(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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２】
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３】
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４】
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５】
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。
【請求項６】
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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【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
【図１】
0003733981.tif 000002
【図２】
0003733981.tif 000003
【図３】
0003733981.tif 000004
【図４】
0003733981.tif 000005