力覚提示装置及び自動二輪シフトシミュレーター
【課題】操作感の異なるパターンを提示しつつ評価データを収集すること。
【解決手段】移動体の操作者の操作姿勢を保持する操作姿勢保持部１０と、この操作姿勢保持部１０の位置に応じて配置した前記移動体の実機部品を支持する実機部品支持部２０と、前記操作姿勢で前記操作者が手又は脚で操作可能な位置に配置される操作部２２と、前記操作部２２の操作量３４を測定するセンサー２４と、当該操作量３４に応じて予め定められた提示力パターン３６での提示力を算出するコントローラー２８と、前記提示力に応じて前記操作部２２に力覚を提示するアクチュエーター３０とを備えた。
【解決手段】移動体の操作者の操作姿勢を保持する操作姿勢保持部１０と、この操作姿勢保持部１０の位置に応じて配置した前記移動体の実機部品を支持する実機部品支持部２０と、前記操作姿勢で前記操作者が手又は脚で操作可能な位置に配置される操作部２２と、前記操作部２２の操作量３４を測定するセンサー２４と、当該操作量３４に応じて予め定められた提示力パターン３６での提示力を算出するコントローラー２８と、前記提示力に応じて前記操作部２２に力覚を提示するアクチュエーター３０とを備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、力覚を提示する技術分野に関連し、特に、回転運動の力覚を提示する力覚提示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
オペレーターが操作するグリップ、レバー、ハンドル、グローブ、医療器具などの操作部に力覚を提示することで、データの入力や、シミュレーションや、仮想空間での仮想的又はコンピュータネットワークを介した接続先での実物の操作部の操作が行われている。
操作部に力覚を提示するには、ユーザの操作による力に対して、操作部の位置や角度に応じて対象物に力を与える。このため、力覚提示装置は、操作部の位置や角度や操作のトルクを測定するセンサー（群）と、このセンサーの測定値に応じて提示する力の強さ及び方向を計算するコントローラーと、このコントローラーの制御に応じて操作部に力を与える駆動部とを備える。駆動部は、駆動機構と、例えばモーター等のアクチュエーターとを有する。
【０００３】
ところで、近時、四輪や二輪の移動体では、運転者（操作者）による各種操作部（ハンドル、アクセルペダル、ブレーキレバー、ギアシフトレバー、クラッチレバー等）の操作量や操作速度に応じて様々な電子制御がなされるようになっている。また、オペレーターの操作に関する官能評価（フィーリング）も、より重視されている。
このため、（１）オペレーターがどのような操作をするか、（２）オペレーターの操作に関する感覚はどうか、（３）操作の感覚と実機の部品の諸元との関係はどうか、（４）評価の高い操作の感覚を提示するためにどう設計するか、（５）一定の操作感を提示しつつ部品を合理化することが可能か、等の正確な情報に対するニーズが高まっている。
【０００４】
実機の操作部にトルクセンサーや加速度センサーを装備することで、操作者がどのような操作をするかについてのデータを得ることはできる。しかし、操作に対する感覚を評価するには、絶対的な評価ではなく、少なくとも２種類の操作を比較させる評価の方が、正確で精密な測定となる。重量感、音の高低、色味、より情緒的な感覚など、人間の感性は同一条件で比較をすることで、より精度良く測定できる。従って、統計的に官能評価試験を行い、その結果を設計やシミュレーションに用いるには、まず、異なる対象に対する同一条件での比較という検査が求められる。
【０００５】
実機の操作部の操作自体や操作感のデータを得るには、実機を操作する際の当該操作部に実機と同様の力（荷重やトルク等の提示力）が与えられていなければ、正確な操作がなされない。この荷重は、操作部の位置（及び速度）に応じて変化する。例えば、ブレーキであれば、握り始めという操作部の位置では軽く、より強くブレーキをかける際には重くなる、というパターンを持つ。この点、実機を用いれば、操作部に正確なパターンを与えることができる。しかし、官能評価試験のためには異なる対象の比較が必要であり、実機で操作感を比較するには、２種類の実機を用意するか、部品を取り替える時間の待機が必要となる。すると、操作の感覚が残っている状態での比較試験を行うことが極めて難しい。音や色の刺激との比喩では、刺激提示の後、時間をおいてしまうか、不必要な他の刺激にさらされてしまった後に、比較対象の刺激提示をすることとなってしまう。
【０００６】
特許文献１及び２には、仮想物体に応じた力覚を操作グリップに提示しつつ三次元データの入力を促す手法が開示されている。この手法では、データの切り替えにより仮想物体を切り替えて、異なる仮想物体に応じてオペレーターがどのような操作をするかについてのデータを得ることができる。しかし、これらの文献に開示される操作部は、主にペン型のグリップであり、そのまま実機に応じたモデルに適用することができない。
特許文献３には、ギアシフトペダルの操作感覚を実車におけるギアシフト・フィーリングに近づけるように工夫されているが、構成部品を交換しなければギアシフトの操作感のパターンを変更することはできないため、操作感を比較する測定には適さない。
【０００７】
【特許文献１】特許第3534147号公報
【特許文献２】特開2000-246680号公報
【特許文献３】特開2006-347289号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
移動体等の操作部の操作がどのようになされるかについて、実機を用いてデータ収集をしようとする場合、次の点が課題となる。
1. 現に存在するパターンの提示しかできず、構成部品の様々な組み合わせによるパターンのパラメーターを設定することが困難である。
2. 構成部品の組替え作業に時間がかかるため、官能評価試験の精度が低下し、かつ、試験に時間を要する。
3. 同一条件（日時や乗車姿勢など）での官能評価試験の実施が難しい。
【０００９】
また、従来の力覚提示装置は、移動体等の実機の操作部に適用することが想定されていない。
［課題１］このように、上記従来例では、移動体の操作部がどのように操作されるのか、実機や仮想的な操作感のパターンを提示しつつ測定することができない、という不都合があった。
［課題２］また、操作部に異なるパターンを与えて、操作の感覚（フィーリング）の比較試験（例えば、同一条件でのSD法や一対比較法）を精度良く実施することができない、という不都合があった。
［課題３］上記より、移動体の操作部に対する操作感を定量化し、設計や、パネリスト（例えばテストライダー）の評価のばらつき低減や、マーケティングに活用することができない、という不都合があった。
【００１０】
［発明の目的］本発明の目的は、操作感の異なるパターンを提示しつつ操作入力データや操作感の評価データを収集することのできる力覚提示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
［着眼点］本発明の発明者は、力覚提示装置を精度良く動作させる技術的知見から、移動体の操作部のパターンを力覚提示装置で提示できる、という点に着目した。そして、特に、力覚提示により操作感のパターンを変化させることで、同一条件での操作入力データの収集や、極めて精度の高い官能評価試験が可能ではないか、との着想に至った。
【００１２】
［課題解決手段１］実施例１に対応する第１群の本発明は、移動体の操作者の操作姿勢を保持する操作姿勢保持部と、この操作姿勢保持部を支持すると共に、当該操作姿勢保持部の位置に応じて配置した前記移動体の実機部品を支持する実機部品支持部と、前記操作姿勢で前記操作者が手又は脚で操作可能な位置に配置される操作部と、前記操作部の操作量３４を測定するセンサーと、当該操作量に応じて予め定められた提示力パターンでの提示力を算出するコントローラーと、前記提示力に応じて前記操作部に力覚を提示するアクチュエーターとを備えた、という構成を採っている。
これにより、上記技術的課題１，２及び３を解決した。
提示力は、操作者から操作部に与えられる力に抗する力で、操作部の操作位置（や速度）に応じて変化する。この変化が提示力パターンである。そして、提示力は力[N]又はトルク[N・m]であり、提示力がトルクである場合（例えば実施例２）には、提示力パターンをトルクパターンともいう。
【００１３】
［課題解決手段２］ 実施例２に対応する第２群の本発明は、基盤と、二輪車用のシート及びハンドルを支持する前記基盤に装着された実機部品支持部と、モーターを支持する前記基盤に装備されたハウジングと、このハウジング内に装着され、モーターシャフトを有し、所定の制御トルク信号に応じたトルクを当該モーターシャフトに与えるモーターと、前記モーターシャフトに取り付けられ当該モーターシャフトに与えられる外部からの操作トルクを測定するトルクセンサーと、前記トルクセンサーに取り付けられ前記モーターシャフトを回転軸として回転する前記二輪車のシフトレバーと、このシフトレバーの回転角を測定するエンコーダーとを備えている。
さらに、課題可決手段２は、前記操作トルクと、前記回転角と、予め定められたトルクパターンとに応じて前記シフトレバーへの前記トルク（制御トルクu）を算出して、当該制御トルク信号を前記モーターに伝達することで、当該シフトレバーに力覚を提示制御するコントローラーを備えた、という構成を採っている。
これにより、上記技術的課題１、２及び３を解決した。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、本明細書の記載及び図面を考慮して各請求項記載の用語の意義を解釈し、各請求項に係る発明を認定すると、各請求項に係る発明は、上記背景技術等との関連において次の有利な効果を奏する。
【００１５】
［発明の作用効果１］ 課題解決手段１の実機部品支持部が実機部品を支持し、操作姿勢保持部が操作者の操作姿勢を保持する。そして、センサーが、操作部への操作量を測定し、コントローラーは、この操作量に応じて予め定められた提示力パターンでの提示力を算出する。そして、アクチュエーターが、前記操作部に、算出した提示力に応じた力覚を提示する。例えば、アクチュエーターは算出された提示力を目標値としてこの目標値に追従するように力覚を提示する。このため、操作者には、操作部を操作すると、実機と同種で種々の提示力パターンのうちの一つの力覚が提示され、操作部の操作量の限界や、操作感覚などを感じ取ることができる。そして、力覚を提示しつつ、センサーが操作量を測定しているため、この力覚提示に応じた操作量の変化（操作のパターン）を記録し、また、官能評価試験のために操作者の評価等を得ることもできる。
【００１６】
［発明の作用効果２］ 課題解決手段２では、シフトレバーの回転軸をモーターで駆動することによって、シフトレバーに任意のギアシフト操作の提示力パターンを提示する。従って、ギアシフトの機構の入れ替えをせずに、提示力パターンを変化させることで、異なる機構による操作感を短時間で切り替えて提示することができる。このため、一対比較等を用いた官能評価試験を短時間で安定して行うことができる。そして、シフトレバーをモーターの回転軸に直結しているため、フィーリングの違和感を発生させずに官能評価試験を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
発明を実施するための最良の形態として、２つの実施例を開示する。実施例１は力覚提示装置であり、実施例２は図６等に示す自動二輪シフトシミュレーターである。実施例１及び２を含めて実施形態という。
【実施例１】
【００１８】
＜1. 回転運動の力覚提示＞
＜1.1 シート位置と操作部の配置関係＞
まず、本実施形態の実施例１を開示する。
図１を参照すると、力覚提示装置は、操作姿勢保持部１０と、実機部品支持部２０と、操作部２２と、センサー２４と、コントローラー２８と、アクチュエーター３０とを備えている。
操作姿勢保持部１０は、移動体の操作者の操作姿勢を保持する。図１に示す例では、操作姿勢保持部１０は、自動二輪のシート１２と、ハンドル１４とを備えている。自動二輪では、シート１２とハンドル１４とで、操車者（ライダー）の操作姿勢を保持する。本実施形態では、操作姿勢保持部１０として、実機部品を使用することができる。
【００１９】
実機部品支持部２０は、操作姿勢保持部１０を支持すると共に、当該操作姿勢保持部１０の位置に応じて配置した前記移動体の実機部品を支持する。図１に示す例では、実機部品は、例えば、シート１２や、ハンドル１４の他、フレーム１６や、燃料タンク１８や、ミラー、メーター、ライト等である。実機部品支持部２０は、基盤８上に配備され、前輪側と後輪側のフレーム１６を支持する。後輪側では、実機にてリヤサスペンションが取り付けられる左右一対のリアサス穴１７を支持に用いると、実機部品をバランス良く支持することができる。また、実機部品支持部２０の長手方向の長さ（図中上下方向）を調整することで、操作姿勢を実機での高さと同一とすることができる。例えば、図１等に示す例では、実機部品支持部２０の長さを、リヤサスペンション等の沈み込みを勘案した高さとした。また、基盤８の下面に複数のキャスター３１を装着することで、力覚提示装置全体を容易に移動可能とすることができる。
【００２０】
操作部２２は、操作者により操作される対象であると共に、力覚を提示する対象である。操作部２２は、前記操作者が前記操作姿勢で手又は脚で操作可能な位置に配置される。操作部２２は、図３に示す例では、自動二輪のシフトレバー６２であり、図４に示す例では電動車のアクセルレバー２３である。その他、操作部２２を、移動体の運転を操作するためのハンドル、アクセルペダル、アクセルレバー、ブレーキレバー、ギアシフトレバー、クラッチレバー、MTシフトレバー等としても良い。
【００２１】
センサー２４は、前記操作部２２の操作量３４を測定する。操作部２２が回転動作するシフトレバー６２やアクセルレバー２３等である場合には、センサー２４は、操作荷重を測定するトルクセンサー６０と、回転角度を測定するエンコーダー６６とを備えると良い（図９，図１１）。MTシフトレバー等の場合には、センサー２４は、回転中心点からの三次元の操作量３４を測定する。センサー２４は、測定した操作量３４をコントローラー２８に送信する。この操作量３４の時間変化は、当該力覚を提示しつつ操作者が操作した操作入力データ３５となる。操作入力データ３５は、例えば、操作部２２の回転角θ、回転角θの時間変化（θの時間微分）、操作トルクτなどの時系列のデータである。
【００２２】
コントローラー２８は、当該操作量３４に応じて予め定められた提示力パターン３６での提示力を算出する。そして、アクチュエーター３０は、この提示力に応じて前記操作部２２に力覚を提示する。提示力パターン３６は、提示する力覚毎に予め作成し、記憶部２９に格納する。提示力は力又はトルクとすると良い。コントローラー２８は、提示する力覚に応じた提示力パターン３６を読み出し、この提示力パターン３６と操作量とに応じた提示力を算出し、提示力信号３８をアクチュエーター３０に送信する。
【００２３】
操作部２２がシフトレバー６２等の単一の回転軸４４での回転操作による場合には、アクチュエーター３０をモーター４２とすることができる。この場合、モーター４２の種類に応じて、コントローラー２８は、モーター４２の駆動電流や、駆動パルスを提示力信号３８（実施例２では、制御トルクu）として、送信する。
【００２４】
このように、本実施例での力覚提示装置は、提示力パターン３６を切り替えると、他の実機部品等を変更することなく、異なる力覚を提示することができる。すると、操作姿勢を保ちつつ２つの操作感を比較する一対比較法を適用することが可能となり、官能評価試験等の精度と信頼性とを格段に向上させることができる。
【００２５】
図２に示すように、モーター４２等のアクチュエーター３０は、ハウジング３２に装備させるとよい。ハウジング３２は、シフトレバー６２等の操作部２２と、モーター４２等のアクチュエーター３０を実機部品と干渉させずに支持する。また、シフトペダルの高さを調整するために、ハウジング台３３を備えている。
【００２６】
図３に示すように、ハウジング３２を説明のために取り除くと、モーター４２は、実機部品であるフットレスト６３及び脚台プレート６４の位置に応じて配置されている。モーター４２は、モーターシャフト４０を有し、センサー２４と、操作部２２であるシフトレバー６２（操作部２２）とが取り付けられている。脚台プレート６４の一部には、モーターシャフト４０と干渉しないように、切り欠き６５を設けている。
【００２７】
図４及び図５に示すように、力覚提示装置として、電動車を用いることもできる。電動車は、操作者（運転者）が操作部２２であるアクセルレバー２３を押し下げると進み、放すと電磁ブレーキがかかる。ここでは、このアクセルレバー２３の操作感を提示するために、モーター４２をアクセルレバー２３の回転軸４４に配置して、力覚を提示する。図４及び５に示す例では、実機部品支持部２０についても実機部品を使用しているが、力覚提示の目的に応じて、車輪を外して基盤８に装備し、図１等に示すパイプ型の実機部品支持部２０を採用するようにしても良い。
【００２８】
図１から図５に示す例では、操作部２２に力覚を提示しつつ、操作量３４をデータとして記憶部２９に格納すると、様々な局面に応じて操作者がどのように操作部２２を操作するのかの操作入力データ３５を記録することができる。また、力覚を提示しつつ操作を促し、その操作感の評価を手書きの評価シート等に記入してもらうことで、官能評価試験を行うことができる。
【００２９】
・1.1 シート位置と操作部の配置関係の効果
上述のように、本実施例では、操作部２２を、操作姿勢で前記操作者が手又は脚で操作可能な位置に配置し、操作姿勢保持部１０が、移動体の操作者の操作姿勢を保持しつつ、アクチュエーター３０が、操作量３４に応じて予め定められた提示力パターン３６に応じて当該操作部２２に力覚を提示する。
従って、提示力パターン３６のデータを切り替えることで、複数種類の力覚を同一の操作姿勢のまま提示することができる。これにより、乗り降りや、部品交換時間の待機を要することなく、複数種類の操作感を提示することができる。このため、操作感の評価を評価シート等へ手書記入してもらうことで、一対比較法等の統計的手法により官能評価試験をすることができる。また、提示力パターン３６に応じて力覚を提示した状態での操作量３４を測定するため、この操作入力データ３５を記録することで、提示する力覚に応じた実際の操作量３４を定量的に取り扱うことが可能となる。そして、この操作入力データ３５についても、同一の操作姿勢で待機時間なく操作を行うことができるため、異なる力覚を提示した際の操作入力データ３５の比較を精度良く測定することができる。
【００３０】
＜1.2 モーターシャフト直結＞
再度図２から図５を参照すると、好適な実施例では、モーターシャフト４０を、操作部２２の回転軸４４に直結する。すなわち、この例では、前記操作部２２が、前記手又は脚で回転操作される回転軸４４を有する。そして、アクチュエーター３０が、モーター４２を備えている。さらに、モーター４２の前記モーターシャフト４０に、前記操作部２２の前記回転軸４４を直結する。
【００３１】
回転軸４４は、図２及び図３に示す例では、自動二輪のシフトレバー６２の回転軸４４であり、図４及び図５に示す例では、電動車のアクセルレバー２３の回転軸４４である。
【００３２】
・1.2 モーターシャフト直結の効果
操作部２２の回転軸４４をモーターシャフト４０に直結すると、モーター４２と操作部２２との間に伝達系を介在させる必要がなくなり、機構が簡易となる他、力覚の提示に際して余分な質量及び慣性モーメントの影響が発生せず、力覚提示を正確に行うことができる。
【００３３】
＜1.3 シート位置と表示操作部の配置関係＞
再度図１及び図４を参照すると、好適な実施例では、操作姿勢で目視可能で入力操作可能な位置に、表示操作部４８を配置する。そして、この表示操作部４８が、前記提示力パターン３６に応じて官能評価試験の試験項目を表示すると共に、前記操作者によって入力される評価データ５０を前記コントローラー２８に送信する。
【００３４】
表示操作部４８は、例えば、タッチパネルとして、ボタン等のGUI（グラフィカル・ユーザ・インタフェース）の表示データ５２を表示し、操作者（ライダー、ドライバー）の操作を受け付けると良い。すると、表示制御する表示データ５２の内容を変更させることで、複数の提示力パターン３６のうちの一つの選択や、順次の選択を促す時系列の制御が可能となる。また、評価データ５０についても、評価シート等への手書きを要せず、表示操作部４８への入力により、力覚提示した提示力パターン３６を特定した評価データ５０として記録することができる。
【００３５】
特に、図１及び図４に示すように、表示操作部４８を、移動体のハンドル１４のほぼ中心でサイドミラーより低い高さに配置したため、操作者が通常の操作姿勢にて目視でき、操作姿勢を変更せずに操作することができる。このため、操作部２２に力覚提示をして操作を促しつつ、その操作の感覚を最大限残したまま、提示力パターン３６の選択操作や、評価データ５０の入力操作をすることができる。
【００３６】
・1.3 シート位置と表示操作部の配置関係の効果
上述したように、表示操作部４８を操作姿勢のまま入力可能な位置に配置したため、操作姿勢を変更せずに評価データ５０の入力をすることができる。従って、力覚提示する操作部２２への操作感を残したまま、提示力パターン３６を変化させる評価の精度を高めることができる。例えば、提示中の提示力パターン３６の番号等を表示操作部４８に表示し、操作者の操作により任意に切り替えることができるようにすると、提示している力覚の比較をより確実に行うことができるようになり、すると、二種類の提示力パターン３６を順次提示して比較させる一対比較法による官能評価試験の精度を格段に向上させ、安定させることができる。
【００３７】
＜1.4 スピーカーの配置＞
再度図１及び図４を参照すると、好適な実施例では、前記操作部２２の操作による前記移動体の音源箇所の近傍に、スピーカー５４を配置し、前記コントローラー２８が、前記操作量３４及び前記提示力パターン３６に応じて予め定められた音信号５６を前記スピーカー５４に出力する。
【００３８】
図１に示す自動二輪では、シフトレバー６２である操作部２２とアクチュエーター３０の近傍にスピーカー５４を配置している。そして、シフトレバー６２の操作によって機械音が発生する音源は、図示しないギアシフト機構であり、スピーカー５４は、操作者の聴覚を起点としてこのギアシフト機構の方向上に配置すると良い。
そして、コントローラー２８は、ギアシフト機構が機械音を発するタイミングを提示力パターン３６と関連させ、操作量３４に応じて音信号５６をスピーカー５４に出力する。例えば、ギアシフト機構で変速が完了するデフのかみ合い音を出力する場合、提示力パターン３６での変速完了時点と、操作部２２（シフトレバー６２）の回転角θ等の操作量３４とが一致した際に、当該音信号５６を出力する。音信号５６は、提示力パターン３６がモデル化した実機に応じて予め録音しておいても良いし、複数の録音データを合成させることで作成しても良い。
【００３９】
図４及び図５に示す電動車では、アクセルレバー２３の操作に応じて電動車のモーター音が変化する。コントローラー２８は、アクセルレバー２３の操作量３４に応じて、電動車両のモーター音に相当する音信号５６をスピーカー５４に出力すると良い。この場合、コントローラー２８は、音信号５６の出力制御に際して、アクセルレバー２３の回転軸４４での回転角θのみならず、アクセルレバー２３に加えられる操作荷重も使用すると良い。この場合、アクセルレバー２３を離し、電磁ブレーキがかかる状態の音を回転角θに依存せずに出力制御することができる。
【００４０】
・1.4 スピーカーの配置の効果
上述のように、提示力パターン３６に応じた操作量３４に音出力を同期させることで、実機の操作感をより高めることができる。そして、実機の音源近くにスピーカー５４を配置することで、モーターシャフト４０を操作部２２の回転軸４４に直結させ、操作部２２の機構を実機とは異なる構成としても、実機操作の再現性を高めることができる。これにより、官能評価試験の条件を実機と同様とし、操作入力データ３５の信頼性をより高めることができる。
【００４１】
＜1.5 適用実機[手操作、脚操作]＞
本実施例は、力覚提示する操作部２２の例として、脚で操作する自動二輪のシフトレバー６２（図３）や、手で操作する電動車（図５）を開示した。上述のように、本実施例は、回転動作をする操作部２２であれば、単一のモーター４２による力覚提示を行いやすい。このため、本実施例を適用可能な実機は数多くある。
【００４２】
脚操作するものとしては、自動二輪では、シフトペダルや、ブレーキ・ペダルがある。ブレーキ・ペダルの操作感や操作入力データ３５を測定できると、アンチロックブレーキの制御の開発や、デュアル・コンバインド・ブレーキシステムの開発に有用な情報を得ることができる。
【００４３】
四輪車では、脚操作するものとして、アクセルペダル、ブレーキ・ペダル、パーキング・ブレーキ・ペダルなどがある。アクセルペダルの操作入力データ３５を測定できると、オートマティック・トランスミッションの開発や、主なドライバー層の相違に応じたアクセルペダルの重みの設計などに有用な情報を得ることができる。さらに、力覚を提示しつつアクセルペダルの操作入力データ３５を測定できると、燃料の使用量の少ない操作を学習するためのシミュレーション装置等の開発をすることができる。
ブレーキ・ペダルについても、自動二輪と同様に、様々な開発に有用な情報を得ることができる。
マニュアル・トランスミッションのクラッチ・ペダルに力覚を提示し、操作入力データ３５を得ることができれば、クラッチ・ペダルの操作感の官能評価試験を行うことができる。また、様々な局面に応じたクラッチ・ペダルの操作入力データ３５は、半クラッチが作動する状況等の設計に役立てることができる。
パーキング・ブレーキの操作入力データ３５は、例えば、ドライバー層の相違に応じた操作量３４の相違を定量化するために、「全力で」「急いで」等の用語に応じた操作を促し、その操作入力データ３５を操作者の筋力や反応速度等により定量的に分類することができる。
【００４４】
手操作するものとして、自動二輪では、ハンドルや、ブレーキレバーがある。ブレーキレバーの操作入力データ３５の有用性は、ブレーキレバーの場合と同様である。
また、四輪で手操作するものとして、ハンドル、パーキング・ブレーキ、シフトノブなどがある。さらに、全地形対応車（ATV）や船外機のギアシフトの官能評価試験に適用することができる。
さらに、ギアシフトチェンジを機械的に行わないシフト機構（シフト・バイ・ワイヤーなど）のギアシフト操作の提示力パターン３６を任意に設定できる装置として応用が可能である。
【００４５】
・1.5適用実機[手操作、脚操作]の効果
・回転動作する移動体の操作部２２をモーターにより力覚提示するため、任意の操作感（提示力パターン３６）を提示することができ、提示力パターン３６を変更することで同一の条件で異なる操作感を提示することができる。このため、移動体の手操作又は脚操作の制御により、シフトペダルに任意のシフト操作荷重を提示できる。
・ギアチェンジ感覚を瞬時に切り替えられるため、同一条件での一対比較が可能となる。
【実施例２】
【００４６】
＜2. シフトシミュレーター＞
次に、実施例２を開示する。実施例２では、自動二輪のギアシフトのフィーリング（操作感）を定量化するための自動二輪シフトシミュレーターを開示する。
自動二輪のギアシフト・フィーリングを定量化するための方策として、重さや節度感など、ギアシフトのフィーリングを表す評価語の評点を収集して、重回帰式等を作成することが考えられる。このフィーリング評価語の重回帰式を作成するためには、複数の操作者（パネリスト）が、複数の提示力パターン３６のギアシフトをそれぞれ操作してフィーリング評価語に評点を与えることで官能評価試験を行い、この評点を統計的手法によりデータ処理しなければならない。
以下、実施例２では、自動二輪のシフトレバーという回転のみの操作部２２を対象とするため、提示力をトルクといい、提示力パターン３６をトルクパターン３７という。
このように、重回帰式を作成するためにはギアシフト・フィーリング官能評価試験を行う必要がある。しかし、実際の車両を用いて官能評価試験を行う場合、以下のような不便さが課題となる。
【００４７】
１．任意のトルクパターン３７を作成し提示することができない。
ミッション構成部品の組み合わせによるギアシフト操作のトルクパターン３７の設定は困難である。ギアシフトカムプレート、ストッパスプリング、リターンスプリング等のミッション構成部品の諸元を変更するとトルクパターン３７に影響する物理パラメーターが変化するが、それらは一対一に対応していない。このため、ミッション構成部品の諸元の組み合わせによってトルクパターン３７を任意の値変化に設定することは非常に困難である。
【００４８】
２．官能評価試験の所要時間が増大し評価精度が低下する。
ミッション構成部品を組替えようとしても、その作業に時間がかかるため、官能評価試験に時間がかかってしまう。すなわち、官能評価試験時には多数のギアシフト操作のトルクパターン３７について評価を行う必要があるが、ギアシフト操作のトルクパターン３７を変更するためにはミッション構成部品の組替える必要がある。ミッション構成部品の組替え作業にはかなりの時間を要するため、結果的に官能評価試験の所要時間が長くなってしまう。
【００４９】
３．官能評価試験に際して同一条件を精度良く再現することができない。
構成部品の組み替えによる場合、同一条件（日時や乗車姿勢など）でギアシフト操作のトルクパターン３７を判定することができない。すなわち、一台の車両で官能評価試験を行う場合、ミッション構成部品の組替えによって判定を行う日時が異なることや、組付け誤差の影響により、同じ条件でギアシフト操作のトルクパターン３７を判定することはできない。車両を二台以上用意できる場合でも、乗車姿勢が同一でないことや、ミッション構成部品以外の車両間差の影響が問題となる。また、一対比較試験の場合には、乗降を行う際に直前の操作フィーリングが薄れてしまうといった問題もある。
【００５０】
この実施例２では、実際の車両を使用する官能評価試験の上記不都合を改善するため、モーター４２を用いた力覚提示の応用を提案する。図６に示す例はスタンダードタイプの自動二輪車のシフトシミュレーターであり、図７に示す例はクルーザー（アメリカン）タイプの自動二輪車のシフトシミュレーターである。本実施例２による自動二輪シフトシミュレーターは、図６及び図７に示すように、基盤８と、二輪車用のシート１２及びハンドル１４等を支持する前記基盤８に装着された実機部品支持部２０と、モーター４２を支持する前記基盤８に装備されたハウジング３２とを備えている。
そして、自動二輪シフトシミュレーターは、ハウジング３２内に装着され、モーターシャフト４０を有し、所定の制御トルク信号３９に応じたトルクを当該モーターシャフト４０に与えるモーター４２と、制御トルク信号３９をモーター４２に出力するコントローラー２８とを備えている。コントローラー２８は、前記操作トルクτと、前記回転角θと、予め定められたトルクパターン３７とに応じて前記シフトレバー６２への制御トルクを算出して、当該制御トルク信号３９を前記モーター４２に伝達することで、当該シフトレバー６２に力覚を提示制御する。
【００５１】
また、図６及び図７に示す例では、シート１２、ハンドル１４、燃料タンク１８、シフトレバー６２、フットレスト６３等は実車と同等の部品を使用可能とし、必要に応じて実機補強部２１により補強しつつ、実機部品支持部２０で支持している。また、シート１２の高さは設計上の１名乗車時の高さとなるように設定した。これらによって、実車との差異が軽減される。そして、官能評価試験を様々な場所で行えるように、キャスター３１を取り付けて容易に移動できるようにした。
【００５２】
実施例２では、モーター４２が、制御トルク信号３９に応じたトルクをモーターシャフト４０に与えるため、予め定められたトルクパターン３７に応じた制御トルクをシフトレバー６２（操作部２２）に提示することができ、これにより、構成部品と同様な操作感を提示することができる。しかも、制御トルク信号３９のパターンを変化させることで、構成部品を変化させることなく、異なる機種や仮想的な機種の操作感を切り替えながら提示することができる。このため、シフトレバー６２の操作感を対象とする官能評価試験に際して、精度の高い一対比較法を適用することができる。
【００５３】
また、実施例１と同様に、図６及び図７に示すように、通常の乗車姿勢にて操作可能な位置に表示操作部４８を設置しても良い。表示操作部４８は、操作感（トルクパターン３７）の選択操作を受け付けて、官能評価試験での評価値の入力や、提示中のトルクパターン３７の番号等の表示をする。通常の乗車姿勢で操作可能な位置に表示操作部４８を配置することで、同一条件化での一対比較官能評価試験（2種類のギアシフト操作のトルクパターン３７を比較して、各シフトフィーリング評価語について感じ方の違いを判定する等）が可能となる。
【００５４】
＜2.1 シフトレバー回転軸直結＞
図８を参照すると、自動二輪シフトシミュレーターは、ハウジング３２内に装備されモーターシャフト４０を回転させるモーター４２と、モーターシャフト４０に取り付けられ当該モーターシャフト４０に与えられる外部からの操作トルクτを測定するトルクセンサー６０とを備えている。トルクセンサー６０の測定値は出力端子６１を介してコントローラー２８に送信される。また、シフトレバー６２には、シフトレバー６２の回転角θを測定するエンコーダー６６を装着する（図９）。そして、シフトレバー６２は、モーターシャフト４０に取り付けられ前記モーターシャフト４０を回転軸４４として回転する。シフトレバー６２の回転軸４４は、モーター４２及びモーターシャフト４０の回転軸４４である。
【００５５】
図９に示すように、実施例２では、シフトレバー６２の回転軸４４部分をDDモーター４２のモーターシャフト４０の外側部４０Aに直結する。このシャフト部４０Aの他端にモーターシャフト４０の軸への操作トルクτを測定するトルクセンサー６０を挿入する。トルクセンサー６０は測定した操作トルクτを出力する出力端子６１を有している。DDモーター４２は、ステーター８４と、ステーター８４に対して回転するローター８２とを備えており、ローター８２はモーターシャフト４０の内側部４０Bと一体として回転する。
【００５６】
このモーターシャフト４０の外側部４０Aと内側部４０Bとはベアリング８０で回動可能に支持されており、シフトレバー６２、外側部４０A、トルクセンサー６０、内側部４０B及びローター８２が一体として回転する。トルクセンサー６０は、回転した状態を基準としてその回転角θでの操作トルクτを測定する。さらに、シフトレバー６２を直結する反対側のモーターシャフト４０端にはシャフトの回転角θを測定するエンコーダー６６を取り付ける。この取り付けのために、カップリング８６を用いると良い。
そして、DDモーター４２はサーボドライバ７４（図１１）によって駆動される。サーボドライバ７４はDDモーター４２のステーター８４に流れる電流を外部から入力される指令値（制御トルクu）に追従させることによって、DDモーター４２の出力を制御する。
【００５７】
また、モーターシャフト４０の内側部４０Bにはねじ穴があり、シフトレバー６２とネジ４１により接合している。内側部４０Bに方向を定める切り欠き部を設け、複数種類のシフトレバー６２にも対応する突起部を設定すると、このネジ４１によるネジ止めのみでシフトレバー６２を取り替えることができる。
【００５８】
・2.1 シフトレバー回転軸直結の効果
上述のように、シフトレバー６２の回転軸４４をDDモーター４２で駆動することによって、シフトレバー６２に任意のギアシフト操作のトルクパターン３７を提示することができる。これにより、ギアシフトの機構の入れ替えをせずに、トルクパターン３７を変化させることで、異なる機構による操作感を短時間で切り替えて提示することができる。すなわち、ギアシフト操作のトルクパターン３７を外部から瞬時に変更できるようにすることで、同一条件化での一対比較法による官能評価試験を安定して短時間に行うことができる。
【００５９】
また、シフトレバー６２の回転軸４４とモーター４２の回転軸４４が一致しない場合には、ギアや歯付きベルト等を用いてモーター４４の出力トルクをシフトレバー６２の回転軸４４に伝達しなければならなくなる。そして、トルク伝達の際にはバックラッシが発生するため、操作者が体感するギアシフト操作荷重にバックラッシの影響が含まれることになってしまう。このように、回転軸４４を一致させない場合には、機構が複雑になり、さらに、ギアシフト・フィーリングに違和感が発生する可能性が大きくなり、官能評価試験の精度に悪影響をもたらす。この点、本実施例２ではシフトレバー６２の回転軸４４とモーター４２の回転軸４４とを一致させているため、フィーリングの違和感を発生させない。
【００６０】
＜2.2実機操作の再現性＞
再度図６、図７を参照すると、実施例２によるギアシフト・フィーリングの官能評価試験では、次のような操作を再現することができる。
１．ギアシフト操作音を提示する場合
実車ではギアシフトチェンジ時に、ギアのドッグが噛合う音が発生する。DDモーター４２ではこのような音は発生しないため、ギアシフトチェンジの角度に合わせて実車に相当する音をスピーカー５４から発生させることで、操作感の力覚のみならず、聴覚への刺激を制御することができ、官能評価試験時の音による影響が軽減される。
再度図６を参照すると、スピーカー５４は、モーター４２の近傍に配置すると良い。コントローラー２８は、操作量３４（例えば回転角θ）とトルクパターン３７とに応じた音信号５６をスピーカー５４に出力する。図６に示す例では２つのスピーカー５４を配備し、図７に示す例では１つのスピーカー５４を配備している。
【００６１】
２．ギアシフトショックを提示する場合
実車ではギアシフトチェンジ時に、クラッチ板の連結に伴う車体振動が発生する。シミュレーターを振動させるための振動発生部７０を取り付け、ギアシフトチェンジの角度に合わせて振動発生部７０を動作させることによってギアシフトショックを模擬することができる。
この例では、自動二輪シフトシミュレーターは、所定の振動発生信号６８に応じて前記シート１２及びハンドル１４を振動させる振動発生部７０を備えている。そして、前記コントローラー２８が、前記操作量３４と前記トルクパターン３７とに応じた振動発生信号６８を前記振動発生部７０に送信する。これにより、操作量３４（例えばモーターシャフト４０の回転角θ）に応じて実機を模した振動を提示することができる。
【００６２】
図６及び図７に示す例では、シート１２側（後輪側）の実機部品支持部２０に振動発生部７０を装着することで、操作者（ライダー）に良好な振動を提示することができる。さらに、図６に示す例では、実機部品支持部２０が、実機にてリヤサスペンションが取り付けられる左右一対のリアサス穴１７にて実機部品を支持するため、振動発生部７０にて発生した振動を実機部品の全体に実機と同様に伝達することができる。
【００６３】
３．スロットル開度やクラッチの切れを考慮する場合
走行状態では、ミッション構成部品の諸元に加え、スロットル開度やクラッチの切れによっての物理パラメーターが変化する。本実施例での自動二輪シフトシミュレーターでこれらを考慮するには、スロットルグリップ９８（もしくはスロットルワイヤー）およびクラッチレバー１００（もしくはクラッチケーブル）にポテンショメーター９６A，９６B等のセンサー２４を取り付けて（図１１）、スロットル開度やクラッチの切れを測定し、これらの情報を制御トルクの計算に用いても良い。
【００６４】
・2.2 実機操作の再現性
上述のように、スピーカー５４を配置してシフトレバー６２及びモーターシャフト４０の回転角θに応じた操作音を提示することで、官能評価試験にて提示する選択肢が増加し、より広範囲な評価をすることができる。また、振動発生部７０を用いる例では、クラッチ板の連結に伴う車体振動などを提示することで、DDモーター４２による力覚を用いつつ、より実機に近い操作感を提示することができる。
【００６５】
＜2.3 制御とその結果＞
トルクパターン３７は、シフトレバー６２等の操作部２２の操作量３４の関数である。操作部２２には機械的な抵抗力とバネ等による反発力が生じる。操作部２２は、例えば、操作完了となる直前の抵抗感を操作者に与え、また、バネの復元力により原点への復帰する。その操作部２２が操作者に提示する力の大きさを操作量３４に応じて調整する設計が試みられている。操作部２２のトルクパターン３７は、この操作部２２の位置及び状態に応じた操作部２２から操作者に提示されるトルク [N・m] であり、実機のトルクパターン３７を測定しても良いし、複数の実機の測定値から仮想的なトルクパターン３７を人工的に定義しても良い。
【００６６】
また、操作部２２がシフトレバー６２のように回転動作をする場合、トルクパターン３７はその回転角θの関数となる。図１０を参照すると、トルクパターン３７は、横軸をシフトレバー６２の回転角θ[deg]、縦軸をシフトレバー６２の操作トルクτ[N・m]とするトルク・角度線図である。各期間及び各時点の名称を次のように定義する。
q1: がた期間
q2: 変速前遊び期間
q3: 変速期間
q4: 変速後遊び期間
q5: 原点復帰期間
t1:リターンスプリング取付トルク点
t2: 変速開始点
t3: 変速完了点
t4:回転端
P0: 初期トルク
Pmax: ピークトルク
Pmin: 極小トルク
a: ピーク位相
【００６７】
シフトアップ／シフトダウン時（変速操作時）のトルクパターン３７Aにて、変速期間q3は、カムが作動する期間で、変速完了点t3に到達しなければ変速操作を中止することが可能である。回転端t4に到達してもリンク等の弾性変形により、シャフトは余分に回転する。シフトの戻り時（原点復帰時）のトルクパターン３７Bを点線で示す。
【００６８】
トルク・角度線図の縦軸は操作トルクτ [N・m] であるため、シフトレバー６２の回転軸４４から操作部分６２A,６２B(図３，図８)までの長さに依存する。従って、シフトレバー６２の種類毎にトルク・角度線図を準備する。また、トルク・角度線図の縦軸を荷重 [N]とし、シフトレバー６２の長さを別途管理しつつ制御トルクuの算出にて荷重をトルクに変換するようにしても良い。
【００６９】
図１１を参照すると、コントローラー２８は、トルクセンサー６０からの操作トルクτをデジタルデータに変換するA/Dボード９４Aと、エンコーダー６６からの信号をカウントしてシフトレバー６２の回転角θを測定するカウンタボード９２とを備えている。また、コントローラー２８は、前記操作トルクτと、前記回転角θと、予め定められたトルクパターン３７とに応じて前記シフトレバー６２への制御トルクを算出して、当該制御トルク信号３９（制御トルクu）を前記モーター４２に伝達することで、当該シフトレバー６２に力覚を提示するための制御をする。
図１１に示す例では、制御ソフトウエア９０が、シフトレバー６２への制御トルクを算出し、D/Aボード９５Aを介してサーボドライバ７４に制御トルク信号３９（制御トルクu）を送信し、サーボドライバ７４はこの制御トルク信号３９（制御トルクu）に応じてDDモーター４２を駆動する。
【００７０】
制御ソフトウエア９０には、記憶部２９が併設されている。この記憶部２９には、複数種類のトルクパターン３７や、制御トルク信号３９を算出するための算式データや、制御ソフトウエア９０用のプログラムデータや、必要に応じて、音信号５６や、振動発生信号６８を生成するための振動パターンを予め記憶する。
【００７１】
振動発生部７０を備える例では、制御ソフトウエア９０がD/Aボード９５Bを介して振動発生部７０に振動発生信号６８を伝達する。制御トルクuの算出に際して、スロットル開度やクラッチの切れ具合等の情報を用いる際には、スロットルグリップ９８とクラッチレバー１００との操作状態をポテンショメーター９６A，９６Bで測定し、A/Dボード９４B，９４Cを介して測定値を制御ソフトウエア９０に取り込む。
【００７２】
コントローラー２８は、モーターシャフト４０の操作トルクτやモーターシャフト４０の回転角θなどの情報に基づいて、サーボドライバ７４への指令となる制御トルクuの計算を行う。この制御トルクuは、DDモーターの制御トルクuとなる。制御トルクuは、インピーダンス制御を実現するためのトルクで、DDモーター４２のローター８２およびモーターシャフト４０の慣性を補償するためのトルクや、ギアシフト操作荷重を提示するためのトルクなどで構成される。ギアシフト操作のトルクパターン３７は外部からの信号によって瞬時に変更できるようにする。サーボドライバ７４はDDモーター４２のステーター８４に流れる電流を外部から入力される制御トルクuに追従させることによって、DDモーター４２の出力トルクを連続的にリアルタイム制御する。
【００７３】
制御トルクuは、実際のモーターの動特性を表す式（１）と、目標の動特性を表す式（２）とから、次式（３）により求めることができる。
【００７４】
【数１】
【００７５】
θ: ローター回転角（操作量の回転角θと同じ）
J: ローターの慣性モーメント
D: 粘性抵抗係数
τ: 外部から加えられるトルク（操作トルクτ）
u: 制御トルク（制御トルク信号３９）
Jd: 目標の慣性モーメント
Dd: 目標の粘性抵抗係数
Kd(θ): シミュレーターで提示するトルク・角度特性（トルクパターン３７に対応）
【００７６】
・実車の諸元を参考にして設定するパラメーター
目標の慣性モーメントJd、目標の粘性抵抗係数Ddは、実車の諸元を参考として予め設定する。これらは任意の値に設定することができるが、実車のギアシフト機構のシフトレバー６２の回転軸４４まわりの等価慣性モーメントおよび実車のシフトレバー６２の回転軸４４の位置からJdを計算（設定）することにより、DDモーター４２の回転軸４４の動特性を実車のシフトレバー６２の回転軸４４まわりの動特性に近づけることができます。実車のシフトレバー６２の回転軸４４まわりの粘性抵抗はほとんど無いため、Ddは可能な限り小さくすることが好ましい。しかし、Jd、DdがJ、Dに対して小さ過ぎると制御が不安定になりやすくなってしまう。
【００７７】
・DDモーター４２により定まるパラメーター
モーター回転軸４４の慣性モーメントＪ、モーターの粘性抵抗係数Dは、DDモーター４２の特性により予め定まる。Jはモーターシャフト４０、DDモーター４２のローター８２、トルクセンサー６０及びシフトレバー６２のモーター回転軸４４まわりの慣性モーメントとの和である。DはDDモーター４２のステップ応答から予め概算可能である。
【００７８】
・事前に準備するトルク・角度特性（＝提示サンプル）
Kd（θ）は、官能評価試験等の検査目的に応じて予め準備する。Jd、Ddは定数であるが、Kdはθの関数である。Kd（θ）は、通常は実車のトルク・角度特性を参考にして設定する。しかし、実際には存在しないような特性に設定することも可能である。実車のトルク・角度特性は、リターンスプリングの取付トルクおよびバネ定数、ストッパスプリングの取付トルクおよびバネ定数、ギアシフトカムプレートの形状等によって定まる。
本実施例の自動二輪シミュレーターのシフトレバー６２を取り替えた場合には、モーター回転軸４４の慣性モーメントJを変更する。モーター回転軸４４とシフトペダルの距離が変わる場合には、Kd（θ）も変更する。ギアシフトレバーの回転軸４４の位置が異なる2種類の実機を想定する場合には、Jd、Kd（θ）を変更する。
【００７９】
【数２】
【００８０】
制御トルクuの計算に必要な角速度ωはエンコーダー６６等のセンサー２４から直接得られないため、式４等により回転角θの時間微分を計算することによって求めている。提示するトルクパターン３７をnで識別すると、式（３）は式（５）となり、トルクパターン３７の番号がｎであるトルク・角度特性（Kdn(θ)）に応じて、制御トルクunを算出することができる。
【００８１】
図１２を参照すると、制御ソフトウエア９０は、トルク・角度特性算出部１０４と、微分計算部１０６と、インピーダンス計算部１０８とを備えている。トルク・角度特性算出部１０４は、表示操作部４８等からの入力に応じて提示するトルクパターン３７を特定し、当該トルクパターン３７であるトルク・角度線図を記憶部２９から読み出して、カウンタボード９２から入力される回転角θに応じたトルク・角度特性（Kdn(θ)）を算出し、インピーダンス計算部１０８に送信する。微分計算部１０６は、回転角θの変化（角速度ω）を求めるために、式（４）等により回転角θの時間微分を算出し、インピーダンス計算部１０８に角速度ω送信する。インピーダンス計算部１０８は、トルク・角度特性（Kdn(θ)）と角速度ωと定数（J, Jd, D, Dd）とから、式（５）により制御トルクunを求め、この制御トルクunをD/Aボード９５Aに送信する。サーボドライバ７４は、DDモーター４２のステーター８４に流れる電流をこの制御トルクunに追従させることによって、DDモーター４２の出力を制御する。
【００８２】
図１３を参照すると、制御モードの際に（ステップS１）、制御トルクu（制御トルク信号３９）を算出し、制御モード以外では、制御トルクuを０に設定する（ステップS２）。制御モード中であれば、操作トルクτと回転角θとが入力され（ステップS３）、微分計算部１０６が角速度ωを計算し（ステップS４）、インピーダンス計算部１０８が制御トルクuを計算し（ステップS５）、制御トルクuを出力する。
【００８３】
ステップS２では、まず、ライダーがシフトレバー６２を操作すると、シフトレバー６２が回転する。この回転角θをエンコーダー６６が測定し、カウンタボード９２がデジタル値の回転角θに変換する。また、この回転角θの状態でシフトレバー６２に制御トルクuに応じた力覚が提示されている。ライダーがギアシフトチェンジ等の操作を継続するには、この制御トルクを超えるトルクでシフトレバー６２を操作する。この操作のトルクをトルクセンサー６０が測定し、この操作トルクτはA/Dボード９４Aがデジタルデータに変換する。この操作トルクτと回転角θとの測定及び入力はリアルタイムで継続して行われる。そして、ステップS３では、微分計算部１０６が、角速度ωを算出する。ステップS４では、インピーダンス計算部１０８が、制御トルクuを算出する。
【００８４】
図１４を参照すると、表示操作部４８は、表示データ５２を表示する表示操作画面１１０を備えている。表示操作部４８を液晶等によるタッチパネルディスプレイとし、コントローラー２８が表示データを生成すると良い。表示操作画面１１０は、パターン切り替えボタン１１２A，１１２Bと、フィーリング評価語表示１１４と、評価選択ボタン１１６とを備えている。また、上部中央に「パターンAを表示中」と、現在提示中のトルクパターン３７をライダーに表示している。
ライダーは、２つのパターンAとBとを順次切り替えて操作し、Aの操作感とBの操作感を比較する。人間の感覚は、絶対値を求めるよりも比較する方が違いに関する精度が高い。ライダーは、Aの操作感とBの操作感とを比較して、重さを評価する。すなわち、ライダーは、「同じ」、「やや」、「かなり」、「非常に」という７段階の評価から一つの評価を選択し、評価選択ボタン１１６を用いて入力する。例えば、トルクパターン３７がAのパターンとトルクパターン３７がBのパターンとの評価を比較して、Aがかなり重いという評価結果（評価スコア）であれば、当該重さの欄の「-2」と表示された評価選択ボタン１１６をクリックする。この評価選択ボタン１１６の操作結果が、評価データ５０となる。
【００８５】
また、表示内容を変化させて、ある特性を提示し、「今の特性の○○感を3点とします」等の表示をすることで、パネリスト（テストライダー）間の評価のばらつきを低減させることもできる。
【００８６】
・2.3 制御とその結果の効果
上述したように、モーター制御により、シフトレバー６２に任意のシフト操作荷重を提示することができる。そして、ダイレクトドライブモーター４２の使用により、減速機構によって生じる違和感を排除することが。さらに、インピーダンス制御により、ローター８２の慣性によって生じる違和感が軽減される。 このように、ノイズ的な要素を除外して本質的な官能検査を行うことができる。すなわち、求めたい要因を浮き彫りにする官能評価試験を計画し、実行することができる。
そして、ギアチェンジ感覚を瞬時に切り替えられるため、同一条件での一対比較が可能となる。また、ギアシフト機構の部品を特定した段階で試作をしなくとも、想定されるトルクパターン３７を設定することで、シフトレバー６２の操作感を評価することができる。さらには、存在しない部品の組み合わせによる力覚提示が可能で、目的に応じた官能検査の計画を立てやすい。そして、一定条件下での安定した官能評価を低コストでかつ短期間に検査することができる。
また、精度の高い官能評価試験の蓄積により、逆に、テストライダーのトレーニングに応用可能である。例えば、実車を用いた走行試験時にはギアシフト・フィーリングの確認も行われ、テストライダーにはテスト車両の絶対的な評価が要求される。この点、本実施例によるシミュレーターを用いることで、テストライダー間のばらつきを低減し、その評価値の差を軽減することができ、また、ばらつきを統計的に取り扱うことが可能となるため、厳密な信頼区間等の算出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】図１は、本実施形態の構成例を示す説明図である。
【図２】図２は、アクチュエーターをハウジング内に装備した一例を示す正面図である。
【図３】図３は、モーターと操作部等との関係例を示す斜視図である。
【図４】図４は、電動車のアクセルレバーを操作部とする一例を示す斜視図である。
【図５】図５は、図４に示すハンドル部分の一例を示す説明図である。
【図６】図６は、実施例２をスタンダードタイプの自動二輪車に適用した一例を示す説明図である。
【図７】図７は、実施例２をクルーザータイプの自動二輪車に適用した一例を示す説明図である。
【図８】図８は、図７に示すシフトペダル及びハウジングの関係例を示す斜視図である。
【図９】図９は、モーターとセンサーの関係例を示す断面図である。
【図１０】図１０は、トルクパターン（トルク・角度線図）の一例を示すグラフ図である。
【図１１】図１１は、実施例２のコントローラーの構成例を示すブロック図である。
【図１２】図１２は、図１１に示す制御ソフトウエアの構成例を示すブロック図である。
【図１３】図１３は、制御トルクを算出する情報処理の一例を示すフローチャートである。
【図１４】図１４は、表示操作部の表示例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００８８】
τ 操作トルク
θ 回転角
Kd(θ) トルク・角度特性
８ 基盤
１０ 操作姿勢保持部
１２ シート
１４ ハンドル
１６ フレーム
１７ リアサス穴
１８ 燃料タンク
２０ 実機部品支持部
２２ 操作部
２３ アクセルレバー
２４ センサー
２８ コントローラー
２９ 記憶部
３０ アクチュエーター
３２ ハウジング
３４ 操作量
３５ 操作入力データ
３６ 提示力パターン
３８ 提示力信号
３９ 制御トルク信号
４０ モーターシャフト
４２ モーター
４４ 回転軸
４８ 表示操作部
５４ スピーカー
６０ トルクセンサー
６２ シフトレバー
７０ 振動発生部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、力覚を提示する技術分野に関連し、特に、回転運動の力覚を提示する力覚提示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
オペレーターが操作するグリップ、レバー、ハンドル、グローブ、医療器具などの操作部に力覚を提示することで、データの入力や、シミュレーションや、仮想空間での仮想的又はコンピュータネットワークを介した接続先での実物の操作部の操作が行われている。
操作部に力覚を提示するには、ユーザの操作による力に対して、操作部の位置や角度に応じて対象物に力を与える。このため、力覚提示装置は、操作部の位置や角度や操作のトルクを測定するセンサー（群）と、このセンサーの測定値に応じて提示する力の強さ及び方向を計算するコントローラーと、このコントローラーの制御に応じて操作部に力を与える駆動部とを備える。駆動部は、駆動機構と、例えばモーター等のアクチュエーターとを有する。
【０００３】
ところで、近時、四輪や二輪の移動体では、運転者（操作者）による各種操作部（ハンドル、アクセルペダル、ブレーキレバー、ギアシフトレバー、クラッチレバー等）の操作量や操作速度に応じて様々な電子制御がなされるようになっている。また、オペレーターの操作に関する官能評価（フィーリング）も、より重視されている。
このため、（１）オペレーターがどのような操作をするか、（２）オペレーターの操作に関する感覚はどうか、（３）操作の感覚と実機の部品の諸元との関係はどうか、（４）評価の高い操作の感覚を提示するためにどう設計するか、（５）一定の操作感を提示しつつ部品を合理化することが可能か、等の正確な情報に対するニーズが高まっている。
【０００４】
実機の操作部にトルクセンサーや加速度センサーを装備することで、操作者がどのような操作をするかについてのデータを得ることはできる。しかし、操作に対する感覚を評価するには、絶対的な評価ではなく、少なくとも２種類の操作を比較させる評価の方が、正確で精密な測定となる。重量感、音の高低、色味、より情緒的な感覚など、人間の感性は同一条件で比較をすることで、より精度良く測定できる。従って、統計的に官能評価試験を行い、その結果を設計やシミュレーションに用いるには、まず、異なる対象に対する同一条件での比較という検査が求められる。
【０００５】
実機の操作部の操作自体や操作感のデータを得るには、実機を操作する際の当該操作部に実機と同様の力（荷重やトルク等の提示力）が与えられていなければ、正確な操作がなされない。この荷重は、操作部の位置（及び速度）に応じて変化する。例えば、ブレーキであれば、握り始めという操作部の位置では軽く、より強くブレーキをかける際には重くなる、というパターンを持つ。この点、実機を用いれば、操作部に正確なパターンを与えることができる。しかし、官能評価試験のためには異なる対象の比較が必要であり、実機で操作感を比較するには、２種類の実機を用意するか、部品を取り替える時間の待機が必要となる。すると、操作の感覚が残っている状態での比較試験を行うことが極めて難しい。音や色の刺激との比喩では、刺激提示の後、時間をおいてしまうか、不必要な他の刺激にさらされてしまった後に、比較対象の刺激提示をすることとなってしまう。
【０００６】
特許文献１及び２には、仮想物体に応じた力覚を操作グリップに提示しつつ三次元データの入力を促す手法が開示されている。この手法では、データの切り替えにより仮想物体を切り替えて、異なる仮想物体に応じてオペレーターがどのような操作をするかについてのデータを得ることができる。しかし、これらの文献に開示される操作部は、主にペン型のグリップであり、そのまま実機に応じたモデルに適用することができない。
特許文献３には、ギアシフトペダルの操作感覚を実車におけるギアシフト・フィーリングに近づけるように工夫されているが、構成部品を交換しなければギアシフトの操作感のパターンを変更することはできないため、操作感を比較する測定には適さない。
【０００７】
【特許文献１】特許第3534147号公報
【特許文献２】特開2000-246680号公報
【特許文献３】特開2006-347289号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
移動体等の操作部の操作がどのようになされるかについて、実機を用いてデータ収集をしようとする場合、次の点が課題となる。
1. 現に存在するパターンの提示しかできず、構成部品の様々な組み合わせによるパターンのパラメーターを設定することが困難である。
2. 構成部品の組替え作業に時間がかかるため、官能評価試験の精度が低下し、かつ、試験に時間を要する。
3. 同一条件（日時や乗車姿勢など）での官能評価試験の実施が難しい。
【０００９】
また、従来の力覚提示装置は、移動体等の実機の操作部に適用することが想定されていない。
［課題１］このように、上記従来例では、移動体の操作部がどのように操作されるのか、実機や仮想的な操作感のパターンを提示しつつ測定することができない、という不都合があった。
［課題２］また、操作部に異なるパターンを与えて、操作の感覚（フィーリング）の比較試験（例えば、同一条件でのSD法や一対比較法）を精度良く実施することができない、という不都合があった。
［課題３］上記より、移動体の操作部に対する操作感を定量化し、設計や、パネリスト（例えばテストライダー）の評価のばらつき低減や、マーケティングに活用することができない、という不都合があった。
【００１０】
［発明の目的］本発明の目的は、操作感の異なるパターンを提示しつつ操作入力データや操作感の評価データを収集することのできる力覚提示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
［着眼点］本発明の発明者は、力覚提示装置を精度良く動作させる技術的知見から、移動体の操作部のパターンを力覚提示装置で提示できる、という点に着目した。そして、特に、力覚提示により操作感のパターンを変化させることで、同一条件での操作入力データの収集や、極めて精度の高い官能評価試験が可能ではないか、との着想に至った。
【００１２】
［課題解決手段１］実施例１に対応する第１群の本発明は、移動体の操作者の操作姿勢を保持する操作姿勢保持部と、この操作姿勢保持部を支持すると共に、当該操作姿勢保持部の位置に応じて配置した前記移動体の実機部品を支持する実機部品支持部と、前記操作姿勢で前記操作者が手又は脚で操作可能な位置に配置される操作部と、前記操作部の操作量３４を測定するセンサーと、当該操作量に応じて予め定められた提示力パターンでの提示力を算出するコントローラーと、前記提示力に応じて前記操作部に力覚を提示するアクチュエーターとを備えた、という構成を採っている。
これにより、上記技術的課題１，２及び３を解決した。
提示力は、操作者から操作部に与えられる力に抗する力で、操作部の操作位置（や速度）に応じて変化する。この変化が提示力パターンである。そして、提示力は力[N]又はトルク[N・m]であり、提示力がトルクである場合（例えば実施例２）には、提示力パターンをトルクパターンともいう。
【００１３】
［課題解決手段２］ 実施例２に対応する第２群の本発明は、基盤と、二輪車用のシート及びハンドルを支持する前記基盤に装着された実機部品支持部と、モーターを支持する前記基盤に装備されたハウジングと、このハウジング内に装着され、モーターシャフトを有し、所定の制御トルク信号に応じたトルクを当該モーターシャフトに与えるモーターと、前記モーターシャフトに取り付けられ当該モーターシャフトに与えられる外部からの操作トルクを測定するトルクセンサーと、前記トルクセンサーに取り付けられ前記モーターシャフトを回転軸として回転する前記二輪車のシフトレバーと、このシフトレバーの回転角を測定するエンコーダーとを備えている。
さらに、課題可決手段２は、前記操作トルクと、前記回転角と、予め定められたトルクパターンとに応じて前記シフトレバーへの前記トルク（制御トルクu）を算出して、当該制御トルク信号を前記モーターに伝達することで、当該シフトレバーに力覚を提示制御するコントローラーを備えた、という構成を採っている。
これにより、上記技術的課題１、２及び３を解決した。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、本明細書の記載及び図面を考慮して各請求項記載の用語の意義を解釈し、各請求項に係る発明を認定すると、各請求項に係る発明は、上記背景技術等との関連において次の有利な効果を奏する。
【００１５】
［発明の作用効果１］ 課題解決手段１の実機部品支持部が実機部品を支持し、操作姿勢保持部が操作者の操作姿勢を保持する。そして、センサーが、操作部への操作量を測定し、コントローラーは、この操作量に応じて予め定められた提示力パターンでの提示力を算出する。そして、アクチュエーターが、前記操作部に、算出した提示力に応じた力覚を提示する。例えば、アクチュエーターは算出された提示力を目標値としてこの目標値に追従するように力覚を提示する。このため、操作者には、操作部を操作すると、実機と同種で種々の提示力パターンのうちの一つの力覚が提示され、操作部の操作量の限界や、操作感覚などを感じ取ることができる。そして、力覚を提示しつつ、センサーが操作量を測定しているため、この力覚提示に応じた操作量の変化（操作のパターン）を記録し、また、官能評価試験のために操作者の評価等を得ることもできる。
【００１６】
［発明の作用効果２］ 課題解決手段２では、シフトレバーの回転軸をモーターで駆動することによって、シフトレバーに任意のギアシフト操作の提示力パターンを提示する。従って、ギアシフトの機構の入れ替えをせずに、提示力パターンを変化させることで、異なる機構による操作感を短時間で切り替えて提示することができる。このため、一対比較等を用いた官能評価試験を短時間で安定して行うことができる。そして、シフトレバーをモーターの回転軸に直結しているため、フィーリングの違和感を発生させずに官能評価試験を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
発明を実施するための最良の形態として、２つの実施例を開示する。実施例１は力覚提示装置であり、実施例２は図６等に示す自動二輪シフトシミュレーターである。実施例１及び２を含めて実施形態という。
【実施例１】
【００１８】
＜1. 回転運動の力覚提示＞
＜1.1 シート位置と操作部の配置関係＞
まず、本実施形態の実施例１を開示する。
図１を参照すると、力覚提示装置は、操作姿勢保持部１０と、実機部品支持部２０と、操作部２２と、センサー２４と、コントローラー２８と、アクチュエーター３０とを備えている。
操作姿勢保持部１０は、移動体の操作者の操作姿勢を保持する。図１に示す例では、操作姿勢保持部１０は、自動二輪のシート１２と、ハンドル１４とを備えている。自動二輪では、シート１２とハンドル１４とで、操車者（ライダー）の操作姿勢を保持する。本実施形態では、操作姿勢保持部１０として、実機部品を使用することができる。
【００１９】
実機部品支持部２０は、操作姿勢保持部１０を支持すると共に、当該操作姿勢保持部１０の位置に応じて配置した前記移動体の実機部品を支持する。図１に示す例では、実機部品は、例えば、シート１２や、ハンドル１４の他、フレーム１６や、燃料タンク１８や、ミラー、メーター、ライト等である。実機部品支持部２０は、基盤８上に配備され、前輪側と後輪側のフレーム１６を支持する。後輪側では、実機にてリヤサスペンションが取り付けられる左右一対のリアサス穴１７を支持に用いると、実機部品をバランス良く支持することができる。また、実機部品支持部２０の長手方向の長さ（図中上下方向）を調整することで、操作姿勢を実機での高さと同一とすることができる。例えば、図１等に示す例では、実機部品支持部２０の長さを、リヤサスペンション等の沈み込みを勘案した高さとした。また、基盤８の下面に複数のキャスター３１を装着することで、力覚提示装置全体を容易に移動可能とすることができる。
【００２０】
操作部２２は、操作者により操作される対象であると共に、力覚を提示する対象である。操作部２２は、前記操作者が前記操作姿勢で手又は脚で操作可能な位置に配置される。操作部２２は、図３に示す例では、自動二輪のシフトレバー６２であり、図４に示す例では電動車のアクセルレバー２３である。その他、操作部２２を、移動体の運転を操作するためのハンドル、アクセルペダル、アクセルレバー、ブレーキレバー、ギアシフトレバー、クラッチレバー、MTシフトレバー等としても良い。
【００２１】
センサー２４は、前記操作部２２の操作量３４を測定する。操作部２２が回転動作するシフトレバー６２やアクセルレバー２３等である場合には、センサー２４は、操作荷重を測定するトルクセンサー６０と、回転角度を測定するエンコーダー６６とを備えると良い（図９，図１１）。MTシフトレバー等の場合には、センサー２４は、回転中心点からの三次元の操作量３４を測定する。センサー２４は、測定した操作量３４をコントローラー２８に送信する。この操作量３４の時間変化は、当該力覚を提示しつつ操作者が操作した操作入力データ３５となる。操作入力データ３５は、例えば、操作部２２の回転角θ、回転角θの時間変化（θの時間微分）、操作トルクτなどの時系列のデータである。
【００２２】
コントローラー２８は、当該操作量３４に応じて予め定められた提示力パターン３６での提示力を算出する。そして、アクチュエーター３０は、この提示力に応じて前記操作部２２に力覚を提示する。提示力パターン３６は、提示する力覚毎に予め作成し、記憶部２９に格納する。提示力は力又はトルクとすると良い。コントローラー２８は、提示する力覚に応じた提示力パターン３６を読み出し、この提示力パターン３６と操作量とに応じた提示力を算出し、提示力信号３８をアクチュエーター３０に送信する。
【００２３】
操作部２２がシフトレバー６２等の単一の回転軸４４での回転操作による場合には、アクチュエーター３０をモーター４２とすることができる。この場合、モーター４２の種類に応じて、コントローラー２８は、モーター４２の駆動電流や、駆動パルスを提示力信号３８（実施例２では、制御トルクu）として、送信する。
【００２４】
このように、本実施例での力覚提示装置は、提示力パターン３６を切り替えると、他の実機部品等を変更することなく、異なる力覚を提示することができる。すると、操作姿勢を保ちつつ２つの操作感を比較する一対比較法を適用することが可能となり、官能評価試験等の精度と信頼性とを格段に向上させることができる。
【００２５】
図２に示すように、モーター４２等のアクチュエーター３０は、ハウジング３２に装備させるとよい。ハウジング３２は、シフトレバー６２等の操作部２２と、モーター４２等のアクチュエーター３０を実機部品と干渉させずに支持する。また、シフトペダルの高さを調整するために、ハウジング台３３を備えている。
【００２６】
図３に示すように、ハウジング３２を説明のために取り除くと、モーター４２は、実機部品であるフットレスト６３及び脚台プレート６４の位置に応じて配置されている。モーター４２は、モーターシャフト４０を有し、センサー２４と、操作部２２であるシフトレバー６２（操作部２２）とが取り付けられている。脚台プレート６４の一部には、モーターシャフト４０と干渉しないように、切り欠き６５を設けている。
【００２７】
図４及び図５に示すように、力覚提示装置として、電動車を用いることもできる。電動車は、操作者（運転者）が操作部２２であるアクセルレバー２３を押し下げると進み、放すと電磁ブレーキがかかる。ここでは、このアクセルレバー２３の操作感を提示するために、モーター４２をアクセルレバー２３の回転軸４４に配置して、力覚を提示する。図４及び５に示す例では、実機部品支持部２０についても実機部品を使用しているが、力覚提示の目的に応じて、車輪を外して基盤８に装備し、図１等に示すパイプ型の実機部品支持部２０を採用するようにしても良い。
【００２８】
図１から図５に示す例では、操作部２２に力覚を提示しつつ、操作量３４をデータとして記憶部２９に格納すると、様々な局面に応じて操作者がどのように操作部２２を操作するのかの操作入力データ３５を記録することができる。また、力覚を提示しつつ操作を促し、その操作感の評価を手書きの評価シート等に記入してもらうことで、官能評価試験を行うことができる。
【００２９】
・1.1 シート位置と操作部の配置関係の効果
上述のように、本実施例では、操作部２２を、操作姿勢で前記操作者が手又は脚で操作可能な位置に配置し、操作姿勢保持部１０が、移動体の操作者の操作姿勢を保持しつつ、アクチュエーター３０が、操作量３４に応じて予め定められた提示力パターン３６に応じて当該操作部２２に力覚を提示する。
従って、提示力パターン３６のデータを切り替えることで、複数種類の力覚を同一の操作姿勢のまま提示することができる。これにより、乗り降りや、部品交換時間の待機を要することなく、複数種類の操作感を提示することができる。このため、操作感の評価を評価シート等へ手書記入してもらうことで、一対比較法等の統計的手法により官能評価試験をすることができる。また、提示力パターン３６に応じて力覚を提示した状態での操作量３４を測定するため、この操作入力データ３５を記録することで、提示する力覚に応じた実際の操作量３４を定量的に取り扱うことが可能となる。そして、この操作入力データ３５についても、同一の操作姿勢で待機時間なく操作を行うことができるため、異なる力覚を提示した際の操作入力データ３５の比較を精度良く測定することができる。
【００３０】
＜1.2 モーターシャフト直結＞
再度図２から図５を参照すると、好適な実施例では、モーターシャフト４０を、操作部２２の回転軸４４に直結する。すなわち、この例では、前記操作部２２が、前記手又は脚で回転操作される回転軸４４を有する。そして、アクチュエーター３０が、モーター４２を備えている。さらに、モーター４２の前記モーターシャフト４０に、前記操作部２２の前記回転軸４４を直結する。
【００３１】
回転軸４４は、図２及び図３に示す例では、自動二輪のシフトレバー６２の回転軸４４であり、図４及び図５に示す例では、電動車のアクセルレバー２３の回転軸４４である。
【００３２】
・1.2 モーターシャフト直結の効果
操作部２２の回転軸４４をモーターシャフト４０に直結すると、モーター４２と操作部２２との間に伝達系を介在させる必要がなくなり、機構が簡易となる他、力覚の提示に際して余分な質量及び慣性モーメントの影響が発生せず、力覚提示を正確に行うことができる。
【００３３】
＜1.3 シート位置と表示操作部の配置関係＞
再度図１及び図４を参照すると、好適な実施例では、操作姿勢で目視可能で入力操作可能な位置に、表示操作部４８を配置する。そして、この表示操作部４８が、前記提示力パターン３６に応じて官能評価試験の試験項目を表示すると共に、前記操作者によって入力される評価データ５０を前記コントローラー２８に送信する。
【００３４】
表示操作部４８は、例えば、タッチパネルとして、ボタン等のGUI（グラフィカル・ユーザ・インタフェース）の表示データ５２を表示し、操作者（ライダー、ドライバー）の操作を受け付けると良い。すると、表示制御する表示データ５２の内容を変更させることで、複数の提示力パターン３６のうちの一つの選択や、順次の選択を促す時系列の制御が可能となる。また、評価データ５０についても、評価シート等への手書きを要せず、表示操作部４８への入力により、力覚提示した提示力パターン３６を特定した評価データ５０として記録することができる。
【００３５】
特に、図１及び図４に示すように、表示操作部４８を、移動体のハンドル１４のほぼ中心でサイドミラーより低い高さに配置したため、操作者が通常の操作姿勢にて目視でき、操作姿勢を変更せずに操作することができる。このため、操作部２２に力覚提示をして操作を促しつつ、その操作の感覚を最大限残したまま、提示力パターン３６の選択操作や、評価データ５０の入力操作をすることができる。
【００３６】
・1.3 シート位置と表示操作部の配置関係の効果
上述したように、表示操作部４８を操作姿勢のまま入力可能な位置に配置したため、操作姿勢を変更せずに評価データ５０の入力をすることができる。従って、力覚提示する操作部２２への操作感を残したまま、提示力パターン３６を変化させる評価の精度を高めることができる。例えば、提示中の提示力パターン３６の番号等を表示操作部４８に表示し、操作者の操作により任意に切り替えることができるようにすると、提示している力覚の比較をより確実に行うことができるようになり、すると、二種類の提示力パターン３６を順次提示して比較させる一対比較法による官能評価試験の精度を格段に向上させ、安定させることができる。
【００３７】
＜1.4 スピーカーの配置＞
再度図１及び図４を参照すると、好適な実施例では、前記操作部２２の操作による前記移動体の音源箇所の近傍に、スピーカー５４を配置し、前記コントローラー２８が、前記操作量３４及び前記提示力パターン３６に応じて予め定められた音信号５６を前記スピーカー５４に出力する。
【００３８】
図１に示す自動二輪では、シフトレバー６２である操作部２２とアクチュエーター３０の近傍にスピーカー５４を配置している。そして、シフトレバー６２の操作によって機械音が発生する音源は、図示しないギアシフト機構であり、スピーカー５４は、操作者の聴覚を起点としてこのギアシフト機構の方向上に配置すると良い。
そして、コントローラー２８は、ギアシフト機構が機械音を発するタイミングを提示力パターン３６と関連させ、操作量３４に応じて音信号５６をスピーカー５４に出力する。例えば、ギアシフト機構で変速が完了するデフのかみ合い音を出力する場合、提示力パターン３６での変速完了時点と、操作部２２（シフトレバー６２）の回転角θ等の操作量３４とが一致した際に、当該音信号５６を出力する。音信号５６は、提示力パターン３６がモデル化した実機に応じて予め録音しておいても良いし、複数の録音データを合成させることで作成しても良い。
【００３９】
図４及び図５に示す電動車では、アクセルレバー２３の操作に応じて電動車のモーター音が変化する。コントローラー２８は、アクセルレバー２３の操作量３４に応じて、電動車両のモーター音に相当する音信号５６をスピーカー５４に出力すると良い。この場合、コントローラー２８は、音信号５６の出力制御に際して、アクセルレバー２３の回転軸４４での回転角θのみならず、アクセルレバー２３に加えられる操作荷重も使用すると良い。この場合、アクセルレバー２３を離し、電磁ブレーキがかかる状態の音を回転角θに依存せずに出力制御することができる。
【００４０】
・1.4 スピーカーの配置の効果
上述のように、提示力パターン３６に応じた操作量３４に音出力を同期させることで、実機の操作感をより高めることができる。そして、実機の音源近くにスピーカー５４を配置することで、モーターシャフト４０を操作部２２の回転軸４４に直結させ、操作部２２の機構を実機とは異なる構成としても、実機操作の再現性を高めることができる。これにより、官能評価試験の条件を実機と同様とし、操作入力データ３５の信頼性をより高めることができる。
【００４１】
＜1.5 適用実機[手操作、脚操作]＞
本実施例は、力覚提示する操作部２２の例として、脚で操作する自動二輪のシフトレバー６２（図３）や、手で操作する電動車（図５）を開示した。上述のように、本実施例は、回転動作をする操作部２２であれば、単一のモーター４２による力覚提示を行いやすい。このため、本実施例を適用可能な実機は数多くある。
【００４２】
脚操作するものとしては、自動二輪では、シフトペダルや、ブレーキ・ペダルがある。ブレーキ・ペダルの操作感や操作入力データ３５を測定できると、アンチロックブレーキの制御の開発や、デュアル・コンバインド・ブレーキシステムの開発に有用な情報を得ることができる。
【００４３】
四輪車では、脚操作するものとして、アクセルペダル、ブレーキ・ペダル、パーキング・ブレーキ・ペダルなどがある。アクセルペダルの操作入力データ３５を測定できると、オートマティック・トランスミッションの開発や、主なドライバー層の相違に応じたアクセルペダルの重みの設計などに有用な情報を得ることができる。さらに、力覚を提示しつつアクセルペダルの操作入力データ３５を測定できると、燃料の使用量の少ない操作を学習するためのシミュレーション装置等の開発をすることができる。
ブレーキ・ペダルについても、自動二輪と同様に、様々な開発に有用な情報を得ることができる。
マニュアル・トランスミッションのクラッチ・ペダルに力覚を提示し、操作入力データ３５を得ることができれば、クラッチ・ペダルの操作感の官能評価試験を行うことができる。また、様々な局面に応じたクラッチ・ペダルの操作入力データ３５は、半クラッチが作動する状況等の設計に役立てることができる。
パーキング・ブレーキの操作入力データ３５は、例えば、ドライバー層の相違に応じた操作量３４の相違を定量化するために、「全力で」「急いで」等の用語に応じた操作を促し、その操作入力データ３５を操作者の筋力や反応速度等により定量的に分類することができる。
【００４４】
手操作するものとして、自動二輪では、ハンドルや、ブレーキレバーがある。ブレーキレバーの操作入力データ３５の有用性は、ブレーキレバーの場合と同様である。
また、四輪で手操作するものとして、ハンドル、パーキング・ブレーキ、シフトノブなどがある。さらに、全地形対応車（ATV）や船外機のギアシフトの官能評価試験に適用することができる。
さらに、ギアシフトチェンジを機械的に行わないシフト機構（シフト・バイ・ワイヤーなど）のギアシフト操作の提示力パターン３６を任意に設定できる装置として応用が可能である。
【００４５】
・1.5適用実機[手操作、脚操作]の効果
・回転動作する移動体の操作部２２をモーターにより力覚提示するため、任意の操作感（提示力パターン３６）を提示することができ、提示力パターン３６を変更することで同一の条件で異なる操作感を提示することができる。このため、移動体の手操作又は脚操作の制御により、シフトペダルに任意のシフト操作荷重を提示できる。
・ギアチェンジ感覚を瞬時に切り替えられるため、同一条件での一対比較が可能となる。
【実施例２】
【００４６】
＜2. シフトシミュレーター＞
次に、実施例２を開示する。実施例２では、自動二輪のギアシフトのフィーリング（操作感）を定量化するための自動二輪シフトシミュレーターを開示する。
自動二輪のギアシフト・フィーリングを定量化するための方策として、重さや節度感など、ギアシフトのフィーリングを表す評価語の評点を収集して、重回帰式等を作成することが考えられる。このフィーリング評価語の重回帰式を作成するためには、複数の操作者（パネリスト）が、複数の提示力パターン３６のギアシフトをそれぞれ操作してフィーリング評価語に評点を与えることで官能評価試験を行い、この評点を統計的手法によりデータ処理しなければならない。
以下、実施例２では、自動二輪のシフトレバーという回転のみの操作部２２を対象とするため、提示力をトルクといい、提示力パターン３６をトルクパターン３７という。
このように、重回帰式を作成するためにはギアシフト・フィーリング官能評価試験を行う必要がある。しかし、実際の車両を用いて官能評価試験を行う場合、以下のような不便さが課題となる。
【００４７】
１．任意のトルクパターン３７を作成し提示することができない。
ミッション構成部品の組み合わせによるギアシフト操作のトルクパターン３７の設定は困難である。ギアシフトカムプレート、ストッパスプリング、リターンスプリング等のミッション構成部品の諸元を変更するとトルクパターン３７に影響する物理パラメーターが変化するが、それらは一対一に対応していない。このため、ミッション構成部品の諸元の組み合わせによってトルクパターン３７を任意の値変化に設定することは非常に困難である。
【００４８】
２．官能評価試験の所要時間が増大し評価精度が低下する。
ミッション構成部品を組替えようとしても、その作業に時間がかかるため、官能評価試験に時間がかかってしまう。すなわち、官能評価試験時には多数のギアシフト操作のトルクパターン３７について評価を行う必要があるが、ギアシフト操作のトルクパターン３７を変更するためにはミッション構成部品の組替える必要がある。ミッション構成部品の組替え作業にはかなりの時間を要するため、結果的に官能評価試験の所要時間が長くなってしまう。
【００４９】
３．官能評価試験に際して同一条件を精度良く再現することができない。
構成部品の組み替えによる場合、同一条件（日時や乗車姿勢など）でギアシフト操作のトルクパターン３７を判定することができない。すなわち、一台の車両で官能評価試験を行う場合、ミッション構成部品の組替えによって判定を行う日時が異なることや、組付け誤差の影響により、同じ条件でギアシフト操作のトルクパターン３７を判定することはできない。車両を二台以上用意できる場合でも、乗車姿勢が同一でないことや、ミッション構成部品以外の車両間差の影響が問題となる。また、一対比較試験の場合には、乗降を行う際に直前の操作フィーリングが薄れてしまうといった問題もある。
【００５０】
この実施例２では、実際の車両を使用する官能評価試験の上記不都合を改善するため、モーター４２を用いた力覚提示の応用を提案する。図６に示す例はスタンダードタイプの自動二輪車のシフトシミュレーターであり、図７に示す例はクルーザー（アメリカン）タイプの自動二輪車のシフトシミュレーターである。本実施例２による自動二輪シフトシミュレーターは、図６及び図７に示すように、基盤８と、二輪車用のシート１２及びハンドル１４等を支持する前記基盤８に装着された実機部品支持部２０と、モーター４２を支持する前記基盤８に装備されたハウジング３２とを備えている。
そして、自動二輪シフトシミュレーターは、ハウジング３２内に装着され、モーターシャフト４０を有し、所定の制御トルク信号３９に応じたトルクを当該モーターシャフト４０に与えるモーター４２と、制御トルク信号３９をモーター４２に出力するコントローラー２８とを備えている。コントローラー２８は、前記操作トルクτと、前記回転角θと、予め定められたトルクパターン３７とに応じて前記シフトレバー６２への制御トルクを算出して、当該制御トルク信号３９を前記モーター４２に伝達することで、当該シフトレバー６２に力覚を提示制御する。
【００５１】
また、図６及び図７に示す例では、シート１２、ハンドル１４、燃料タンク１８、シフトレバー６２、フットレスト６３等は実車と同等の部品を使用可能とし、必要に応じて実機補強部２１により補強しつつ、実機部品支持部２０で支持している。また、シート１２の高さは設計上の１名乗車時の高さとなるように設定した。これらによって、実車との差異が軽減される。そして、官能評価試験を様々な場所で行えるように、キャスター３１を取り付けて容易に移動できるようにした。
【００５２】
実施例２では、モーター４２が、制御トルク信号３９に応じたトルクをモーターシャフト４０に与えるため、予め定められたトルクパターン３７に応じた制御トルクをシフトレバー６２（操作部２２）に提示することができ、これにより、構成部品と同様な操作感を提示することができる。しかも、制御トルク信号３９のパターンを変化させることで、構成部品を変化させることなく、異なる機種や仮想的な機種の操作感を切り替えながら提示することができる。このため、シフトレバー６２の操作感を対象とする官能評価試験に際して、精度の高い一対比較法を適用することができる。
【００５３】
また、実施例１と同様に、図６及び図７に示すように、通常の乗車姿勢にて操作可能な位置に表示操作部４８を設置しても良い。表示操作部４８は、操作感（トルクパターン３７）の選択操作を受け付けて、官能評価試験での評価値の入力や、提示中のトルクパターン３７の番号等の表示をする。通常の乗車姿勢で操作可能な位置に表示操作部４８を配置することで、同一条件化での一対比較官能評価試験（2種類のギアシフト操作のトルクパターン３７を比較して、各シフトフィーリング評価語について感じ方の違いを判定する等）が可能となる。
【００５４】
＜2.1 シフトレバー回転軸直結＞
図８を参照すると、自動二輪シフトシミュレーターは、ハウジング３２内に装備されモーターシャフト４０を回転させるモーター４２と、モーターシャフト４０に取り付けられ当該モーターシャフト４０に与えられる外部からの操作トルクτを測定するトルクセンサー６０とを備えている。トルクセンサー６０の測定値は出力端子６１を介してコントローラー２８に送信される。また、シフトレバー６２には、シフトレバー６２の回転角θを測定するエンコーダー６６を装着する（図９）。そして、シフトレバー６２は、モーターシャフト４０に取り付けられ前記モーターシャフト４０を回転軸４４として回転する。シフトレバー６２の回転軸４４は、モーター４２及びモーターシャフト４０の回転軸４４である。
【００５５】
図９に示すように、実施例２では、シフトレバー６２の回転軸４４部分をDDモーター４２のモーターシャフト４０の外側部４０Aに直結する。このシャフト部４０Aの他端にモーターシャフト４０の軸への操作トルクτを測定するトルクセンサー６０を挿入する。トルクセンサー６０は測定した操作トルクτを出力する出力端子６１を有している。DDモーター４２は、ステーター８４と、ステーター８４に対して回転するローター８２とを備えており、ローター８２はモーターシャフト４０の内側部４０Bと一体として回転する。
【００５６】
このモーターシャフト４０の外側部４０Aと内側部４０Bとはベアリング８０で回動可能に支持されており、シフトレバー６２、外側部４０A、トルクセンサー６０、内側部４０B及びローター８２が一体として回転する。トルクセンサー６０は、回転した状態を基準としてその回転角θでの操作トルクτを測定する。さらに、シフトレバー６２を直結する反対側のモーターシャフト４０端にはシャフトの回転角θを測定するエンコーダー６６を取り付ける。この取り付けのために、カップリング８６を用いると良い。
そして、DDモーター４２はサーボドライバ７４（図１１）によって駆動される。サーボドライバ７４はDDモーター４２のステーター８４に流れる電流を外部から入力される指令値（制御トルクu）に追従させることによって、DDモーター４２の出力を制御する。
【００５７】
また、モーターシャフト４０の内側部４０Bにはねじ穴があり、シフトレバー６２とネジ４１により接合している。内側部４０Bに方向を定める切り欠き部を設け、複数種類のシフトレバー６２にも対応する突起部を設定すると、このネジ４１によるネジ止めのみでシフトレバー６２を取り替えることができる。
【００５８】
・2.1 シフトレバー回転軸直結の効果
上述のように、シフトレバー６２の回転軸４４をDDモーター４２で駆動することによって、シフトレバー６２に任意のギアシフト操作のトルクパターン３７を提示することができる。これにより、ギアシフトの機構の入れ替えをせずに、トルクパターン３７を変化させることで、異なる機構による操作感を短時間で切り替えて提示することができる。すなわち、ギアシフト操作のトルクパターン３７を外部から瞬時に変更できるようにすることで、同一条件化での一対比較法による官能評価試験を安定して短時間に行うことができる。
【００５９】
また、シフトレバー６２の回転軸４４とモーター４２の回転軸４４が一致しない場合には、ギアや歯付きベルト等を用いてモーター４４の出力トルクをシフトレバー６２の回転軸４４に伝達しなければならなくなる。そして、トルク伝達の際にはバックラッシが発生するため、操作者が体感するギアシフト操作荷重にバックラッシの影響が含まれることになってしまう。このように、回転軸４４を一致させない場合には、機構が複雑になり、さらに、ギアシフト・フィーリングに違和感が発生する可能性が大きくなり、官能評価試験の精度に悪影響をもたらす。この点、本実施例２ではシフトレバー６２の回転軸４４とモーター４２の回転軸４４とを一致させているため、フィーリングの違和感を発生させない。
【００６０】
＜2.2実機操作の再現性＞
再度図６、図７を参照すると、実施例２によるギアシフト・フィーリングの官能評価試験では、次のような操作を再現することができる。
１．ギアシフト操作音を提示する場合
実車ではギアシフトチェンジ時に、ギアのドッグが噛合う音が発生する。DDモーター４２ではこのような音は発生しないため、ギアシフトチェンジの角度に合わせて実車に相当する音をスピーカー５４から発生させることで、操作感の力覚のみならず、聴覚への刺激を制御することができ、官能評価試験時の音による影響が軽減される。
再度図６を参照すると、スピーカー５４は、モーター４２の近傍に配置すると良い。コントローラー２８は、操作量３４（例えば回転角θ）とトルクパターン３７とに応じた音信号５６をスピーカー５４に出力する。図６に示す例では２つのスピーカー５４を配備し、図７に示す例では１つのスピーカー５４を配備している。
【００６１】
２．ギアシフトショックを提示する場合
実車ではギアシフトチェンジ時に、クラッチ板の連結に伴う車体振動が発生する。シミュレーターを振動させるための振動発生部７０を取り付け、ギアシフトチェンジの角度に合わせて振動発生部７０を動作させることによってギアシフトショックを模擬することができる。
この例では、自動二輪シフトシミュレーターは、所定の振動発生信号６８に応じて前記シート１２及びハンドル１４を振動させる振動発生部７０を備えている。そして、前記コントローラー２８が、前記操作量３４と前記トルクパターン３７とに応じた振動発生信号６８を前記振動発生部７０に送信する。これにより、操作量３４（例えばモーターシャフト４０の回転角θ）に応じて実機を模した振動を提示することができる。
【００６２】
図６及び図７に示す例では、シート１２側（後輪側）の実機部品支持部２０に振動発生部７０を装着することで、操作者（ライダー）に良好な振動を提示することができる。さらに、図６に示す例では、実機部品支持部２０が、実機にてリヤサスペンションが取り付けられる左右一対のリアサス穴１７にて実機部品を支持するため、振動発生部７０にて発生した振動を実機部品の全体に実機と同様に伝達することができる。
【００６３】
３．スロットル開度やクラッチの切れを考慮する場合
走行状態では、ミッション構成部品の諸元に加え、スロットル開度やクラッチの切れによっての物理パラメーターが変化する。本実施例での自動二輪シフトシミュレーターでこれらを考慮するには、スロットルグリップ９８（もしくはスロットルワイヤー）およびクラッチレバー１００（もしくはクラッチケーブル）にポテンショメーター９６A，９６B等のセンサー２４を取り付けて（図１１）、スロットル開度やクラッチの切れを測定し、これらの情報を制御トルクの計算に用いても良い。
【００６４】
・2.2 実機操作の再現性
上述のように、スピーカー５４を配置してシフトレバー６２及びモーターシャフト４０の回転角θに応じた操作音を提示することで、官能評価試験にて提示する選択肢が増加し、より広範囲な評価をすることができる。また、振動発生部７０を用いる例では、クラッチ板の連結に伴う車体振動などを提示することで、DDモーター４２による力覚を用いつつ、より実機に近い操作感を提示することができる。
【００６５】
＜2.3 制御とその結果＞
トルクパターン３７は、シフトレバー６２等の操作部２２の操作量３４の関数である。操作部２２には機械的な抵抗力とバネ等による反発力が生じる。操作部２２は、例えば、操作完了となる直前の抵抗感を操作者に与え、また、バネの復元力により原点への復帰する。その操作部２２が操作者に提示する力の大きさを操作量３４に応じて調整する設計が試みられている。操作部２２のトルクパターン３７は、この操作部２２の位置及び状態に応じた操作部２２から操作者に提示されるトルク [N・m] であり、実機のトルクパターン３７を測定しても良いし、複数の実機の測定値から仮想的なトルクパターン３７を人工的に定義しても良い。
【００６６】
また、操作部２２がシフトレバー６２のように回転動作をする場合、トルクパターン３７はその回転角θの関数となる。図１０を参照すると、トルクパターン３７は、横軸をシフトレバー６２の回転角θ[deg]、縦軸をシフトレバー６２の操作トルクτ[N・m]とするトルク・角度線図である。各期間及び各時点の名称を次のように定義する。
q1: がた期間
q2: 変速前遊び期間
q3: 変速期間
q4: 変速後遊び期間
q5: 原点復帰期間
t1:リターンスプリング取付トルク点
t2: 変速開始点
t3: 変速完了点
t4:回転端
P0: 初期トルク
Pmax: ピークトルク
Pmin: 極小トルク
a: ピーク位相
【００６７】
シフトアップ／シフトダウン時（変速操作時）のトルクパターン３７Aにて、変速期間q3は、カムが作動する期間で、変速完了点t3に到達しなければ変速操作を中止することが可能である。回転端t4に到達してもリンク等の弾性変形により、シャフトは余分に回転する。シフトの戻り時（原点復帰時）のトルクパターン３７Bを点線で示す。
【００６８】
トルク・角度線図の縦軸は操作トルクτ [N・m] であるため、シフトレバー６２の回転軸４４から操作部分６２A,６２B(図３，図８)までの長さに依存する。従って、シフトレバー６２の種類毎にトルク・角度線図を準備する。また、トルク・角度線図の縦軸を荷重 [N]とし、シフトレバー６２の長さを別途管理しつつ制御トルクuの算出にて荷重をトルクに変換するようにしても良い。
【００６９】
図１１を参照すると、コントローラー２８は、トルクセンサー６０からの操作トルクτをデジタルデータに変換するA/Dボード９４Aと、エンコーダー６６からの信号をカウントしてシフトレバー６２の回転角θを測定するカウンタボード９２とを備えている。また、コントローラー２８は、前記操作トルクτと、前記回転角θと、予め定められたトルクパターン３７とに応じて前記シフトレバー６２への制御トルクを算出して、当該制御トルク信号３９（制御トルクu）を前記モーター４２に伝達することで、当該シフトレバー６２に力覚を提示するための制御をする。
図１１に示す例では、制御ソフトウエア９０が、シフトレバー６２への制御トルクを算出し、D/Aボード９５Aを介してサーボドライバ７４に制御トルク信号３９（制御トルクu）を送信し、サーボドライバ７４はこの制御トルク信号３９（制御トルクu）に応じてDDモーター４２を駆動する。
【００７０】
制御ソフトウエア９０には、記憶部２９が併設されている。この記憶部２９には、複数種類のトルクパターン３７や、制御トルク信号３９を算出するための算式データや、制御ソフトウエア９０用のプログラムデータや、必要に応じて、音信号５６や、振動発生信号６８を生成するための振動パターンを予め記憶する。
【００７１】
振動発生部７０を備える例では、制御ソフトウエア９０がD/Aボード９５Bを介して振動発生部７０に振動発生信号６８を伝達する。制御トルクuの算出に際して、スロットル開度やクラッチの切れ具合等の情報を用いる際には、スロットルグリップ９８とクラッチレバー１００との操作状態をポテンショメーター９６A，９６Bで測定し、A/Dボード９４B，９４Cを介して測定値を制御ソフトウエア９０に取り込む。
【００７２】
コントローラー２８は、モーターシャフト４０の操作トルクτやモーターシャフト４０の回転角θなどの情報に基づいて、サーボドライバ７４への指令となる制御トルクuの計算を行う。この制御トルクuは、DDモーターの制御トルクuとなる。制御トルクuは、インピーダンス制御を実現するためのトルクで、DDモーター４２のローター８２およびモーターシャフト４０の慣性を補償するためのトルクや、ギアシフト操作荷重を提示するためのトルクなどで構成される。ギアシフト操作のトルクパターン３７は外部からの信号によって瞬時に変更できるようにする。サーボドライバ７４はDDモーター４２のステーター８４に流れる電流を外部から入力される制御トルクuに追従させることによって、DDモーター４２の出力トルクを連続的にリアルタイム制御する。
【００７３】
制御トルクuは、実際のモーターの動特性を表す式（１）と、目標の動特性を表す式（２）とから、次式（３）により求めることができる。
【００７４】
【数１】
【００７５】
θ: ローター回転角（操作量の回転角θと同じ）
J: ローターの慣性モーメント
D: 粘性抵抗係数
τ: 外部から加えられるトルク（操作トルクτ）
u: 制御トルク（制御トルク信号３９）
Jd: 目標の慣性モーメント
Dd: 目標の粘性抵抗係数
Kd(θ): シミュレーターで提示するトルク・角度特性（トルクパターン３７に対応）
【００７６】
・実車の諸元を参考にして設定するパラメーター
目標の慣性モーメントJd、目標の粘性抵抗係数Ddは、実車の諸元を参考として予め設定する。これらは任意の値に設定することができるが、実車のギアシフト機構のシフトレバー６２の回転軸４４まわりの等価慣性モーメントおよび実車のシフトレバー６２の回転軸４４の位置からJdを計算（設定）することにより、DDモーター４２の回転軸４４の動特性を実車のシフトレバー６２の回転軸４４まわりの動特性に近づけることができます。実車のシフトレバー６２の回転軸４４まわりの粘性抵抗はほとんど無いため、Ddは可能な限り小さくすることが好ましい。しかし、Jd、DdがJ、Dに対して小さ過ぎると制御が不安定になりやすくなってしまう。
【００７７】
・DDモーター４２により定まるパラメーター
モーター回転軸４４の慣性モーメントＪ、モーターの粘性抵抗係数Dは、DDモーター４２の特性により予め定まる。Jはモーターシャフト４０、DDモーター４２のローター８２、トルクセンサー６０及びシフトレバー６２のモーター回転軸４４まわりの慣性モーメントとの和である。DはDDモーター４２のステップ応答から予め概算可能である。
【００７８】
・事前に準備するトルク・角度特性（＝提示サンプル）
Kd（θ）は、官能評価試験等の検査目的に応じて予め準備する。Jd、Ddは定数であるが、Kdはθの関数である。Kd（θ）は、通常は実車のトルク・角度特性を参考にして設定する。しかし、実際には存在しないような特性に設定することも可能である。実車のトルク・角度特性は、リターンスプリングの取付トルクおよびバネ定数、ストッパスプリングの取付トルクおよびバネ定数、ギアシフトカムプレートの形状等によって定まる。
本実施例の自動二輪シミュレーターのシフトレバー６２を取り替えた場合には、モーター回転軸４４の慣性モーメントJを変更する。モーター回転軸４４とシフトペダルの距離が変わる場合には、Kd（θ）も変更する。ギアシフトレバーの回転軸４４の位置が異なる2種類の実機を想定する場合には、Jd、Kd（θ）を変更する。
【００７９】
【数２】
【００８０】
制御トルクuの計算に必要な角速度ωはエンコーダー６６等のセンサー２４から直接得られないため、式４等により回転角θの時間微分を計算することによって求めている。提示するトルクパターン３７をnで識別すると、式（３）は式（５）となり、トルクパターン３７の番号がｎであるトルク・角度特性（Kdn(θ)）に応じて、制御トルクunを算出することができる。
【００８１】
図１２を参照すると、制御ソフトウエア９０は、トルク・角度特性算出部１０４と、微分計算部１０６と、インピーダンス計算部１０８とを備えている。トルク・角度特性算出部１０４は、表示操作部４８等からの入力に応じて提示するトルクパターン３７を特定し、当該トルクパターン３７であるトルク・角度線図を記憶部２９から読み出して、カウンタボード９２から入力される回転角θに応じたトルク・角度特性（Kdn(θ)）を算出し、インピーダンス計算部１０８に送信する。微分計算部１０６は、回転角θの変化（角速度ω）を求めるために、式（４）等により回転角θの時間微分を算出し、インピーダンス計算部１０８に角速度ω送信する。インピーダンス計算部１０８は、トルク・角度特性（Kdn(θ)）と角速度ωと定数（J, Jd, D, Dd）とから、式（５）により制御トルクunを求め、この制御トルクunをD/Aボード９５Aに送信する。サーボドライバ７４は、DDモーター４２のステーター８４に流れる電流をこの制御トルクunに追従させることによって、DDモーター４２の出力を制御する。
【００８２】
図１３を参照すると、制御モードの際に（ステップS１）、制御トルクu（制御トルク信号３９）を算出し、制御モード以外では、制御トルクuを０に設定する（ステップS２）。制御モード中であれば、操作トルクτと回転角θとが入力され（ステップS３）、微分計算部１０６が角速度ωを計算し（ステップS４）、インピーダンス計算部１０８が制御トルクuを計算し（ステップS５）、制御トルクuを出力する。
【００８３】
ステップS２では、まず、ライダーがシフトレバー６２を操作すると、シフトレバー６２が回転する。この回転角θをエンコーダー６６が測定し、カウンタボード９２がデジタル値の回転角θに変換する。また、この回転角θの状態でシフトレバー６２に制御トルクuに応じた力覚が提示されている。ライダーがギアシフトチェンジ等の操作を継続するには、この制御トルクを超えるトルクでシフトレバー６２を操作する。この操作のトルクをトルクセンサー６０が測定し、この操作トルクτはA/Dボード９４Aがデジタルデータに変換する。この操作トルクτと回転角θとの測定及び入力はリアルタイムで継続して行われる。そして、ステップS３では、微分計算部１０６が、角速度ωを算出する。ステップS４では、インピーダンス計算部１０８が、制御トルクuを算出する。
【００８４】
図１４を参照すると、表示操作部４８は、表示データ５２を表示する表示操作画面１１０を備えている。表示操作部４８を液晶等によるタッチパネルディスプレイとし、コントローラー２８が表示データを生成すると良い。表示操作画面１１０は、パターン切り替えボタン１１２A，１１２Bと、フィーリング評価語表示１１４と、評価選択ボタン１１６とを備えている。また、上部中央に「パターンAを表示中」と、現在提示中のトルクパターン３７をライダーに表示している。
ライダーは、２つのパターンAとBとを順次切り替えて操作し、Aの操作感とBの操作感を比較する。人間の感覚は、絶対値を求めるよりも比較する方が違いに関する精度が高い。ライダーは、Aの操作感とBの操作感とを比較して、重さを評価する。すなわち、ライダーは、「同じ」、「やや」、「かなり」、「非常に」という７段階の評価から一つの評価を選択し、評価選択ボタン１１６を用いて入力する。例えば、トルクパターン３７がAのパターンとトルクパターン３７がBのパターンとの評価を比較して、Aがかなり重いという評価結果（評価スコア）であれば、当該重さの欄の「-2」と表示された評価選択ボタン１１６をクリックする。この評価選択ボタン１１６の操作結果が、評価データ５０となる。
【００８５】
また、表示内容を変化させて、ある特性を提示し、「今の特性の○○感を3点とします」等の表示をすることで、パネリスト（テストライダー）間の評価のばらつきを低減させることもできる。
【００８６】
・2.3 制御とその結果の効果
上述したように、モーター制御により、シフトレバー６２に任意のシフト操作荷重を提示することができる。そして、ダイレクトドライブモーター４２の使用により、減速機構によって生じる違和感を排除することが。さらに、インピーダンス制御により、ローター８２の慣性によって生じる違和感が軽減される。 このように、ノイズ的な要素を除外して本質的な官能検査を行うことができる。すなわち、求めたい要因を浮き彫りにする官能評価試験を計画し、実行することができる。
そして、ギアチェンジ感覚を瞬時に切り替えられるため、同一条件での一対比較が可能となる。また、ギアシフト機構の部品を特定した段階で試作をしなくとも、想定されるトルクパターン３７を設定することで、シフトレバー６２の操作感を評価することができる。さらには、存在しない部品の組み合わせによる力覚提示が可能で、目的に応じた官能検査の計画を立てやすい。そして、一定条件下での安定した官能評価を低コストでかつ短期間に検査することができる。
また、精度の高い官能評価試験の蓄積により、逆に、テストライダーのトレーニングに応用可能である。例えば、実車を用いた走行試験時にはギアシフト・フィーリングの確認も行われ、テストライダーにはテスト車両の絶対的な評価が要求される。この点、本実施例によるシミュレーターを用いることで、テストライダー間のばらつきを低減し、その評価値の差を軽減することができ、また、ばらつきを統計的に取り扱うことが可能となるため、厳密な信頼区間等の算出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】図１は、本実施形態の構成例を示す説明図である。
【図２】図２は、アクチュエーターをハウジング内に装備した一例を示す正面図である。
【図３】図３は、モーターと操作部等との関係例を示す斜視図である。
【図４】図４は、電動車のアクセルレバーを操作部とする一例を示す斜視図である。
【図５】図５は、図４に示すハンドル部分の一例を示す説明図である。
【図６】図６は、実施例２をスタンダードタイプの自動二輪車に適用した一例を示す説明図である。
【図７】図７は、実施例２をクルーザータイプの自動二輪車に適用した一例を示す説明図である。
【図８】図８は、図７に示すシフトペダル及びハウジングの関係例を示す斜視図である。
【図９】図９は、モーターとセンサーの関係例を示す断面図である。
【図１０】図１０は、トルクパターン（トルク・角度線図）の一例を示すグラフ図である。
【図１１】図１１は、実施例２のコントローラーの構成例を示すブロック図である。
【図１２】図１２は、図１１に示す制御ソフトウエアの構成例を示すブロック図である。
【図１３】図１３は、制御トルクを算出する情報処理の一例を示すフローチャートである。
【図１４】図１４は、表示操作部の表示例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００８８】
τ 操作トルク
θ 回転角
Kd(θ) トルク・角度特性
８ 基盤
１０ 操作姿勢保持部
１２ シート
１４ ハンドル
１６ フレーム
１７ リアサス穴
１８ 燃料タンク
２０ 実機部品支持部
２２ 操作部
２３ アクセルレバー
２４ センサー
２８ コントローラー
２９ 記憶部
３０ アクチュエーター
３２ ハウジング
３４ 操作量
３５ 操作入力データ
３６ 提示力パターン
３８ 提示力信号
３９ 制御トルク信号
４０ モーターシャフト
４２ モーター
４４ 回転軸
４８ 表示操作部
５４ スピーカー
６０ トルクセンサー
６２ シフトレバー
７０ 振動発生部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体の操作者の操作姿勢を保持する操作姿勢保持部と、
この操作姿勢保持部を支持すると共に、当該操作姿勢保持部の位置に応じて配置した前記移動体の実機部品を支持する実機部品支持部と、
前記操作姿勢で前記操作者が手又は脚で操作可能な位置に配置される操作部と、
前記操作部の操作量を測定するセンサーと、
当該操作量に応じて予め定められた提示力パターンでの提示力を算出するコントローラーと、
前記提示力に応じて前記操作部に力覚を提示するアクチュエーターと、
を備えたことを特徴とする力覚提示装置。
【請求項２】
前記操作部が、前記手又は脚で回転操作される回転軸を有し、
前記アクチュエータ−が、モーターシャフトを有するモーターを備え、
前記モーターシャフトに、前記操作部の前記回転軸を直結した、
ことを特徴とする請求項１記載の力覚提示装置。
【請求項３】
前記操作姿勢で目視可能で入力操作可能な位置に、表示操作部を配置し、
この表示操作部が、前記提示力パターンに応じて官能評価試験の試験項目を表示すると共に、前記操作者によって入力される評価データを前記コントローラーに送信する、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の力覚提示装置。
【請求項４】
前記操作部の操作による前記移動体の音源箇所の近傍に、スピーカーを配置し、
前記コントローラーが、前記操作量及び前記提示力パターンに応じて予め定められた音信号を前記スピーカーに出力する、
ことを特徴とする請求項１，２又は３記載の力覚提示装置。
【請求項５】
基盤と、
二輪車用のシート及びハンドルを支持する前記基盤に装着された実機部品支持部と、
モーターを支持する前記基盤に装備されたハウジングと、
このハウジング内に装着され、モーターシャフトを有し、所定の制御トルク信号に応じたトルクを当該モーターシャフトに与えるモーターと、
前記モーターシャフトに取り付けられ当該モーターシャフトに与えられる外部からの操作トルクを測定するトルクセンサーと、
前記モーターシャフトに取り付けられ前記モーターシャフトを回転軸として回転する前記二輪車のシフトレバーと、
このシフトレバーの回転角を測定するエンコーダーと、
前記操作トルクと、前記回転角と、予め定められたトルクパターンとに応じて前記シフトレバーへの前記トルクを算出して、当該制御トルク信号を前記モーターに伝達することで、当該シフトレバーに力覚を提示制御するコントローラーと、
を備えたことを特徴とする自動二輪シフトシミュレーター。
【請求項６】
所定の振動発生信号に応じて前記シート及びハンドルを振動させる振動発生部を備え、
前記コントローラーが、前記操作量と前記トルクパターンとに応じた振動発生信号を前記振動発生部に送信する、
ことを特徴とする請求項５記載の自動二輪シフトシミュレーター。
【請求項１】
移動体の操作者の操作姿勢を保持する操作姿勢保持部と、
この操作姿勢保持部を支持すると共に、当該操作姿勢保持部の位置に応じて配置した前記移動体の実機部品を支持する実機部品支持部と、
前記操作姿勢で前記操作者が手又は脚で操作可能な位置に配置される操作部と、
前記操作部の操作量を測定するセンサーと、
当該操作量に応じて予め定められた提示力パターンでの提示力を算出するコントローラーと、
前記提示力に応じて前記操作部に力覚を提示するアクチュエーターと、
を備えたことを特徴とする力覚提示装置。
【請求項２】
前記操作部が、前記手又は脚で回転操作される回転軸を有し、
前記アクチュエータ−が、モーターシャフトを有するモーターを備え、
前記モーターシャフトに、前記操作部の前記回転軸を直結した、
ことを特徴とする請求項１記載の力覚提示装置。
【請求項３】
前記操作姿勢で目視可能で入力操作可能な位置に、表示操作部を配置し、
この表示操作部が、前記提示力パターンに応じて官能評価試験の試験項目を表示すると共に、前記操作者によって入力される評価データを前記コントローラーに送信する、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の力覚提示装置。
【請求項４】
前記操作部の操作による前記移動体の音源箇所の近傍に、スピーカーを配置し、
前記コントローラーが、前記操作量及び前記提示力パターンに応じて予め定められた音信号を前記スピーカーに出力する、
ことを特徴とする請求項１，２又は３記載の力覚提示装置。
【請求項５】
基盤と、
二輪車用のシート及びハンドルを支持する前記基盤に装着された実機部品支持部と、
モーターを支持する前記基盤に装備されたハウジングと、
このハウジング内に装着され、モーターシャフトを有し、所定の制御トルク信号に応じたトルクを当該モーターシャフトに与えるモーターと、
前記モーターシャフトに取り付けられ当該モーターシャフトに与えられる外部からの操作トルクを測定するトルクセンサーと、
前記モーターシャフトに取り付けられ前記モーターシャフトを回転軸として回転する前記二輪車のシフトレバーと、
このシフトレバーの回転角を測定するエンコーダーと、
前記操作トルクと、前記回転角と、予め定められたトルクパターンとに応じて前記シフトレバーへの前記トルクを算出して、当該制御トルク信号を前記モーターに伝達することで、当該シフトレバーに力覚を提示制御するコントローラーと、
を備えたことを特徴とする自動二輪シフトシミュレーター。
【請求項６】
所定の振動発生信号に応じて前記シート及びハンドルを振動させる振動発生部を備え、
前記コントローラーが、前記操作量と前記トルクパターンとに応じた振動発生信号を前記振動発生部に送信する、
ことを特徴とする請求項５記載の自動二輪シフトシミュレーター。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１０−１０８００９（Ｐ２０１０−１０８００９Ａ）
【公開日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２７６１９８（Ｐ２００８−２７６１９８）
【出願日】平成２０年１０月２８日（２００８．１０．２８）
【出願人】（０００００２０８２）スズキ株式会社 (3,196)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月２８日（２００８．１０．２８）
【出願人】（０００００２０８２）スズキ株式会社 (3,196)
【Ｆターム（参考）】
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