JP2018025488A - 特性計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転操作される操作部材を備える操作機構の動作特性をより精度良く計測することが可能な特性計測装置を提供する。
【解決手段】特性計測装置１０は、外力を加えることによりアクセルペダル３０のパッド３３を回動操作する駆動部２５と、駆動部２５がパッド３３を回動操作したときの該パッド３３からの反力を検出する荷重検出部としての圧力センサ１７と、圧力センサ１７の変位量を検出する変位量検出部としてのエンコーダ２１と、圧力センサ１７によって検出された前記反力とエンコーダ２１によって検出された変位量とに基づいて、アクセルペダルの動作特性である、弾性係数、粘性係数、及び摩擦抵抗のうちの少なくとも１つを算出する算出部２２Ａとを備えている。駆動部２５は、該駆動部２５がパッド３３を操作する際に、圧力センサ１７を所定の回動中心Ｏを中心としてパッド３３と同方向に回動させるように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、操作機構の動作特性を計測する特性計測装置に関する。

特許文献１には、外力を与えて操作部材を直線運動させることにより、該操作部材を有する操作機構の動作特性を計測する特性計測装置が開示されている。特性計測装置には、操作部材の運動方向と同じ直線方向に移動し、該操作部材を押圧する駆動部が設けられている。駆動部の先端部には、操作部材から反力を受けて、該操作部材に作用している荷重を検出する荷重検出部が配設されている。また、駆動部には、該駆動部の変位量や変位速度を検出するセンサも設けられている。この特性計測装置では、駆動部によって操作部材を操作したときに、駆動部の変位量及び変位速度と、操作部材に作用している荷重との関係に基づいて、操作機構の粘性係数や摩擦抵抗などの力学的な特性である動作特性を計測する。

特開平７‐２５３３７１号公報

上述したように、特許文献１に記載の特性計測装置は操作部材を直線運動させて動作特性を計測する。一方で、操作部材としては、例えばアクセルペダルのパッドのように特定の回動軸を中心として回動操作されるものもある。特許文献１には、回動操作される操作部材を有する操作機構の動作特性の計測については何ら開示がない。特性計測装置としては、回動操作される操作部材を駆動対象として、該操作部材を有する操作機構の動作特性を精度良く計測することが望まれている。

上記課題を解決するための特性計測装置は、回動軸を中心として回動操作される操作部材を有する操作機構の動作特性を計測する特性計測装置であって、前記操作部材に対して外力を加えることにより前記操作部材を回動操作する駆動部と、前記駆動部に設けられて、該駆動部が前記操作部材を回動操作したときの前記操作部材からの反力を検出する荷重検出部と、前記荷重検出部の変位量を検出する変位量検出部と、前記荷重検出部によって検出された前記反力と前記変位量検出部によって検出された変位量とに基づいて、前記操作機構の前記動作特性である、弾性係数、粘性係数、及び摩擦抵抗のうちの少なくとも１つを算出する算出部とを備え、前記駆動部は、該駆動部が前記操作部材を回動操作する際に、前記荷重検出部を所定の回動中心を中心として前記操作部材と同方向に回動させるように構成されている。

上記構成では、駆動部は、操作部材を回動操作するとともに、荷重検出部も回動させる。駆動部を直線運動させて操作部材を回動操作する場合には、該駆動部に設けられている荷重検出部も直線運動することになる。この場合には、操作部材の運動方向と荷重検出部の運動方向との乖離が大きく、両者の運動方向にずれが生じる。そのため、操作部材に作用する荷重の作用方向と、荷重検出部に作用する反力の作用方向とのずれが大きくなりやすく、操作部材に作用している荷重の検出精度が低下する。

上記構成によれば、操作部材及び荷重検出部が操作部材の回動操作時に同方向に回動するため、操作部材に作用する荷重の作用方向と、荷重検出部に作用する反力の作用方向とのずれが抑えられる。そのため、駆動部を直線運動させて操作部材を回動操作する構成に比して、操作部材に作用している荷重の検出精度の低下が抑えられる。したがって、上記構成によれば、回動操作される操作部材を備える操作機構の動作特性をより精度良く計測することが可能な特性計測装置を提供することができる。

特性計測装置の第１実施形態の構成を示す模式図。 同実施形態の特性計測装置の動作態様を示す模式図。 特性算出処理に係る一連の処理の流れを示すフローチャート。 同実施形態の特性計測装置がアクセルペダルのパッドを操作する際の荷重の作用方向と反力の作用方向との関係を示す模式図。 駆動部を直線運動させてアクセルペダルのパッドを回動操作する場合における荷重の作用方向と反力の作用方向との関係を示す模式図。 第１実施形態の変形例を示す模式図。 特性計測装置の第２実施形態の構成を示す模式図。 同実施形態の特性計測装置の動作態様を示す模式図。 第２実施形態の変形例を示す模式図。 駆動部の変形例を示す模式図。 駆動部の他の変形例を示す模式図。 駆動部の他の変形例を示す模式図。 駆動部の他の変形例を示す模式図。 特性計測装置の変形例の構成を示す模式図。

（第１実施形態）
特性計測装置の第１実施形態について、図１〜図５を参照して説明する。
図１に示すように、特性計測装置１０は、箱状のハウジング１１を有している。ハウジング１１は、底壁１１Ａと、該底壁１１Ａの周縁部から立設された周壁１１Ｂとを有している。底壁１１Ａの一方側の端部（図１における左端部）には、周壁１１Ｂは立設されておらず、ハウジング１１は図１における左側が開口している。周壁１１Ｂには、ラック１２が支持されている。ラック１２は、棒状で円弧をなすように延びており、その内周面１２Ａに複数の歯が形成されている。ラック１２は、周壁１１Ｂに固定された複数の支持軸１３によって支持されている。支持軸１３は、ハウジング１１の開口側に位置する第１支持軸１４及び第２支持軸１５と、第１支持軸１４及び第２支持軸１５よりもハウジング１１の内部側（図１の右側）に位置する第３支持軸１６とからなる。第１支持軸１４と第２支持軸１５とは離間しており、それらの距離Ｌ１はラック１２の厚さＴ１と同じである（Ｌ１＝Ｔ１）。そのため、ラック１２は、その外周面１２Ｂが第１支持軸１４によって支持され、その内周面１２Ａが第２支持軸１５によって支持されている。ラック１２は、第１支持軸１４と第２支持軸１５との間を移動可能である。

ラック１２の一端には、荷重検出部としての圧力センサ１７が設けられている。圧力センサ１７は、直方体状であって、ラック１２に連結されている底面１７Ａの反対側に受圧面１７Ｂが形成されている。受圧面１７Ｂに圧力が作用すると、該圧力に対応した信号が圧力センサ１７から出力される。圧力センサ１７には、当接部１８が連結されている。当接部１８は、四角柱状に形成された基端部１８Ａと、該基端部１８Ａに連結された半球状の先端部１８Ｂとからなる。基端部１８Ａの一端面が圧力センサ１７の受圧面１７Ｂに連結されている。

ラック１２の内周面１２Ａには、ピニオン１９が当接している。ピニオン１９は円板状をなしており、その周面に複数の歯が形成されている。ピニオン１９に形成されている歯は、ラック１２に形成されている歯と噛み合っている。ラック１２は、ピニオン１９と第３支持軸１６とによっても支持されている。ピニオン１９は、周壁１１Ｂに対して回転可能に支持されている。ピニオン１９には、モータ２０が接続されている。モータ２０はピニオン１９を回転操作する。モータ２０には、エンコーダ２１が設けられており、該エンコーダ２１によってモータ２０の回転量が検出される。

特性計測装置１０には、電子制御部２２も設けられている。電子制御部２２には、圧力センサ１７やエンコーダ２１からの出力信号が入力される。電子制御部２２は、モータ２０への通電制御を実行し、ピニオン１９を回転させる。ピニオン１９を図１の反時計回りに回転させると、ハウジング１１の開口を通じて該ハウジング１１から突出する方向にラック１２が回動する。なお、ラック１２が回動するときの回動中心を図１に回動中心Ｏとして示している。回動中心Ｏを中心としてラック１２が回動可能なように、第１支持軸１４、第２支持軸１５、第３支持軸１６、及びピニオン１９は配置されている。ラック１２が回動すると、当接部１８が操作機構であるアクセルペダル３０に当接する。

アクセルペダル３０は、板状に形成された台座３１を有している。台座３１は、底板３１Ａと、該底板３１Ａに対して傾斜して延びている傾斜板３１Ｂとからなる。底板３１Ａには、ヒンジ部３２が立設されている。ヒンジ部３２の上端部には、長方形板状のパッド３３の下端部が接続されている。パッド３３は、特性計測装置１０側の面が操作面３３Ａを構成している。ヒンジ部３２は、パッド３３に比して薄肉に形成されている。そのため、パッド３３はヒンジ部３２を回動中心として回動する。換言すれば、ヒンジ部３２はアクセルペダル３０の回動軸として機能し、パッド３３は操作部材として機能する。パッド３３と台座３１との間には、ばね３４が設けられている。ばね３４は、特性計測装置１０側（図１の右方）に回動させるようにパッド３３を付勢している。以下では、操作面３３Ａに外力が作用しておらず、ばね３４の付勢力によってパッド３３が所定位置に保持されている状態を、アクセルペダル３０の初期位置という。

図２に実線で示すように、アクセルペダル３０が初期位置にある状態において、モータ２０によってピニオン１９を反時計回りに回転させて、ラック１２をアクセルペダル３０側に回動させると、上記所定位置にあったアクセルペダル３０のパッド３３は当接部１８によって押圧されてヒンジ部３２を中心として回動する。このように、モータ２０、ピニオン１９、ラック１２、及び当接部１８は、アクセルペダル３０のパッド３３に対して外力を加えることにより該パッド３３を回動操作する駆動部２５を構成している。当接部１８がパッド３３を押圧しているときには、該パッド３３に作用する荷重の反力が、パッド３３から当接部１８に作用する。この反力は、当接部１８を介して圧力センサ１７に伝達されて検出される。

一方で、モータ２０によってピニオン１９を時計回りに回転させると、ラック１２はアクセルペダル３０から離間する方向に回動する。そのため、図１に示すように、当接部１８はパッド３３から離間した状態となり、該パッド３３がばね３４の付勢力によって上記所定位置まで戻されることで、アクセルペダル３０は初期位置となる。

なお、ラック１２が回動する際には、該ラック１２に設けられている圧力センサ１７もラック１２の回動中心Ｏを中心として一体に回動する。すなわち、ラック１２を含む駆動部２５は、該駆動部２５がアクセルペダル３０のパッド３３を操作する際に、圧力センサ１７を回動中心Ｏを中心としてパッド３３と同方向に回動させるように構成されている。

電子制御部２２には、算出部２２Ａが設けられている。算出部２２Ａは、圧力センサ１７によって検出された反力とエンコーダ２１によって検出されたモータ２０の回転量とに基づいて、アクセルペダル３０の弾性係数、粘性係数、及び摩擦抵抗を算出する。モータ２０の回転量は、ラック１２の移動量に相関しており、圧力センサ１７の変位量に相当する。

図３に示すフローチャートを参照して、アクセルペダル３０の弾性係数、粘性係数、及び摩擦抵抗を算出する特性算出処理に係る一連の処理の流れについて説明する。なお、特性算出処理に関する制御スクリプトは、予め電子制御部２２に記憶されている。電子制御部２２は、この制御スクリプトを読み込むことにより、特性算出処理を開始する。

図３に示すように、特性算出処理に係る一連の処理が開始されると、電子制御部２２はまず、駆動部２５の押圧開始状態を算出する（ステップＳ３００）。この押圧開始状態は、当接部１８が初期位置にあるアクセルペダル３０のパッド３３に当接し始めるときの駆動部２５の状態である。押圧開始状態は、圧力センサ１７及びエンコーダ２１の各検出信号に基づいて算出される。すなわち、当接部１８がパッド３３に当接していない状態から、ラック１２をアクセルペダル３０側に回動させて当接部１８をパッド３３に当接させる。当接部１８がパッド３３に当接して該パッド３３を押圧すると、パッド３３からの反力が圧力センサ１７によって検出される。そのため、圧力センサ１７の検出信号が増大し始めた時点の変位量をエンコーダ２１によって検出することで駆動部２５の押圧開始状態を算出できる。この押圧開始状態についての情報は、電子制御部２２に記憶される。

その後、電子制御部２２は、駆動部２５を押圧開始状態に設定する（ステップＳ３０１）。そして、駆動部２５を駆動して、アクセルペダル３０のパッド３３をばね３４の弾性力や粘性力、ヒンジ部３２の粘性力や摩擦力等々の反力に抗して回動操作する（ステップＳ３０２）。これにより、駆動部２５は、押圧開始状態から、アクセルペダル３０のパッド３３の回動操作を開始する。このときのモータ２０の制御電圧は、予め実験やシミュレーションによって求められた所定の電圧に設定されている。こうしてパッド３３を回動操作すると、次に、圧力センサ１７によって反力Ｆを検出し、エンコーダ２１によって駆動部２５の押圧開始状態からの変位量Ｘ及びモータ２０の負荷Ｒを検出する（ステップＳ３０３）。

その後、ステップＳ３０４の処理に移行して、圧力センサ１７によって検出された反力Ｆの増加率が第１判定値ＦＲ未満か否かを判定する。第１判定値ＦＲは、アクセルペダル３０が動作不良となった場合の反力の増加率に対応させて設定されている。なお、反力Ｆの増加率は、ステップＳ３０３の処理において前回検出した反力Ｆと、今回検出した反力Ｆとに基づいて算出することができ、例えば今回検出した反力Ｆを前回検出した反力Ｆで除算することで算出する。なお、特性算出処理を開始してから初めてステップＳ３０４の処理を実行する場合には、反力Ｆの増加率を例えば「０」などの所定値に設定すればよい。このステップＳ３０４の処理において、反力Ｆの増加率が第１判定値ＦＲ未満であると判定した場合には（ステップＳ３０４：ＹＥＳ）、次にモータ２０の負荷Ｒが第２判定値ＭＲ未満であるか否かを判定する（ステップＳ３０５）。第２判定値ＭＲは、モータ２０が動作不良となった場合の負荷に対応させて設定されている。ステップＳ３０５の処理において、負荷Ｒが第２判定値ＭＲ未満であると判定した場合（ステップＳ３０５：ＹＥＳ）には、アクセルペダル３０及びモータ２０に動作不良が生じていないと判断できる。この場合には、次に、アクセルペダル３０のパッド３３の変位速度Ｘ’が予め設定されている設定速度で一定になっているか否かを判定する（ステップＳ３０６）。パッド３３の変位速度Ｘ’は、駆動部の変位量Ｘと駆動を開始してからの経過時間ｔとから算出できる。この変位速度Ｘ’が予め設定されている設定速度と同じ場合には（ステップＳ３０６：ＹＥＳ）、次の処理に移行して、停止条件が成立したか否かを判定する（ステップＳ３０７）。一方で、ステップＳ３０６の処理において、変位速度Ｘ’が予め設定されている設定速度と異なっている場合には（ステップＳ３０６：ＮＯ）、ステップＳ３０８の処理に移行して、変位速度Ｘ’を上記設定速度に合わせるようにモータ２０の制御電圧を補正した後、ステップＳ３０７の処理に移行する。

ステップＳ３０７の処理では、駆動部２５の押圧開始状態からの変位量Ｘが、制御スクリプトの最終命令の指令位置までの変位量ＸＲ以上となったときに停止条件が成立したと判定する。本実施形態では、制御スクリプトには、アクセルペダル３０が初期位置にあるときのパッド３３を最大回動位置まで操作し、その後に初期位置の状態まで戻す往復操作を２回行うことが指令されている。そのため、２回目の往復操作を実行しアクセルペダル３０が初期位置となったときの変位量が上記変位量ＸＲとして設定している。なお、１回目の往復操作と２回目の往復操作とにおいて、上記設定速度を変化させる。これにより、反力Ｆと変位量Ｘとの関係を異なった速度において算出する。

今回の処理では、駆動部２５を駆動し始めたばかりであり、変位量Ｘが停止条件が成立するほど大きくなっていないため、ステップＳ３０７の処理において否定判定される。こうして否定判定されると（ステップＳ３０７：ＮＯ）、ステップＳ３０３の処理に戻って以降の処理を繰り返す。すなわち、停止条件が成立するまでは、ステップＳ３０３〜Ｓ３０７までの処理が繰り返し実行される。これにより、反力Ｆ、変位量Ｘ、及び負荷Ｒが繰り返し検出される。なお、反力Ｆ及び変位量Ｘは、検出される度にモータ２０の駆動を開始してからの経過時間ｔに関連付けて電子制御部２２に記憶される。

その後、ステップＳ３０７の処理において、検出された変位量Ｘが上記変位量ＸＲ以上であると判定した場合には（ステップＳ３０７：ＹＥＳ）、算出部２２Ａが、検出した反力Ｆと変位量Ｘとに基づいてアクセルペダル３０の弾性係数、粘性係数、及び摩擦抵抗などの特性値を算出する（ステップＳ３０９）。そして、電子制御部２２がモータ２０の制御電圧を「０」にして、駆動部２５の駆動を停止する（ステップＳ３１０）。これにより、特性算出処理に係る一連の処理を終了する。

一方で、ステップＳ３０４の処理において、反力Ｆの増加率が第１判定値ＦＲ以上であると判定した場合には（ステップＳ３０４：ＮＯ）、アクセルペダル３０の動作不良が疑われるため、ステップＳ３１０の処理に移行する。そして、駆動部２５の駆動を停止することで、特性値の算出を行わずに特性算出処理に係る一連の処理を終了する。また、ステップＳ３０５の処理において、モータ２０の負荷Ｒが第２判定値ＭＲ以上であると判定した場合には、モータ２０の動作不良が疑われる。そのため、次にステップＳ３１１の処理に移行して、カウンタＣＴをインクリメントする。その後、カウンタＣＴが第３判定値ＭＲＴ未満か否かを判定する（ステップＳ３１２）。モータ２０の負荷は外乱によって瞬間的に増大する場合がある。そのため、カウンタＣＴが第３判定値ＭＲＴ以上であり、長い時間にわたって負荷が大きい状態が継続していると判定した場合には（ステップＳ３１２：ＮＯ）、モータ２０の動作不良が生じていると判断する。そのため、ステップＳ３１０の処理に移行して駆動部２５の駆動を停止することで、特性値を算出せずに特性算出処理に係る一連の処理を終了する。一方で、カウンタＣＴが第３判定値ＭＲＴ未満であると判定した場合には（ステップＳ３１２：ＹＥＳ）、モータ２０の負荷が外乱によって一時的に増大した場合であって、モータ２０の動作不良は生じていないと判断し、ステップＳ３０６の処理に移行する。

次に、ステップＳ３０９の処理におけるアクセルペダル３０の弾性係数、粘性係数、及び摩擦抵抗の算出方法について説明する。
算出部２２Ａには、アクセルペダル３０のパッド３３からの反力Ｆを算出するための関係式として下記（式１）が記憶されている。

Ｆ＝Ｋ・Ｘ＋Ｃ・Ｘ’＋Ｆ０・・・（式１）
上式右辺の「Ｋ」は弾性係数、「Ｃ」は粘性係数、「Ｆ０」は摩擦抵抗を示している。なお、上述したように、「Ｘ」はアクセルペダル３０の変位量、「Ｘ’」はアクセルペダル３０の変位速度を示している。

算出部２２Ａには、弾性係数Ｋの基準値Ｋｍ、粘性係数Ｃの基準値Ｃｍ、摩擦抵抗の基準値Ｆ０ｍが予め記憶されている。算出部２２Ａでは、これらの基準値を上記式（１）に代入するとともに、検出された変位量Ｘ及び変位速度Ｘ’を代入することにより、検出された変位量Ｘの情報に基づいて、経過時間ｔに関連付けて反力Ｆの算出値Ｆｍを算出する。これにより、算出部２２Ａは、経過時間ｔに関連付けて、検出した反力Ｆ、変位量Ｘ、及び算出した反力である算出値Ｆｍの情報を記憶する。すなわち、算出部２２Ａには、例えば、駆動部２５の駆動を開始してから０．１秒後の反力Ｆ、変位量Ｘ、及び算出値Ｆｍの情報や、駆動部２５の駆動を開始してから０．２秒後の反力Ｆ、変位量Ｘ、及び算出値Ｆｍの情報などが記憶されている。

ここで、反力Ｆは、圧力センサ１７によって検出された実測値であり、算出値Ｆｍは、弾性係数Ｋ、粘性係数Ｃ、及び摩擦抵抗Ｆ０をそれぞれ基準値に設定したときの仮定値である。そして、反力Ｆには、実際の弾性係数Ｋ、粘性係数Ｃ、及び摩擦抵抗Ｆ０の影響が反映されている。したがって、反力Ｆと算出値Ｆｍとの差には、弾性係数Ｋの基準値Ｋｍと実際値との差、粘性係数Ｃの基準値Ｃｍと実際値との差、及び摩擦抵抗Ｆ０の基準値Ｆ０ｍと実際値との差がそれぞれ反映されている。そのため、算出部２２Ａは、反力Ｆと算出値Ｆｍとの差ΔＦを、経過時間ｔに関連付けてそれぞれ算出し、この差ΔＦの２乗の総和が最小となるような弾性係数Ｋ、粘性係数Ｃ、及び摩擦抵抗Ｆ０を算出する。ステップＳ３１０の処理では、このように最小２乗法等の公知の計算方法を用いることによって、アクセルペダル３０の弾性係数Ｋ、粘性係数Ｃ、及び摩擦抵抗Ｆ０を算出する。

こうしてアクセルペダル３０の弾性係数Ｋ、粘性係数Ｃ、及び摩擦抵抗Ｆ０などの特性値を算出すると、電子制御部２２は計測結果を表示するとともに記憶し、特性算出処理に係る一連の処理を終了する。

次に、本実施形態の作用効果について説明する。
（１）本実施形態では、駆動部２５は、アクセルペダル３０のパッド３３を回動操作するとともに、圧力センサ１７も回動させる。図４に示すように、パッド３３及び圧力センサ１７がパッド３３の回動操作時に同方向に回動すると、パッド３３への荷重の作用方向Ａと、圧力センサ１７への反力の作用方向Ｂとのずれが抑えられる。図４には、パッド３３への荷重の作用方向Ａと圧力センサ１７への反力の作用方向Ｂとが互いに反対の関係になっており、これらの力が等しくなっている場合を示している。

一方で、図５に示すように、駆動部２５を直線運動させてアクセルペダル３０のパッド３３を回動操作する構成では、駆動部２５に設けられている圧力センサ１７も直線運動することになる。この場合には、パッド３３の運動方向と圧力センサ１７の運動方向とが一致せず、両者の運動方向にずれが生じる。そのため、パッド３３への荷重の作用方向Ａと、圧力センサ１７への反力の作用方向Ｂとのずれが大きくなりやすい。したがって、パッド３３への荷重の作用方向Ａと圧力センサ１７への反力の作用方向Ｂとが互いに反対の関係にはならず、所定角度θ分だけずれる。そのため、パッド３３に作用している荷重と圧力センサ１７で検出される反力とにずれが生じ、パッド３３に作用している荷重の検出精度が低下する。

特性計測装置１０では、アクセルペダル３０のパッド３３に作用する荷重を反力によって検出し、上述したように、弾性係数Ｋ、粘性係数Ｃ、及び摩擦抵抗Ｆ０を算出することでアクセルペダル３０の動作特性を計測する。したがって、パッド３３に作用している荷重の検出精度が低下すると、動作特性の計測精度も低下することとなる。

本実施形態によれば、駆動部２５を直線運動させてパッド３３を回動操作する構成に比して、パッド３３に作用している荷重の検出精度の低下が抑えられる。したがって、回動操作されるパッド３３を有するアクセルペダル３０の動作特性をより精度良く計測することが可能になる。

（２）ラック１２とパッド３３とでは、その構成上、回動半径や回動中心がそれぞれ異なる場合もある。駆動部２５がパッド３３を回動操作する際に、パッド３３の操作面３３Ａに対する当接部１８の先端部１８Ｂの当接位置は、その回動操作に合わせて変更される。本実施形態では、当接部１８の先端部１８Ｂを半球状に形成しているため、パッド３３と当接部１８とが回動したときに、これらの当接位置が先端部１８Ｂの球面に沿って変位し、パッド３３と当接部１８との摺動が抑えられる。その結果、回動操作に伴い当接部１８とパッド３３との間で発生する摩擦を抑えることができる。

（３）圧力センサ１７の変位量を検出することによって、アクセルペダル３０の変位量Ｘを検出している。そのため、アクセルペダル３０に変位量Ｘを検出するためのセンサを取り付ける必要がない。したがって、アクセルペダル３０の構成に変更を加えることなく動作特性を計測することができる。

（４）特性算出処理では、反力Ｆの増加率やモータ２０の負荷Ｒに基づいて、アクセルペダル３０やモータ２０の動作不良を判定している。これにより、アクセルペダル３０やモータ２０の動作不良の影響をアクセルペダル３０の動作特性の計測に反映しにくくできる。また、アクセルペダル３０やモータ２０に過大な荷重が作用することも抑えることができる。

（５）アクセルペダル３０のパッド３３を回動操作する際には、その変位速度Ｘ’が設定速度で一定になるようにモータ２０への制御電圧が補正される。そのため、アクセルペダル３０の動作特性を計測する際にパッド３３の操作速度の変化による影響を考慮する必要がない。

上記第１実施形態は以下のように変更して実施することができる。
・当接部１８を、駆動部２５ではなくアクセルペダル３０に配置してもよい。
図６に示すように、当接部１８は、アクセルペダル３０におけるパッド３３の操作面３３Ａに設けられている。駆動部２５は、パッド３３を回動操作する際に、圧力センサ１７が当接部１８に接触して該パッド３３を押圧する。こうした構成によれば、駆動部２５がパッド３３を回動操作する際に、圧力センサ１７の受圧面１７Ｂに対する当接部１８の先端部１８Ｂの当接位置は、その回動操作に合わせて変更される。すなわち、圧力センサ１７と当接部１８とが回動したときに、これらの当接位置が先端部１８Ｂの球面に沿って変位し、圧力センサ１７と当接部１８との摺動が抑えられる。そのため、回動操作に伴い当接部１８と圧力センサ１７との間で発生する摩擦を抑えることができ、上記（２）と同様の作用効果を得ることはできる。

・上記各実施形態において、当接部１８を省略することも可能である。
（第２実施形態）
特性計測装置の第２実施形態について、図７及び図８を参照して説明する。本実施形態では、アクセルペダル３０のパッド３３の操作面３３Ａに対して圧力センサ１７の受圧面１７Ｂを平行に配置する調節機構を備える点が第１実施形態と異なっている。以下では、第１実施形態と異なる構成について説明し、第１実施形態と同様の構成についてはその詳細な説明は省略する。

図７に示すように、調節機構４１はラック１２の一端に連結されている。調節機構４１は、板状の支持板４２と、該支持板４２から突出している連結片４３とを有している。連結片４３は、回転軸４４を介してラック１２の一端に連結されている。回転軸４４と連結片４３とは一体に回転可能に互いに固定されている。一方で、回転軸４４は相対回転可能にラック１２に支持されている。回転軸４４にはアクチュエータ４５が連結されている。アクチュエータ４５は、回転軸４４を回転動作させる。支持板４２においてアクセルペダル３０のパッド３３の操作面３３Ａと対向している対向面４２Ａには、その中心部分に圧力センサ１７が連結されている。また、支持板４２には、圧力センサ１７を挟むように互いに離間して配置された２つの距離センサ４６も設けられている。各距離センサ４６は、パッド３３の操作面３３Ａまでの距離を検出する。距離センサ４６の検出信号は、電子制御部２２に入力される。電子制御部２２には、角度調節部４７が設けられている。

図８に示すように、この特性計測装置４０は、モータ２０を制御してラック１２を回動させることにより、ラック１２に連結されている圧力センサ１７を回動させる。そして、圧力センサ１７の受圧面１７Ｂをパッド３３の操作面３３Ａに当接させて、該パッド３３を押圧する。特性計測装置４０では、ラック１２を回動させてパッド３３を回動操作させている間、各距離センサ４６によって検出される操作面３３Ａまでの距離が互いに等しくなるように、角度調節部４７がアクチュエータ４５を制御して回転軸４４を回転させる。これにより、ラック１２及びパッド３３の回動によって、支持板４２の対向面４２Ａとパッド３３の操作面３３Ａとの対応が変化するような場合であっても、支持板４２の対向面４２Ａがパッド３３の操作面３３Ａと平行になるように制御される。そのため、圧力センサ１７の受圧面１７Ｂがパッド３３の操作面３３Ａに対して平行になる。支持板４２、連結片４３、回転軸４４、アクチュエータ４５、及び各距離センサ４６によって調節機構４１が構成されている。この調節機構４１は、駆動部２５を構成する一部材である。

本実施形態によれば、図８に示すように、駆動部２５によってアクセルペダル３０のパッド３３を回動させたときに、受圧面１７Ｂと操作面３３Ａとが常に面接触するようになる。そのため、パッド３３に作用する荷重の作用方向と、圧力センサ１７に作用する反力の作用方向とのずれを一層好適に抑えることができる。したがって、本実施形態によっても、上記（１）と同様の作用効果を得ることができる。

上記第２実施形態は以下のように変更して実施することができる。
・調節機構４１としては距離センサ４６を備える構成に限られない。例えば、図９に示す構成を採用してもよい。

図９に示す特性計測装置５０では、調節機構４１を構成する一部材として、カメラ５１を備えている。カメラ５１で撮像された画像データは、電子制御部２２に入力される。角度調節部４７は、アクセルペダル３０のパッド３３を回動操作している間、カメラ５１から入力される画像データを解析して、支持板４２の対向面４２Ａがパッド３３の操作面３３Ａと平行になるようにアクチュエータ４５を制御する。こうした構成によっても、圧力センサ１７の受圧面１７Ｂをパッド３３の操作面３３Ａに対して平行にすることは可能である。

上記各実施形態は以下のように変更して実施することができる。
・特性算出処理では、アクセルペダル３０のパッド３３を回動操作する際に、該パッド３３の変位速度Ｘ’が設定速度で一定になるように制御している。そして、この設定速度を、１回目の往復操作と２回目の往復操作とにおいて変化させるようにしている。この設定速度は、アクセルペダル３０の動作を加味した設定速度にすることが望ましい。

・特性算出処理では、アクセルペダル３０のパッド３３を回動操作する際に、該パッド３３の変位速度Ｘ’が設定速度で一定になるようにモータ２０の制御電圧を補正するようにしていたが、こうした処理を省略することも可能である。すなわち、図３において、ステップＳ３０５の処理及びステップＳ３１２の処理において肯定判定された場合に、ステップＳ３０６の処理を行わずにステップＳ３０７の処理に移行するようにしてもよい。この構成では、モータ２０の制御電圧は、予め実験やシミュレーションによって求められた所定の電圧に設定されることになる。

・特性算出処理では、モータ２０の負荷Ｒが第２判定値ＭＲ以上であると判定した場合には、モータ２０の動作不良が生じていると判断した。この場合、併せてアクセルペダル３０の動作不良が生じていると判断するようにしてもよい。また、モータ２０の負荷Ｒが第２判定値ＭＲ以上であると判定した場合には、モータ２０の動作不良を判断せずに、アクセルペダル３０の動作不良が生じていると判断してもよいし、モータ２０及びアクセルペダル３０のいずれかの不良が生じていると判断してもよい。

・特性算出処理では、図３に示すステップＳ３０５の処理を省略して、モータ２０の動作不良判定を行わないようにしてもよい。すなわち、ステップＳ３０４の処理において肯定判定された場合に、ステップＳ３０５の処理を行わずにステップＳ３０６の処理に移行するようにしてもよい。

・特性算出処理では、図３に示すステップＳ３０４の処理を省略して、アクセルペダル３０の動作不良判定を行わないようにしてもよい。すなわち、ステップＳ３０３の処理を実行した後、ステップＳ３０４の処理を行わずにステップＳ３０５の処理に移行するようにしてもよい。なお、上述した各変更例は適宜組み合わせて実行することも可能である。

・特性算出処理において、図３に示すステップＳ３０４の処理で否定判定した場合や、ステップＳ３１２の処理において否定判定した場合、すなわち、アクセルペダル３０やモータ２０の動作不良と判定した場合に、特性値を算出せずに駆動部２５の駆動を停止していた。こうした構成に代えて、アクセルペダル３０やモータ２０の動作不良と判定した場合であっても、それまで検出した反力Ｆ及び変位量Ｘから特性値を算出し、その後に駆動部２５の駆動を停止するようにしてもよい。

・駆動部の構成は上述したものに限られない。例えば、図１０及び図１１に示す構成を採用してもよい。なお、図１０及び図１１に示す構成は、第１実施形態における変形例を示しているが、第２実施形態においても同様の構成を採用することは可能である。以下では、第１実施形態と異なる構成について説明し、第１実施形態と同様の構成についてはその詳細な説明は省略する。

・図１０に示すように、駆動部５５は、円板状に形成され、ハウジング１１の周壁１１Ｂに回転可能に支持されている第１ピニオン５６を有している。第１ピニオン５６には、モータ２０が連結されている。第１ピニオン５６の周面には歯が形成されている。第１ピニオン５６の上部には、第２ピニオン５７の下部が当接している。第２ピニオン５７は、円板状に形成され、ハウジング１１の周壁１１Ｂに回転可能に支持されている。第２ピニオン５７の周面には歯が形成されている。第１ピニオン５６に形成された歯と第２ピニオン５７に形成された歯は噛み合っている。第１ピニオン５６の直径は、第２ピニオン５７の直径よりも大きい。第２ピニオン５７の周面は、ラック１２に当接している。第２ピニオン５７に形成された歯は、ラック１２の内周面１２Ａに形成された歯とも噛み合っている。この構成では、モータ２０によって第１ピニオン５６が回転すると、第２ピニオン５７が回転し、これによりラック１２が回動する。第１ピニオン５６及び第２ピニオン５７は、モータ２０、ラック１２、及び当接部１８とともに駆動部５５を構成している。こうした構成によれば、第１ピニオン５６のトルクを第２ピニオン５７によって増幅してラック１２に作用させることができるため、モータ２０の小型化に貢献できる。さらに、モータ２０の搭載位置を下げることも可能になり、特性計測装置１０の重心を下げてその安定性の向上に貢献できる。

また、第１ピニオン５６と第２ピニオン５７の相対位置は適宜変更が可能である。
図１１に示すように、第１ピニオン５６の右端部に、第２ピニオン５７の左端部を当接させるようにしてもよい。こうした構成であっても、上記作用効果と同様の作用効果を得ることができる。なお、第１ピニオン５６の直径と第２ピニオン５７の直径との関係は上述したものに限られず、第１ピニオン５６の直径が第２ピニオン５７の直径よりも小さくてもよいし、第１ピニオン５６の直径と第２ピニオン５７の直径とが同じであってもよい。さらには、駆動部５５に設けられるピニオンの数を３つ以上にすることも可能である。

・上記実施形態では、エンコーダ２１によってモータ２０の回転量を検出するようにしたが、モータ２０の回転量を検出する構成はこれに限られない。要は、モータの回転量を検出可能なセンサを採用することができる。

・変位量検出部は、エンコーダ２１に限られず、他の構成を採用してもよい。例えば、図１２に示すように、エンコーダ２１に代えて、画像センサ６０を設けてもよい。画像センサ６０は、ハウジング１１の周壁１１Ｂに固定されている。画像センサ６０は、ラック１２の外周面１２Ｂの画像を撮像し、電子制御部２２に出力する。電子制御部２２では、画像センサ６０によって検出された画像データに基づいて、ラック１２の変位量を検出する。例えば、ラック１２の外周面１２Ｂに変位量と相関する目印を付すことによって、ラック１２の変位量を検出することができる。ラック１２と圧力センサ１７とは一体に回動する。そのため、ラック１２の変位量を検出することで圧力センサ１７の変位量を検出できる。

また、図１３に示すように、エンコーダ２１に代えて、ワイヤ式の変位センサ６１を設けてもよい。この変位センサ６１は、ハウジング１１の底壁１１Ａに固定されており、センサ部６１Ａと、該センサ部６１Ａから引出可能に設けられたワイヤ６１Ｂとを有している。ワイヤ６１Ｂの先端は、圧力センサ１７に連結されている。この構成では、圧力センサ１７の回動に伴い、センサ部６１Ａから引き出されるワイヤ６１Ｂの長さが変化することによって、圧力センサ１７の変位量を検出する。変位センサ６１の出力信号は、電子制御部２２に入力される。なお、エンコーダ２１、画像センサ６０、及び変位センサ６１のうち複数を組み合わせて用いることも可能である。

・特性計測装置の構成は上述したものに限られない。例えば、図１４に示す構成を採用することができる。
図１４に示すように、この特性計測装置７０は、吊り下げ式のアクセルペダル８０を対象として動作特性を計測する。特性計測装置７０のハウジング１１には、その周壁１１Ｂにラック７１が支持されている。ラック７１は、棒状で円弧をなすように延びている。ラック７１は、ハウジング１１の内部側（図１４の右側）の部分ほど上方に位置している。ラック７１の外周面７１Ａには、複数の歯が形成されている。ラック７１は、周壁１１Ｂに固定された複数の支持軸１３によって支持されている。ラック７１の一端には、圧力センサ１７が設けられている。圧力センサ１７には、当接部１８が連結されている。ラック７１の外周面７１Ａには、ピニオン１９が当接している。

特性計測装置７０では、モータ２０によってピニオン１９を図１４の反時計回りに回転させると、ハウジング１１の開口を通じて該ハウジング１１から突出する方向にラック７１が回動する。ラック７１が回動すると、当接部１８がアクセルペダル８０に当接する。

アクセルペダル８０は、壁部８１に固定された支持部８２を有している。支持部８２には、回動軸８３が軸支されている。回動軸８３には棒状のロッド８４の一端が連結されている。ロッド８４は、鉛直下方に湾曲した形状に形成されており、その他端に長方形板状のパッド８５が連結されている。パッド８５は、特性計測装置１０側の面が操作面８５Ａを構成している。パッド８５と壁部８１との間には、ばね８６が設けられている。ばね８６は、特性計測装置７０側（図１４の右方）にロッド８４を付勢している。

特性計測装置７０は、ラック７１を回動させて当接部１８をアクセルペダル８０に当接して押圧することにより、アクセルペダル８０のパッド８５を回動軸８３を中心として回動操作する。このように、モータ２０、ピニオン１９、ラック７１、及び当接部１８は、アクセルペダル８０のパッド８５に対して外力を加えることにより該パッド８５を回動操作する駆動部７２を構成している。こうした構成では、パッド８５を回動操作する際に、ラック７１の回動中心を中心として圧力センサ１７を回動させることができる。そのため、こうした構成によっても、上述した実施形態と同様に、アクセルペダル８０の動作特性をより精度良く計測することができる。

・算出部２２Ａに、弾性係数Ｋの基準値Ｋｍ、粘性係数Ｃの基準値Ｃｍ、摩擦抵抗の基準値Ｆ０ｍを予め記憶させた例を示したが、これらの基準値を特性算出処理の実行に際してその都度算出するようにしてもよい。

・算出部２２Ａは、アクセルペダル３０の弾性係数Ｋ、粘性係数Ｃ、及び摩擦抵抗Ｆ０の全てを算出したが、こうした構成に限られない。例えば、アクセルペダル３０の摩擦抵抗Ｆ０だけを算出するものであってもよい。要は、アクセルペダル３０の弾性係数Ｋ、粘性係数Ｃ、及び摩擦抵抗Ｆ０のうちの少なくとも１つを算出すればよい。

・ラック１２の回動中心Ｏがアクセルペダル３０の回動軸と重なるように、アクセルペダル３０の配置やラック１２の形状などを設定することも可能である。
・ラック１２の内周面１２Ａ、またはラック７１の外周面７１Ａに形成されている複数の歯は、内周面１２Ａまたは外周面７１Ａの全体に形成してもよいし、ピニオンと噛み合う上で必要な領域にのみ形成してもよい。

・第１支持軸１４と第２支持軸１５との距離Ｌ１は、ラック１２の厚さＴ１と同じでなくてもよい。例えば、第１支持軸１４と第２支持軸１５とが斜向かいの位置関係にあれば、第１支持軸１４と第２支持軸１５との距離Ｌ１がラック１２の厚さＴ１と距離Ｌ１よりも長くなることもある。

・操作機構としてアクセルペダル３０以外の部品を対象として動作特性を計測するようにしてもよい。例えば、ブレーキペダルやクラッチペダルを対象として動作特性を計測してもよい。また、ミシンなどに用いられる回動式のフットコントローラを対象としてもよい。これらの操作機構を対象とした場合であっても、上述した特性計測装置によれば、動作特性をより精度よく計測することができる。

１０…特性計測装置、１１…ハウジング、１１Ａ…底壁、１１Ｂ…周壁、１２…ラック、１２Ａ…内周面、１２Ｂ…外周面、１３…支持軸、１４…第１支持軸、１５…第２支持軸、１６…第３支持軸、１７…圧力センサ（荷重検出部）、１７Ａ…底面、１７Ｂ…受圧面、１８…当接部、１８Ａ…基端部、１８Ｂ…先端部、１９…ピニオン、２０…モータ、２１…エンコーダ（変位量検出部）、２２…電子制御部、２２Ａ…算出部、２５…駆動部、３０…アクセルペダル（操作機構）、３１…台座、３１Ａ…底板、３１Ｂ…傾斜板、３２…ヒンジ部（回動軸）、３３…パッド（操作部材）、３３Ａ…操作面、３４…ばね、４０…特性計測装置、４１…調節機構、４２…支持板、４２Ａ…対向面、４３…連結片、４４…回転軸、４５…アクチュエータ、４６…距離センサ、４７…角度調節部、５０…特性計測装置、５１…カメラ、５５…駆動部、５６…第１ピニオン、５７…第２ピニオン、６０…画像センサ、６１…変位センサ、６１Ａ…センサ部、６１Ｂ…ワイヤ、７０…特性計測装置、７１…ラック、７１Ａ…外周面、８０…アクセルペダル（操作機構）、８１…壁部、８２…支持部、８３…回動軸、８４…ロッド、８５…パッド（操作部材）、８５Ａ…操作面、８６…ばね。

Claims (1)

1. 回動軸を中心として回動操作される操作部材を有する操作機構の動作特性を計測する特性計測装置であって、
   前記操作部材に対して外力を加えることにより前記操作部材を回動操作する駆動部と、
   前記駆動部に設けられて、該駆動部が前記操作部材を回動操作したときの前記操作部材からの反力を検出する荷重検出部と、
   前記荷重検出部の変位量を検出する変位量検出部と、
   前記荷重検出部によって検出された前記反力と前記変位量検出部によって検出された変位量とに基づいて、前記操作機構の前記動作特性である、弾性係数、粘性係数、及び摩擦抵抗のうちの少なくとも１つを算出する算出部とを備え、
   前記駆動部は、該駆動部が前記操作部材を回動操作する際に、前記荷重検出部を所定の回動中心を中心として前記操作部材と同方向に回動させるように構成されている特性計測装置。

Images