DE102006007089A1

DE102006007089A1 - Kraftrückkopplungs-Eingabevorrichtung

Info

Publication number: DE102006007089A1
Application number: DE200610007089
Authority: DE
Inventors: Satoshi Hayasaka; Hiromi Kuribayashi
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2005-02-16
Filing date: 2006-02-15
Publication date: 2006-08-24

Abstract

Die Rotationsgeschwindigkeit eines Betätigungsknopfes (6) wird auf der Basis eines Rotationssignals berechnet. Es wird festgestellt, ob ein Sprungkraftbefehl empfangen wird. Anschließend wird die Amplitude einer Sprungkraft derart gesteuert, dass diese in Abhängigkeit von der Rotationsgeschwindigkeit geringer wird. Das heißt, es wird ein vorbestimmter Wert von dem Drehmoment T₀ der Sprungkraft X in einem Bildschirmrollzustand substrahiert, und die Amplitude der Sprungkraft X wird derart verringert, dass man das Drehmoment T_max der Sprungkraft Y erhält. Danach wird festgestellt, ob T_max kleiner ist als Null, und wenn T_max kleiner ist als Null, d. h. wenn T_max ein negativer Wert ist, wird T_max auf Null gesetzt, während dann, wenn T_max nicht kleiner ist als Null, ein Antriebssignal an eine manuelle Betätigungseinheit auf der Basis von T_max abgegeben wird.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kraftrückkopplungs-Eingabevorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und betrifft im Spezielleren eine Kraftrückkopplungs-Eingabevorrichtung mit einer manuellen Betätigungseinheit, die zumindest in einer Richtung manuell betätigt werden kann.

Eine Kraftrückkopplungs-Eingabevorrichtung findet bereits Verwendung bei der manuellen Betätigung von in Fahrzeugen angebrachten Vorrichtungen. Wenn bei der Kraftrückkopplungs-Eingabevorrichtung ein Betätigungsknopf gedreht wird, detektiert ein an einer Drehachse des Betätigungsknopfes angebrachter Sensor den Drehwinkel und schafft eine Rückkopplungskraft (Drehmoment) entsprechend der Position des Drehwinkels. Danach weist der Sensor einen an dem Betätigungsknopf angebrachten Aktuator zum Bereitstellen der Rückkopplungskraft an, und anschließend liefert der Aktuator die Rückkopplungskraft an den Betätigungsknopf. Als Ergebnis hiervon kann ein Benutzer die Rückkopplungskraft durch den Betätigungsknopf wahrnehmen, so dass er ein bestimmtes Betätigungsgefühl spürt.

Wenn bei der Kraftrückkopplungs-Eingabevorrichtung der Betätigungsknopf bis zu der Rotationsgrenze gedreht wird, um einen Cursor, einen Zeiger oder dergleichen in einen bestimmten Bereich zu bewegen, wie z.B. einen Bereich außerhalb des auf einer Anzeige dargestellten Bildschirms, um den Bildschirm bzw. die Bildschirmanzeige rollen zu lassen, wird der Betätigungsknopf mit einer Sprungkraft (einer momentanen Drehkraft, die in vorbestimmten Intervallen und für eine vorbestimmte Zeitdauer erzeugt wird, um den Benutzer das stufenartige Rollen oder dergleichen des Bildschirms verspüren zu lassen) beaufschlagt.

Es besteht jedoch ein Problem dahingehend, dass dann, wenn der Benutzer den Betätigungsknopf während des Bildschirmrollens loslässt, der Betätigungsknopf aufgrund der Sprungkraft weiter gedreht wird, als dies notwendig ist, so dass es unmöglich ist, den Cursor, Zeiger oder dergleichen an einer von dem Benutzer gewünschten Position zu stoppen.

Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf die der herkömmlichen Kraftrückkopplungs-Eingabevorrichtung innewohnenden Nachteile erfolgt, und ein Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung einer Kraftrückkopplungs-Eingabevorrichtung, die in der Lage ist, einen Benutzer ein aus der Sprungkraft entstehendes Betätigungsgefühl verspüren zu lassen sowie einen Cursor, Zeiger oder dergleichen selbst dann an einer von dem Benutzer gewünschten Position zu stoppen, wenn der Benutzer den Betätigungsknopf während des Bildschirmrollens loslässt.

Erreicht wird dieses Ziel erfindungsgemäß durch eine Kraftrückkopplungs-Eingabevorrichtung, wie sie im Anspruch 1 angegeben ist.

Bei der Kraftrückkopplungs-Eingabevorrichtung bzw. Kraftrückmelde-Eingabevorrichtung (force feedback input device) gemäß der vorliegenden Erfindung handelt es sich um eine Kraftrückkopplungs-Eingabevorrichtung, die Folgendes aufweist: eine manuelle Betätigungseinheit, die rotationsmäßig betätigbar ist; einen Aktuator, der die manuelle Betätigungseinheit mit einer Rückkopplungskraft beaufschlagt; eine Detektionseinheit, die einen Rotationszustand der manuellen Betätigungseinheit detektiert; und eine Steuereinheit, die ein Positionssignal auf der Basis des Rotationszustands der manuellen Betätigungseinheit abgibt und den Aktuator zum Erzeugen einer Rückstellkraft steuert, um die manuelle Betätigungseinheit derart rotationsmäßig zu bewegen, dass das Positionssignal von einem zweiten Bereich in einen ersten Bereich zurückkehrt, wenn sich das Positionssignal in dem dem ersten Bereich benachbarten zweiten Bereich befindet, wobei die Steuereinheit dann, wenn sich das Positionssignal in dem zweiten Bereich befindet, ein Antriebssignal abgibt, das eine Sprungkraft liefert, die aus einer ersten Kraft, die die manuelle Betätigungseinheit von dem zweiten Bereich in den ersten Bereich zurückführt, sowie aus einer zweiten Kraft bestehen kann, die die manuelle Betätigungseinheit von dem ersten Bereich zu dem zweiten Bereich schickt, und die Steuereinheit die Größe der Sprungkraft bei der Rückkehr der manuellen Betätigungseinheit von dem zweiten Bereich zu dem ersten Bereich steuert.

Wenn bei der vorstehend beschriebenen Konfiguration der Benutzer den Betätigungsknopf von dem zweiten Bereich (einem mit einer Rückstellkraft ausgestatteten Bereich) in den ersten Bereich (einen mit einem Betätigungsgefühl versehenen Bereich) zurückführt, wird die Größe der Sprungkraft gesteuert, so dass der Betätigungsknopf aufgrund der Sprungkraft nicht weiter gedreht wird, als dies erforderlich ist, und somit der Cursor, Zeiger oder dergleichen an einer von dem Benutzer gewünschten Stelle gestoppt werden kann.

Bei der Kraftrückkopplungs-Eingabevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet die Steuereinheit vorzugsweise eine Geschwindigkeitsberechnungseinheit, die die Rotationsgeschwindigkeit der manuellen Betätigungseinheit auf der Basis des Rotationszustands der manuellen Betätigungseinheit ermittelt, sowie eine Amplitudensteuereinheit, die die Amplitude der Sprungkraft steuert. In diesem Fall kann die Amplitudensteuereinheit die Amplitude der Sprungkraft in Abhängigkeit von der Rotationsgeschwindigkeit vermindern. Ferner besteht bei der Kraftrückkopplungs-Eingabevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die Möglichkeit, dass die Steuereinheit die Sprungkraft nicht erzeugt, wenn die Rotationsgeschwindigkeit einen bestimmten Wert übersteigt. Weiterhin kann bei der Sprungkraft die erste Kraft zumindest dann kleiner werden als die zweite Kraft, wenn der Betätigungsknopf von dem zweiten Bereich in den ersten Bereich zurückkehrt. Darüber hinaus ist es auch möglich, dass die Sprungkraft nur die zweite Kraft beinhaltet, die den Betätigungsknopf zumindest dann, wenn der Betätigungsknopf von dem zweiten Bereich zu dem ersten Bereich zurückkehrt, in den zweiten Bereich schickt.

Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden im Folgenden anhand der zeichnerischen Darstellungen mehrerer Ausführungsbeispiele noch näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigen:
1 eine Frontansicht zur Veranschaulichung der Konfiguration einer manuellen Betätigungseinheit einer Kraftrückkopplungs-Eingabevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 eine Ansicht zur Veranschaulichung der Konfiguration der Kraftrückkopplungs-Eingabevorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
3 eine Ansicht zur Erläuterung eines Zustands der Betätigungsreaktionskraft der Kraftrückkopplungs-Eingabevorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
4 ein Flussdiagramm zur Erläuterung der Steuerung einer Sprungkraft bei der Kraftrückkopplungs-Eingabevorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
5 eine Ansicht unter Darstellung der Konfiguration der Kraftrückkopplungs-Eingabevorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
6 eine Ansicht zur Erläuterung des Zustands der Betätigungsreaktionskraft der Kraftrückkopplungs-Eingabevorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
7 ein Flussdiagramm zur Erläuterung der Steuerung der Sprungkraft bei der Kraftrückkopplungs-Eingabevorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
8 eine Ansicht unter Darstellung eines weiteren Beispiels der Sprungkraft.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen ausführlich beschrieben. Die Ausführungsbeispiele befassen sich mit einer Kraftrückkopplungs-Eingabevorrichtung eines in einem Fahrzeug anbringbaren Geräts mit einer Anzeige. Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei einem ersten Bereich um einen hinsichtlich der Rückkopplungskraft mit einem Betätigungsgefühl versehenen Bereich und einen hinsichtlich der Bildschirmanzeige selektiven Bewegungsbereich oder kontinuierlichen Bewegungsbereich, und bei einem zweiten Bereich handelt es sich um einen hinsichtlich der Rückkopplungskraft mit einer Rückstellkraft ausgestatteten Bereich und einen hinsichtlich der Bildschirmanzeige vorgesehenen Bildschirmrollbereich.
Ausführungsbeispiel 1
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel wird die Steuerung einer Kraftrückkopplungs-Eingabevorrichtung im Hinblick auf die Auswahl von Buchstaben bzw. Zeichen oder dergleichen, die auf einer Bildschirmanzeige angezeigt werden, beschrieben. 1 zeigt eine Frontansicht unter Darstellung der Konfiguration einer manuellen Betätigungseinheit der Kraftrückkopplungs-Eingabevorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel. In 1 beinhaltet die Kraftrückkopplungs-Eingabevorrichtung einen Aktuator 1, der durch eine elektromagnetische Spule gebildet ist. Eine Betätigungsstange 2 erstreckt sich durch den Aktuator 1 hindurch, und eine Codeplatte 3 ist an einem Ende (dem unteren Ende in Bezug auf die Zeichnung) der Betätigungsstange 2 angebracht. An dem anderen Ende (dem in Bezug auf die Zeichnung oberen Ende) ist ein Betätigungsknopf 6 angebracht. In dem vorliegenden Fall ist die Codeplatte 3 auf der Betätigungsstange 2 angebracht, wobei ihre Oberfläche rechtwinklig zu der Stange verläuft. Ein Fotounterbrecher 4, bei dem es sich um einen Drehwinkelsensor handelt, ist entlang der Seite der Codeplatte 3 derart angeordnet, dass er den Umfangsrand der Codeplatte 3 umschließt. Wenn der Betätigungsknopf 6 gedreht wird, dreht sich somit die an der Betätigungsstange 2 angebrachte Codeplatte in Verbindung mit der Drehbewegung des Betätigungsknopfes 6, und der Fotounterbrecher 4 detektiert die Rotationsbewegung. Weiterhin ist eine Abdeckungsplatte 5 zwischen dem Aktuator 1 und dem Betätigungsknopf 6 angeordnet.
2 zeigt eine Ansicht zur Erläuterung der Konfiguration der Kraftrückkopplungs-Eingabevorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Kraftrückkopplungs-Eingabevorrichtung beinhaltet die in 1 dargestellte manuelle Betätigungseinheit (die in 2 dargestellt ist durch den Betätigungsknopf 6, einen Rotationsmotor, der als Aktuator 1 wirkt, sowie den Fotounterbrecher 4) sowie eine Steuereinheit 7, die die manuelle Betätigungseinheit steuert. Die Kraftrückkopplungs-Eingabevorrichtung ist mit einer Hauptkörper-Steuereinheit 8 elektrisch verbunden, die das in dem Fahrzeug angebrachte Gerät steuert, wobei die Hauptkörper-Steuereinheit 8 zum Steuern der Darstellung auf einer Anzeige 9 konfiguriert ist.
Die Steuereinheit 7 beinhaltet eine Rotationsgeschwindigkeits-Berechnungseinheit 73, die die Rotationsgeschwindigkeit auf der Basis des von dem Fotoun terbrecher 4 abgegebenen Rotationszustands, d.h. eines Drehwinkelsignals, ermittelt; eine Rückkopplungskraft-Steuereinheit 71, die eine Sprungkraft (eine momentane Drehkraft, die in vorbestimmten Intervallen und für eine vorbestimmte Zeitdauer erzeugt wird, um den Benutzer das stufenartige Bildschirmrollen oder dergleichen des Bildschirms spüren zu lassen) auf der Basis der Rotationsgeschwindigkeit steuert; eine Amplitudensteuereinheit 72, die die Amplitude der Sprungkraft in Abhängigkeit von der von der Rotationsgeschwindigkeits-Berechnungseinheit 73 berechneten Rotationsgeschwindigkeit steuert; eine Wandlereinheit 74, die Rotationspositionsinformation in Rückkopplungskraftinformation (Drehmomentinformation) umwandelt; sowie einen Speicher 75, der Information (z.B. in tabellarischer Form) speichert, die die Rotationspositionsinformation zu der Rückkopplungskraftinformation in Entsprechung setzt.
Als Nächstes wird die Arbeitsweise der Kraftrückkopplungs-Eingabevorrichtung mit der vorstehend beschriebenen Konfiguration erläutert. 3 zeigt eine Ansicht zur Erläuterung eines Zustands der Betätigungsreaktionskraft der Kraftrückkopplungs-Eingabevorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Hierbei wird in exemplarischer Weise der Betätigungsknopf 6 im Gegenuhrzeigersinn gedreht, wenn ein Cursor oder dergleichen unter den in 2 auf der Anzeige 9 dargestellten Zeichen nach links bewegt wird, während der Betätigungsknopf 6 im Uhrzeigersinn gedreht wird, wenn der Cursor oder dergleichen unter den Buchstaben auf der Anzeige 9 nach rechts bewegt wird. Die Beziehung zwischen der Drehrichtung des Betätigungsknopfes 6 und der Bewegungsrichtung des Cursors oder dergleichen ist dabei nicht auf die vorstehend beschriebene beschränkt, sondern es ist auch möglich, dass der Betätigungsknopf 6 im Uhrzeigersinn gedreht wird, wenn der Cursor oder dergleichen innerhalb der Buchstaben auf der Anzeige 9 nach links bewegt wird, und dass der Betätigungsknopf 6 im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird, wenn der Cursor oder dergleichen innerhalb der Buchstaben auf der Anzeige 9 nach rechts bewegt wird. Wenn auf der in 2 dargestellten Anzeige 9 der Cursor oder dergleichen von dem Buchstaben "D" nach "C" bewegt wird, wird der Betätigungsknopf 6 im Gegenuhrzeigersinn gedreht. Das heißt, der Cursor wird in einem selektiven Bewegungsbereich (mit Betätigungsgefühl ausgestatteter Bereich) der 3 von der Position S5 zu der Position S4 bewegt. In diesem Fall führt die Drehung des Betätigungsknopfes 6 zu einer Rotationsbewegung der Betätigungsstange 2 sowie einer Rotationsbewegung der Codeplatte 3. Die Rotationsbewegung wird von dem Fo tounterbrecher 4 detektiert, und das durch die Rotationsbewegung erzeugte Drehwinkelsignal wird zu der Rotationsgeschwindigkeits-Berechnungseinheit 73 und zu der Wandlereinheit 74 der Steuereinheit 7 geschickt.
Die Rotationsgeschwindigkeits-Berechnungseinheit 73 berechnet die Rotationsgeschwindigkeit des Betätigungsknopfes 6 auf der Basis des von dem Fotounterbrecher 4 gelieferten Drehwinkelsignals. Die Wandlereinheit 74 gibt ein Rotationspositionssignal, das dem Drehwinkelsignal entspricht, an die Hauptkörper-Steuereineheit 8 ab und schickt Drehmomentinformation zu der Rückkopplungskraft-Steuereinheit 71 unter Verwendung der Beziehung zwischen der Rotationspositionsinformation und der Rückkopplungskraftinformation (Drehmomentinformation), die in dem Speicher 75 gespeichert ist. Weiterhin wird die Rotationsgeschwindigkeitsinformation an die Amplitudensteuereinheit 72 abgegeben und für die im Folgenden noch beschriebene Sprungkraftsteuerung verwendet. Die Hauptkörper-Steuereinheit 8 steuert den Cursor oder dergleichen zur Ausführung einer Bewegung von "D" nach "C" auf der Anzeige 9 auf der Basis des von der Steuereinheit 7 bereitgestellten Positionssignals. Darüber hinaus gibt die Hauptkörper-Steuereinheit 8 an die Kraftrückkopplungs-Steuereinheit 71 in der Steuereinheit 7 einen Befehl ab, der eine einem Klick-Gefühl entsprechende Rückkopplungskraft an die manuelle Betätigungseinheit liefert. Die Rückkopplungskraft-Steuereinheit 71 gibt ein Antriebssignal entsprechend den Befehlen der Hauptkörper-Steuereinheit 8 an den Rotationsmotor in der manuellen Betätigungseinheit ab.
Wenn das Antriebssignal an den Rotationsmotor abgegeben wird, d.h. Strom in den Rotationsmotor fließt, beaufschlagt der Rotationsmotor den Betätigungsknopf 6 mit Rotationsmoment, das entgegen der Rotationsbetätigung wirkt und langsam zunimmt, wobei dies zu Beginn erfolgt, sowie mit Rotationsmoment, das entlang der Rotationsbetätigung wirkt und langsam abnimmt, und zwar in dem Bereich von dem Mittelpunkt zwischen S5 und S4 in Richtung nach S4.
Das heißt, wie in 3 gezeigt ist, wird bei einer Betätigung ausgehend von S5 in einem selektiven Bewegungsbereich (bzw. einem mit einem Betätigungsgefühl ausgestatteten Bereich oder ersten Bereich) bei Drehung des Drehknopfes 6 eine Betätigungsreaktionskraft, die entgegen der Betätigungsrichtung wirkt, d.h. eine Rückkopplungskraft (Drehmoment), wie bei dem vorstehend geschilderten Vorgang bereitgestellt. Die Rückkopplungskraft nimmt mit dem Rotationsausmaß (Position) des Drehknopfes 6 zu, wie dies in 3 gezeigt ist. Dies entspricht einer Position unmittelbar vor der Bewegung des Cursors (der in 2 durch eine Umrahmung dargestellt ist) oder dergleichen von der Position "D" nach "C" auf der Anzeige 9. Wenn sich die Umrahmung zu dem Buchstaben "C" auf der Anzeige 9 bewegt, wird ferner die Richtung der Betätigungsreaktionskraft abrupt umgekehrt, d.h. als Rückkopplungskraft wird eine Zugkraft bereitgestellt, die den Cursor zu der Position "C" zieht. Als Ergebnis hiervon werden die Beaufschlagung des Drehknopfes 6 mit der Rückkopplungskraft sowie die Bewegung der Umrahmung auf der Anzeige 9 in Verbindung mit der Drehung des Betätigungsknopfes 6 ausgeführt.
Wenn der Betätigungsknopf 6 bis zu der Rotationsgrenze gedreht wird, um die Umrahmung zu einem Bereich außerhalb der auf der Anzeige 9 dargestellten Bildschirmdarstellung zu bewegen, d.h. wenn die Umrahmung zu einem Bildschirmrollbereich (bzw. einem mit einer Rückstellkraft ausgestatteten Bereich oder zweiten Bereich), d.h. von dem ersten Bereich in 3, bei dem es sich um den selektiven Bewegungsbereich handelt, zu einem zweiten Bereich bewegt wird, wird ein Drehwinkelsignal zu der Rotationsgeschwindigkeits-Berechnungseinheit 73 der Steuereinheit 7 geschickt, und die Rotationsgeschwindigkeit wird aus dem Drehwinkelsignal ermittelt. Anschließend wird das aus den Drehwinkelsignalen umgewandelte Positionssignal an die Hauptkörper-Steuereinheit 8 abgegeben. Die Hauptkörper-Steuereinheit 8 stellt fest, ob das von der Steuereinheit 7 übertragene Positionssignal außerhalb des Bereichs der Anzeige 9 liegt, d.h. ob die Betätigung innerhalb des Bildschirmrollzustands stattfindet (z.B. bei dem Punkt E₀ in 3), und wenn festgestellt wird, dass die Betätigung im Bildschirmrollzustand erfolgt, gibt die Hauptkörper-Steuereinheit 8 einen Befehl, der eine als Sprungkraft bezeichnete Rückkopplungskraft bereitstellt, an die Rückkopplungskraft-Steuereinheit 71 der Steuereinheit 7 ab. In Abhängigkeit von dem Befehl gibt die Rückkopplungskraft-Steuereinheit 71 die Wellenform-Sprungkraft X, wie sie in 3 dargestellt ist, an den Aktuator 1 in Form eines Antriebssignals ab, und der Aktuator 1 liefert die Rückkopplungskraft an den Betätigungsknopf 6 auf der Basis des Antriebssignals der Sprungkraft. Darüber hinaus steuert die Hauptkörper-Steuereinheit 8 das Bildschirmrollen auf der Anzeige 9 in sukzessiver Weise auf der Basis des von der Steuereinheit 7 übertragenen Positionssignals. Dabei beinhaltet die Sprungkraft X eine Kraft X₁, die den Betätigungsknopf 6 aus dem mit einer Rückstellkraft ausgestatteten Bereich bzw. dem zweiten Bereich in den mit einem Betätigungsgefühl ausgestatteten Bereich bzw. den ersten Bereich zurückführt, sowie eine Kraft, die den Betätigungsknopf 6 von dem mit einem Betätigungsgefühl ausgestatteten Bereich bzw. ersten Bereich in den mit einer Rückstellkraft ausgestatteten Bereich bzw. zweiten Bereich schickt, d.h. eine Kraft X₂, die entgegen der Richtung der Kraft X₁ wirkt.
Wenn der Benutzer die Umrahmung an einer von dem Benutzer gewünschten Position stoppen möchte, während der Benutzer den Betätigungsknopf 6 in dem Bildschirmrollbereich dreht, um dadurch den Bildschirm rollen zu lassen, lässt der Benutzer den Betätigungsknopf 6 los. Obwohl der Benutzer die Umrahmung von dem Bildschirmrollbereich zu dem selektiven Bewegungsbereich in 3 bewegt und darauf hofft, die Umrahmung in der gewünschten Position zu stoppen, wird in dem Fall, dass die Sprungkraft X an einer Stelle unmittelbar vor dem selektiven Bewegungsbereich, d.h. dem Punkt E₁ in 3, erzeugt wird, der Betätigungsknopf 6 durch die Sprungkraft derart rotationsmäßig bewegt, dass die Umrahmung die gewünschte Position verpasst und von dieser abweicht. Wenn der Benutzer den Betätigungsknopf 6 loslässt, während die Sprungkraft erzeugt wird, wird daher die Größe bzw. Stärke der Sprungkraft auf der Basis der Rotationsgeschwindigkeit des Betätigungsknopfes 6 gesteuert. Das heißt, wenn der Benutzer den Betätigungsknopf 6 loslässt, dreht sich der Betätigungsknopf 6 zwangsläufig, und daher wird die Rotationsgeschwindigkeit detektiert, und die Amplitude der Sprungkraft wird in Abhängigkeit von der Rotationsgeschwindigkeit vermindert. Wie insbesondere in 3 gezeigt ist, wird die Amplitude der Sprungkraft in der Nähe des selektiven Bewegungsbereiches vermindert (Sprungkraft Y).
4 zeigt ein Flussdiagramm zur Erläuterung der Steuerung der Sprungkraft bei der Kraftrückkopplungs-Eingabevorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Als Erstes wird die Rotationsgeschwindigkeit ω = Δθ/Δt des Betätigungsknopfes 6 auf der Basis des Drehwinkelsignals in der Rotationsgeschwindigkeits-Berechnungseinheit 73 der Steuereinheit 7 berechnet (ST11). Anschließend wird festgestellt, ob der Sprungkraftbefehl (POP) empfangen wird, d.h. ob der Benutzer den Betätigungsknopf 6 in einem Zustand betätigt, in dem die Sprungkraft erzeugt wird (einem Zustand, in dem der Benutzer den Betätigungsknopf 6 in dem Bildschirmrollbereich rotationsmäßig bewegt, um dadurch den Bildschirm rollen zu lassen) (ST12). Anschließend wird die Amplitude der Sprungkraft in der Amplitudensteuereinheit 72 derart gesteuert, dass diese in Abhängigkeit von der Rotationsgeschwindigkeit abnimmt (ST13). Das heißt, es wird ein vorbestimmter Wert (im vorliegenden Fall ein der Rotationsgeschwindigkeit entsprechender Wert "a|ω|" (wobei "a" ein Koeffizient ist) von dem Drehmoment T₀ der Sprungkraft X in dem Bildschirmrollzustand subtrahiert. Als Ergebnis hiervon wird die Amplitude der Sprungkraft X vermindert, und man erhält das Drehmoment T_max der Sprungkraft Y. Anschließend wird bestimmt, ob T_max kleiner ist als null (ST14), und wenn T_max geringer ist als null, d.h. wenn T_max ein negativer Wert ist, wird T_max auf null gesetzt (ST15), während dann, wenn T_max nicht kleiner ist als null, ein Antriebssignal an die manuelle Betätigungseinheit auf der Basis des in dem Schritt ST13 ermittelten Wertes von T_max abgegeben wird (ST16). Wenn dabei der Benutzer den Betätigungsknopf 6 nicht dreht, ändert sich T_max kaum, da die Rotationsgeschwindigkeit fast null beträgt (ST16).
Wenn bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel der Benutzer den Betätigungsknopf in einem Zustand loslässt, in dem der Benutzer den Betätigungsknopf 6 in dem Bildschirmrollbereich dreht, um ein Bildschirmrollen auszuführen (mit Rückstellkraft ausgestatteter Bereich), und wenn der Betätigungsknopf 6 somit in den selektiven Bewegungsbereich (den mit Betätigungsgefühl ausgestatteten Bereich) zurückkehrt, wird aufgrund der Steuerung der Amplitude der Sprungkraft in abnehmender Weise auf der Basis der Rotationsgeschwindigkeit die Amplitude der Sprungkraft verringert, während sich der Betätigungsknopf 6 dem mit Betätigungsgefühl ausgestatteten Bereich nähert, nachdem der Benutzer den Betätigungsknopf 6 losgelassen hat. Als Ergebnis hiervon wird der Betätigungsknopf 6 aufgrund der Sprungkraft nicht weiter gedreht, als dies erforderlich ist, und der Cursor oder die Umrahmung kann in einer von dem Benutzer gewünschten Position auf der Anzeige 9 gestoppt werden.
Ausführungsbeispiel 2
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel wird die Steuerung der Kraftrückkopplungs-Eingabevorrichtung beim Auswählen einer Position auf einem Bild, wie z.B. einer Karte oder dergleichen beschrieben, die auf der Anzeige dargestellt wird. 5 zeigt eine Ansicht zur Erläuterung der Konfiguration der Kraftrückkopplungs-Eingabevorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. In 5 werden die gleichen Bezugszeichen für Teile verwendet, die der 2 entsprechen, wobei auf eine ausführliche Beschreibung von diesen verzichtet wird. Ferner zeigt 6 eine Ansicht zur Erläuterung des Zustands der Betätigungsreaktionskraft der Kraftrückkopplungs-Eingabevorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
In 5 ist eine Bestimmungseinheit 76 vorhanden, die bestimmt, ob es notwendig ist, die Erzeugung der Sprungkraft zu stoppen, wobei dies auf der Basis des Rechenergebnisses der Rotationsgeschwindigkeits-Berechnungseinheit 73 erfolgt. Darüber hinaus zeigt die Anzeige 9 ein Bild einer Land- oder Straßenkarte oder dergleichen an. Wenn der Betätigungsknopf 6 bis zu der Rotationsgrenze gedreht wird, um einen Zeiger 10 in einen Bereich außerhalb der auf der Anzeige 9 dargestellten Bildschirmdarstellung zu bewegen, d.h. wenn der Zeiger von dem ersten Bereich, bei dem es sich um einen kontinuierlichen Bewegungsbereich handelt, zu dem Bildschirmrollbereich (einem mit einer Rückstellkraft ausgestatteten Bereich), d.h. dem zweiten Bereich in 6 wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel bewegt wird, stellt die Hauptkörper-Steuereinheit 8 fest, ob das von der Steuereinheit 7 übertragene Positionssignal außerhalb der Anzeige 9 liegt, d.h. ob die Betätigung in dem Bildschirmrollzustand stattfindet (z.B. an dem Punkt E₀ in 6), und bei der Feststellung, dass die Betätigung in dem Bildschirmrollzustand stattfindet, gibt die Hauptkörper-Steuereinheit 8 einen die Sprungkraft bereitstellenden Befehl in vorbestimmten Intervallen an die Amplitudensteuereinheit 72 der Steuereinheit 7 ab. In Abhängigkeit von dem Befehl gibt die Amplitudensteuereinheit 72 die in 6 dargestellte Sprungkraft X an den Aktuator 1 in Form eines Antriebssignals ab, und der Aktuator 1 beaufschlagt den Betätigungsknopf 6 auf der Basis des Antriebssignals der Sprungkraft mit der Rückkopplungskraft (Drehmoment). Außerdem steuert die Hauptkörper-Steuereinheit 8 das Bildschirmrollen auf der Anzeige 9 in sukzessiver Weise auf der Basis des von der Steuereinheit 7 übertragenen Positionssignals.
Wenn der Benutzer den Zeiger 10 in einer von dem Benutzer gewünschten Position stoppen will, während der Benutzer den Betätigungsknopf 6 in dem Bildschirmrollbereich dreht, um ein Bildschirmrollen zu erzielen, lässt der Benutzer den Betätigungsknopf 6 los. Obwohl der Benutzer in diesem Fall den Zeiger 10 von dem Bildschirmrollbereich zu dem kontinuierlichen Bewegungsbereich in 6 bewegt und dabei hofft, den Zeiger 10 in der gewünschten Position zu stoppen, wird in dem Fall, in dem die Sprungkraft X an einer Stelle unmittelbar vor dem kontinuierlichen Bewegungsbereich erzeugt wird, d.h. dem Punkt E, in 6, der Betätigungsknopf 6 durch die Sprungkraft derart rotationsmäßig bewegt, dass der Zeiger 10 die gewünschte Position verpasst und von dieser abweicht. Wenn der Benutzer den Betätigungsknopf 6 loslässt, während die Sprungkraft erzeugt wird, wird daher die Sprungkraft auf der Basis der Rotationsgeschwindigkeit des Betätigungsknopfes 6 gesteuert. Genauer gesagt, wird in in der in 6 dargestellten Weise die Sprungkraft in der Nähe des kontinuierlichen Bewegungsbereiches nicht erzeugt.
7 zeigt ein Flussdiagramm zum Erläutern der Steuerung der Sprungkraft bei der Kraftrückkopplungs-Eingabevorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Als Erstes wird die Rotationsgeschwindigkeit ω = Δθ/Δt des Betätigungsknopfes 6 auf der Basis des Drehwinkelsignals in der Rotationsgeschwindigkeits-Berechnungseinheit 73 der Steuereinheit 7 berechnet (ST21). Als Nächstes wird festgestellt, ob der Sprungkraftbefehl (POP) empfangen wird, d.h. ob der Benutzer den Betätigungsknopf 6 in einem Zustand betätigt, in dem die Sprungkraft erzeugt wird (einem Zustand, in dem der Benutzer den Betätigungsknopf 6 in dem Bildschirmrollbereich rotationsmäßig bewegt, um ein Bildschirmrollen vorzunehmen) (ST22). Wenn der Benutzer den Betätigungsknopf 6 in einem Zustand betätigt, in dem die Sprungkraft erzeugt wird, stellt die Bestimmungseinheit 76 dann fest, ob die von der Rotationsgeschwindigkeits-Berechnungseinheit 73 ermittelte Rotationsgeschwindigkeit den Schwellenwert übersteigt (ST23). Dies bedeutet, dass die Bestimmungseinheit 76 feststellt, ob der Benutzer den Betätigungsknopf 6 in einem Zustand loslässt, in dem der Benutzer den Betätigungsknopf 6 in dem Bildschirmrollbereich rotationsmäßig bewegt, um ein Bildschirmrollen zu erzielen. Das heißt, wenn der Benutzer den Betätigungsknopf 6 in dem Bildschirmrollbereich für ein Bildschirmrollen rotationsmäßig betätigt, dreht der Benutzer den Betätigungsknopf 6 an einer Position in dem Bildschirmrollbereich, und er hält den Betätigungsknopf 6 in diesem Zustand. Wenn der Benutzer den Betätigungsknopf 6 in dem vorstehend geschilderten Zustand loslässt, wird die Betätigungsreaktionskraft in abrupter Weise auf den Betätigungsknopf 6 ausgeübt, und die Rotationsgeschwindigkeit wird daher erhöht. Wenn hierdurch die Rotationsgeschwindigkeit ermittelt wird und mit dem Schwellenwert verglichen wird, lässt sich somit feststellen, ob der Benutzer den Betätigungsknopf 6 loslässt, während der Benutzer den Betätigungsknopf 6 in dem Bildschirmrollbereich dreht, um ein Bildschirmrollen auszuführen.
Wenn die Bestimmungseinheit 76 feststellt, dass der Benutzer den Betätigungsknopf 6 in einem Zustand loslässt, in dem der Benutzer den Betätigungsknopf 6 in dem Bildschirmrollbereich zum Rollen des Bildschirms loslässt, nimmt die Rückkopplungskraft-Steuereinheit 71 eine derartige Steuerung vor, dass die Sprungkraft nicht erzeugt wird (ST25). Das heißt, in dem Bildschirmrollzustand beträgt das Drehmoment der Sprungkraft X null. Ferner gibt die Rückkopplungskraft-Steuereinheit 71 ein Antriebssignal an die manuelle Betätigungseinheit auf der Basis von T_max (= 0) ab (ST26). Wenn dabei die Rotationsgeschwindigkeit den Schwellenwert nicht übersteigt, wird T₀ als T_max behandelt (ST24), und die Rückkopplungskraft-Steuereinheit 71 gibt das Antriebssignal an die manuelle Betätigungseinheit auf der Basis des vorstehend genannten Wertes T_max (= 0) ab (ST26).
Selbst bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel wird dann, wenn der Benutzer den Betätigungsknopf 6 in einem Zustand loslässt, in dem der Benutzer den Betätigungsknopf 6 in dem Bildschirmrollbereich für ein Bildschirmrollen dreht, wobei es sich um einen mit einer Rückstellkraft ausgestatteten Bereich handelt, und wenn somit der Betätigungsknopf 6 in den selektiven Bewegungsbereich bzw. den mit einem Betätigungsgefühl ausgestatteten Bereich zurückkehrt, durch die Steuerung der Amplitude der Sprungkraft in abnehmender Weise auf der Basis der Rotationsgeschwindigkeit die Sprungkraft in der Nähe des mit einem Betätigungsgefühl ausgestatteten Bereiches zum Verschwinden gebracht, nachdem der Benutzer den Betätigungsknopf 6 loslässt. Als Ergebnis hiervon wird der Betätigungsknopf 6 aufgrund der Sprungkraft nicht weiter gedreht als dies notwendig ist, und der Zeiger 10 kann in eine Position bewegt werden, die von dem Benutzer 5 auf der Anzeige 9 gewünscht wird.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele 1 und 2 beschränkt, sondern es sind verschiedene Modifikationen möglich. Wie z.B. durch die Sprungkraft Y in 8 dargestellt ist, kann dann, wenn der Betätigungsknopf 6 von dem mit einer Rückstellkraft ausgestatteten Bereich bzw. dem zweiten Bereich in den mit einem Betätigungsgefühl ausgestatteten Bereich bzw. den ersten Bereich zurückkehrt, die Kraft X₁, die den Betätigungsknopf 6 in den ersten Bereich zurückführt, geringer sein als die Kraft X₂, die den Betätigungsknopf 6 in den zweiten Bereich schickt. Wenn der Betätigungsknopf 6 von dem mit einer Rückstellkraft ausgestatteten Bereich bzw. dem zweiten Bereich in den mit einem Betätigungsgefühl ausgestatteten Bereich bzw. den ersten Bereich zurückkehrt, kann ferner die Sprungkraft lediglich die Kraft X₂ beinhalten, die den Betätigungsknopf 6 in den zweiten Bereich schickt. Ferner sind bei den Ausführungsbeispielen 1 und 2 die Konfiguration (insbesondere die Konfiguration der manuellen Betätigungseinheit), das Material und dergleichen der in den Begleitzeichnungen dargestellten Elemente nicht darauf beschränkt, und es können verschiedene Modifikationen in geeigneter Weise Anwendung finden, wenn die Ausführungsform die Wirkung der Erfindung zeigt. Darüber hinaus beschreiben zwar die Ausführungsbeispiele einen Betätigungsknopf, der drehbar ist, jedoch kann die Erfindung auch bei einer Konfiguration Anwendung finden, die einen Betätigungsknopf bzw. eine Betätigungstaste aufweist, der bzw. die vertikal und horizontal beweglich ist und die Sprungkraft erzeugt, wenn der Betätigungsknopf bzw. die Betätigungstaste bewegt wird. In diesem Fall wird das Positionssignal nicht aus dem Rotationszustand ermittelt, sondern aus einem linearen Bewegungszustand. Darüber hinaus können auch bei den anderen Teilen verschiedene Modifikationen mit den Vorteilen und technischen Ideen der vorliegenden Erfindung Anwendung finden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dem Benutzer das Betätigungsgefühl zu vermitteln, das aufgrund der Sprungkraft entsteht, sowie den Cursor, Zeiger oder dergleichen an einer von dem Benutzer gewünschten Stelle zu stoppen, und zwar selbst dann, wenn der Benutzer den Knopf während des Bildschirmrollens loslässt.

Claims

Kraftrückkopplungs-Eingabevorrichtung, aufweisend: eine manuelle Betätigungseinheit (6), die rotationsmäßig betätigbar ist; einen Aktuator (1), der die manuelle Betätigungseinheit mit einer Rückkopplungskraft beaufschlagt; eine Detektionseinheit (4), die einen Rotationszustand der manuellen Betätigungseinheit (6) detektiert; und eine Steuereinheit (7), die ein Positionssignal auf der Basis des Rotationszustands der manuellen Betätigungseinheit (6) abgibt und den Aktuator (1) zum Erzeugen einer Rückstellkraft steuert, um die manuelle Betätigungseinheit (6) derart rotationsmäßig zu bewegen, dass das Positionssignal von einem zweiten Bereich in einen ersten Bereich zurückkehrt, wenn sich das Positionssignal in dem zweiten Bereich befindet, der dem ersten Bereich benachbart ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (7) dann, wenn sich das Positionssignal in dem zweiten Bereich befindet, ein Antriebssignal abgibt, das eine Sprungkraft liefert, die aus einer ersten Kraft, die die manuelle Betätigungseinheit (6) von dem zweiten Bereich zu dem ersten Bereich zurückführt, und aus einer zweiten Kraft besteht, die die manuelle Betätigungseinheit (6) von dem ersten Bereich zu dem zweiten Bereich schickt, und die Steuereinheit (7) die Größe der Sprungkraft bei der Rückkehr der manuellen Betätigungseinheit (6) von dem zweiten Bereich zu dem ersten Bereich steuert.
Kraftrückkopplungs-Eingabevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (7) eine Geschwindigkeitsberechnungseinheit (73) beinhaltet, die die Rotationsgeschwindigkeit der manuellen Betätigungseinheit (6) auf der Basis des Rotationszustands der manuellen Betätigungseinheit (6) ermittelt, sowie eine Amplitudensteuereinheit (72) beinhaltet, die die Amplitude der Sprungkraft steuert.
Kraftrückkopplungs-Eingabevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplitudensteuereinheit (72) die Amplitude der Sprungkraft in Abhängigkeit von der Rotationsgeschwindigkeit vermindert.
Kraftrückkopplungs-Eingabevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (7) die Sprungkraft nicht erzeugt, wenn die Rotationsgeschwindigkeit einen bestimmten Wert übersteigt.
Kraftrückkopplungs-Eingabevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Sprungkraft die erste Kraft zumindest dann niedriger wird als die zweite Kraft, wenn die in Form eines Betätigungsknopfes (6) ausgebildete manuelle Betätigungseinheit von dem zweiten Bereich zu dem ersten Bereich zurückkehrt.
Kraftrückkopplungs-Eingabevorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sprungkraft, zumindest dann, wenn der Betätigungsknopf (6) von dem zweiten Bereich zu dem ersten Bereich zurückkehrt, nur die zweite Kraft beinhaltet, die den Betätigungsknopf zu dem zweiten Bereich schickt.