JPWO2005124500A1 - 運転操作入力装置 - Google Patents

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Abstract

操作反力を調整可能な、小型で低消費エネルギーの運転操作入力装置を提供する。弾性体の荷重作用点の位置を変更することによって、入力部の変位量と弾性体の変形量の関係を調整する剛性調整機構を設ける。

Description

本発明は、自動車の操作入力装置に係り、特に、車両運動の制御するための運転操作入力装置に関する。
従来より、電気力を制御して操作反力を可変制御する運転操作入力装置が知られている。例えば、特開2002−104153号公報で提案されている運転操作入力装置は、ブレーキペダルの回転軸に設置された電気モータの駆動トルクを変化させることによって操作反力を電子制御している。運転操作入力装置は、操作反力を任意に調整できるため、運転者に車両に関する情報伝達を行うことができる。また、可動入力部と操作反力との関係を変更できるので、操作変位量に対する操作反力(操作剛性)を調整することができる。
従来の運転操作入力装置では、電気モータなどの駆動制御装置を備え、それらに供給する電気エネルギーによって電磁力を発生させ、運転者に対する操作反力を発生させている。このため、操作反力を発生させる場合には駆動制御装置が常にエネルギーを消費する。また、運転者の操作力に対して同等の出力を有する駆動制御装置が必要となるため、装置の大型化を招く場合がある。
本発明は、操作反力を調整可能な、小型で低消費エネルギーの運転操作入力装置を提供することを目的としている。
上記の目的は、可動入力部の変位量に対する弾性体の変形量の関係を調整し、可動入力部の操作力に対する変位量を調整可能な剛性調整機構とを備えることによって達成される。これにより、操作剛性を変化させても、操作反力発生のためのエネルギーを必要としないので、小型で低消費エネルギーの運転操作入力装置を提供することが可能となる。
上記の目的は、ブレーキペダルの変位量に対する弾性体の変形量の関係を調整し、ブレーキペダルの操作力に対する変位量を調整可能な剛性調整機構とを備えることによって達成される。これにより、操作剛性を変化させても、操作反力発生のためのエネルギーを必要としないので、小型で低消費エネルギーのブレーキ用運転操作入力装置を提供することが可能となる。
上記の目的は、剛性調整機構を電子制御によって調整する駆動装置を備えることによって達成される。これにより、運転者はボタンやダイヤルなどの電気的な設定装置で駆動装置を制御できるため、手動で調整する場合よりも車両への搭載性が向上し、小型な運転操作入力装置を提供することが可能となる。
上記の目的は、駆動装置と剛性調整機構の間に配置される駆動力伝達機構がセルフロック機能を備えることによって達成される。これにより、剛性調整を行わないときに、弾性体の復元力が駆動装置の負荷とならないので、小型で低消費エネルギーの運転操作入力装置を提供することが可能となる。
上記の目的は、運転者の操作力が作用していない初期位置では、前記弾性体の変形量が変化しないように剛性調整機構が調整動作を行うことによって達成される。これにより、初期位置での剛性調整時に、弾性体の復元力が駆動装置の負荷とならないので、小型で低消費エネルギーの運転操作入力装置を提供することが可能となる。
上記の目的は、弾性体が捻りばねであり、捻りばねを支持する円筒形状の支持部材を偏心回転させることで復元力の作用点を変化させ、可動入力部の操作剛性を調整することによって達成される。これにより、剛性調整に伴う部品の動作範囲を節約できるので、小型の運転操作入力装置を提供することが可能となる。
上記の目的は、可動入力部と弾性体との間の液圧による操作力伝達機構を備えることによって達成される。これにより、液圧による車両制御装置を備える自動車に対しても、小型で低消費エネルギーの運転操作入力装置を提供することが可能となる。
本発明は、具体的には、運転者の操作力によって変位する運転操作入力部と、該運転操作入力部の変位量に応じて変形し、前記運転操作入力部に対する反力を生成する弾性体と、該弾性体に接続され、前記運転操作入力部の変位量に対する前記弾性体の変形量の操作剛性関係を調整する剛性調整機構とを備える運転操作入力装置を提供する。
また本発明は、運転者の操作力によって変位するブレーキペダルと、前記ブレーキペダルの変位量に応じて変形し、前記ブレーキペダルに対する反力を生成する弾性体と、該弾性体に接続され、前記ブレーキペダルの変位量に対する前記弾性体の操作剛性を調整する剛性調整機構とを備える運転操作入力装置を提供する。
上述のように、本発明の運転操作入力装置あるいはブレーキペダルでは、可動入力部の変位量と弾性体の変形量との関係を調整する機構によって操作剛性を可変とすることができる。操作反力を弾性体によって発生させるので、動力発生装置による操作反力を必要としない。したがって、小型で低消費エネルギーの運転操作入力装置あるいはブレーキペダルを提供することが可能となる。
本実施例である運転操作入力装置は、運転者の操作力によって変位する運転操作入力部と、該運転操作入力部の変位量に応じて変形し、前記運転操作入力部に対する反力を生成する弾性体と、該弾性体に接続され、前記運転操作入力部の変位量に対する前記弾性体の変形量の操作変形剛性を調整する調整部、該調整部に接続されたセルフロック機能を有するウォーム減速機などの減速機、該減速機を駆動する電動モータを備える。更に、前記操作変形剛性についての特性を設定する特性設定装置を備え、前期剛性調整機構は、該特性設定装置で設定された特性値を入力して、前記電動モータを駆動する駆動制御装置とを含んで構成される。
また、本実施例の運転操作入力装置は、運転者の操作力によって変位する運転操作入力部と、該運転操作入力部の変位量に応じて変形し、前記運転操作入力部に対する反力を生成する弾性体と、該弾性体に接続され、前記運転操作入力部の変位量に対する前記弾性体の操作剛性を調整する調整部、該調整部に接続されたセルフロック機能を有するウォーム減速機、該ウォーム減速機を駆動する電動モータ、外部情報および車両状態情報を入力して、前記操作剛性についての特性を設定する車両制御装置を備える剛性調整機構は、車両制御装置で設定された特性値を入力して、前記電動モータを駆動する駆動制御装置とを含んで構成される。
前記駆動制御装置は、運転者の操作力が作用していない運転操作入力部の位置では、弾性体の変化量が変化しない特徴を有する。
前記剛性調整機構は、一端が弾性体に連結され、他端が前記ウォーム減速機のウォームホイールが連結されたアームを備えて構成され得る。
前記弾性体が捻りばねであり、前記剛性調整機構は、前記捻りばねを支持する円筒形状の支持部材を偏心回転支持することによって前記捻りばねの復元力の作用点を変化させ、前記運転操作入力部の変位量に対する反力を調整することができる。
前記弾性体と前記運転操作入力部もしくは前記ブレーキペダルに連動するレバーと前記弾性体とを液圧による操作力伝達機構で接続することができる。
第1図は本発明の実施形態を示す図。
第2図は本発明の調整動作を示す図。
第3図は本発明の操作反力特性を示す図。
第4図は本発明の別の実施形態を示す図。
第5図は本発明の別の調整動作を示す図。
第6図は本発明の別の実施形態を示す図。
第1図に、本発明の第1の実施形態を示す。
運転操作入力装置100は、運転者が車両の減速度を必要とするときに運転操作入力部となるブレーキペダル90を介して操作力を付与し、ブレーキペダル90に連動し、この操作力に応じて変位する可動入力部レバー1と、レバー1の変位量に応じて変形する弾性体のコイルばね2と、レバー1と図示しない車体とを回転支持するレバー支持軸3と、レバー1とコイルばね2を接続し、ばね荷重の作用点となるレバー側支持ピン4と、コイルばね2をレバー側支持ピン4の反対側で支持し、ばね荷重の車体側の作用点となるアーム15(調整部)に設けられた車体側支持ピン5と、車体側支持ピン5を固定し、操作剛性の調整機能を有する剛性調整機構6と、剛性調整機構6を回転させるための駆動源である電気モータ7と、電気モータ7の駆動力を剛性調整機構6へ伝達するための駆動力伝達機構であるウォーム減速機8と、ウォームホイール18の出力軸18と、出力軸18とアーム15の連結点19と電気モータ7へ電力を供給し、駆動力を制御する駆動制御装置9と、レバー1の変位検出手段である変位センサ10と、運転者がレバー1の操作反力特性を設定するための特性設定装置11、車両の速度や加速度などの運転状態を検出する車両状態検出装置12と、他車両との車間距離や周囲の交通状況などを検出する外界情報検出装置13、変位センサ10や車両状態検出装置12などの情報に基づいて車両の減速度を制御する車両制御装置14とで構成される。このように、この例の場合、コイルばね2はレバー1にレバー側支持ピン4によって固定されて接続される形態とされる。
ウォーム減速機8に代えて、すべて回転一直動機構を使った減速機によってもセルフロック機能を形成することができる。
以下、上述の構成をもつ運転操作入力装置の動作について説明する。
レバー1に運転者の操作力が作用しないとき、レバー1はコイルばね2の復元力によって第1図の状態に保持される(初期位置)。運転者は車両の減速度を必要としたとき、レバー1に対して操作力を与える。レバー1が運転者の操作力によってコイルばね2を伸ばす方向(第1図の右方向、すなわち矢印方向)へ変位させる。レバー1が変位すると、コイルばね2の伸張量が大きくなるため、レバー1を初期位置へ戻す力、すなわち復元力が作用する。このコイルばね2の復元力によるレバー1への荷重が操作反力として運転者に伝わる。レバー1の変位が増加するに従ってコイルばね2の伸張量は増加し、コイルばね2がレバー1を初期位置へ戻す荷重は大きくなる。レバー1の或る変位量に対して、操作反力が大きいほど操作剛性が高くなる。
運転者の操作によりレバー1が変位すると、変位量に応じた信号が変位センサ10から駆動制御装置9へ送られる。駆動制御装置9は変位センサ10の信号に基づき運転者の減速度要求値を算出し車両制御装置14へ伝送する。車両制御装置14は、駆動制御装置9からの減速度要求値や、車両状態検出装置12、外界情報検出装置13からの情報に基づいて電子制御ブレーキ51を駆動する。電子制御ブレーキ51の駆動制御によってブレーキパッド52とディスクロータ53との間に摩擦力を制御し、車両の減速度を制御する。
操作剛性は特性設定装置11による運転者の設定操作によっても変更できる。特性設定装置11は、例えばダイヤルやボリューム、レバー、複数のボタンなどによって構成される。また、駆動制御装置9は車両状態検出装置12や外界情報検出装置13などの情報に基づいて車両制御装置14が生成した制御信号によって操作剛性を自動的に変更することもできる。例えば、車両状態検出装置12が検出する車両速度に応じて操作剛性を変更することも可能である。また、運転者にレバー1の操作を抑制したい場合には操作剛性を高くし、運転者にレバー1の操作を促したい場合には操作剛性を低く設定することもできる。また、運転者がレバー1の操作を行っているときに、外界情報検出装置13などの情報から危険な走行状態であることを判断できれば、電気モータ7を微小振動させて、運転者に対して警告を発することができる。また、操作剛性は、特性設定装置11からの設定信号と車両制御装置14からの制御信号を入力して設定され得る。
運転者が特性設定装置11にて操作剛性を最も低い状態に設定すると、剛性調整機構6のアーム15の位置は第2図−(a)の状態となる。この状態で運転者の操作力のないとき、コイルばね2の長さはL0となる。運転者の操作力が作用し、レバー1が第2図−(a)に示すように変位量S1だけ変位すると、コイルばね2の長さはLaとなる。このときコイルばね2の伸張量ΔLaは(La−L0)となる。レバー1の変位量Sと操作反力Fとの関係は第3図の(a)のようになり、変位量S1に対する操作反力はFaとなる。
運転者が最も高い操作剛性に設定すると、特性設定装置11からの信号を受けた駆動制御装置9が電気モータ7を駆動し、剛性調整機構6のアーム15を運転者側の方向(第1図の左方向)へ回転させ、第2図−(b)の状態に保持する。この状態で運転者の操作力のないとき、コイルばね2の長さはL0となる。運転者の操作力が作用し、レバー1が第2図−(b)に示すように変位量S1だけ変位するとき、コイルばね2の長さはLbとなる。その伸張量ΔLbは(Lb−L0)となる。ΔLbはΔLaと比べて大きくなるため、レバー1へ作用する荷重は大きくなる。変位量Sと操作反力Fとの関係は第3図の(b)のようになり、変位量S1に対する操作反力はFbとなる。第3図の(b)を(a)と比較すると、同じ変位量S1に対して、操作反力Faよりも操作反力Fbの方が大きいため、より高い操作剛性を実現できることになる。このように、レバー1の変位量に対するコイルばね2の変形量の関係を調整可能な操作剛性調整機構6を備えることにより、電気モータなどの駆動源を直接反力として発生させる必要がない。したがって、小型で低消費エネルギーの運転操作入力装置を実現することができる。このように、運転操作入力部の変位量に対する弾性体の変形量を調整する操作剛性調整機構が構成される。
第2図−(a)の状態では、コイルばね2の荷重によるモーメントが剛性調整機構6に作用する。しかしながら、ウォーム減速機8にはウォームホイール17からウォームギア16への動力伝達を防ぐセルフロック機能があるため、電気モータ7はコイルばね2の荷重によるモーメントに対して駆動力を発生する必要がない。したがって、電気モータ7が必要な最大駆動力や保持エネルギーを低減でき、小型で低消費エネルギーの運転操作入力装置を実現することができる。
レバー1に運転者の操作力が作用しない初期位置で、操作剛性が低い状態(第2図−(a))と操作剛性が高い状態(第2図−(b))の状態との間を調整するとき、レバー側支持ピン4と車体側支持ピン5との距離がほぼ一定に保たれる。このため、初期位置で操作剛性を変化させてもコイルばね2の伸張量が変化せず、電気モータ7の駆動負荷が小さくて済む。したがって、電気モータ7が必要な駆動力を低減でき、小型で低消費エネルギーの運転操作入力装置を実現することができる。
第4図に、本発明の第2の実施形態を示す。なお、第1の実施例と同様の機能を有する要素については説明を省略し、第1の実施例の説明を援用する。
第2の実施形態の運転操作入力装置は、運転者の操作力に応じて変位するレバー1、レバー1の変位量に応じて変形する弾性体の捻りばね21、捻りばね21が間隙を置いて巻回され、ウォーム減速機8によって回動される円筒形状のばねホルダ25(調整部)、レバー1と共に回転し、ばね荷重のレバー側の作用点となるレバー側支持溝22、車体に設けられた部材33に固定され、ばね荷重の車体側の作用点となる車体側支持溝23、操作剛性関係を調整するための剛性調整機構24、電気モータ7、ウォーム減速機8、駆動制御装置9、変位センサ10、特性設定装置11、車両状態検出装置12、外界情報検出装置13、車両制御装置14で構成される。
剛性調整機構24は円筒形状のばねホルダ25と、ばねホルダ25の中心軸から偏心位置に配置されるウォームホイールの出力軸18と回転軸26とを備える。回転軸26はレバー支持軸と同軸に配置される。ばねホルダ25は電気モータ7の駆動力によってウォーム減速機8を介して回転されるとき、捻りばね21はレバー側支持溝22と車体側支持溝23によって回転を規制されているため、ばねホルダ25と共に回転せず、ばねホルダ25の偏心回転に伴って支持溝をスライドする。このように、この例の場合、捻りばね21はレバー1に間接的に接続される形態にされる。
レバー1に運転者の操作力が作用しないとき、レバー1は捻りばね21の復元力によって第4図の状態に保持される(初期位置)。運転者は車両の減速度を必要としたとき、レバー1に対して操作力を与える。レバー1は運転者の操作力によって第4図中のc方向へ回転変位する。同様にレバー側支持溝22も第4図中のc方向へ回転変位するため、ばねホルダ25はd方向に回転変位し、捻りばね21が弾性変形する。捻りばね21の復元力によってレバー1を初期位置へ戻す力が作用し、操作反力として運転者に伝わる。
運転者が特性設定装置11を最も低い操作剛性に設定すると、剛性調整機構24のばねホルダ22の位置は第5図−(a)の状態となる。この状態で、レバー1が第5図−(a)に示すような変位量S0だけ変位するとき、捻りばね21の変形量はΔYa,レバー支持軸3と捻りばね21の作用点との距離はRaとなる。
運転者が高い操作剛性に設定すると、特性設定装置11からの信号を受けた駆動制御装置9が電気モータ7を駆動し、剛性調整機構24のばねホルダ22を運転者側(第4図のd方向)へ回転させ、第5図−(b)の状態に保持する。この状態で、レバー1が第5図−(b)に示すような変位量S0だけ変位するとき、捻りばね21の変形量はΔYb、レバー支持軸3と捻りばね21の作用点との距離はRbとなる。ΔYbはΔYaに比べて大きく、作用点の半径RbはRaに比べて大きいため、捻りばね21の復元力によるレバー1へのモーメントは大きくなる。したがって、同じ変位量Sに対して操作反力Fを大きくでき、高い操作剛性を実現できることになる。このように、レバー1の変位量に対する捻りばね21の変形量の関係を調整可能な剛性調整機構24を備えることにより、電気モータなどの駆動源を直接反力として発生させる必要がないため、小型で低消費エネルギーの運転操作入力装置を実現することができる。
レバー1に運転者の操作力が作用しない初期位置で、操作剛性が低い状態(第5図−(a))と操作剛性が高い状態(第5図−(b))との間を変化させるとき、レバー側支持溝22と車体側支持溝23が平行であれば、捻りばね21の両端の距離が一定に保たれる。このため、初期位置で操作剛性を変化させても捻りばね21が変形しないため、電気モータ7を駆動するときの負荷が小さくて済む。したがって、電気モータ7が必要とする駆動力を低減でき、小型で低消費エネルギーの運転操作入力装置を実現することができる。
上記の実施例においては、可変操作部のレバー1とばね2、21が剛体で接続される構成について述べたが、第6図に示すように可変入力部30とばねである弾性体のあいだに液圧による伝達機構29を介在させてもよい。第6図の運転操作入力装置は、可変入力部30の変位によって液圧を圧縮するマスタシリンダ31と、マスタシリンダ31からの液圧によって変位する反力生成シリンダ32と、マスタシリンダ31からの液圧によってブレーキ力を発生させるホイールシリンダ33と、マスタシリンダ31の液圧の流路を反力生成シリンダ32かホイールシリンダ33のどちらか一方へ切替える液圧切換弁34と、電子制御によってホイールシリンダ33の圧力を制御する液圧制御ユニット35と、液圧制御ユニット35へ液圧を供給する液圧供給源36とを備えている。ホイールシリンダ33の液圧によってブレーキパッド52とディスクロータ53との間に摩擦力が発生し、この摩擦力が車両のブレーキ力へと変換される。
液圧切換弁34や液圧制御ユニット35、液圧供給源36へ電力供給が正常に行われており、これらが正常に作動している場合には、液圧切換弁34によってマスタシリンダ31と反力生成シリンダ32が接続され、コイルばね2の復元力が運転者の操作反力として伝達される。また、ホイールシリンダ33の液圧は液圧制御ユニット35と液圧供給源36によって制御される。したがって、運転者のペダル操作とは無関係にブレーキ力を発生することができるため、車両状態や周囲の交通状況に応じて木目細かいブレーキ制御が可能となる。一方、液圧切換弁34や液圧制御ユニット35、液圧供給源36へ電力が供給されないような異常時には、液圧切換弁34によってマスタシリンダ31とホイールシリンダ33が接続され、運転者の操作力によって車両のブレーキ力を確保することができる。
反力生成シリンダ32には出力ロッド39が備わっており、出力ロッド39はレバー1を変位させる構成となっている。レバー1の反力は、剛性調整機構6によって可変制御できる。また、液圧切換弁34が、可変入力部30とレバー1のあいだに配置されているので、異常時に液圧切換弁34がホイールシリンダ側へ切替わった場合、運転者は操作力によってコイルばね2を変形させる必要がない。したがって、操作力は全てブレーキ力へ消費されることになり、信頼性の高い運転操作入力装置を提供できる。
また、上記の実施例においては、弾性体としてばねを用いたが、形状の変形に伴って復元力を発生する装置へ容易に置換えることができる。例えば、弾性体としてゴムを用いる場合も考えられる。また、圧縮性の流体や、磁石の斥力を利用した装置を用いることもできる。これらの復元力を用いることにより、車両のレイアウトによっては搭載性が向上し、より小型で低消費エネルギーの運転操作入力装置を提供できる。
また、上記の実施例においては、弾性体の変形量の調整を部品の取付角度を調整することで実現したが、変速機構を用いた構造も考えられる。例えば、可動入力部と弾性体とを変速機構によって接続すれば、可動入力部の変位に対する弾性体の変形量を変更することができる。変速機構の種類によっては、より広い範囲の剛性変更が可能となる。
また、上記の実施例においては、運転操作入力装置が減速度の制御を行うためのブレーキペダルとして用いられたが、加速度の制御を行うためのアクセルペダルであってもよい。アクセルペダルの操作剛性を可変にすることにより速度の大きさや運転者の好みに応じて操作剛性を変えることができ、より操作性の良い車両の制御が可能となる。
また、上記の実施例においては、運転者の足によって操作するペダルの剛性を可変としたが、腕や指によって操作する運転操作入力装置の剛性を可変とする機構としても用いることが可能である。例えば、ハンドル、レバー、ダイヤル、スライダー、ねじりバーなどの運転操作入力装置の操作変位に対して弾性体が変形し、弾性体の復元力によって操作反力を発生させる機構へ応用することが可能である。これにより、より操作性の良い運転制御が可能となる。
また、上記の実施例においては、運転操作入力装置であるブレーキペダルと車両の加減速力を発生する電子制御ブレーキ51とのあいだに機械的な接続を有しない構成を考えたが、ブレーキペダルとキャリパを接続する油圧配管と、負圧または油圧による倍力装置を備えた従来式の構成に剛性調整機構を設置しても良い。これにより、信頼性を維持するための複雑なシステム構成と必要とせずに、ブレーキペダルの操作剛性を可変にすることができ、簡素で操作性の良い車両の制御が可能となる。

Claims (9)

  1. 運転者の操作力によって変位する運転操作入力部と、該運転操作入力部の変位量に応じて変形し、前記運転操作入力部に対する反力を生成する弾性体と、該弾性体と接続され、前記運転操作入力部の変位量に対する前記弾性体の変形量を変えることで操作剛性を調整する剛性調整機構とを備えることを特徴とする運転操作入力装置。
  2. 運転者の操作力によって変位するブレーキペダルと、前記ブレーキペダルの変位量に応じて変形し、前記ブレーキペダルに対する反力を生成する弾性体と、該弾性体に接続され、前記ブレーキペダルの変位量に対する前記弾性体の変形量を変えることで操作剛性を調整する剛性調整機構とを備えることを特徴とする運転操作入力装置。
  3. 運転者の操作力によって変位する運転操作入力部と、該運転操作入力部の変位量に応じて変形し、前記運転操作入力部に対する反力を生成する弾性体と、該弾性体と接続され、前記運転操作入力部の変位量に対する前記弾性体の変形量を変えることで操作剛性を調整する調整部、該調整部に接続されたセルフロック機能を有する減速機、該減速機を駆動する電動モータとを備えることを特徴とする運転操作入力装置。
  4. 請求項3において、前記操作剛性についての特性を設定する特性設定装置を有し、前記剛性調整機構は、該特性設定装置で設定された特性値を入力して、前記電動モータを駆動する駆動制御装置とを含んで構成されることを特徴とする運転操作入力装置。
  5. 請求項3において、外部情報および車両状態情報を入力して、前記操作剛性についての特性を設定する車両制御装置を有し、前記剛性調整機構は、該車両制御装置で設定された特性値を入力して、前記電動モータを駆動する駆動制御装置とを含んで構成されることを特徴とする運転操作入力装置。
  6. 請求項1〜3のいずれかにおいて、運転者の操作力が作用しない状態で、前記剛性調整機構を駆動するときに、前記弾性体の両端の距離が一定を保つことを特徴とする運転操作入力装置。
  7. 請求項3から5のいずれかにおいて、前記剛性調整機構は、一端が前記弾性体に連結され、他端が前記ウォーム減速機のウォームホイールが連結されたアームを備えることを特徴とする運転操作入力装置。
  8. 請求項1から3のいずれかにおいて、前記弾性体が捻りばねであり、前記剛性調整機構は、前記捻りばねを支持する円筒形状の支持部材を偏心回転支持することによって前記捻りばねの復元力の作用点を変化させ、前記運転操作入力部の変位量に対する反力を調整することを特徴とする運転操作入力装置。
  9. 請求項1から8のいずれかにおいて、前記弾性体と前記運転操作入力部もしくは前記ブレーキペダルに連動するレバーと前記弾性体とを液圧による操作力伝達機構で接続することを特徴とする運転操作入力装置。
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