｒ１とｒ２で示した。）をモータ電流がピークとなる位置で区切って複数に区画し、各区画毎にモータ電流がピークとなる位置を基準にして１８０度〜２４０度の各回転位置に相当させる。

図６（ａ）の例で言えば、ｒ１とｒ２の間は、ｒ１〜６０度（第１区画）、６０度〜１２０度（第２区画）、１２０度〜１８０度（第３区画）、１８０度〜２４０度（第４区画）、２４０度〜３００度（第５区画）、３００度〜ｒ２（第６区画）の６区画に区分されるので、第１区画については、ｒ１を１８０度〜２４０度のうちの（２４０−ｒ１）度に相当させると共に６０度を１８０度〜２４０度のうちの２４０度に相当させてｒ１〜６０度の各回転位置を（２４０−ｒ１）度〜２４０度の各回転位置に相当させる。第２区画〜第５区画は各区画の両側がモータ電流のピークを生ずる位置であるから、それぞれの両側の回転位置を１８０度および２４０度に相当させて区画内の各回転位置を１８０度〜２４０度の各回転位置に相当させる。第６区画については、３００度を１８０度〜２４０度のうちの１８０度に相当させ、ｒ２を１８０度〜２４０度のうちの（１８０＋（ｒ２−３００））度に相当させて３００度〜ｒ２度の各回転位置を１８０度〜（１８０＋（ｒ２−３００））度の各回転位置に相当させる。以上のようにしてｒ１〜ｒ２の各回転位置を１８０度〜２４０度の各回転位置に相当させる。

第１の記憶領域３６ａには、変換定数の他、第１の直流ブラシモータ１３および第２の直流ブラシモータ１４の各回転位置が１８０度〜２４０度の角度範囲のいずれの回転位置に相当するかの補完データも格納されているのである。

第２の記憶領域３６ｂに格納されている相関データとは、第１の直流ブラシモータ１３および第２の直流ブラシモータ１４をジョイスティック装置３に実際に組み付けた状態において、スティック部材６のＸ方向およびＹ方向の操作位置と、第１の直流ブラシモータ１３および第２の直流ブラシモータ１４の回転位置との関係を示すデータを指す。

この実施形態では、スティック部材６が基準位置としての例えば中立位置、つまりＸ方向の揺動範囲内での中央（Ｘ０）で、且つＹ方向の揺動範囲内での中央（Ｙ０）にあるとき、第１のロータリエンコーダ２９および第２のロータリエンコーダ３０から読み取った第１の直流ブラシモータ１３および第２の直流ブラシモータ１４の回転位置Ａｘ０およびＡｙ０を相関データとして第２の記憶領域に格納してある。Ｘ０およびＹ０は、ここでは角度（例えば９０度）で表される。なお、基準位置は中立位置に限られず、どの位置であっても良い。

そして、マイコン２１は、第１のロータリエンコーダ２９および第２のロータリエンコーダ３０が検出する回転位置ＡｘおよびＡｙと、後述の（１）式および（２）式とからスティック部材６のＸ方向およびＹ方向の操作位置を求め、この演算により求めたＸＹ方向の操作位置を、スティック部材６の現在位置情報として表示装置２の制御部２２に送信する。

即ち、第１のセクターギヤ１１および第２のセクターギヤ１２と第１のピニオン１５および第２のピニオン１６の半径は、設計段階で分かっていて既知である。この第１のピニオン１５および第２のピニオン１６の半径をＲ２、第１のセクターギヤ１１および第２のセクターギヤ１２の半径をＲ１とすると、第１の直流ブラシモータ１３および第２の直流ブラシモータ１４がそれぞれΔｍｘおよびΔｍｙだけ回転したとき、第１の揺動部材７および第２の揺動部材８の揺動角度δｘおよびδｙは、δｘ＝Δｍｘ×（Ｒ２÷Ｒ１）およびδｙ＝Δｍｙ×（Ｒ２÷Ｒ１）によって求めることができる。したがって、第１のロータリエンコーダ２９および第２のロータリエンコーダ３０により検出される第１の直流ブラシモータ１３および第２の直流ブラシモータ１４の回転位置（角度）がＡｘおよびＡｙであるとき、スティック部材６の中立位置（Ｘ０，Ｙ０）を基準としたＸ方向およびＹ方向の位置ＸｘおよびＹｙは、次の（１）式および（２）式で示される。

Ｘｘ＝Ｘ０＋（Ａｘ−Ａｘ０）×（Ｒ２÷Ｒ１）……（１）
Ｙｙ＝Ｙ０＋（Ａｙ−Ａｙ０）×（Ｒ２÷Ｒ１）……（２）
この（１）式および（２）式も第２の記憶領域３６ｂに記憶されている。そして、このＸｘおよびＹｙがスティック部材６の現在位置情報として表示装置２の制御部２２に送信されるのである。制御部２２は、スティック部材６が中立位置から、Ｘ方向およびＹ方向に限界位置まで操作されたとき、カーソルＣを表示画面２５の中心から横方向の両端および縦方向の両端に至るようにスティック部材６の操作位置と表示画面２５の位置を対応させるように構成されており、この構成により、表示画面２５上でカーソルＣを、（１）式および（２）式で求めたスティック部材６の操作位置に対応する位置に移動させるようになっている。

次に上記構成の作用を説明する。制御装置１７のマイコン２１は、図５に（ａ），（ｂ）で示すルーチンを繰り返し実行するが、（ａ）に示すトルク指令値決定ルーチンの実行周期よりも（ｂ）に示すＰＷＭ制御ルーチンの実行周期の方が長くなっている。
図５（ａ）は、スティック部材６に作用させる外力を、スティック部材６の操作位置、操作速度、表示装置２の現在モード或はアイコン位置を加味して第１の直流ブラシモータ１３および第２の直流ブラシモータ１４の出力するトルクの指令値として決定するものである。

マイコン２１は、図５（ａ）のルーチンに入ると、確定スイッチ２６からの入力判定を行い（ステップＡ１）、続いて、第１のロータリエンコーダ２９および第２のロータリエンコーダ３０の検出した回転位置からスティック部材６の操作位置を取得する（ステップＡ２）。そして、前回のトルク指令決定ルーチンの実行時に取得したスティック部材６の操作位置と今回のトルク指令決定ルーチンの実行時に取得したスティック部材６の操作位置とからスティック部材６の操作速度（操作方向を含む）を演算する（ステップＡ３）。

次に、マイコン２１は、第３の記憶領域３６ｃに格納されたトルク指令値データの中から、表示装置２の現在のモード、アイコンの位置、スティック部材６の現在位置および操作速度（操作方向を含む）に応じたＸ方向およびＹ方向のトルク指令値を検索する。つまり、表示装置２の現在のモードがナビモードであるならば、スティック部材６には、その操作速度に応じた外力を作用させるのであるから、操作速度からＸ方向およびＹ方向のトルク指令値を検索する。また、表示装置２の現在のモードがメニュー選択モードであるならば、スティック部材６には、図８に示すように、操作位置とアイコンの位置との関係で決まる外力を作用させるのであるから、アイコンの位置と操作位置とからＸ方向およびＹ方向のトルク指令値を検索（決定）する（ステップＡ４）。なお、ナビモードであっても、表示画面２５にアイコンが表示されることがあるので、この場合には、メニューモードにおけるアイコンと同様に扱われる。

その後、マイコン２１は、表示装置２の制御部２２と通信し、表示装置２に、スティック部材６の現在位置情報および確定スイッチ２６の入力情報（オン情報）を送信すると共に、表示装置２から現在の表示画面２５のモード情報、アイコンの位置情報を受信し（ステップＡ５）、リターンとなる。なお、ステップＡ４で第３の記憶領域３６ｃからトルク指令値を取得する際に必要な表示装置２の現在のモードおよびアイコン位置の情報は、前回のトルク指令値決定ルーチンでステップＡ５の実行により表示装置２から取得した現在モードおよびアイコン位置の情報によるものである。

一方、図５（ｂ）は、第１の直流ブラシモータ１３および第２の直流ブラシモータ１４にトルク指令値通りのトルクを出力させるために、特性上発生するトルクむらを排除するようにＰＷＭ信号のディーティ比を決定するためのものである。マイコン２１は、図５（ｂ）のルーチンに入ると、スティック部材６の操作位置を第１のロータリエンコーダ２９および第２のロータリエンコーダ３０の検出回転位置から取得する（ステップＢ１）。次に、マイコン２１は、第１の電流センサ３２および第２の電流センサ３３から第１の直流ブラシモータ１３および第２の直流ブラシモータ１４のモータ電流を取得する（ステップＢ２）。

続いて、マイコン２１は、第１の記憶領域３６ａにアクセスし、第１のロータリエンコーダ２９および第２のロータリエンコーダ３０の検出した回転位置が、第１の直流ブラシモータ１３および第２の直流ブラシモータ１４の変換定数が格納されている回転位置範囲（１８０度〜２４０度）のうちのいずれの回転位置に相当するかを検索する（ステップＢ３；位置補正手段）。そして、マイコン２１は、第１の記憶領域３６ａにアクセスし、ステップＢ４で検索した第１の直流ブラシモータ１３および第２の直流ブラシモータ１４の回転位置から変換定数を検索する（ステップＢ４；検索手段）。

次に、マイコン２１は、ステップＡ４で求めたトルク指令値を電流指令値に変換する（ステップＢ５：電流指令値変換手段）。この場合、トルク指令値通りの電流指令値は、図７において、印加電圧一定制御の下での一定のモータ電流値に相当するもので、これでは、回転位置によってはトルク指令値通りのトルクを出力できない場合が生ずる。そこで、このステップＢ５では、トルク指令値通りの電流指令値によって流されるモータ電流にステップＢ４で検索した変換定数を乗じて実際に第１の直流ブラシモータ１３および第２の直流ブラシモータ１４に流すべきモータ電流を演算し、その演算したモータ電流に応じた電流指令値に設定する。このように、得られた電流指令値は、直流ブラシモータの特性上発生するトルクむらを排除できる電流指令値となる。そして、このステップＢ５は、モータ電流を演算することによって出力トルクを演算するトルク演算手段に相当する。
なお、ステップＳ４で求めたトルク指令値に、変換定数を乗じて出力トルク値を演算し（トルク演算手段）、この演算した出力トルク値を出力するための電流指令値を演算する（電流演算手段）ようにしても良い。

マイコン２１は、電流指令値から実際に第１の直流ブラシモータ１３および第２の直流ブラシモータ１４に流すべきモータ電流（制御電流値）を演算し（ステップＢ６：モータ電流取得手段）、次いで、制御電流値となるようにＰＷＭ信号のデューティ比を設定して第１の三相ブリッジ回路２７および第２の三相ブリッジ回路２８へＰＷＭ信号を出力する（ステップＢ７；電流制御手段）。上記ステップＢ７においてデューティ比を設定するとき、マイコン２１は、前記ステップＢ２で取得した第１の電流センサ３２および第２の電流センサ３３で検出した第１の直流ブラシモータ１３および第２の直流ブラシモータ１４のモータ電流と制御電流値との差を求め、この差分に応じた値を増減してデューティ比を演算するものである。これにより、第１の直流ブラシモータ１３および第２の直流ブラシモータ１４のモータ電流がステップＢ６で設定した制御電流値となるような制御がなされる。

以上の制御により、第１の直流ブラシモータ１３および第２の直流ブラシモータ１４の特性上生ずるトルクむらを解消しながら、スティック部材６に対し、その操作位置および操作速度に応じた外力を作用させることができる。このため、ユーザはスティック部材６からごつごつとした不快な感じを伴うことなく円滑に操作できる。

なお、本発明は上記し且つ図面に示す実施例に限定されるものではなく、以下のような拡張或は変更が可能である。
第１の直流ブラシモータ１３および第２の直流ブラシモータ１４は、第１の揺動部材７および第２の揺動部材８に直結する構成であっても良い。この場合には、第１の直流ブラシモータ１３および第２の直流ブラシモータ１４を第１の揺動部材７および第２の揺動部材８に連結する部分がトルク伝達経路となる。

画面操作システムは車両用に限られない。遠隔操作する画面操作システムに広く適用できる。
第１メモリ４１に記憶させる変換定数は、第１の直流ブラシモータ１３および第２の直流ブラシモータ１４の１回転の各回転位置の全てについて記憶するようにしても良い。
メモリ３６の第１の記憶領域３６ａに格納した情報、第２の記憶領域３６ｂに格納した情報、第３の記憶領域３６ｃに格納した情報は、別々のメモリに格納しても良い。
表示装置２は、カーナビゲーション装置のものに限られない。

表示装置を遠隔操作する操作装置に限られない。操作部材を操作するとき、操作感を感得させるために直流ブラシモータによって外力を作用させる場合に広く適用することができる。
操作部材は、ＸＹ方向に揺動可能なものに限られず、一方向にのみ揺動可能なものであっても良い。
操作部材の動作形態は、揺動の他、回転、直線移動であっても良い。

図面中、１は車両用画面操作装置、２は表示装置、３はジョイスティック装置、６はスティック部材（操作部材）、７および８は第１の揺動部材、１１および１５は第１のセクターギヤおよび第１のピニオン（第１のトルク伝達経路）、１２および１６は第２のセクターギヤおよび第２のピニオン（第２のトルク伝達経路）、１３および１４は第１の直流ブラシモータおよび第２の直流ブラシモータ、１７は制御装置、２１はマイコン（制御手段、位置補正手段、トルク演算手段）、２７および２８は第１の三相ブリッジ回路および第２の三相ブリッジ回路、２９および３０は第１のロータリエンコーダおよび第２のロータリエンコーダ（モータ位置センサ）、３２および３３は第１の電流センサおよび第２の電流センサ、３６はメモリ（第１の記憶手段、第２の記憶手段）を示す。

Claims (2)

1. ユーザにより操作される操作部材に操作感を持たせるために、前記操作部材にトルク伝達経路を介して直流ブラシモータを連結し、前記直流ブラシモータの出力トルクを前記操作部材に外力として作用させるようにした操作装置において、
   前記直流ブラシモータを制御して当該直流ブラシモータに、前記操作部材の位置に応じて予め定められた大きさのトルクを出力させる制御手段と、
   前記直流ブラシモータに流れるモータ電流を検出する電流センサと、
   前記直流ブラシモータの回転位置を検出するモータ位置センサと、
   前記操作部材への連結前の前記直流ブラシモータに一定電圧を印加したときの当該直流ブラシモータの各回転位置における出力トルクおよびモータ電流の計測結果により、出力トルク一定のための各回転位置のモータ電流を求め、当該出力トルク一定のための各回転位置のモータ電流とこれらのうちの最低のモータ電流との比を各回転位置の変換定数として記憶した第１の記憶手段と、
   前記操作部材への連結後の前記直流ブラシモータの回転位置と前記操作部材の操作位置との関係を示す相関データを記憶した第２の記憶手段と、を備え、
   前記制御手段は、
   前記モータ位置センサが検出した前記直流ブラシモータの回転位置と前記第２の記憶手段が記憶する前記相関データから前記操作部材の操作位置を求める操作位置取得手段と、
   前記第１の記憶手段が記憶した前記変換定数から、前記モータ位置センサが検出した前記直流ブラシモータの回転位置に応じた変換定数を検索する検索手段と、
   前記操作部材に対し、前記操作位置取得手段が求めた前記操作部材の操作位置に応じて予め定められた大きさのトルクに前記検索手段が検索した前記変換定数を乗じて前記直流ブラシモータの出力トルクを演算するトルク演算手段と、を有し、
   前記直流ブラシモータを、前記トルク演算手段により演算されたトルクを出力するようにモータ電流の制御を行うことを特徴とする操作装置。
2. 前記第１の記憶手段は、前記直流ブラシモータに一定電圧を印加したとき前記モータ電流がピークとなる複数位置のうちの任意の隣どうしの２つの回転位置間の変換定数を記憶し、
   前記検索手段は、前記モータ位置センサが検出した前記直流ブラシモータの回転位置を、前記第１の記憶手段が記憶する前記直流ブラシモータの前記２つの回転位置間における回転位置に変換して前記変換定数を検索することを特徴とする請求項１記載の操作装置。

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