JP2007172337A - 操作装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レバーの操作で制駆動力を指令する操作装置において、レバーに加わる反力を調整可能とする。
【解決手段】レバーが全方向に傾動可能となるようにその支柱１４がジョイントにより枢支される。レバーの支柱１４の周囲を取り囲むようにスポンジ部材１８が配置され、スポンジ部材１８により支柱１４が全方向から中立位置に付勢される。一対の収容部材２２が、レバーを傾動させる特定の方向に支柱１４を挟んで対向して配置され、レバーが特定方向に傾けられたときに倒れ込む支柱１４を受け止める。収容部材２２のレバーの支柱とは反対側の背面には、ばね２０が取り付けられる。ばね２０は上記特定方向に配設され、収容部材２２を介してレバーに反力を与える。
【選択図】図４

Description

本発明は、レバーの傾動によって車両の制駆動力を操作可能な操作装置に関する。

従来から、ステアリングホイールの代わりにジョイスティックやレバー等を使用して車両の加減速を操作する運転装置が知られている。例えば、特許文献１および２には、ジョイスティックの操作量に応じて車両の操舵および加減速操作を行う車両用運転装置が開示されている。
特開２００３−１４６１１６号公報 特開２０００−６６７５３号公報

上述したような操作装置では、高齢者や障害者などの力の弱いドライバーが操作するにはレバーを操作する力が不足するような場合もある。しかし、操作力を一様に低減してしまうと、通常の力を持つドライバーが操作したときに軽く動きすぎてしまって、思い通りの操作ができなくなる恐れもある。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、レバーに加えられる反力を調整可能な操作装置を提供することにある。

本発明のある態様は、操作装置である。この装置は、全方向に傾動可能なようにレバーの支柱を枢支する枢支部材と、レバーの支柱を取り囲むように配置され、全方向から支柱を中立位置に付勢する付勢部材と、レバーを傾動させる特定の方向に支柱を挟んで対向して配置され、レバーの特定方向への傾動により倒れ込むレバーの支柱を受け止める一対の収容部材と、前記収容部材のレバーの支柱とは反対側の背面に、前記特定方向に配向するように取り付けられ、前記収容部材を介してレバーに反力を与える弾性部材と、を備える。

この態様によると、レバーの傾動時に付勢部材と弾性部材とによりレバーに与えられる反力が異なるため、ユーザが出すことのできる操作力に応じて、レバーから受ける反力の大小を選択することができる。

本発明の別の態様は、車室内に設置されたレバーを中立位置から傾動させることで車両の制駆動力を指令する操作装置であって、レバーの傾動方向に応じてレバーに加えられる反力が異なることを特徴とする。

この態様によると、ドライバーが出すことのできる操作力に応じて、レバーから受ける反力の大小を選択することができる。したがって、一般のドライバーであると高齢者や障害者などの力の弱いドライバーであるとに関わらず、それぞれの力に応じて操作しやすい車両操作装置を提供することができる。

本発明のさらに別の態様もまた、操作装置である。この装置は、全方向に傾動可能なようにレバーの支柱を枢支する枢支部材と、レバーの支柱を取り囲むように配置され、全方向から支柱を中立位置に付勢する付勢部材と、レバーを傾動させる特定の方向に支柱を挟んで対向して配置され、レバーの特定方向への傾きにより倒れ込むレバーの支柱を受け止める一対の収容部材と、前記収容部材のレバーの支柱とは反対側の背面に、前記特定方向に配向するように取り付けられ、前記収容部材を介してレバーに反力を与える弾性部材と、ドライバーによりレバーに与えられた操作力を検出する操作力センサと、少なくとも二つの方向へのレバーの操作量を検出するストロークセンサと、検出された操作力および操作量にしたがってエンジン制御装置およびブレーキ制御装置に与える指令値を算出する制御部と、を備える。

前記制御部は、レバーの傾動方向に応じて前記操作力と前記操作量に重み付けした上で前記指令値を算出してもよい。上記構成の操作装置では、特定方向に発生する反力はそれ以外の方向の反力と比してかなり小さいので、操作力とストロークの比率が特定方向とそれ以外とで大きく異なる。そのため、同一の配分にすると適切な指令値を算出できないおそれがある。レバーの傾動方向に応じて操作力と操作量に重み付けすることで、そのような事態を防止することができる。

レバーの移動方向を前後左右の四方向に規制する規制部材をさらに備えてもよい。これによると、前後、左右以外の斜め方向のレバー操作が防止されるので、前後または左右のいずれかを反力大の方向としておけば、反力大か反力小のいずれかの状態でのみ操作装置を使用することができる。

本発明によれば、傾動方向によってレバーの受ける反力が異なる操作装置を構成することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る車両操作システム１００の模式的な構成図である。操作装置１０は、車室内に設置されたレバー（ジョイスティックともいう）をドライバーが中立位置から傾動させることで、車両の制駆動力を指令する入力デバイスである。この操作装置１０は、車室のアームレストやインストルメンタルパネルなどに配置される。

後述するように、操作装置１０は、レバーの傾動方向によってドライバーの受ける反力が異なるように構成されている。これは、一般のドライバーは通常の反力を受ける方向でレバー操作し、高齢者や障害者などの力の弱いドライバーは、弱い反力を受ける方向で操作することを可能にするものである。一般のドライバーは、レバーから受ける反力が弱いとかえって操作がしづらいため、このような操作装置１０を設けることで、同一の車両を一般ドライバーと力の弱いドライバーとで共用することが可能となる。
なお、本実施形態においては、車両の転舵は別途設けた図示しないレバー等の操作によって行うものとする。

操作装置１０には、ドライバーによりレバーに与えられる操作力を検出する操作力センサ３２と、ドライバーによるレバーの前後方向のストローク量を検出する前後方向ストロークセンサ３４と、同じく左右方向のストローク量を検出する左右方向ストロークセンサ３６とを備える。操作力センサ３２は、検出した操作力に応じた信号を車両に設置される電子制御装置４０（以下、「ＥＣＵ４０」と表記する）に供給する。ストロークセンサ３４、３６は、ドライバーの傾動動作によりレバーが中立位置よりも変位すると、そのストローク量を検出してそれに応じた信号をＥＣＵ４０に供給する。また、車両操作システム１００は車速センサ３８も備え、車速情報がＥＣＵ４０に供給される。

図２は、ＥＣＵのうち車両操作制御に関与する部分の構成を示す機能ブロック図である。ここに示す各ブロックは、ハードウェア的には、コンピュータのＣＰＵやメモリをはじめとする素子や機械装置で実現でき、ソフトウェア的にはコンピュータプログラム等によって実現されるが、ここでは、それらの連携によって実現される機能ブロックとして描いている。したがって、これらの機能ブロックはハードウェア、ソフトウェアの組合せによっていろいろなかたちで実現できることは、当業者には理解されるところである。

検出部４２は、操作力センサ３２、前後方向ストロークセンサ３４、左右方向ストロークセンサ３６、車速センサ３８からそれぞれの検出値を取得する。駆動力算出部４６は、センサにより検出された操作力、ストローク量および車速にしたがって、エンジン制御装置５０に与える指令値を算出する。同様に、制動力算出部４８は、センサにより検出された操作力およびストローク量にしたがって、ブレーキ制御装置５４に与える指令値を算出する。駆動力算出部４６および制動力算出部４８は、予め準備されているプログラムにしたがって上述の指令値を算出する。

図１に戻り、エンジン制御装置５０は、ＥＣＵ４０の駆動力算出部４６から与えられる指令値にしたがって、図示しないエンジンのスロットル開度を制御するスロットルアクチュエータ５２を駆動させることによって、車両を加速させる。操作装置１０のレバーは、例えば前後方向に傾動させる場合であれば、中立位置から前方に変位するにしたがって車両の加速度を大きくし、中立位置側に戻すにしたがって車両の加速度を小さくするように設定されている。中立位置においては、加速度は０となる。なお、ハイブリッド車両においては、エンジン制御装置５０は、駆動力算出部４６から与えられる指令値にしたがって図示しないモータを駆動させて、車両を加速させてもよい。

ブレーキ制御装置５４は、ＥＣＵ４０の制動力算出部４８から与えられる指令値にしたがって、車両に制動力を付与するブレーキアクチュエータ５６を駆動させ、車両を減速させる。操作装置１０のレバーは、例えば前後方向に傾動させる場合であれば、中立位置から後方に変位するにしたがって車両の減速度を大きくし、中立位置側すなわち前方に戻すにしたがって車両の減速度を小さくするように設定されている。中立位置においては、減速度は０となる。なお、ハイブリッド車両においては、ブレーキ制御装置５４は、制動力算出部４８から与えられる指令値にしたがって図示しないモータによる回生ブレーキを作動させて、車両を減速させてもよい。

図３は、操作装置１０の構造の概略図である。ドライバーにより傾動操作されるレバー１５は、把持部１２と支柱１４とからなる。支柱１４の把持部１２と反対側の端部は、ジョイント１６によって枢支される。このジョイント１６によって、レバー１５は全方向に傾動可能となっている。

レバー１５は、筐体２４の略中央に位置し、略垂直状態が中立位置となるように構成される。支柱１４を一周するように、支柱１４から半径方向に若干のギャップを開けた状態で、薄膜状の操作力センサ３２が巻回されて配置される。支柱１４が傾動されると操作力センサ３２の一部が押圧され、押圧された部分に歪みが発生する。操作力センサ３２は、歪み量を検出しそれに応じた信号をＥＣＵ４０に伝達する。ＥＣＵ４０の検出部４２は、この歪み量からドライバーによるレバーの操作力を算出する。

また、レバー１５の支柱１４には、ストロークセンサ３４、３６から伸びるワイヤの一端が留め具２６によって固定される。前後方向ストロークセンサ３４は、レバー１５の前後方向のストローク量を検出し、左右方向ストロークセンサ３６は、レバー１５の左右方向のストローク量を検出する。ストロークセンサ３４、３６は、以下に述べるような構成を取る。ストロークセンサは、ワイヤを巻き取る力が常に働いているリールを備え、このリールからワイヤが伸び出し、その一端が支柱１４に留められている。ストロークセンサは、このワイヤの繰り出し量または巻き取り量を測定するように構成される。例えば、前後方向で考えると、レバー１５が図３中の前方向（奥行き方向）に倒されると、その分だけワイヤ３４ａがリールに巻き取られ、前後方向ストロークセンサ３４は巻き取った量を検出する。レバー１５が図３中の後方向（手前方向）に倒されると、その分だけワイヤ３４ａがリールから繰り出され、前後方向ストロークセンサ３４は繰り出したワイヤの長さを検出する。このワイヤ３４ａの巻き取りまたは繰り出し長さを、ストローク量としてＥＣＵ４０の検出部４２に伝達する。ストローク量が巻き取りの場合であれば、中立位置から前方向への移動であり、繰り出しの場合であれば、中立位置から後方向への移動となる。左右方向ストロークセンサ３６についても同様である。

筐体２４の内部には、レバー１５の支柱１４を取り囲むようにしてスポンジ部材１８が充填されている。このスポンジ部材１８は、その弾性力により、レバー１５に力が加えられていないときに支柱１４を中立位置、すなわち略垂直状態に付勢する働きを有する。

図４は、図３の操作装置において、傾動方向に応じてレバーに与える反力を変えるための構造を説明する図である。図４は、図３の操作装置１０の筐体２４の支柱１４に垂直な切断面を上方から見たときの様子を示す。

図示するように、支柱１４を左右方向から挟んで、一対の収容部材２２が配置される。収容部材２２は、図示のように凹形に湾曲された板であり、レバー１５が左右いずれかの方向に傾いたときに支柱１４を受け止める形状となっている。収容部材２２は、図中の上下方向に一定の長さを有するため、レバー１５が左右軸に対して若干傾いて操作された場合にも、支柱１４と接触するようになっている。

一対の収容部材２２の支柱１４とは反対側の面には、ばね２０の一端がそれぞれ取り付けられる。このばね２０の他端は、筐体２４の側壁に取り付けられる。ばね２０は、左右軸と略平行に配設される。収容部材２２とばね２０とは、スポンジ部材１８の内部に埋め込まれたかたちとなっている。

この構成によって、前後方向にレバーを傾動させた場合には、スポンジ部材１８による付勢力のみを受けるので、反力は微小である。左右方向にレバーを傾動させた場合には、スポンジ部材１８による反力のみならず、支柱１４が左右いずれかの収容部材２２に受け入れられ、ばね２０からの弾性力をも受けるので、前後方向に比べて大きな反力を受ける。斜め方向にレバーを傾動させた場合には、ばねからの反力を一部受けるので、その中間の反力が得られる。このように、レバーの操作方向に応じて異なる反力を与えることができる。

したがって、図４に示すように、前後方向はドライバーがレバーから受ける反力が小である方向、左右方向はドライバーがレバーから受ける反力が大である方向となる。前後方向に動かす場合には、中立位置を０とし、中立位置より前方、すなわち車両のインストルメンタルパネル側に傾動させると、車両に駆動力を与える指令がなされて車両が加速する。中立位置より後方、すなわちドライバーの手前側に傾動させると車両に制動力を与える指令が出されて車両が減速する。左右方向に動かす場合には、同様に、中立位置を０とし、中立位置より左方にレバーを傾動させると車両に駆動力を与える指令がなされて車両が加速し、中立位置より右方にレバーを傾動させると車両に制動力を与える指令がなされて車両が減速する。

この操作装置によって、ドライバーは自らの意志でいずれの方向にレバーを操作するかによって、大きな反力または小さな反力のいずれかを選択することができる。

なお、当然であるが、前後方向と左右方向とでドライバーがレバーから受ける反力の大小が逆であってもよいし、また、前後方向または左右方向のレバー操作により生じる駆動指令と制動指令とが逆であってもよい。

本実施形態では、レバーの操作力とストロークの両方を検出する構成を取る。そして、操作力とストロークの両方を参照して、対応する制動力または駆動力を算出する。これは、操作力センサとストロークセンサのいずれかが故障した場合にも一定量の制駆動力を発揮できるようにするフェイルセーフの観点で設けられる。この場合、ＥＣＵ４０の駆動力算出部４６および制動力算出部４８は、傾動方向、すなわち前後方向か左右方向かに応じて、操作力に応じて設定する制駆動力とストローク量に応じて設定する制駆動力との配分を変化させている。これは、前後方向に発生する反力は左右方向の反力と比してかなり小さいので、操作力とストロークの比率が前後方向と左右方向とで大きく異なるため、同一の配分にすると適切な指令値を算出できないためである。

レバー１５が斜め方向に傾動された場合には、ストロークは前後方向ストロークセンサ３４と左右方向ストロークセンサ３６の検出値の正接で求められる。斜め方向の入力を有効とするか否かは設定次第だが、前後方向または左右方向の軸に対して一定角度以上傾いた方向への傾動は、いずれの方向へ操作したかが不明確であるため、受け付けないようにすることが好ましい。

以上説明したように、本実施形態によれば、ドライバーが出すことのできる操作力に応じて、レバーから受ける反力の大小を選択することができる。したがって、一般のドライバーであると高齢者や障害者などの力の弱いドライバーであるとに関わらず、それぞれの力に応じて操作しやすい車両操作装置を提供することができる。

以上、実施の形態をもとに本発明を説明した。これらの実施形態は例示であり、各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

車室内に図示しない切換スイッチを設け、スイッチ操作により、前後方向または左右方向のいずれかのレバー操作のみを有効な入力とするように構成することもできる。例えば、切換スイッチオフ時は左右方向の入力のみが有効とするような設定としておき、切換スイッチをオンにすると、レバーの左右方向の入力が無効となり、前後方向の入力のみが有効となるように構成してもよい。こうすれば、左右方向のレバーの傾動動作で操作したいときに、誤って前後方向にレバーを動かしてしまったとしても、その方向の入力は無効なので、安心して運転操作をすることができるこのようにすれば、高齢者や障害者などの力の弱い人とそれ以外の人とで、同一の車両を共用することがより容易となる。

図５は、レバーの操作方向を前後左右の四方向に規制した操作装置を示す。図示するように、筐体７０の上面に、前後方向、および左右方向のみにレバー１５の支柱１４を通過させる十字型の溝７２が形成された上板を覆設する。これによって、前後、左右以外の斜め方向のレバー操作が防止されるので、反力大か反力小のいずれかの状態でのみ操作装置１０を使用することが可能である。上述した切換スイッチと併用することによって、スイッチオフ時は左右方向の溝を移動させ、スイッチオン時は前後方向の溝を移動させることになるので、操作方向が明確となり有用である。

レバーの支柱を全方向から中立位置に付勢する部材は、スポンジ以外の弱い弾力性を有する部材であってもよい。例えば、一部の樹脂やゲル状材料などでもよい。また、レバーの支柱を一方向の中立位置に付勢する部材は、スポンジ等の部材よりも大きい弾性力があれば、ばね以外の弾性部材であってよい。弾性部材を使用せず、支柱自体の復元力を利用する形態でもよい。

上述の実施形態では、ひとつの操作装置を用いて車両の駆動力と制動力の両方を制御するものとして説明したが、本発明の操作装置を駆動力または制動力のいずれか一方のみを制御する入力デバイスとして用いてもよい。

上述の実施形態では、操作装置１０を車両の制駆動力制御用の入力デバイスとして使用することを述べたが、本発明の操作装置は、その用途に限られない。例えば、車両の操舵用の入力デバイスとしても用いることができるし、車両以外のあらゆる用途に応用することも可能である。

本発明の一実施形態に係る車両操作システムの模式的な構成図である。 ＥＣＵのうち車両操作制御に関与する部分の構成を示す機能ブロック図である。 操作装置の構造の概略図である。 図３の操作装置において、傾動方向に応じてレバーに与える反力を変えるための構造を説明する図である。 レバーの操作方向を前後左右の四方向に規制した操作装置を示す図である。

符号の説明

１０ 操作装置、 １２ 把持部、 １４ 支柱、 １５ レバー、 １６ ジョイント、 １８ スポンジ部材、 ２０ ばね、 ２２ 収容部材、 ２４ 筐体、 ２６ 留め具、 ３２ 操作力センサ、 ３４ 前後方向ストロークセンサ、 ３４ａ ワイヤ、 ３６ 左右方向ストロークセンサ、 ３６ａ ワイヤ、 ３８ 車速センサ、 ４０ ＥＣＵ、 ４２ 検出部、 ４６ 駆動力算出部、 ４８ 制動力算出部、 ５０ エンジン制御装置、 ５２ スロットルアクチュエータ、 ５４ ブレーキ制御装置、 ５６ ブレーキアクチュエータ、 ７０ 筐体、 ７２ 十字溝。

Claims (5)

1. 全方向に傾動可能なようにレバーの支柱を枢支する枢支部材と、
   レバーの支柱を取り囲むように配置され、全方向から支柱を中立位置に付勢する付勢部材と、
   レバーを傾動させる特定の方向に支柱を挟んで対向して配置され、レバーの特定方向への傾動により倒れ込むレバーの支柱を受け止める一対の収容部材と、
   前記収容部材のレバーの支柱とは反対側の背面に、前記特定方向に配向するように取り付けられ、前記収容部材を介してレバーに反力を与える弾性部材と、
   を備えることを特徴とする操作装置。
2. 車室内に設置されたレバーを中立位置から傾動させることで車両の制駆動力を指令する操作装置であって、
   レバーの傾動方向に応じてレバーに加えられる反力が異なることを特徴とする操作装置。
3. 全方向に傾動可能なようにレバーの支柱を枢支する枢支部材と、
   レバーの支柱を取り囲むように配置され、全方向から支柱を中立位置に付勢する付勢部材と、
   レバーを傾動させる特定の方向に支柱を挟んで対向して配置され、レバーの特定方向への傾きにより倒れ込むレバーの支柱を受け止める一対の収容部材と、
   前記収容部材のレバーの支柱とは反対側の背面に、前記特定方向に配向するように取り付けられ、前記収容部材を介してレバーに反力を与える弾性部材と、
   ドライバーによりレバーに与えられた操作力を検出する操作力センサと、
   少なくとも二つの方向へのレバーの操作量を検出するストロークセンサと、
   検出された操作力および操作量にしたがってエンジン制御装置およびブレーキ制御装置に与える指令値を算出する制御部と、
   を備えることを特徴とする操作装置。
4. 前記制御部は、レバーの傾動方向に応じて前記操作力と前記操作量に重み付けした上で前記指令値を算出することを特徴とする請求項３に記載の操作装置。
5. レバーの移動方向を前後左右の四方向に規制する規制部材をさらに備えることを特徴とする請求項３または４に記載の操作装置。

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