特開 2024-85714 操作力予測装置、操作力予測方法および操作力予測プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024085714

(43)【公開日】2024-06-27

(54)【発明の名称】操作力予測装置、操作力予測方法および操作力予測プログラム

(51)【国際特許分類】

   G01L 5/22 20060101AFI20240620BHJP

   G01M 17/007 20060101ALI20240620BHJP

【ＦＩ】

G01L5/22

G01M17/007 H

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022200387

(22)【出願日】2022-12-15

(71)【出願人】

【識別番号】000157083

【氏名又は名称】トヨタ自動車東日本株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100101878

【弁理士】

【氏名又は名称】木下 茂

(72)【発明者】

【氏名】多々良 隆

(72)【発明者】

【氏名】井出 雄介

【テーマコード（参考）】

2F051

【Ｆターム（参考）】

2F051AA01

2F051BA07

(57)【要約】

【課題】設計段階においてバックドアの操作力を精度よく予測可能な操作力予測装置を提供する。
【解決手段】
本発明にかかる操作力予測システム１の制御部１１において、重力モーメント算出部２１は、バックドアの諸元情報および３Ｄ設計情報に基づいて重力によるモーメントを算出する。また、ダンパーモーメント算出部２２は、ダンパーステーの諸元情報および３Ｄ設計情報とドア開閉速度とＦ－Ｓ－Ｖ３Ｄマップに基づいて、ダンパーステーによるモーメントを算出する。また、差分算出部２３は、重力によるモーメントとダンパーステーによるモーメントとの差分値を算出する。そして、操作力算出部２４は、バックドアの３Ｄ設計情報に基づいて、ヒンジの回転中心とバックドアの操作部との間のモーメント長を計算し、当該モーメント長と上記差分値に基づいてバックドアの操作力を算出する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ヒンジを中心として開閉動作を行うダンパーステー付きのバックドアの操作力を予測する操作力予測装置において、
前記バックドアおよび前記ダンパーステーの重量や可動部の摩擦係数を含む諸元情報と、構成部品の座標を含む設計情報と、前記ダンパーステーの反力（荷重）、変位および速度の相関を示す３Ｄマップと、ドア開閉速度とを記憶するための記憶部と、
操作力を予測する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記記憶部から、前記バックドアに関する情報として、重量と前記ヒンジの摩擦係数と前記ヒンジの回転中心の座標と現時点の重心の座標とを読み出し、これらの情報に基づいて、前記バックドアの開き角度に対応した重力によるモーメントである第１のモーメントを算出する重力モーメント算出部と、
前記記憶部から、前記ダンパーステーに関する情報として、ボディ側取付位置の座標および現時点のバックドア側取付位置の座標と、ドア開閉速度と３Ｄマップと重量と両端部の摩擦係数とを読み出し、これらの情報に基づいて、前記バックドアの開き角度に対応した前記ダンパーステーによるモーメントである第２のモーメントを算出するダンパーモーメント算出部と、
前記第１のモーメントと前記第２のモーメントとの差分値を算出する差分算出部と、
前記記憶部から、前記ヒンジの回転中心の座標と現時点の前記バックドアの操作部の座標とを読み出し、これらの座標に基づいて前記ヒンジの回転中心と前記バックドアの操作部との間のモーメント長である操作力算出用モーメント長を計算し、当該操作力算出用モーメント長と前記差分値に基づいて、開き角度に対応した前記バックドアの操作力を算出する操作力算出部と、
を有する、
ことを特徴とする操作力予測装置。

【請求項2】

前記重力モーメント算出部は、
前記バックドアの重量に基づいて前記ヒンジでの抗力を計算し、当該抗力と前記ヒンジの摩擦係数に基づいて、前記ヒンジにおける摩擦力を計算し、
前記バックドアの重量と前記ヒンジにおける摩擦力に基づいて前記バックドアによる荷重を計算し、
前記バックドアによる荷重の計算と同時に、前記ヒンジの回転中心の座標と前記バックドアの現時点の重心の座標に基づいて、前記ヒンジの回転中心と前記バックドアの重心との間のモーメント長である第１のモーメント長を計算し、
その後、前記バックドアによる荷重と前記第１のモーメント長に基づいて前記第１のモーメントを計算する、
ことを特徴とする請求項１に記載の操作力予測装置。

【請求項3】

前記ダンパーモーメント算出部は、
前記ダンパーステーのボディ側取付位置の座標および現時点のバックドア側取付位置の座標に基づいて前記ダンパーステーの変位を計算し、
前記ダンパーステーの変位およびドア開閉速度に基づいて、３Ｄマップから前記ダンパーステーの反力を導出し、
前記ダンパーステーの重量と前記ダンパーステーの反力に基づいて、前記ダンパーステーの取付位置での抗力を算出し、当該抗力と前記ダンパーステーの両端部の摩擦係数に基づいて、前記ダンパーステーの取付位置での摩擦力を計算し、
前記ダンパーステーの反力と前記ダンパーステーの取付位置での摩擦力に基づいて前記ダンパーステーによる荷重を計算し、
前記ダンパーステーによる荷重の計算と同時に、前記ダンパーステーのボディ側取付位置の座標および現時点のバックドア側取付位置の座標に基づいて、前記ダンパーステーの両端部間のモーメント長である第２のモーメント長を計算し、
その後、前記ダンパーステーによる荷重と前記第２のモーメント長に基づいて前記第２のモーメントを計算する、
ことを特徴とする請求項２に記載の操作力予測装置。

【請求項4】

前記３Ｄマップは、前記ダンパーステーの反力が速度依存性を有することを示す情報、および、前記バックドアの開閉が切り替わるときの変位端部において当該ダンパーステーの反力が線形でないことを示す情報、を含む、
ことを特徴とする請求項１、２または３に記載の操作力予測装置。

【請求項5】

ヒンジを中心として開閉動作を行うダンパーステー付きのバックドアの操作力を予測する操作力予測装置による操作力予測方法であって、
前記バックドアおよび前記ダンパーステーの重量や可動部の摩擦係数を含む諸元情報と、構成部品の座標を含む設計情報と、前記ダンパーステーの反力（荷重）、変位および速度の相関を示す３Ｄマップと、ドア開閉速度とを記憶部に記憶する記憶ステップと、
操作力を予測する制御ステップと、
を含み、
前記制御ステップは、
前記記憶部から、前記バックドアに関する情報として、重量と前記ヒンジの摩擦係数と前記ヒンジの回転中心の座標と現時点の重心の座標とを読み出し、これらの情報に基づいて、前記バックドアの開き角度に対応した重力によるモーメントである第１のモーメントを算出する重力モーメント算出ステップと、
前記記憶部から、前記ダンパーステーに関する情報として、ボディ側取付位置の座標および現時点のバックドア側取付位置の座標と、ドア開閉速度と３Ｄマップと重量と両端部の摩擦係数とを読み出し、これらの情報に基づいて、前記バックドアの開き角度に対応した前記ダンパーステーによるモーメントである第２のモーメントを算出するダンパーモーメント算出ステップと、
前記第１のモーメントと前記第２のモーメントとの差分値を算出する差分算出ステップと、
前記記憶部から、前記ヒンジの回転中心の座標と現時点の前記バックドアの操作部の座標とを読み出し、これらの座標に基づいて前記ヒンジの回転中心と前記バックドアの操作部との間のモーメント長である操作力算出用モーメント長を計算し、当該操作力算出用モーメント長と前記差分値に基づいて、開き角度に対応した前記バックドアの操作力を算出する操作力算出ステップと、
を含み、
前記バックドアが全閉の状態から上方へ回転動作を開始し一旦全開の状態となるまで前記制御ステップにおける各ステップを繰り返し実行し、その後、前記バックドアが全開の状態から下方へ回転動作を開始し再度全閉の状態となるまで前記制御ステップにおける各ステップを繰り返し実行する、
ことを特徴とする操作力予測方法。

【請求項6】

ヒンジを中心として開閉動作を行うダンパーステー付きのバックドアの操作力を予測する操作力予測装置として動作するコンピュータにより実行される操作力予測プログラムであって、
制御部が、請求項５に記載の操作力予測方法の各ステップ、
をコンピュータに実行させることを特徴とする操作力予測プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ダンパーステー付きのバックドアの操作力を予測する操作力予測装置、操作力予測方法および操作力予測プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、自動車の品質や性能を判断する要素の一つとして、人が自動車を操作するときの操作性（感覚）が着目されている。たとえば、自動車のドアハンドル、フロントおよびリアのドアやスライドドア、バックドア、トランクリッド、ボンネット等、人が直接操作する操作部については、その操作力が品質や性能を判断する上での重要な要素となる。そして、所望の操作性を有する操作部を効率よく設計するためには、何らかの方法で操作力を測定する必要がある（下記特許文献１～３参照）。

【0003】

たとえば、操作部の１つであるバックドアの操作力を測定する方法として、手動でバックドア（実機）を開閉することにより開き角度に対応する荷重を測定する方法が従来から知られている（従来の操作力測定方法）。

【0004】

具体的には、自動車のバックドア（実機）の下端に荷重計をセットし、所定の速度でバックドアを繰り返し開閉（たとえば全開全閉を複数回にわたり繰り返す）することにより、荷重計から得られる荷重をそのときの開き角度に対応付けてプロットする。図１２は、バックドアの開き角度（ｄｅｇ）に対する操作力（Ｎ）の一例を示す図である。図１２において、バックドアを開くときは、まず、バックドアを手前側に引っ張り（引張）、特定の角度で上から押さえ始め（圧縮）、最上部付近で軽く上に押す（引張）ことで全開させる。一方、バックドアを閉じるときは、最上部から下方に押し続けて全閉させる。この動作を複数回にわたり繰り返すことによって、図１２に示す形状の実機における操作力を得ることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０２２－２４７１４号公報

【特許文献2】特開２００１－１３０２１号公報

【特許文献3】特開２０１４－１５３２６６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

一方で、操作性を考慮したバックドアの設計を行う際には、従来から、市販ソフトを利用して作成された操作力算出モデル（アルゴリズム）を用いて操作力を算出し、その結果に基づいてダンパーステーの仕様を決定している。具体的にいうと、この操作力算出モデルは、たとえば、バックドアの開き角度、ジオメトリー、重量、重心、ダンパーステーのＦ－Ｓ特性（荷重変位特性）等の情報を入力し、算出結果（予測値）として、開き角度に対する操作力を出力する。

【0007】

そして、ダンパーステーの仕様を決定した後、バックドアを作製する工程において、上記で決定した仕様のダンパーステーを発注し、さらに、実車でダンパーステー（実機）が搭載されたバックドアの操作力を評価する。たとえば、上述した従来の操作力測定方法で操作力を測定する。

【0008】

しかしながら、従来の操作力算出モデルにおいては、ダンパーステーの可動部の摩擦力やダンパーステーの速度依存性を考慮したものではないため、実機を用いて評価した操作力と、上記操作力算出モデル（エクセルツール）による予測値との間に大幅なずれ（操作力の幅や、閉じるときの操作力の最大値等）が生じるケースが多くみられた（図１２参照）。そして、このようなケースにおいてはダンパーステーの設計変更が必要となり、さらにはこの設計変更によりコストが増大する、という課題があった。すなわち、従来のバックドアの設計においては、操作力算出モデルを用いた操作力の算出精度（予測精度）について改善の余地がある。

【0009】

本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであって、設計段階においてバックドアの操作力を精度よく予測可能な操作力予測装置、操作力予測方法および操作力予測プログラムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明にかかる操作力予測装置は、ヒンジを中心として開閉動作を行うダンパーステー付きのバックドアの操作力を予測する操作力予測装置であって、バックドアおよびダンパーステーの重量や可動部の摩擦係数を含む諸元情報と、構成部品の座標を含む設計情報と、ダンパーステーの反力（荷重）、変位および速度の相関を示す３Ｄマップと、ドア開閉速度とを記憶するための記憶部を備えることとし、さらに、操作力を予測する制御部を備えることとした。

【0011】

そして、制御部は、記憶部から、バックドアに関する情報として、重量とヒンジの摩擦係数とヒンジの回転中心の座標と現時点の重心の座標とを読み出し、これらの情報に基づいて、バックドアの開き角度に対応した重力によるモーメントである第１のモーメントを算出する重力モーメント算出部と、記憶部から、ダンパーステーに関する情報として、ボディ側取付位置の座標および現時点のバックドア側取付位置の座標とドア開閉速度と３Ｄマップと重量と両端部の摩擦係数とを読み出し、これらの情報に基づいて、バックドアの開き角度に対応したダンパーステーによるモーメントである第２のモーメントを算出するダンパーモーメント算出部と、第１のモーメントと第２のモーメントとの差分値を算出する差分算出部と、記憶部から、ヒンジの回転中心の座標と現時点のバックドアの操作部の座標とを読み出し、これらの座標に基づいてヒンジの回転中心とバックドアの操作部との間のモーメント長である操作力算出用モーメント長を計算し、当該操作力算出用モーメント長と差分値に基づいて、開き角度に対応したバックドアの操作力を算出する操作力算出部と、を有することを特徴とする。

【0012】

本発明にかかる操作力予測装置によれば、可動部の摩擦係数やダンパーステーの反力（荷重）、変位および速度の相関を考慮した操作力予測が可能となるため、設計段階において、バックドアの操作力を精度よく予測することができる。

【0013】

また、本発明にかかる操作力予測装置において、重力モーメント算出部は、バックドアの重量に基づいてヒンジでの抗力を計算し、当該抗力とヒンジの摩擦係数に基づいて、ヒンジにおける摩擦力を計算する。つぎに、バックドアの重量とヒンジにおける摩擦力に基づいてバックドアによる荷重を計算する。また、バックドアによる荷重の計算と同時に、ヒンジの回転中心の座標とバックドアの現時点の重心の座標に基づいて、ヒンジの回転中心とバックドアの重心との間のモーメント長である第１のモーメント長を計算する。その後、バックドアによる荷重と第１のモーメント長に基づいて上記第１のモーメントを計算する。

【0014】

また、本発明にかかる操作力予測装置において、ダンパーモーメント算出部は、ダンパーステーのボディ側取付位置の座標および現時点のバックドア側取付位置の座標に基づいてダンパーステーの変位を計算する。つぎに、ダンパーステーの変位およびドア開閉速度に基づいて、３Ｄマップからダンパーステーの反力を導出する。つぎに、ダンパーステーの重量とダンパーステーの反力に基づいて、ダンパーステーの取付位置での抗力を算出し、当該抗力とダンパーステーの両端部の摩擦係数に基づいて、ダンパーステーの取付位置での摩擦力を計算する。つぎに、ダンパーステーの反力とダンパーステーの取付位置での摩擦力に基づいてダンパーステーによる荷重を計算する。また、ダンパーステーによる荷重の計算と同時に、ダンパーステーのボディ側取付位置の座標および現時点のバックドア側取付位置の座標に基づいて、ダンパーステーの両端部間のモーメント長である第２のモーメント長を計算する。その後、ダンパーステーによる荷重と第２のモーメント長に基づいて上記第２のモーメントを計算する。

【0015】

さらに、本発明にかかる操作力予測装置において、上記３Ｄマップは、ダンパーステーの反力が速度依存性を有することを示す情報、および、バックドアの開閉が切り替わるときの変位端部において当該ダンパーステーの反力が線形でないことを示す情報、を含むことが望ましい。

【0016】

また、本発明にかかる操作力予測方法は、ヒンジを中心として開閉動作を行うダンパーステー付きのバックドアの操作力を予測する操作力予測装置による操作力予測方法であって、バックドアおよびダンパーステーの重量や可動部の摩擦係数を含む諸元情報と、構成部品の座標を含む設計情報と、ダンパーステーの反力（荷重）、変位および速度の相関を示す３Ｄマップと、ドア開閉速度とを記憶部に記憶する記憶ステップを含むこととし、さらに、操作力を予測する制御ステップを含むこととした。

【0017】

そして、制御ステップは、記憶部から、バックドアに関する情報として、重量とヒンジの摩擦係数とヒンジの回転中心の座標と現時点の重心の座標とを読み出し、これらの情報に基づいて、バックドアの開き角度に対応した重力によるモーメントである第１のモーメントを算出する重力モーメント算出ステップと、記憶部から、ダンパーステーに関する情報として、ボディ側取付位置の座標および現時点のバックドア側取付位置の座標とドア開閉速度と３Ｄマップと重量と両端部の摩擦係数とを読み出し、これらの情報に基づいて、バックドアの開き角度に対応したダンパーステーによるモーメントである第２のモーメントを算出するダンパーモーメント算出ステップと、第１のモーメントと第２のモーメントとの差分値を算出する差分算出ステップと、記憶部から、ヒンジの回転中心の座標と現時点のバックドアの操作部の座標とを読み出し、これらの座標に基づいてヒンジの回転中心とバックドアの操作部との間のモーメント長である操作力算出用モーメント長を計算し、当該操作力算出用モーメント長と差分値に基づいて、開き角度に対応したバックドアの操作力を算出する操作力算出ステップと、を含み、バックドアが全閉の状態から上方へ回転動作を開始し一旦全開の状態となるまで制御ステップにおける各ステップを繰り返し実行し、その後、バックドアが全開の状態から下方へ回転動作を開始し再度全閉の状態となるまで制御ステップにおける各ステップを繰り返し実行することを特徴とする。

【0018】

本発明にかかる操作力予測方法によれば、可動部の摩擦係数やダンパーステーの反力（荷重）、変位および速度の相関を考慮した操作力予測が可能となるため、設計段階において、バックドアの操作力を精度よく予測することができる。

【0019】

さらに、本発明にかかる操作力予測プログラムは、ヒンジを中心として開閉動作を行うダンパーステー付きのバックドアの操作力を予測する操作力予測装置として動作するコンピュータにより実行される操作力予測プログラムであって、制御部が、上述した操作力予測方法の各ステップをコンピュータに実行させることを特徴とする。

【発明の効果】

【0020】

本発明にかかる操作力予測装置によれば、設計段階においてバックドアの操作力を精度よく予測することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】図１は、本発明にかかる操作力予測装置として動作するコンピュータのハードウェア構成例を示す図である。

【図2】図２は、制御部の機能を示す機能ブロック図である。

【図3】図３は、操作力予測処理の一例を示すフローチャートである。

【図4】図４は、バックドアのシミュレーションモデルとして動作する機構解析モデルの概念を示す模式図である。

【図5】図５は、バックドア開閉の原理を示す模式図である。

【図6】図６は、操作力を予測する際に特に考慮した点を示す図である。

【図7】図７は、Ｆ－Ｓ－Ｖ３Ｄマップの一例を示す図である。

【図8】図８は、時間（ｓ）に対するバックドアの開き角度（ｄｅｇ）の推移を示す図である。

【図9】図９は、重力によるモーメントの算出処理を詳細に示すフローチャートである。

【図10】図１０は、ダンパーステーによるモーメントの算出処理を詳細に示すフローチャートである。

【図11】図１１は、本発明にかかる操作力予測装置により得られた予測値（操作力）の評価結果を示す図である。

【図12】図１２は、バックドアの開き角度（ｄｅｇ）に対する操作力（Ｎ）の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明にかかる操作力予測装置、操作力予測方法および操作力予測プログラムの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。また、本願の明細書および図面において、同様に説明することが可能な要素については、同一の符号を付すことにより重複説明を省略する場合がある。

【0023】

＜構成＞
図１は、本発明にかかる操作力予測装置として動作するコンピュータのハードウェア構成例を示す図である。本実施形態の操作力予測装置１は、自動車のバックドアの操作力を予測する処理（以下、操作力予測処理と呼ぶ。）を行うホストコンピュータとして動作する。

【0024】

図１において、操作力予測装置１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）およびＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等で構成される制御部１１と、ＲＯＭ（Read Only Memory），ＲＡＭ（Random Access Memory）等の各種メモリを含む記憶部１２と、キーボードおよびマウス等のユーザインタフェースを含む入力部１３と、印刷やスキャン等の入出力処理を行うインタフェース（Ｉ／Ｆ）部１４と、ディスプレイである表示部１５と、所定のネットワークを介して外部と通信を行う通信部１６とを備える。なお、図１では、キーボードおよびマウス等のユーザインタフェースを含む入力部１３を備えることとしたが、本実施形態の操作力予測装置１は、これに限るものではなく、表示部１５にタッチパネルの機能を持たせることによって、入力部１３を設けない構成、または入力部１３と併用する構成としてもよい。

【0025】

図１において、制御部１１は、本実施形態の操作力予測装置１による操作力予測処理を実現するために、たとえば、自動車のバックドアの操作力を予測する操作力予測プログラムを実行する。記憶部１２は、本実施形態の操作力予測処理にかかるプログラム（操作力予測プログラム）および各種情報（重量や摩擦係数（バックドア、ダンパーステー）、ヒンジの回転中心の座標、ダンパーステーの取付位置（ボディ側）の座標、Ｆ－Ｓ－Ｖの３Ｄマップ等）や、処理の過程で得られた各種データ（バックドアの開き角度、操作部の座標、重心の座標、ダンパーステーの取付位置（バックドア側）の座標、各種モーメント長、モーメント等）等を記憶する。制御部１１では、記憶部１２に記憶されている各種プログラムを読み出すことにより、本実施形態の操作力予測処理を実行する。なお、記憶部１２は、内部メモリに限るものではなく、たとえば、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）やＳＤメモリ等の外部記憶媒体であってもよいし、また、内部メモリおよび外部記憶媒体（ＤＶＤやＳＤメモリ等）の両方で構成されることとしてもよい。また、本実施形態の操作力予測装置１のハードウェア構成は、説明の便宜上、本実施形態の操作力予測処理にかかわる構成を列挙したものであり、操作力予測装置１を構成するコンピュータのすべての機能を表現したものではない。

【0026】

また、本実施形態の操作力予測装置１は、デスクトップパソコン、ノートパソコン等の汎用ＰＣを想定しているが、これらに限るものではなく、たとえば、スマートフォン、タブレット端末等の携帯端末であってもよい。

【0027】

＜操作力予測処理＞
つづいて、本実施形態の操作力予測装置１における操作力予測処理について説明する。図２は、操作力予測処理を実行する制御部１１の機能を示す機能ブロック図であり、図３は、操作力予測処理の一例を示すフローチャートであり、図４は、バックドアのシミュレーションモデルとして動作する機構解析モデルの概念を示す模式図である。

【0028】

図２において、制御部１１は、重力モーメント算出部２１と、ダンパーモーメント算出部２２と、差分算出部２３と、操作力算出部２４とを有する。本実施形態においては、図２に示す各構成部が、図４に示す機構解析モデルを構成するバックドア３１の操作力を予測する。

【0029】

図４において、バックドア３１は、ダンパーステー３２によって操作力が軽減される構造とし、その一端がヒンジ３３により自動車のボディに取り付けられている。また、本実施形態の機構解析モデルにおいては、バックドア３１の他端側（操作部の近辺）に、バックドア３１の操作力を測定するための荷重計３４が配置され、さらに、ダンパーステー３２の一端がボディに取り付けられ、その他端がバックドア３１の重心付近に取り付けられている。なお、この機構解析モデルにおいて、バックドア３１は、ヒンジ３３を中心に全閉～全開の範囲で回転動作を行うものとする。また、この機構解析モデルにおいて、ヒンジ３３とダンパーステー３２の両端部が可動部である（図４の点線部参照）。

【0030】

また、図５は、バックドア開閉の原理を示す模式図であり、（ａ）はバックドア３１が開くときの動作を示し、（ｂ）はバックドア３１が閉じるときの動作を示す。たとえば、バックドア３１を開く場合、動きの方向へのダンパー反力が強いので、バックドア３１は、上から手で押さえることによりゆっくりと上方へと移動する。このとき、ダンパー反力が開く力（動きの方向）となり、手で押さえる力とバックドア３１の重量（重力）と可動部の摩擦力がその逆の力となる。この際、手で押さえる力の強弱を調節することにより、バックドア３１の位置を保持することができる。

【0031】

一方、閉じる場合、バックドア３１は、ダンパー反力よりも強い力で上から押さえることにより下方へと移動する。このとき、手で押さえる力とバックドア３１の重量（重力）が閉じる力（動きの方向）となり、ダンパー反力と可動部の摩擦力がその逆の力となる。この際、手で押さえる力の強弱を調節することにより、バックドア３１の位置を保持することができる。

【0032】

なお、本実施形態の操作力予測処理においては、バックドア３１の重量、ダンパーステー３２の重量および可動部の摩擦係数を含む諸元情報と、ヒンジ３３の回転中心の座標およびダンパーステー３２の取付位置（ボディ側）の座標を含む３Ｄ設計情報が、予め記憶部１２に記憶されていることとする。また、バックドア３１の操作部の座標、バックドア３１の重心の座標およびダンパーステー３２の取付位置（バックドア３１側）の座標については、初期位置（全閉位置）の座標が３Ｄ設計情報として予め記憶部１２に記憶され、バックドア３１の回転移動に伴って逐次更新されるものとする。

【0033】

また、本実施形態の操作力予測処理においては、特に、ダンパーステーが速度依存性を有する点、バックドアの「全閉→全開」の動作における変位終了端部のダンパーステーの反力（ダンパー荷重Ｆ）と「全開→全閉」の動作における変位開始端部のダンパーステーの反力（ダンパー荷重Ｆ）が線形でない点、の２点を考慮して、操作力を予測することとした。図６（図６（ａ），図６（ｂ））は、操作力を予測する際に特に考慮した点を示す図である。

【0034】

たとえば、図６（ａ）に示すように、一般的に、ダンパーステーには速度依存性がある。また、図６（ｂ）に示すように、一般的に、開閉が切り替わるときの変位端部はダンパーステーの反力が線形ではない。したがって、本実施形態の操作力予測処理においては、ダンパーステー３２の反力であるダンパー荷重Ｆ（Ｎ）とダンパーステー３２の変位量であるダンパー変位Ｓ（ｍｍ）とダンパーステー３２の伸縮速度であるダンパー速度Ｖ（ｍｍ／ｓ）との相関を示す、上記２点を考慮した３Ｄマップ（以後、Ｆ－Ｓ－Ｖ３Ｄマップと呼ぶ）を用意し、予め記憶部１２に記憶しておくこととした。図７は、Ｆ－Ｓ－Ｖ３Ｄマップの一例を示す図である。このＦ－Ｓ－Ｖ３Ｄマップは、ダンパー荷重Ｆが速度依存性を有することを示す情報、さらには、開閉が切り替わるときの変位端部においてダンパー荷重Ｆが線形でないことを示す情報、が含まれている。

【0035】

また、本実施形態の操作力予測処理においては、ドア開閉速度を一定速度に設定することとし、その速度を予め記憶部１２に記憶しておくこととする。図８は、本実施形態の操作力予測処理における、時間（ｓ）に対するバックドア３１の開き角度（ｄｅｇ）の推移を示す図である。本実施形態の操作力予測処理においては、たとえば、規定時間にわたり一定速度で「全閉→全開」とし、数秒間全開を保持した後、さらに、規定時間にわたり一定速度で「全開→全閉」とする。

【0036】

本実施形態においては、上記のように各種情報が予め記憶部１２に記憶されていることを前提として、たとえば、図３に示すように、制御部１１が、操作力予測処理を実行する。

【0037】

図３において、たとえば、バックドア３１が全閉の状態において（ステップＳ１、Ｙｅｓ）、作業者による入力部１３の操作によりバックドア３１が予め設定されたドア開閉速度で上方への回転動作を開始した場合（ステップＳ１、Ｎｏ）、制御部１１の重力モーメント算出部２１は、バックドア３１の開き角度θ（ｔ）に応じた、重力によるモーメントＭ₁（θ）を算出する（ステップＳ２）。ここで、θ（ｔ）は時刻ｔ（ｔ＝ｔ₁，ｔ₂，ｔ₃，ｔ₄，…）のときの開き角度を示す。

【0038】

図９は、重力によるモーメントＭ₁（θ）の算出処理を詳細に示すフローチャートである。重力モーメント算出部２１は、記憶部１２からバックドア３１の重量Ｗ₁（Ｋｇ）とヒンジ３３の摩擦係数μ₁とを読み出し、このバックドア３１の重量Ｗ₁から、ヒンジ３３での抗力Ｎ₁を計算し、この抗力Ｎ₁とヒンジ３３の摩擦係数μ₁に基づいて、ヒンジ３３における摩擦力ｆ₁（＝Ｎ₁×μ₁）を計算する（ステップＳ１０１）。さらに、重力モーメント算出部２１は、バックドア３１の重量Ｗ₁と摩擦力ｆ₁に基づいてバックドア３１による荷重Ｆ₁を計算する（ステップＳ１０２）。これにより、ヒンジ３３における摩擦力ｆ₁を考慮した荷重Ｆ₁を得る。

【0039】

また、ステップＳ１０１～Ｓ１０２による荷重Ｆ₁の計算と同時に、重力モーメント算出部２１は、記憶部１２からヒンジ３３の回転中心の座標（Ｘ₁，Ｙ₁）と現時点（開き角度θ（ｔ））のバックドア３１の重心の座標（Ｘ₂（θ），Ｙ₂（θ））を読み出し、座標（Ｘ₁，Ｙ₁）と座標（Ｘ₂（θ），Ｙ₂（θ））に基づいて、ヒンジ３３の回転中心とバックドア３１の重心との間のモーメント長Ｌ₁（θ）を計算する（ステップＳ１０３）。

【0040】

そして、重力モーメント算出部２１は、上記で計算した荷重Ｆ₁とモーメント長Ｌ₁（θ）に基づいて、重力によるモーメントＭ₁（θ）（＝Ｆ₁×Ｌ₁（θ））を計算する（ステップＳ１０４）。

【0041】

また、上述したステップＳ２の処理と並行して、制御部１１のダンパーモーメント算出部２２が、バックドア３１の開き角度θ（ｔ）に応じた、ダンパーステー３２によるモーメントＭ₂（θ）を算出する（ステップＳ３）。ここで、ダンパーステー３２によるモーメントＭ₂（θ）は、上述した重力によるモーメントＭ₁（θ）とは反対向きのモーメントである。

【0042】

図１０は、ダンパーステー３２によるモーメントＭ₂（θ）の算出処理を詳細に示すフローチャートである。ダンパーモーメント算出部２２は、記憶部１２からダンパーステー３２の取付位置（ボディ側）の座標（Ｘ₃，Ｙ₃）と現時点のダンパーステー３２の取付位置（バックドア３１側）の座標（Ｘ₄（θ），Ｙ₄（θ））とを読み出し、これらの座標からダンパー変位Ｓ（θ）を計算する（ステップＳ２０１）。つぎに、ダンパーモーメント算出部２２は、記憶部１２からドア開閉速度（一定速度）とＦ－Ｓ－Ｖ３Ｄマップとを読み出し、ダンパー変位Ｓ（θ）およびドア開閉速度により決まるダンパー速度Ｖ（θ）に基づいて、Ｆ－Ｓ－Ｖ３Ｄマップからダンパー荷重Ｆ（Ｓ，Ｖ）を導出する（ステップＳ２０２）。

【0043】

つぎに、ダンパーモーメント算出部２２は、記憶部１２からダンパーステー３２の重量Ｗ₂（Ｋｇ）とダンパーステー３２の両端部の摩擦係数μ₂とを読み出し、このダンパーステー３２の重量Ｗ₂とダンパー荷重Ｆ（Ｓ，Ｖ）に基づいて、ダンパーステー３２の取付位置での抗力Ｎ₂を算出し、この抗力Ｎ₂とダンパーステー３２の両端部の摩擦係数μ₂に基づいて、ダンパーステー３２の取付位置での摩擦力ｆ₂（＝Ｎ₂×μ₂）を計算する（ステップＳ２０３）。さらに、ダンパーモーメント算出部２２は、ダンパー荷重Ｆ（Ｓ，Ｖ）と摩擦力ｆ₂に基づいてダンパーステー３２による荷重Ｆ₂を計算する（ステップＳ２０４）。これにより、ダンパーステー３２両端部における摩擦力ｆ₂を考慮した荷重Ｆ₂を得る。

【0044】

また、ステップＳ２０１～Ｓ２０４による荷重Ｆ₂の計算と同時に、ダンパーモーメント算出部２２は、ダンパーステー３２の取付位置（ボディ側）の座標（Ｘ₃，Ｙ₃）とダンパーステー３２の取付位置（バックドア３１側）の座標（Ｘ₄（θ），Ｙ₄（θ））に基づいて、ダンパーステー３２の両端部間のモーメント長Ｌ₂（θ）を計算する（ステップＳ２０５）。

【0045】

そして、ダンパーモーメント算出部２２は、上記で計算した荷重Ｆ₂とモーメント長Ｌ₂（θ）に基づいて、ダンパーステー３２によるモーメントＭ₂（θ）（＝Ｆ₂×Ｌ₂（θ））を計算する（ステップＳ２０６）。

【0046】

ステップＳ２およびステップＳ３によりそれぞれモーメントを算出後、制御部１１の差分算出部２３は、重力によるモーメントＭ₁（θ）とダンパーステー３２によるモーメントＭ₂（θ）との差分値Ｍ₃（θ）を算出する（ステップＳ４）。この差分値が０の場合は、相互のモーメントが釣り合った状態となる。

【0047】

そして、制御部１１の保持力算出部２４は、記憶部１２からヒンジ３３の回転中心の座標（Ｘ₁，Ｙ₁）とバックドア３１の操作部の座標（Ｘ₅（θ），Ｙ₅（θ））とを読み出し、座標（Ｘ₁，Ｙ₁）と座標（Ｘ₅（θ），Ｙ₅（θ））に基づいて、ヒンジ３３の回転中心とバックドア３１の操作部との間のモーメント長Ｌ₃（θ）を計算し、このモーメント長Ｌ₃（θ）と上記で算出した差のモーメントＭ₃（θ）に基づいて、開き角度θ（ｔ）に応じたバックドア３１の操作力Ｆ（θ）（＝Ｍ₃（θ）÷Ｌ₃（θ））を算出する（ステップＳ５）。

【0048】

その後、制御部１１は、開き角度が最大角度（全開）に達するまでステップＳ２～ステップＳ６の処理を繰り返し実行する（ステップＳ６、Ｎｏ）。そして、開き角度が最大角度（全開）に達した状態において（ステップＳ６、Ｙｅｓ ステップＳ７、Ｎｏ）、数秒間経過した後、作業者による入力部１３の操作によりバックドア３１が予め設定されたドア開閉速度で下方への回転動作を開始した場合（ステップＳ７、Ｙｅｓ）、制御部１１は、上述したステップＳ２～ステップＳ５の処理を、バックドア３１が全閉するまで（ステップＳ８、Ｙｅｓ）、繰り返し実行する。すなわち、バックドア３１が下降を開始してから全閉するまでの間は（ステップＳ８，Ｎｏ）、バックドア３１の操作力Ｆ（θ）の算出を繰り返し継続して実行し、全閉した段階で（ステップＳ８、Ｙｅｓ）、操作力予測処理を終了する。

【0049】

＜評価＞
つづいて、本実施形態の操作力予測処理を実行して得られた予測値（操作力）を評価した。

【0050】

具体的には、本実施形態の操作力予測処理およびこの処理によって予測した操作力に基づきダンパーステーの仕様を決定し、発注した。その後、この仕様に基づき作製されたダンパーステーが取り付けられたバックドアを実車に搭載し、ダンパーステー付きバックドアの実機を使用して操作力を測定した。この際、実機のバックドアの下端に荷重計をセットし、操作力予測時と同様に（図８参照）、規定時間かつ略一定速度で「全閉→全開」とし、数秒間保持した後、さらに、規定時間かつ略一定速度で「全開→全閉」とするように、バックドアを開閉した。

【0051】

そして、上記のように測定することにより荷重計から得られた荷重（操作力）をバックドアの開き角度に対応付けてプロットし、実機による測定値と本実施形態の操作力予測処理による予測値とを比較し、評価した。

【0052】

図１１は、本実施形態の操作力予測装置１により得られた予測値（操作力）の評価結果を示す図である。本実施形態の操作力予測装置１により得られた操作力は、実機による測定値（操作力）と略一致しており、従来（図１２参照）と比較して操作力の予測精度が大幅に改善されていることが確認できる。

【0053】

＜効果＞
以上のように、本実施形態の操作力予測装置１は、ヒンジ３３を中心として開閉動作を行うダンパーステー３２付きのバックドア３１の操作力を予測するものである。具体的には、バックドア３１およびダンパーステー３２の重量や可動部の摩擦係数を含む諸元情報と、構成部品の座標を含む３Ｄ設計情報と、ダンパーステー３２の反力であるダンパー荷重Ｆ、ダンパー変位Ｓおよびダンパー速度Ｖの相関を示すＦ－Ｓ－Ｖ３Ｄマップとを記憶するための記憶部１２と、操作力を予測する制御部１１とを備えることとした。

【0054】

そして、制御部１１において、重力モーメント算出部２１は、記憶部１２から、バックドア３１に関する情報として、重量Ｗ₁とヒンジ３３の摩擦係数μ₁とヒンジ３３の回転中心の座標（Ｘ₁，Ｙ₁）と現時点の重心の座標（Ｘ₂（θ），Ｙ₂（θ））とを読み出し、これらの情報に基づいて、バックドア３１の開き角度θ（ｔ）に対応した重力によるモーメントＭ₁（θ）を算出する。また、ダンパーモーメント算出部２２は、記憶部１２から、ダンパーステーに関する情報として、ボディ側取付位置の座標（Ｘ₃，Ｙ₃）および現時点のバックドア側取付位置の座標（Ｘ₄（θ），Ｙ₄（θ））と、ドア開閉速度とＦ－Ｓ－Ｖ３Ｄマップと重量Ｗ₂と両端部の摩擦係数μ₂とを読み出し、これらの情報に基づいて、バックドア３１の開き角度θ（ｔ）に対応したダンパーステー３２によるモーメントＭ₂（θ）を算出する。また、差分算出部２３は、重力によるモーメントＭ₁（θ）とダンパーステー３２によるモーメントＭ₂（θ）との差分値Ｍ₃（θ）を算出する。操作力算出部２４は、記憶部１２から、ヒンジ３３の回転中心の座標（Ｘ₁，Ｙ₁）と現時点のバックドア３１の操作部の座標（Ｘ₅（θ），Ｙ₅（θ））とを読み出し、これらの座標に基づいてヒンジ３３の回転中心とバックドア３１の操作部との間のモーメント長Ｌ₃（θ）を計算し、当該モーメント長Ｌ₃（θ）と差分値Ｍ₃（θ）に基づいて、開き角度θ（ｔ）に対応したバックドア３１の操作力Ｆ（θ）を算出する。

【0055】

また、Ｆ－Ｓ－Ｖ３Ｄマップには、ダンパー荷重Ｆが速度依存性を有することを示す情報、および、開閉が切り替わるときの変位端部においてダンパー荷重Ｆが線形でないことを示す情報、を含むこととした。

【0056】

これにより、可動部の摩擦係数や、ダンパー荷重Ｆ、ダンパー変位Ｓおよびダンパー速度Ｖの相関、を考慮した操作力予測が可能となるため、設計段階において、バックドア３１の操作力を精度よく予測することができる。

【0057】

なお、本実施形態においては、自動車のバックドアの操作力を予測する場合について説明したが、これに限るものではなく、本実施形態の操作力予測処理は、自動車のドア（フロント、リア）、トランクリッド、ボンネット等、人が直接操作しかつダンパーステーが使用されるすべてのパーツに対して適用可能である。

【符号の説明】

【0058】

１ 操作力予測装置
１１ 制御部
１２ 記憶部
１３ 入力部
１４ インタフェース（Ｉ／Ｆ）部
１５ 表示部
１６ 通信部
２１ 重力モーメント算出部
２２ ダンパーモーメント算出部
２３ 差分算出部
２４ 操作力算出部
３１ バックドア
３２ ダンパーステー
３３ ヒンジ
３４ 荷重計

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】