WO2014033988A1

WO2014033988A1 - 操作感覚シミュレータ

Info

Publication number: WO2014033988A1
Application number: PCT/JP2013/003704
Authority: WO
Inventors: 総一郎服部; 裕之荒川; 好男岩崎
Original assignee: アイシン・エーアイ株式会社
Priority date: 2012-08-31
Filing date: 2013-06-13
Publication date: 2014-03-06
Also published as: JP6154108B2; JP2014048877A

Abstract

　ユーザに繊細な操作感覚を提供する。　操作感覚シミュレータ１００は、一端側に操作グリップ１２を有するとともに他端側に作用部１６を有する操作レバー１１と、操作グリップ１２と作用部１６との間に位置する回転中心部１４と、操作レバー１１に対して回転駆動力を及ぼすことで、回転中心部１４を傾動中心とした操作レバー１１の傾動動作を実現する２つのモータ１７，２１と、操作レバー１１に関する情報を検出する操作レバー情報検出部１８，２２と、操作レバー情報検出部１８，２２により検出された操作レバー情報に基づいて、操作レバー１１に及ぼす反力を演算する反力演算手段３２と、反力演算手段３２により演算された反力に基づいて２つのモータ１７，２１を制御することで操作レバー１１を傾動動作させ、操作グリップ１２に対する反力を発生させる制御手段３１とを有する。

Description

操作感覚シミュレータ

　本発明は、ユーザに対して所望の操作感覚を提供する操作感覚シミュレータに関するものである。

　従来から、ユーザが操作する操作部に対して、所定の力覚を提示することにより、所望の操作感覚を提示するシミュレータが知られている。このようなシミュレータは、移動体の実機を模したシート部に、実機が有する操作部を取り付けた全体構造を有している。さらに、当該全体構造に加えて、従来のシミュレータは、操作部の操作量を測定するセンサと、測定した操作量に応じてあらかじめ定められた提示力を算出する制御部と、算出した提示力に応じて操作部に力覚を提示するアクチュエータとを備えるように構成されている（例えば、下記特許文献１参照）。

特開２０１０－１０８００９号公報

　しかしながら、上掲した特許文献１に開示される従来のシミュレータは、１つの軸方向のみに対して力覚を提示するように構成されているため、ユーザが方向自在に操作レバーを操作したとしても、１つの軸方向以外の方向では、力覚を提示することができないという課題が存在していた。したがって、１つの軸方向のみ力覚を提示する従来のシミュレータでは、操作部に対して繊細な操作感覚を提供することができないため、的確なフィーリングを追求することが困難となっていた。

　本発明は、上述した課題の存在に鑑みて成されたものであって、その目的は、方向自在に操作可能な操作レバーに対して、その方向を問わずに所望の力覚を提示可能とすることにより、ユーザに対して繊細な操作感覚を提供することにある。

　本発明に係る操作感覚シミュレータは、ユーザに対して所望の操作感覚を提供する操作感覚シミュレータであって、一端側に操作グリップを有するとともに他端側に作用部を有する操作レバーと、前記操作レバーにおける前記操作グリップと前記作用部との間に位置する回転中心部と、前記操作レバーに対して回転駆動力を及ぼすことで、前記回転中心部を傾動中心とした前記操作レバーの傾動動作を実現する２つのモータと、前記操作レバーの位置を含む操作レバー情報を検出する操作レバー情報検出部と、前記操作レバー情報検出部により検出された前記操作レバー情報に基づいて、前記操作レバーに及ぼす反力を演算する反力演算手段と、当該反力演算手段により演算された反力に基づいて前記２つのモータを制御することで前記操作レバーを傾動動作させ、前記操作グリップに対する反力を発生させる制御手段とを有する制御部と、を備えることを特徴とするものである。

　また、本発明に係る操作感覚シミュレータにおいて、前記操作レバー情報には、前記操作レバーのストロークの量、ストロークの速度、ストロークの加速度のうち少なくともいずれか１つを含むこととすることができる。

　また、本発明に係る操作感覚シミュレータでは、前記操作レバーの操作範囲を所望の範囲に規制する規制手段を備えることとすることができる。

　さらに、本発明に係る操作感覚シミュレータにおいて、前記制御部は、前記操作レバーの操作可能範囲と操作不可能範囲との境界を示す壁情報を取得する壁情報取得手段と、当該壁情報取得手段により取得した壁情報に応じて、前記操作レバーの操作可能範囲を所望の領域内に規制する操作可能範囲規制手段と、を含むこととすることができる。

　またさらに、本発明に係る操作感覚シミュレータにおいて、前記２つのモータは、シフト方向に回転駆動力を及ぼすシフト方向モータと、セレクト方向に回転駆動力を及ぼすセレクト方向モータと、により構成され、前記シフト方向モータは、前記回転中心部に対して回転駆動力の入力を行うように配設され、前記セレクト方向モータは、操作レバーの作用部に対して回転駆動力の入力を行うように配設されていることとすることができる。

　さらにまた、本発明に係る操作感覚シミュレータにおいて、前記反力演算手段は、前記操作レバーの位置情報と、当該操作レバーに与える反力の特性に関する反力特性情報とが対応付けされている反力パターン情報を取得する反力パターン情報取得手段と、前記操作レバー情報検出部により検出された前記操作レバー情報に応じて反力特性情報を決定する反力特性情報決定手段と、を含むことで、決定した前記反力特性情報に応じた前記操作レバーに対する反力を演算するようにすることができる。

　また、本発明に係る操作感覚シミュレータは、ユーザが車両に乗車した状態を再現するための座席シートを備えることができ、前記座席シートは、前記操作レバーに対するユーザの乗車方向を変更可能に設けられることとすることができる。

　本発明によれば、方向自在に操作可能な操作レバーに対して、その方向を問わずに所望の力覚を提示可能となり、ユーザに対して繊細な操作感覚を提供することができる。

本実施形態に係る操作感覚シミュレータの構成例を示す外観斜視図である。本実施形態に係るアクチュエータの構成例を示す概略図である。本実施形態に係るアクチュエータの構成例を示す説明図であり、特に、正面視を示している。本実施形態に係るアクチュエータの構成例を示す説明図であり、特に、側面視を示している。本実施形態に係る制御装置の内部の構成を示すブロック図である。壁情報の格納状態を示す説明図である。セレクト方向用の反力パターン情報の格納状態の例を示す説明図である。シフト方向用の反力パターン情報の格納状態の例を示す説明図である。図７及び図８で設定された反力パターン情報の具体的な構成例を示すグラフ図であり、図中の分図（ａ）が操作レバーをプラス方向に操作した場合の反力パターン情報を示し、分図（ｂ）が操作レバーをマイナス方向に操作した場合の反力パターン情報を示している。操作レバー情報の格納状態の例を示す説明図である。制御部が実行するシフト方向モータに対する反力提示処理の例を示すフローチャートである。

　以下、本発明を実施するための好適な実施形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

　図１は、本実施形態に係る操作感覚シミュレータ１００の構成例を示す外観斜視図である。また、図２は、本実施形態に係るアクチュエータ１０の構成例を示す概略図である。また、図３及び図４は、本実施形態に係るアクチュエータ１０の構成例を示す説明図であり、図３が正面視を、図４が側面視を示している。

　本実施形態に係る操作感覚シミュレータ１００は、図１にて示すように、アクチュエータ１０と、制御装置３０と、アクチュエータ１０に横付けされた座席シート５１と、を有して構成されている。なお、図１で示す操作感覚シミュレータ１００には、座席シート５１に座るユーザの位置に合わせて、ハンドル９１、アクセルペダル９２、クラッチペダル９３、シフト方向モータ１７を支えるイケール９４及びセレクト方向モータを支えるイケール９５が配置されているが、これらの部材は本実施形態に必須の構成要素ではない。ただし、アクセルペダル９２やクラッチペダル９３等を制御装置３０に接続し、これらの部材の操作状態を制御装置３０が取得することで、より現実に近いシミュレーションを行うようにしてもよい。

　次に、本実施形態に係るアクチュエータ１０について、図２～図４を参照して説明を行う。

　本実施形態に係るアクチュエータ１０は、上端側に操作グリップ１２を有するとともに下端側に作用部１６を有する操作レバー１１と、この操作レバー１１における操作グリップ１２と作用部１６との間に位置する回転中心部１４と、作用部１６を支承する作用部支承体２４を有するとともに、作用部１６の動作に応じて駆動される駆動装置としてのボールスプライン装置２３と、操作レバー１１に対して回転駆動力を及ぼすことで、回転中心部１４を傾動中心とした操作レバー１１の傾動動作を実現する２つのモータ１７，２１とを備えて構成されている。すなわち、本実施形態に係るアクチュエータ１０は、２つのモータ１７，２１によって駆動される２軸制御が実行される構成となっている。したがって、２つのモータ１７，２１が、操作レバー１１に対して回転駆動力を及ぼすことで、回転中心部１４を傾動中心とした操作レバー１１の傾動動作が行われるようになっている。

　操作レバー１１は、ユーザが操作を行うための棒状の部材であり、操作グリップ１２と、荷重検出センサ１３と、回転中心部１４と、作用部１６と、を有するように構成されている。具体的には、上端側に操作グリップ１２を有し、その下方側に荷重検出センサ１３、回転中心部１４の順で各部材が配置され、下端側に作用部１６を有する。なお、操作レバー１１については、車種によって長さや形状が異なること、長さや形状が異なることにより操作感が異なることから、ボルトやナット等の締結手段によって取り換え自在もしくは調節自在に構成されていることが好ましい。

　操作グリップ１２は、ユーザが操作レバー１１を操作するときに把手となる部材である。この操作グリップ１２についても、車種によって形状や大きさ等が異なり、形状や大きさが異なることにより操作感が異なることから、ボルトやナット等の締結手段によって取り換え自在もしくは調節自在に構成されていることが好ましい。

　荷重検出センサ１３は、操作レバー１１に対して及ぼされる荷重を検出するためのセンサである。具体的には、トルクセンサが用いられており、本実施形態において、操作レバー情報検出部として機能する。

　回転中心部１４は、操作グリップ１２と作用部１６との間に位置し、操作レバー１１がシフト方向及びセレクト方向に傾動するときの傾動中心として機能する部分である。本実施形態では、操作レバー１１の長手方向に延びる中心軸と、円柱部材１５ａの中心軸の延長線との交点が、回転中心部１４となる。

　回転伝導部１５は、シフト方向モータ１７と回転中心部１４との間で回転力を受け渡す部材である。本実施形態に係る回転伝導部１５の具体的な構成は、図２に示すように、回転中心部１４を挿通するように、かつ、操作レバー１１との関係で十字状に見えるように突出する円柱部材１５ａと、円柱部材１５ａの両端部と接続する略コ字形の伝達部材１５ｂと、伝達部材１５ｂにおける円柱部材１５ａとの接続部とは逆側に接続される軸部材１５ｃとから構成されている。そして、軸部材１５ｃは、シフト方向モータ１７のモータ軸と接続しているので、シフト方向モータ１７が駆動すると、モータ軸に発生する回転駆動力は、軸部材１５ｃを回転させる。このとき、回転伝導部１５を構成する円柱部材１５ａ、伝達部材１５ｂ及び軸部材１５ｃは、一つの剛体として回転駆動力を受けるので、この回転駆動力は、回転中心部１４を傾動中心として操作レバーを回転させる力として及ぶこととなる。

　作用部１６は、操作レバー１１を操作したときに、操作による力が作用する部分である。作用部１６は、球状に形成されており、対になって設けられる作用部支承体２４に対して滑り接触するように構成されている。なお、本実施形態では、作用部１６は、作用部支承体２４に対してすべり接触するように構成されているが、転がり接触するように構成されていてもよい。

　シフト方向モータ１７は、操作レバー１１のシフト方向への操作力に対して力を加える部材である。また、シフト方向モータ１７は、減速機１７ａと接続されている（図３参照）。そして、減速機１７ａは、回転伝導部１５と軸同士がカップリング１７ｂにより接続されているので、回転駆動力を正確に伝達するために、それぞれの軸がずれないように構成されている。なお、減速機１７ａをシフト方向モータ１７の直前に配設することにより、シフト方向モータ１７の回転角を大きくでき、１パルス当たりの分解能を細かくできる。すなわち、細かい検出精度及び細かい提示力を必要とするシフト方向に対して反力を提示するシフト方向モータ１７は、減速機１７ａやカップリング１７ｂと接続されることで、操作レバーの操作に関して細かい検出精度を発揮することが可能となるとともに、細かい提示力を精度よく提示することが可能となっている。

　また、シフト方向モータ１７には、シフト方向エンコーダ１８が配設されている。このシフト方向エンコーダ１８は、シフト方向モータ１７の軸の回転量を把握できるように配設された部材である。すなわち、シフト方向エンコーダ１８は、シフト方向モータ１７が回転駆動することに応じてパルスを発生させるように構成されており、本実施形態におけるシフト方向の操作レバー情報検出部として機能する。また、シフト方向エンコーダ１８は、取得したパルス数を伝達するために、制御装置３０が備えるサーボアンプなどの制御手段としての制御部３１と接続するように構成されている。

　一方、セレクト方向モータ２１は、操作レバー１１のセレクト方向への操作力に対して力を加える部材である。また、セレクト方向モータ２１は、減速機２１ａと接続されている（図４参照）。そして、減速機２１ａは、ボールスプライン装置２３のスプライン軸２３ａに対してカップリング２１ｂを介して接続されているので回転駆動力を正確に伝達するために、それぞれの軸がずれないように構成されている。なお、減速機２１ａをセレクト方向モータ２１の直前に配設することにより、セレクト方向モータ２１の回転角を大きくでき、１パルス当たりの分解能を細かくできる。すなわち、細かい検出精度と提示力を必要とするセレクト方向に対して反力を提示するセレクト方向モータ２１は、減速機２１ａやカップリング２１ｂと接続されることで、ノブ上のストロークに関して細かい検出精度を発揮することが可能となるとともに、細かい提示力を精度よく提示することが可能となっている。

　また、セレクト方向モータ２１には、セレクト方向エンコーダ２２が配設されている。セレクト方向エンコーダ２２は、セレクト方向モータ２１の軸の回転量を把握できるように配設されている部材である。すなわち、セレクト方向エンコーダ２２は、セレクト方向モータ２１が回転することに応じてパルスを発生させるように構成されており、本実施形態におけるセレクト方向の操作レバー情報検出部として機能する。また、セレクト方向エンコーダ２２は、取得したパルス数を伝達するために、制御装置３０が備えるサーボアンプなどの制御部３１と接続するように構成されている。

　ボールスプライン装置２３は、スプライン軸２３ａと、スプライン外筒２３ｂと、これらスプライン軸２３ａとスプライン外筒２３ｂとの間に無限循環可能に介装される不図示の複数のボールとを備える駆動装置であり、スプライン外筒２３ｂは、スプライン軸２３ａの軸方向に対しては自由に往復移動が可能であるが、スプライン軸２３ａの軸周りの方向にはロックが掛かり、自由に移動を行えない機構である。特に、本実施形態に係るボールスプライン装置２３では、スプライン外筒２３ｂの外周面に対して作用部支承体２４が形成されているので、スプライン外筒２３ｂと操作レバー１１の作用部１６とは、作用部支承体２４を介して接続状態となっている。つまり、シフト方向モータ１７からの回転駆動力が、操作レバー１１の回転伝導部１５を介して回転中心部１４に作用し、回転中心部１４を傾動中心とした操作レバー１１のシフト方向での傾動運動として作用部１６に及ぼされた場合には、その回転駆動力はスプライン軸２３ａの軸方向に及ぼされることになる。したがって、スプライン外筒２３ｂのみがスプライン軸２３ａの軸方向に向けて移動することとなる。一方、セレクト方向モータ２１からの回転駆動力がスプライン軸２３ａに及ぼされた場合には、その回転駆動力はスプライン軸２３ａの軸周りの方向で及ぼされることになるので、ボールスプライン装置２３全体がスプライン軸２３ａの軸周りの方向に向けて回転移動することとなる。そして、セレクト方向モータ２１からの回転駆動力は、最終的に作用部支承体２４を介して操作レバー１１の作用部１６に対してセレクト方向の傾動運動として及ぼされることとなる。

　以上、本実施形態に係る操作感覚シミュレータ１００及びアクチュエータ１０の具体的な構成例を説明した。次に、本実施形態に係るアクチュエータ１０の動作について説明する。

　まず、ユーザがシフト方向に対して操作力を加えたときの、アクチュエータ１０の動作について説明する。

　操作レバー１１のシフト方向に対してユーザの操作が行われると、回転中心部１４を回転軸として回転伝導部１５が回転する。回転伝導部１５が回転することにより、回転伝導部１５が有する軸部材１５ｃが回転し、カップリング接続された減速機１７ａの軸も回転する。減速機１７ａの軸が回転することにより、シフト方向モータ１７のモータ軸が回転する。そして、シフト方向エンコーダ１８は、モータ軸の回転量に応じたパルスを出力する。

　ユーザによるシフト方向への操作によりシフト方向モータ１７のモータ軸が回転する一方で、セレクト方向モータ２１側では、回転中心部１４を支点として、作用部１６が滑るように作用部支承体２４に対して作用する。その作用力は、作用部支承体２４に接続されているボールスプライン装置２３まで伝達されこととなるが、シフト方向に対する操作により生じる作用力は、ボールスプライン装置２３においては、軸方向の作用力となる。上述のように、ボールスプライン装置２３は、軸方向の力に対しては、スプライン軸上をスプライン外筒２３ｂが滑るように移動することとなる。したがって、シフト方向に対する操作により生じる作用力は、スプライン軸上でスプライン外筒２３ｂを移動させることにのみ作用し、セレクト方向モータ２１に動きを生じさせることはない。

　すなわち、ユーザによって操作レバー１１のシフト方向に対する操作が行われると、シフト方向モータ１７側に対しては、操作グリップ１２、荷重検出センサ１３、回転中心部１４、回転伝導部１５、カップリング１７ｂ、減速機１７ａ、シフト方向モータ１７の順に操作力が伝達されて行くこととなる。一方で、セレクト方向モータ２１側には、操作グリップ１２、荷重検出センサ１３、回転中心部１４、作用部１６、作用部支承体２４、スプライン外筒２３ｂの順に操作力が伝達されていくこととなるが、スプライン外筒２３ｂとスプライン軸２３ａとの間で前記操作力は消滅することとなる。したがって、セレクト方向モータ２１は、シフト方向に対して操作力が加わったことによる影響を受けることがない。

　次に、ユーザがセレクト方向に対して操作力を加えたときの、アクチュエータ１０の動作について説明する。

　セレクト方向に対してユーザにより操作が行われると、回転中心部１４を回転軸として作用部１６が滑るようにして、作用部支承体２４に対してセレクト方向の操作力を作用させる。作用部１６から作用部支承体２４を介して伝達されてきた操作力は、作用部支承体２４が形成されたスプライン外筒２３ｂをスプライン軸２３ａの軸周りでの回転方向に回転させる。ボールスプライン装置２３は、上述のように、回転方向の力にはボールの循環運動が働かず、スプライン軸２３ａとスプライン外筒２３ｂとはロックされるので、スプライン外筒２３ｂとスプライン軸２３ａは一体となって回転する。ボールスプライン装置２３が回転すると、カップリング２１ｂと接続された減速機２１ａの軸も回転する。そして、減速機２１ａの軸が回転することにより、セレクト方向モータ２１のモータ軸が回転する。セレクト方向エンコーダ２２は、セレクト方向モータ２１のモータ軸の回転量に応じたパルスを出力する。

　セレクト方向への操作によりセレクト方向モータ２１が回転する一方で、シフト方向モータ１７側においては、回転伝導部１５の円柱部材１５ａが回転中心部１４のセレクト方向の回転に対して影響を受けないように回転中心部１４を貫通するように構成されている。したがって、回転中心部１４が円柱部材１５ａを回転中心軸として回転運動するだけで、シフト方向モータ１７に動きが生じることはない。

　すなわち、ユーザが操作レバー１１をセレクト方向に操作すると、セレクト方向モータ２１側に対しては、操作グリップ１２、荷重検出センサ１３、回転中心部１４、作用部１６、ボールスプライン装置２３、カップリング２１ｂ、減速機２１ａ、セレクト方向モータ２１の順に操作力が伝達されていくこととなる。一方で、シフト方向モータ１７側に対しては、操作グリップ１２、荷重検出センサ１３、回転中心部１４の順に操作力が伝達されて行くこととなるが、回転中心部１４と回転伝導部１５との間で前記操作力は消滅することとなる。したがって、シフト方向モータ１７は、セレクト方向に対して操作力が加わったことによる影響を受けることがない。

　次に、制御装置３０がシフト方向モータ１７に対して反力を提示したときの、アクチュエータ１０の動作について説明する。すなわち、上述した、操作レバー１１を操作したときの操作力の伝達ではなく、各モータ側から反力を加えたときのアクチュエータ１０の動作について説明する。

　シフト方向モータ１７の回転駆動により、シフト方向モータ１７のモータ軸が回転し、接続されている減速機１７ａの軸も回転する。減速機１７ａの軸が回転すると、カップリング接続されている回転伝導部１５に接続するカップリング１７ｂの軸が回転し、回転伝導部１５が回転する。そして、回転伝導部１５が回転すると、回転伝導部１５と接続する回転中心部１４は、傾動軸となって、回転中心部１４と接続する操作レバー１１をシフト方向に傾動させる。

　すなわち、制御装置３０がシフト方向モータ１７に対して力（反力）を提示すると、操作グリップ１２側に対しては、シフト方向モータ１７、減速機１７ａ、カップリング１７ｂ、回転伝導部１５、回転中心部１４、荷重検出センサ１３、操作グリップ１２の順に反力が伝達されていくこととなる。一方で、セレクト方向モータ２１側に対しては、上述したように、ボールスプライン装置２３の作用によって反力は伝達されることがない。つまり、セレクト方向モータ２１は、シフト方向モータ１７によって発生する反力による影響を受けない。

　次に、制御装置３０がセレクト方向モータ２１に対して反力を提示したときの、アクチュエータ１０の動作について説明する。

　セレクト方向モータ２１の回転駆動により、セレクト方向モータ２１のモータ軸が回転駆動し、減速機２１ａが回転駆動する。減速機２１ａが回転駆動すると、減速機２１ａと接続するカップリング２１ｂの軸が回転し、カップリング接続されているボールスプライン装置２３全体がスプライン軸２３ａの軸周りで回転運動する。ボールスプライン装置２３全体が回転することにより、作用部１６を力点、回転中心部１４を支点として、操作レバー１１が傾動する。

　すなわち、制御装置３０がセレクト方向モータ２１に対して力（反力）を提示すると、操作グリップ１２側に対しては、セレクト方向モータ２１、減速機２１ａ、カップリング２１ｂ、ボールスプライン装置２３、回転中心部１４、荷重検出センサ１３、操作グリップ１２の順に反力が伝達されていくこととなる。一方で、シフト方向モータ１７側に対しては、上述したように、回転中心部１４と円柱部材１５ａとの作用によって反力は伝達されることがない。つまり、シフト方向モータ１７は、セレクト方向モータ２１によって発生する反力による影響を受けない。

　本実施形態に係るアクチュエータ１０は、上述した構成を有することにより、ユーザが操作レバー１１を操作したときに、異なる２つの軸方向への力の伝達に関して切り分ける機構が採用されているので、操作レバー１１の正確な位置情報を検出することができるようになっている。

　また、本実施形態に係るアクチュエータ１０は、２つのモータ１７，２１のいずれか一方を回転駆動させることで、シフト方向及びセレクト方向のいずれかに対して反力を加えた場合であっても、他方のモータに影響を与えない構成が採用されているので、シフト方向及びセレクト方向のそれぞれに対して制御を実施すればよく、シフト方向及びセレクト方向の２軸制御が容易に実行可能となっている。すなわち、本実施形態に係るアクチュエータ１０によれば、制御負担を減らしながらもより精度の高い反力提示を行うことが可能となっている。

　さらに、本実施形態に係るアクチュエータ１０では、上述したように、シフト方向及びセレクト方向のそれぞれに対して制御を行えばよいので、シフト方向とセレクト方向を組み合わせた動作、すなわち、操作レバー１１を斜め方向に移動させたり、操作レバー１１を曲線的に移動させたりする場合であっても、その制御は容易である。かかる点からも、本実施形態に係るアクチュエータ１０は、制御負担を減らしながらもより精度の高い反力提示を行うことが可能な装置であるということができる。

　以上、本実施形態に係るアクチュエータ１０の動作について説明した。

　次に、本実施形態に係る制御装置３０について、図面を用いて説明する。ここで、図５は、本実施形態に係る制御装置３０の内部の構成を示すブロック図である。

　本実施形態に係る制御装置３０は、図１にて示すように、アクチュエータ１０との間でデータの出入力を行えるように構成されている。制御装置３０とアクチュエータ１０との接続方法は、有線や無線等の任意の方法で行えばよい。

　本実施形態に係る制御装置３０の内部の構成は、図５にて示すように、制御部３１と、演算部３２と、プログラム読取部３３と、表示部３４と、音声出力部３５と、ユーザ操作受付部３６と、記憶部３７とを含むように構成されている。

　制御部３１は、サーボアンプを含み、プログラム読取部３３により記憶部３７から読み取られた操作感覚提示プログラムを実行し、操作感覚を提示するための各種の制御を実行する機能を有する。例えば、制御部３１は、後で詳説する「セレクト方向反力提示処理」や「シフト方向反力提示処理」などの各種処理を行う。

　演算部３２は、制御部３１から入力された情報に基づいて、例えば、「反力の演算」などの各種の演算を行う。本実施形態では、演算部３２は、操作レバー情報検出部としてのエンコーダ１８，２２から送信されたパルス数に基づいて、操作レバー１１の位置や、ストロークの量、ストロークの速度、ストロークの加速度を演算する処理を行う。なお、詳しい処理内容については後述する。

　プログラム読取部３３は、操作感覚を提示するための各種機能を実行させるためのプログラムを読み取る。プログラム読取部３３は、インターネット回線を通じてダウンロードなどの方法によりプログラムを読み取る。読み取られたプログラムは、記憶部３７に格納されるように構成されている。

　表示部３４は、制御部３１の制御に従って、現在の反力パターンや、仮想的な走行速度や、反力波形などの画面を表示する表示装置である。表示部３４は、例えば、液晶表示装置によって構成される。

　音声出力部３５は、制御部３１の制御に従って、音声案内や、エンジン音や、ギヤチェンジ時の変速音などの音声を出力する。

　ユーザ操作受付部３６は、所定のコントローラからのユーザ操作に応じた操作信号を受け付け、その結果を制御部３１に通知する。例えば、本実施形態に係る反力パターン情報の決定をユーザから受け付けるときに、受け付けた反力パターン情報の種類を制御部３１に通知する。

　記憶部３７は、操作感覚を提示するときに必要なプログラムや各種のデータを記憶する記憶媒体である。記憶部３７は、例えば、ＲＡＭなどの不揮発性のメモリによって構成される。記憶部３７には、ユーザから収集した評価や感覚などの結果を示す各種の情報や、シフト方向エンコーダ１８から送信されたパルス数など、提示する反力を決定する際に利用される各種の情報が格納される。

　さて、本実施形態において、記憶部３７は、壁情報記憶部３７ａと、反力パターン情報記憶部３７ｂと、操作レバー情報記憶部３７ｃとを含む。ここで、記憶部３７に対して格納された情報群の格納状態を図６～図９にて例示する。すなわち、図６は、壁情報の格納状態を示す説明図である。また、図７は、セレクト方向用の反力パターン情報の格納状態の例を示す説明図であり、図８は、シフト方向用の反力パターン情報の格納状態の例を示す説明図である。さらに、図９は、図７及び図８で設定された反力パターン情報の具体的な構成例を示すグラフ図であり、図中の分図（ａ）が操作レバー１１をプラス方向に操作した場合の反力パターン情報を示し、分図（ｂ）が操作レバー１１をマイナス方向に操作した場合の反力パターン情報を示している。またさらに、図１０は、操作レバー情報の格納状態の例を示す説明図である。

　壁情報記憶部３７ａは、操作レバー１１の操作可能範囲と操作不可能範囲との境界を示す規制手段としての壁情報を記憶する。本実施形態に係る壁情報記憶部３７ａは、図６で示されるような壁情報を複数記憶し、かかる壁情報を選択することで、操作レバー１１の操作範囲を自由に規定することができるようになっている。なお、制御装置３０において、壁情報記憶部３７ａに記憶された壁情報は、壁情報取得手段として機能する制御部３１によって取得され、さらに、制御部３１が操作可能範囲規制手段として機能することで、操作レバー１１の操作可能範囲が所望の領域内に規制されることとなる。そして、壁情報記憶部３７ａを用いることで、例えば異なる車種の壁情報を複数用意すれば、様々な車種のシフトチェンジを即座に体験することが可能となる。よって、本実施形態によれば、制御面での操作可能範囲と操作不可能範囲の境界設定の自由度が大きくなる。

　反力パターン情報記憶部３７ｂは、図７にて示すように、操作レバーの位置と、反力特性情報とを対応付けしたセレクト方向用反力パターン情報や、図８にて示すように、操作レバーの位置と、反力特性情報とを対応付けしたシフト方向用反力パターン情報を記憶する。また、「反力特性情報」とは、図９にて示すように、目標とする反力がどのような波形をしているかを示す情報である。すなわち、反力特性情報は、操作レバーの位置と、ストロークの量と、ストロークの速度と、ストロークの加速度とに応じて、反力の特性が決定されるように構成されている情報である。

　なお、図９にて示す反力特性情報は、横軸に操作レバー１１のストロークの量が取ってあり、縦軸に操作レバー１１に及ぼされる反力の荷重量が設定されている。また、この反力特性情報は、図７及び図８の表中に示されるように、操作レバー１１のシフト方向とセレクト方向の動きのみではなく、壁の端に操作レバー１１を入れる場合（すなわち、ギヤチェンジを行う場合。「入り特性」と記す。）と、操作レバー１１を壁の端から中心方向に戻す場合（すなわち、ニュートラル状態とする場合。「戻り特性」と記す。）とで別々に設けられている。つまり、様々なパターンの反力特性情報を用意することで、操作レバー１１のあらゆる動作状態（例えば、ストロークの量、ストロークの速度、ストロークの加速度、荷重）に応じて様々な反力を提示することが可能となっている。

　操作レバー情報記憶部３７ｃは、図１０にて示すように、操作レバー１１の位置、操作レバー１１の位置と、ストロークの速度と、ストロークの加速度と、操作力と、を含む操作レバー情報を記憶する。「ストロークの量」は、シフト方向エンコーダ１８から取得するパルス数に基づいて算出することができる。また、「ストロークの速度」及び「ストロークの加速度」は、ストロークの量の変化の時間微分に基づいて算出することができる。なお、本実施形態では、操作レバー情報は、操作レバー１１の位置、ストロークの量、ストロークの速度と、ストロークの加速度と、操作力とを含むこととしているが、これらのうち、少なくとも操作レバー１１の位置を含んで構成されていることが必要である。すなわち、少なくとも操作レバーの位置を把握しておくことにより、位置に対応した反力を提示することができるようになるため、シフト方向とセレクト方向との複合的な操作に応じて反力を提供することができるようになる。また、操作レバー情報に操作レバー１１のストロークの量、ストロークの速度、ストロークの加速度、操作力などを含ませることで、さらに精度の高い反力の提示が可能となる。

　以上、本実施形態に係る制御装置３０の構成例について説明した。

　次に、本実施形態に係る制御部３１の動作について、図１１を用いて説明する。ここで、図１１は、制御部３１が実行するシフト方向モータ１７に対する反力提示処理の例を示すフローチャートである。

　まず、制御部３１が、壁情報の入力を受け付ける（ステップＳ１０１）。このとき、制御部３１は、壁情報取得手段として機能している。壁情報の入力を受け付けると、制御部３１は、操作レバー１１の操作可能範囲を決定する（ステップＳ１０２）。このとき、制御部３１は、操作可能範囲規制手段として機能している。このように、本実施形態では、制御部３１が壁情報の入力を受け付けることにより、操作レバー１１の操作可能範囲が規定されることになる。

　操作レバー１１の操作可能範囲が決定されると、制御部３１は、反力パターン情報の入力を受け付ける（ステップＳ１０３）。このとき、制御部３１は、反力パターン情報取得手段として機能している。反力パターン情報を受け付けると、制御部３１は、受け付けた反力パターン情報を、反力提示処理にて用いる反力パターン情報として決定する（ステップＳ１０４）。このとき、制御部３１は、反力特性情報決定手段として機能している。

　反力提示処理にて用いる反力パターン情報が決定されることにより、本実施形態の操作感覚シミュレータ１００の動作準備が完了する。動作準備が完了すると、制御部３１は、ユーザの操作レバー１１の操作に応じて操作レバー情報を取得する（ステップＳ１０５）。

　操作レバー情報を取得しながら、制御部３１は、セレクト方向反力提示処理（ステップＳ１０６）やシフト方向反力提示処理（ステップＳ１０７）を実行する。

　これらの処理（ステップＳ１０６、ステップＳ１０７）の具体的な内容としては、まず、制御部３１は、シフト方向エンコーダ１８及びセレクト方向エンコーダ２２により取得したパルスによって、操作レバー１１の位置、ストロークの量などに関する操作レバー情報を取得する。そして、反力パターン情報と操作レバー情報に含まれる操作レバー１１の位置とに応じて、図９にて示す反力パターン情報を抽出する。反力パターン情報を抽出すると、制御部３１は、反力パターン情報と操作レバー１１の位置とに応じて、操作レバー１１に対して提示する反力を決定し、決定された反力を提示するように、２つのモータ１７，２１に対して動作指令信号を発信する。

　また、セレクト方向反力提示処理（ステップＳ１０６）やシフト方向反力提示処理（ステップＳ１０７）には、フィードバック処理を含ませるようにしてもよい。例えば、制御部３１によって決定された反力が決定され、その決定された反力を提示するように２つのモータ１７，２１に対して動作指令信号が発信されたとき、操作レバー１１に加わる反力の状態は、荷重検出センサ１３によって検出することができる。この荷重検出センサ１３によって検出された荷重と、制御部３１が指令した反力とを比較し、その間に誤差が生じている場合には、その誤差を解消すべく、再度制御部３１によって補正のための反力が決定され、その決定された補正反力を提示するように２つのモータ１７，２１に対して動作指令信号を発信するようにしてもよい。このような「フィードバック処理」を実行することで、操作レバー１１に対する所望の反力の提示精度がより高まることとなる。

　以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態には、多様な変更又は改良を加えることが可能である。

　例えば、図１にて示される座席シート５１に対しては、回転機構を備えるように構成することが可能である。座席シート５１を回転可能とすることで、例えば座席シート５１を１８０度回転させれば、座席シート５１に対するアクチュエータ１０の位置が左右逆転するので、右ハンドル車の場合と左ハンドル車の場合の両方のパターンを容易にシミュレーションすることが可能となる。

　また、例えば、図１にて示される座席シート５１に対しては、座席シート５１の回転に限らず、座席シート５１が上下左右に移動する移動機構を備えるように構成することが可能である。同様に、アクチュエータ１０全体が移動機構を備えるように構成することも可能である。このような構成によれば、ユーザは、自身の体型や操作しやすい位置に合わせて、座席シート５１又は操作レバー１１を移動することができるようになるため、ユーザ一人一人に対して最適な操作環境を提供することができるようになる。

　また、例えば、操作レバー１１の長さをユーザの好みに合わせて付け替え可能に構成することが可能である。このような操作感覚シミュレータ１００を用いることで、実機では試すことができないような組み合わせが試せるようになるため、ユーザに対してあらゆるシミュレーションパターンを提供することができるようになる。

　また、例えば、様々な壁情報や、反力パターン情報を用意することでシミュレーションパターンを無限に作り出すことが可能である。このような操作感覚シミュレータ１００を用いることで、ユーザニーズの掘り起こしや、より実機に近い操作感を得ることができるようになる。

　さらに、例えば、上述した実施形態では、操作感覚シミュレータ１００が、座席シート５１や、ハンドル９１、アクセルペダル９２及びクラッチペダル９３を備えていたが、これらの部材は必ずしも必須の構成要素ではなく、適宜、設置や取り外しが可能である。

　その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

　この発明は、操作レバー１１の操作感覚を体感するシミュレータとして利用可能である。

　１０　アクチュエータ、１１　操作レバー、１２　操作グリップ、１３　荷重検出センサ、１４　回転中心部、１５　回転伝導部、１５ａ　円柱部材、１５ｂ　伝達部材、１５ｃ　軸部材、１６　作用部、１７　シフト方向モータ、１７ａ　減速機、１７ｂ　カップリング、１８　シフト方向エンコーダ、２１　セレクト方向モータ、２１ａ　減速機、２１ｂ　カップリング、２２　セレクト方向エンコーダ、２３　ボールスプライン装置、２３ａ　スプライン軸、２３ｂ　スプライン外筒、２４　作用部支承体、３０　制御装置、３１　制御部、３３　プログラム読取部、３４　表示部、３５　音声出力部、３６　ユーザ操作受付部、３７　記憶部、３７ａ　壁情報記憶部、３７ｂ　反力パターン情報記憶部、３７ｃ　操作レバー情報記憶部、５１　座席シート、９１　ハンドル、９２　アクセルペダル、９３　クラッチペダル、１００　操作感覚シミュレータ。

Claims

　ユーザに対して所望の操作感覚を提供する操作感覚シミュレータであって、
　一端側に操作グリップを有するとともに他端側に作用部を有する操作レバーと、
　前記操作レバーにおける前記操作グリップと前記作用部との間に位置する回転中心部と、
　前記操作レバーに対して回転駆動力を及ぼすことで、前記回転中心部を傾動中心とした前記操作レバーの傾動動作を実現する２つのモータと、
　前記操作レバーの位置を含む操作レバー情報を検出する操作レバー情報検出部と、
　前記操作レバー情報検出部により検出された前記操作レバー情報に基づいて、前記操作レバーに及ぼす反力を演算する反力演算手段と、当該反力演算手段により演算された反力に基づいて前記２つのモータを制御することで前記操作レバーを傾動動作させ、前記操作グリップに対する反力を発生させる制御手段とを有する制御部と、
　を備えることを特徴とする操作感覚シミュレータ。
　請求項１に記載の操作感覚シミュレータにおいて、
　前記操作レバー情報は、前記操作レバーのストロークの量、ストロークの速度、ストロークの加速度のうち少なくともいずれか１つを含むことを特徴とする操作感覚シミュレータ。
　請求項１又は２に記載の操作感覚シミュレータにおいて、
　前記操作レバーの操作範囲を所望の範囲に規制する規制手段を備えることを特徴とする操作感覚シミュレータ。
　請求項１又は２に記載の操作感覚シミュレータにおいて、
　前記制御部は、
　前記操作レバーの操作可能範囲と操作不可能範囲との境界を示す壁情報を取得する壁情報取得手段と、
　当該壁情報取得手段により取得した壁情報に応じて、前記操作レバーの操作可能範囲を所望の領域内に規制する操作可能範囲規制手段と、
　を含むことを特徴とする操作感覚シミュレータ。
　請求項１～４のいずれか１項に記載の操作感覚シミュレータにおいて、
　前記２つのモータは、
　シフト方向に回転駆動力を及ぼすシフト方向モータと、
　セレクト方向に回転駆動力を及ぼすセレクト方向モータと、
　により構成され、
　前記シフト方向モータは、前記回転中心部に対して回転駆動力の入力を行うように配設され、
　前記セレクト方向モータは、操作レバーの作用部に対して回転駆動力の入力を行うように配設されていることを特徴とする操作感覚シミュレータ。
　請求項１～５のいずれか１項に記載の操作感覚シミュレータにおいて、
　前記反力演算手段は、
　前記操作レバーの位置情報と、当該操作レバーに与える反力の特性に関する反力特性情報とが対応付けされている反力パターン情報を取得する反力パターン情報取得手段と、
　前記操作レバー情報検出部により検出した前記操作レバー情報に応じて反力特性情報を決定する反力特性情報決定手段と、
　を含むことで、決定した前記反力特性情報に応じた前記操作レバーに対する反力を演算することを特徴とする操作感覚シミュレータ。
　請求項１～６のいずれか１項に記載の操作感覚シミュレータにおいて、
　ユーザが車両に乗車した状態を再現するための座席シートを備え、
　前記座席シートは、前記操作レバーに対するユーザの乗車方向を変更可能に設けられることを特徴とする操作感覚シミュレータ。