JP3733981B2 - リミッタ装置及びそれを用いたドライビングシミュレータ - Google Patents
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【発明の属する技術分野】
本発明は、回転体等の可動体に関して回転数等の移動速度に異常が発生したかどうかを検出するリミッタ装置に関する。また、そのリミッタ装置を用いたドライビングシミュレータに関する。
【0002】
【従来の技術】
CRTディスプレイ等といった表示装置にドライビング風景の映像を表示し、この映像を見ながらオペレータがハンドル操作を行い、そのハンドル操作に対応して表示装置上の映像を変化させるドライビングシミュレータは、従来より、広く知られている。このドライビングシミュレータでは、ハンドル操作に対する臨場感を高めるために、ハンドルがオペレータによって操作されて左方向又は右方向へ回されるときに、それに対応してハンドルに反力を付与する必要がある。
【0003】
ハンドルに反力を付与するための装置として、従来、ハンドルの回転軸に反力用モータを連結し、その反力用モータによってハンドルの回転方向と反対の方向にトルクを加えてオペレータに反力を感じさせるようにした装置が知られている。この反力用モータを用いた反力付与装置に関しては、オペレータの安全を確保するため、何等かの理由で反力用モータが暴走してその回転軸が異常回転したときには、それを検知して何等かの安全策を採る必要がある。このような安全装置として、従来、ハンドルの回転速度を検出し、それが許容限界値を越えたときには、ドライビングシミュレータの主電源をOFFするようにした装置がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような安全装置をドライビングシミュレータに用いると、オペレータがハンドルを左右いずれかの方向へ瞬間的に勢い良く回したときに、安全装置が誤ってそれを反力用モータの異常回転として検出してしまい、ドライビングシミュレータが無意味に停止してしまうという問題があった。
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、暴走による異常動作と、激しい動作ではあるけれども異常動作ではない動作とを区別でき、しかもソフトウエアを必要としないリミッタ装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るリミッタ装置は、可動体の移動速度が許容限界を越えたかどうかを検出するリミッタ装置において、(1)可動体の移動速度に応じて信号を出力する移動速度検出手段と、(2)その移動速度検出手段の出力信号を一定の計測時間(ΔT1)毎に計数してその計数値が第1限界値を越えたときに信号を出力する第1カウンタと、(3)第1カウンタの出力信号を一定の計測時間(ΔT2)毎に計数してその計数値が第2限界値を越えたときに信号を出力する第2カウンタとを有することを特徴とする。
【0006】
「可動体」というのは、何等かの動作を行う物体のことであり、例えば、直線移動するスライダーや、回転移動する回転体等が考えられる。また、より具体的には、ドライビングシミュレータで用いられるハンドル及びそれに備えられた回転軸を可動体として考えることができる。
【0007】
「移動速度検出手段」としては、例えば、回転軸の回転に応じて一定周波数のパルス信号を出力するタコメータ・ジェネレータ等を用いることができる。「第1カウンタ」及び「第2カウンタ」は、例えば、いわゆるn進カウンタを用いて構成できる。このn進カウンタというのは、周知の通り、所定の計測時間内にn個以上のパルスを計数したときに信号を出力し、計数したパルスがn個を越えないときには信号を出力しない形式のカウンタである。
【0008】
本発明のリミッタ装置によれば、モータ等の動力源の暴走によってハンドル等の可動体が異常な高速度で長時間、連続して移動、例えば回転する場合には、第1カウンタから連続して信号が出力される。第2カウンタは、そのように第1カウンタから連続して出力される信号をカウントし、そのカウント値が限界値を越えたときに信号を出力する。この第2カウンタの出力信号に基づき、可動体の動作が異常であると判断できる。
【0009】
一方、可動体の動作が激しいもののそれが異常な動作ではない場合、例えば、ドライビングシミュレータにおいてオペレータがハンドルを左右いずれかの方向へ瞬間的に勢い良く回した場合等においては、第1カウンタから短時間の間、信号が出力されるが、その信号は暴走時のように長く連続するものではない。従って、この場合には、第2カウンタからは信号は出力されない。従って、可動体の動作は異常であるとは判断されない。このようにして、暴走による異常動作と、激しい動作ではあるけれども異常動作ではない動作とを区別する。また、その区別を、ソフトウエアを必要としない回路構成によって行う。
【0010】
上記のように、第1カウンタ及び第2カウンタは、いわゆるn進カウンタによって構成でき、その場合には、第1カウンタは計測時間(ΔT1)内のパルス数を計数してその計数値が第1限界値を越えたときにパルス信号を出力する。また、第2カウンタは計測時間(ΔT2)内のパルス数を計数してその計数値が第2限界値を越えたときに信号を出力する。
【0011】
より具体的にいえば、n進カウンタによって構成される第1カウンタ及び第2カウンタは、パルス信号を入力するクロック端子と、カウント値を初期値へ戻すためのトリガパルスを入力するクリア端子と、そして、信号を出力する出力端子とを有し、クリア端子にトリガパルスが入力されるまでのカウント数が第1限界値又は第2限界値を越えたときに出力端子からパルス信号を出力する。なお、第1カウンタの計測時間(ΔT1)及び第2カウンタの計測時間(ΔT2)に関しては、ΔT1<ΔT2に設定されるのが望ましい。
【0012】
次に、本発明に係るドライビングシミュレータは、(A)回転軸を有するハンドルと、(B)回転軸に連結された反力用モータと、(C)その反力用モータに接続されたリミッタ装置とを有する。そして、そのリミッタ装置は、(1)可動体の移動速度に応じて信号を出力する移動速度検出手段と、(2)その移動速度検出手段の出力信号を一定の計測時間(ΔT1)毎に計数してその計数値が第1限界値を越えたときに信号を出力する第1カウンタと、(3)第1カウンタの出力信号を一定の計測時間(ΔT2)毎に計数してその計数値が第2限界値を越えたときに信号を出力する第2カウンタとを有する。
【0013】
【発明の実施の形態】
(第1実施形態)
図1は、本発明に係るリミッタ装置及びドライビングシミュレータのそれぞれの実施形態を示している。まず、このドライビングシミュレータは、表示装置としてのCRT(Cathode Ray Tube)ディスプレイ1と、オペレータによって操作される可動体としてのハンドル2と、制御装置3とを含んで構成される。ハンドル2は回転軸2aを備え、その回転軸2aには減速器4が連結され、そして、その減速器4の入力軸にはカップリング6によって反力用モータ7の出力軸が連結される。
【0014】
制御装置3は、反力用モータ7に接続されたリミッタ装置8と、リミッタ装置8の動作を制御するモータ制御用CPU9と、ドライビングシミュレータの全般の制御を司るシミュレータ用CPU11と、反力用モータ7へ電力を供給する給電回路12と、そして、給電回路12から反力用モータ7へ流れる電流を計測する電流検出回路13とを含んで構成される。リミッタ装置8は、図2に示すように、反力用モータ7の出力軸に連結された移動速度検出手段としてのタコメータジェネレータ14及びリミッタ回路16を有する。
【0015】
タコメータジェネレータ14は、反力用モータ7の出力軸の回転に応じて一定周波数のパルス信号である回転パルスP1を出力する。リミッタ回路16は、n進カウンタ17及びm進カウンタ18を含んで構成される。これらのカウンタは、パルス信号を入力するクロック端子(CLK)と、カウント値を初期値へ戻すためのトリガパルスを入力するクリア端子(CLR)と、そして、信号を出力する出力端子(OUT)とを有する。
【0016】
n進カウンタ17に関しては、そのクロック端子(CLK)がタコメータジェネレータ14の出力端子に接続され、そのクリア端子(CLR)がモータ制御用CPU9の出力ポートに接続される。また、m進カウンタ18に関しては、そのクロック端子(CLK)がn進カウンタ17の出力端子(OUT)に接続され、そのクリア端子(CLR)がモータ制御用CPU9の出力ポートに接続され、そしてその出力端子(OUT)がモータ制御用CPU9の入力ポートに接続される。
【0017】
モータ制御用CPU9は、それに付属するメモリ19(図1参照)内に格納されたプログラムに従って、一定の時間間隔ΔT1でトリガパルスT1を出力し、そのトリガパルスT1はn進カウンタ17のクリア端子(CLR)に送られる。n進カウンタ17は、1つのトリガパルスT1が入力されてから次のトリガパルスT1が入力されるまでの時間間隔ΔT1の間、クロック端子(CLK)に入力される回転パルスP1を計数し、その計数値が第1限界値としての“n”に達したときに出力端子(OUT)にパルス信号P2を出力する。時間間隔ΔT1内のの間の計数値が“n”に達しない場合は、出力端子(OUT)にパルス信号P2が出力されることなく、次のトリガパルスT1によって計数値がクリアされる。
【0018】
また、モータ制御用CPU9は、上記の時間間隔ΔT1よりも長い時間間隔ΔT2でトリガパルスT2を出力し、そのトリガパルスT2はm進カウンタ18のクリア端子(CLR)に送られる。m進カウンタ18は、1つのトリガパルスT2が入力されてから次のトリガパルスT2が入力されるまでの時間間隔ΔT2の間、クロック端子(CLK)に入力されるn進カウンタ17の出力パルスP2を計数し、その計数値が第2限界値としての“m”に達したときに出力端子(OUT)にパルス信号P3を出力する。時間間隔ΔT2の間の計数値が“m”に達しない場合は、出力端子(OUT)にパルス信号P3が出力されることなく、次のトリガパルスT2によって計数値がクリアされる。
【0019】
図1において、シミュレータ用CPU11は、それに付属するメモリ21内に格納されたプログラムに従って演算を実行し、その演算結果に従ってCRTディスプレイ1の画面上に所定のドライビング風景を映し出す。オペレータは、そのドライビング風景を見ながらハンドル2を左右に回す操作を行う。ハンドル2が回されると、図2において、タコメータジェネレータ14からハンドル2の回転速度、すなわち回転数に応じた回転パルスP1が出力され、それがモータ制御用CPU9へ送られる。
【0020】
回転パルスP1を受け取ったモータ制御用CPU9は、その回転パルスP1のパルス数に応じて給電回路12(図1参照)を制御して反力用モータ7へ必要量の電流を供給する。この結果、反力用モータ7の出力トルクがハンドル2の回転軸に付加されて、ハンドル2を握るオペレータに反力として体感され、これにより、臨場感のあるドライビング操作を行うことが可能となる。反力用モータ7へ異常電流が流れたときには電流検出回路13を通してモータ制御用CPU9によってそれが検知され、給電回路12がOFF状態にセットされる。
【0021】
図2において、タコメータジェネレータ14から出力される回転パルスP1は、n進カウンタ17のクロック端子(CLK)にも送られる。n進カウンタ17のクリア端子(CLR)には、モータ制御用CPU9から一定時間ΔT1毎にトリガパルスT1が入力される。n進カウンタ17は、図3に示すように、1つのトリガパルスT1が入力されてから次のトリガパルスT1が入力されるまでの計測時間ΔT1の間、クロック端子(CLK)に入力された回転パルスP1を計数し、その計数値が第1許容限界値としての“n”を越えたときに、出力端子(OUT)からパルス信号P2を出力する。このn進カウンタ出力P2は、後段に接続されたm進カウンタ18のクロック端子(CLK)に入力される。
【0022】
m進カウンタ18のクリア端子(CLR)には、モータ制御用CPU9から一定時間ΔT2毎にトリガパルスT2が入力される。この計測時間ΔT2は、図3に示すように、n進カウンタの計測時間ΔT1よりも長い。m進カウンタ18は、1つのトリガパルスT2が入力されてから次のトリガパルスT2が入力されるまでの計測時間ΔT2の間、クロック端子(CLK)に入力されたn進カウンタ17の出力パルスP2を計数し、その計数値が第2許容限界値としての“m”を越えたときに、出力端子(OUT)からパルス信号P3を出力する。
【0023】
図3に示す例では、m進カウンタ18における第1回目の計測時間ΔT2内において、n進カウンタ17の計測時間ΔT1内での計数値が第1限界値“n”を越える回数は、m進カウンタ18の第2限界値“m”よりも少ない回数である。このような状態が発生するのは、オペレータがハンドル2を瞬間的に勢い良く回した場合のように、ハンドル2の回転数が瞬間的には高くなるが、その後は正常な回転数に戻る場合である。このような状態は、ドライビングシミュレータとしては異常な状態ではないので、特別な保護処理を実行する必要はない。また、このような場合に特別な保護処理、例えば、電源をOFF状態にすること等、を実行すると、かえってシミュレーション動作に支障が生じる。従って、この場合には、m進カウンタ18の出力端子(OUT)にはパルス信号P3は出力されない。
【0024】
一方、m進カウンタ18における第2回目の計測時間ΔT2内においては、n進カウンタ17の計測時間ΔT1内での計数値が第1限界値“n”を越える回数が、m進カウンタ18の第2限界値“m”よりも大きい回数となっている。このような状態が発生するのは、何等かの理由で反力用モータ7が暴走してその出力軸が異常回転し、その結果、ハンドル2も異常回転するときと考えられる。従ってこの場合には、m進カウンタ18の出力端子(OUT)にパルス信号P3が出力される。
【0025】
モータ制御用CPU9は、m進カウンタ18の出力端子(OUT)に出力パルスP3が現れると、それに基づいて給電回路12の動作を遮断して、反力用モータ7への給電を停止し、もって、ハンドル2の異常回転が継続することを禁止する。これにより、シミュレータ用CPU11によって実行されるメインのソフトウエアを用いることなく、ハンドル2の異常回転に対処できる。
【0026】
(第2実施形態)
図4は、本発明に係るリミッタ装置及びドライビングシミュレータの他の実施形態を示している。この実施形態が図1に示した先の実施形態と異なる点は、次の通りである。すなわち、図1の実施形態では、リミッタ装置8の出力、すなわち、m進カウンタ18(図2参照)の出力パルスP3をモータ制御用CPU9へ送り、モータ制御用CPU9によるコンピュータ処理によって給電回路12を遮断した。
【0027】
これに対し、図4に示す本実施形態では、リミッタ装置8の出力信号P3を直接に給電回路12に送り込み、その出力信号P3に基づいて給電回路12を直接に遮断する。これにより、コンピュータのソフトウエアとは全く無関係に、ハンドル2の異常回転に対処できる。なお、この実施形態では当然のことながら、モータ制御用CPU29によって実行されるコンピュータ処理の中には、リミッタ装置8の出力信号P3に基づいて給電回路12を遮断するという処理は含めなくても良い。
【0028】
(その他の実施形態)
以上、好ましい実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はその実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲に記載した技術的範囲内で種々に改変できる。
例えば、請求項1記載のリミッタ装置と上記の実施形態とを比較した場合には、上記の実施形態ではドライビングシミュレータで用いるハンドルが異常回転しているかどうかを判別するためにリミッタ装置を使用したが、ドライビングシミュレータ以外の任意の装置に対して本発明のリミッタ装置を使用できる。
また、上記の実施形態では、回転移動するハンドルを可動体と考えたが、直線移動する任意の物体を可動体として考え、その可動体の移動速度が許容限界を越えるか否かを判別するために本発明のリミッタ装置を使用することもできる。
【0029】
【発明の効果】
請求項1記載のリミッタ装置によれば、可動体の動作が激しいもののそれが異常な動作ではない場合、例えば、ドライビングシミュレータにおいてオペレータがハンドルを左右いずれかの方向へ瞬間的に勢い良く回した場合等においては、第1カウンタに出力信号が現れるものの、第2カウンタには出力信号は現れない。一方、モータ等の動力源の暴走によってハンドル等の可動体が異常な高速度で回転する等といった異常時には、第1カウンタから連続して信号が出力されるので、第2カウンタにも出力信号が現れる。この第2カウンタの出力信号に基づいて可動体の動作が異常であると判断できる。このようにして、暴走による異常動作と、激しい動作ではあるけれども異常動作ではない動作とを区別できる。
【0030】
また、その区別を、ソフトウエアを必要としない回路構成によって行うことができるので、ソフトウエアによる制御において、万が一、暴走が発生しても、可動体の異常移動を検出できる。
【0031】
請求項2記載のリミッタ装置によれば、パルス信号を用いて処理を行うので、安定した確実な制御を行うことができる。
【0032】
請求項3記載のリミッタ装置は、回路構成に関して全てをデジタル回路で構成できるので、電源変動及び電源ノイズに対して強い。
【0033】
請求項4及び請求項5記載のリミッタ装置によれば、ソフトウエアを用いない簡単な回路構成だけで、回転体の異常回転を確実に検出できる。
【0034】
請求項6記載のドライビングシミュレータによれば、ソフトウエアを用いない簡単な回路構成だけで、暴走によるハンドルの異常回転と、正常ではあるけれども非常に早いハンドルの回転とを安定して確実に検出できる。
【0035】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るリミッタ装置及びドライビングシミュレータの一実施形態の要部を示す機構及び制御ブロック図である。
【図2】図1の制御ブロック図の要部を示す制御ブロック図である。
【図3】図2に示す制御系の動作を説明するためのグラフである。
【図4】本発明に係るリミッタ装置及びドライビングシミュレータの他の実施形態の要部を示す機構及び制御ブロック図である。
【符号の説明】
1 CRTディスプレイ
2 ハンドル(可動体)
2a 回転軸
3 制御装置
4 減速器
6 カップリング
7 反力用モータ
14 タコメータ・ジェネレータ(移動速度検出手段)
17 n進カウンタ(第1カウンタ)
18 m進カウンタ(第2カウンタ)
P1 回転パルス
P2 n進カウンタ出力
P3 m進カウンタ出力
Claims (6)
- 可動体の移動速度が許容限界を越えたかどうかを検出するリミッタ装置において、
可動体の移動速度に応じて信号を出力する移動速度検出手段と、
その移動速度検出手段の出力信号を一定の計測時間(ΔT1)毎に計数してその計数値が第1限界値を越えたときに信号を出力する第1カウンタと、
第1カウンタの出力信号を一定の計測時間(ΔT2)毎に計数してその計数値が第2限界値を越えたときに信号を出力する第2カウンタと
を有することを特徴とするリミッタ装置。 - 請求項1記載のリミッタ装置において、
移動速度検出手段は可動体の移動速度に応じてパルス信号を出力し、
第1カウンタは計測時間(ΔT1)内のパルス数を計数してその計数値が第1限界値を越えたときにパルス信号を出力し、
第2カウンタは計測時間(ΔT2)内のパルス数を計数してその計数値が第2限界値を越えたときに信号を出力する
ことを特徴とするリミッタ装置。 - 請求項1又は請求項2記載のリミッタ装置において、第1カウンタ及び第2カウンタは、パルス信号を入力するクロック端子と、カウント値を初期値へ戻すためのトリガパルスを入力するクリア端子と、そして、信号を出力する出力端子とを有しており、
クリア端子にトリガパルスが入力されるまでのカウント数が第1限界値又は第2限界値を越えたときに出力端子からパルス信号を出力することを特徴とするリミッタ装置。 - 請求項1から請求項3のうちのいずれか1つに記載のリミッタ装置において、可動体は回転体であり、そして、移動速度検出手段は回転体の回転数に応じて信号を出力することを特徴とするリミッタ装置。
- 請求項1から請求項4のうちのいずれか1つに記載のリミッタ装置において、第2カウンタの計測時間(ΔT2)は第1カウンタの計測時間(ΔT1)よりも長いことを特徴とするリミッタ装置。
- 回転軸を有するハンドルと、回転軸に連結された反力用モータと、反力用モータに接続されたリミッタ装置とを有するドライビングシミュレータにおいて、上記リミッタ装置は、
回転軸の回転数に応じて信号を出力する移動速度検出手段と、
その移動速度検出手段の出力信号を一定の計測時間(ΔT1)毎に計数してその計数値が第1限界値を越えたときに信号を出力する第1カウンタと、
第1カウンタの出力信号を一定の計測時間(ΔT2)毎に計数してその計数値が第2限界値を越えたときに信号を出力する第2カウンタと
を有することを特徴とドライビングシミュレータ。
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