JP2010173514A - 情報伝達ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】触覚を通じて操作者に情報を伝達することのできるステアリング装置を提供する。
【解決手段】情報伝達ステアリング装置は、ステアリングホイールに設けられた複数の電極と、複数の電極のうちのいずれかの間に電圧を印加する出力部と、電圧を印加する電極を切り替える電極切替部と、を備え、電流刺激によって操作者に情報を伝達する。電極切替部は、ステアリングを操作すべき方向などの操作者に伝達する情報に応じて、電圧を印可する電極の位置を所定方向に順次切り替えることが好ましい。また、電極間のインピーダンス変化から操作者が触っている電極を検出して、操作者が触っている電極の間で電圧印可電極を切り替えることも好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、触覚によりユーザに情報を伝達可能な情報伝達ステアリング装置に関する。

従来、車両内でドライバーに情報を伝達する場合、画像や警告等のような視覚情報や、音声やブザーのような聴覚情報を利用している。しかし、視覚情報や聴覚情報を利用すると、ドライバーが運転操作等に意識を集中している場合には、これらの情報を見落としたり聞き漏らしたりしてしまうことが考えられる。

このような点を考慮して触覚による情報伝達の手法が提案されている。特許文献１，２はハンドルに振動子を設けており、特許文献３は座席の座面に振動子を設けている。いずれの手法においても、振動子を振動させることでドライバーに情報を伝達している。

このような触覚を用いた情報伝達は、視覚・聴覚が他の目的に利用されている場合でも確実に情報伝達が可能な点や、ドライバーのみに情報伝達ができるので同乗者に対して不快感等を与えないという点で利点がある。

特開２００６−１９９０９４号公報 特開２００４−１８２００７号公報 特開２００６−１１９８４０号公報

ドライバーが認識する情報の多くが視覚情報や聴覚情報である現状を考慮すると、触覚を利用した情報伝達技術は非常に有用である。

本発明はこのような観点からなされたものであり、その目的は、触覚を通じて操作者に情報を伝達することのできる新規な構成のステアリング装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明はステアリングホイールに設けられた電極を介して操作者に電流刺激を与えることで、情報の伝達を行う。

より具体的には、本発明は、電流刺激によって操作者に情報を伝達する情報伝達ステアリング装置であって、
ステアリングホイールに設けられた複数の電極と、
これら複数の電極のうちのいずれかの間に電圧を印加する出力部と、
電圧を印加する電極を切り替える電極切替部と、
を備える情報ステアリング装置である。

ステアリングホイールは操作者が手で触るため、そこに設けられた電極と操作者の手が確実に接触する。そして、この電極間に電圧を印加することで操作者の手に電流を流し刺激を与えて、操作者に対して触覚的に情報を伝えることができる。ここで、電流を流す位置、すなわち電圧を印加する電極の位置を電極切替部が切り替えることで、操作者が電流刺激を感じる位置を移動させることができ、そのパターンを変えることで異なる情報を伝
達可能である。

本発明における電極切替部は、操作者に伝達する情報に応じて、電圧を印加する電極の位置を所定の方向に順次切り替えることが好ましい。たとえば、操作者にステアリングを操作すべき方向を伝達する場合は、その方向と同じ方向に電圧を印加する電極を切り替えることが好ましい。

このように電圧を印加する電極を切り替えることで、ステアリングをいずれの方向に操作すべきかというような情報を、操作者に伝達することができる。

また、本発明における情報伝達ステアリング装置は、複数の電極間のインピーダンスを検出して操作者がステアリングホイールを把持している位置を検出する把持位置検出部をさらに有し、電極切替部は操作者が把持している電極の間で、電圧を印加する電極を切り替えることが好ましい。

このように操作者が把持している電極を検出することで、操作者に電流刺激を与えられない電極に対する電圧印加を避けることができる。また、操作者に情報を伝達する際に、迅速に電流刺激を与えることができる。

また、本発明における電極切替部は、操作者が把持している電極の間で、電圧を印加する電極ペアのうち一方の電極を固定したまま、他方の電極を前記一方の電極に近づくように切り替えることが好ましい。この場合、特に、電極間距離の変化が徐々に少なくなるように電極を切り替えることが好ましい。

このような刺激電流を与えることで、いずれかの方向にステアリングを操作すべきであるという情報を、操作者がより直感的に理解できる。

なお、本発明は、上記手段の少なくとも一部を有する情報伝達ステアリング装置として捉えることができる。また、本発明は、上記処理の少なくとも一部を含む情報伝達方法、または、かかる方法を実現するためのプログラムとして捉えることもできる。上記手段および処理の各々は可能な限り互いに組み合わせて本発明を構成することができる。

本発明によれば、触覚を通じて操作者に情報を伝達することが可能となる。

図１は、実施形態に係る情報伝達ステアリング装置の外観を示す図である。 図２は、第１の実施形態に係る情報伝達ステアリング装置の機能ブロックを示す図である。 図３は、パルス電流を利用した刺激電流の例を示す図である。 図４は、第１の実施形態における刺激電流の印加方法の一例を説明する図である。 図５は、第１の実施形態における刺激電流の印加方法の別の例を説明する図である。 図６は、第２〜４の実施形態に係る情報伝達ステアリング装置の機能ブロックを示す図である。 図７は、第２の実施形態における刺激電流の印加方法の一例を説明する図である。 図８は、第２の実施形態における刺激電流の印加方法の一例を説明する図である。 図９は、第３の実施形態における刺激電流の印加方法の一例を説明する図である。 図１０は、第４の実施形態における電極の配置を説明する図である。 図１１は、第４の実施形態における電極の構造の例を説明する図である。 図１２は、第４の実施形態における刺激電流の印加方法の一例を説明する図である。

以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。

（第１の実施形態）
図１は本実施形態に係る情報伝達ステアリング装置の外観を示す図であり、図２はその機能ブロックを示す図である。情報伝達ステアリング装置１のステアリングホイール表面には、複数の電極２が円周方向（ステアリングの回転方向）に並べて設けられている。情報伝達ステアリング装置１は、カーナビゲーション装置などの情報出力装置１０からドライバーに伝達すべき情報を受け取り、電極２を介して刺激電流によりドライバーに触覚刺激を与えて情報伝達する。なお、図１では電極２が２０個設けられているが、設置個数を増やしてより密に並べることが好ましい。

制御部５は、情報出力装置１０からドライバーに伝達すべき情報を受け取る。ここでは、カーナビゲーション装置の経路案内機能により、左折や右折または車線変更すべきという指示、すなわちステアリングを左右いずれの方向に操作すべきであるという情報をドライバーに伝達する場合を例に説明する。制御部５は、情報出力装置１０からドライバーに伝達すべき情報を受け取ると、波形生成出力部３および電極切替部４を制御して、電極２の間に刺激電流を流すよう制御する。

波形生成出力部３は、低周波の刺激電流を生成する。図３は、パルス電流を用いた刺激電流の一例を示す図である。ここでは、パルス幅は約１００マイクロ秒で、パルス振幅が約１００ボルト程度のパルスを用いる。個々のパルスの幅や振幅、パルス間隔を制御することで、ドライバーに与える刺激を変えることができる。ただし、パルス幅等を固定としても構わない。

電極切替部４は、複数の電極２のうち任意の２つの電極間に、波形生成出力部３から得られる出力される電圧を印加する。電極間に電圧が印加されたときに両電極をドライバーが触っていると、ドライバーの掌に刺激電流が流れ、ドライバーは刺激を感じる。電極切替部４は、刺激電流を通電する電極（電圧を印加する電極）を短い時間で切り替えることで、ドライバーの掌のうちの刺激を与える部位を変化させる。これにより、ドライバーに動く刺激を与えることができる。

次に、図４を参照して、本実施形態における刺激電流の印加パターンについて説明する。図４は、ステアリングホイールの右側部分を示す図である。そして、制御部５が、ドライバーに左折の指示、すなわちステアリングホイールを左（反時計回り）に操作するようす指示する場合の例である。

電極切替部４は、まず隣接する２つの電極２ａ−２ｂ間に電圧を印加し、ついで、２ｃ−２ｄ間に電圧を印加する。以下、２ｅ−２ｆ間、２ｇ−２ｈ間、２ｉ−２ｊ間というように電圧印加電極を反時計回りに移動させていく。この電圧印加電極の移動はステアリングホイールの一周（３６０度）全てにわたって移動させる。ドライバーはステアリングホイールのいずれかの位置を握っているので、必ず刺激電流を受け、その刺激位置が掌の中で反時計回りに移動していくことを感じる。この刺激電流により、ドライバーはステアリ
ングを左（反時計回り）に操作すべきであると直感的に認識することができる。また、刺激電流を流す位置を上記と反対の方向（時計回り）に動かせば、ドライバーにステアリングを右（時計回り）に操作すべきことを伝達できる。

・変形例
上記の例では、隣接する電極間に刺激電流を流しているが、電流を流す電極は必ずしも隣接する電極間とする必要はない。たとえば、図４において、電極２ａ−２ｃ間、２ｂ−２ｄ間、２ｄ−２ｅ間というように、１つ間をおいた電極間に刺激電流を流しても良い。もちろん、２つ以上間をおいた電極間に刺激電流を流すようにしても構わない。

また、上記の例では、複数の電極２の間の１つの電極ペアの間のみに刺激電流を流しているが、図５（Ａ）（Ｂ）に示すように、複数の電極ペアの間に同時に電圧を印加してもよい。図５（Ａ）（Ｂ）において黒塗りで示した場所が電圧を印加する位置であり、黒塗りのそれぞれが電極ペア（２つの電極）を示している。図５（Ａ）は、２つの電極ペアに同時に電圧を印加する例であり、１８０度ずらした２箇所に電圧を印加している。図５（Ｂ）は、４つの電極ペアに同時に電圧を印加する例であり、９０度ずつずらした４箇所に電圧を印加している。電圧印加電極の位置をそれぞれ反時計回りに移動していくことで、ドライバーに左折の指示を伝達することができる。なお、電圧印加電極の位置は、等間隔としなくても構わない。

また、上記の例では、ステアリングホイールの全体に電極２を設けているが、必ずしも全体に設ける必要はない。ドライバーがステアリングホイールを握る場合に、左右の位置で握ることが多く上下の位置を握ることは少ないため、電極２をステアリングホイールの左右部のみに設けても構わない。

（第２の実施形態）
本実施形態では、ステアリングホイールに設けられている電極２をドライバーの手の位置を検出するセンサとしても利用し、ドライバーが触っている電極のみに電圧を印加する。本実施形態に係る情報伝達ステアリング装置の機能ブロックを図６に示す。第１の実施形態との違いは、把持位置検出部６が設けられている点である。以下、第１の実施形態との違いについて主に説明する。

把持位置検出部６は、電極２の間のインピーダンス変化を検出することで、ドライバーがどの電極を把持しているか検出する。把持位置検出部６は、隣接する電極間のインピーダンスを測定可能であり、測定箇所を任意に切り替えることで、ステアリングホイール全体についてドライバーの把持位置を検出できる。

次に、本実施形態における刺激電流を流す電極の切替方法について図７を参照して説明する。ここでは、把持位置検出部６により、図７に示す電極２ａ〜２ｊのうち電極２ｃ〜２ｈをドライバーが把持していると検出されたとする。この場合、電極切替部４は電極２ｃ〜２ｈの間で、刺激電流を左（反時計回り）方向に移動するように電圧を印加する電極を切り替える。具体的には、まず電極２ｃ−２ｄ間に電圧を印加し、ついで、２ｅ−２ｆ間、２ｇ−２ｈ間に電圧を印加する。この後は、再度２ｃ−２ｄ間から電圧の印加を行う。

本実施形態によれば、ドライバーが把持している電極を検出可能であるため、ドライバーに刺激を与えられる電極のみに電圧を印加することが可能となる。また、ステアリングを握る位置を変えた場合であっても、適確に刺激電流を流すことができる。また、移動する刺激電流を繰り返し流す場合に、刺激を与える頻度を上げることができ効率的である。

・変形例
本実施形態においては、ドライバーにたとえば反時計回りに移動する刺激を与える場合に、刺激を感じる位置の開始位置と終了位置を把握することができる。すなわち、図７の例でいうと、電極２ｃ−２ｄ間が反時計回りに移動する刺激の開始位置であり、電極２ｇ−２ｈ間が刺激の終了位置であることが分かる。したがって、刺激が移動する場合に、刺激位置が移動するに従って、刺激を強くするように制御することが可能である。

波形生成出力部３は、電極切替部４が電圧印加電極を切り替えるのに合わせて、図８に示すようにパルスの波高値や幅を変えて、徐々に刺激が強くなるようにする。図８（Ａ）は、パルスの波高値を徐々に大きくする例である。図８（Ｂ）は、パルス幅を徐々に長くする例である。もちろん、パルスの波高値と幅の両方を同時に変えても良い。いずれの場合も、刺激位置が反時計回りに移動するにつれて、ドライバーが感じる刺激が強くなる。これにより、ドライバーは、反時計回りにステアリングを操作すべきであるという指示を、触覚からより一層直感的に理解することができる。

（第３の実施形態）
本実施形態も第２の実施形態と同様に把持位置検出部６を用いて、ドライバーが触っている電極を認識した上で、刺激電流をドライバーの掌に流す。本実施形態と第２の実施形態とは、電圧を印加する電極の切替方法が異なる。

以下、本実施形態における刺激電流を流す電極の切替方法を、図９を参照して説明する。ここでは、把持位置検出部６により、図９に示す電極２ａ〜２ｊをドライバーが把持していると検出されたとする。本実施形態に置いては、電圧を印加する電極ペアを切り替える際に、陽極とする電極および陰極とする電極のうち一方は固定したまま、他方の電極のみ移動させる。このとき、電極間の距離が短くなるように制御する。

具体的には、電極２ｉを陰極として固定しまま、陽極とする電極を電極２ａから電極２ｉに近づく順で切り替える。この時、電極２ａ→２ｅ→２ｇ→２ｈというように、初めは電極間距離の変化を大きくし、徐々にその変化を小さくすることが好ましい。このような刺激電流の印加により、ドライバーはステアリングを反時計回りに操作すべきであるということをより直感的に認識することができる。

なお、ドライバーが触っている電極のうち最も外側にある電極２ｊを陰極として固定するのではなく、その１つ内側の電極２ｉを陰極として固定しているのは、ドライバーの掌が多少動いても刺激電流が確実に流れるようにするためである。

また、本実施形態においては、電極の切替を、たとえば電極２ａ→２ｂ→２ｃ→・・というように等間隔で近づけていっても構わない。この場合、第２の実施形態の変形例のように、電極間距離を近づけるにつれてパルス幅や波高値を変えて刺激を強くするように制御することも好ましい。あるいは、パルス群を印加する時間を徐々に長くし、徐々にゆっくりと電極が切り替わるように制御しても良い。このようにしても、電極の切り替え方向にステアリングを操作すべきであるという指示内容をドライバーは直感的に理解できる。

（第４の実施形態）
本実施形態に係る情報伝達ステアリング装置における、電極配置を図１０に示す。図１０において、符号２１および２２はそれぞれ、２つの電極からなる電極ペアを表す。電極ペアａ２１と電極ペアｂ２２は交互に設置されている。ステアリングホイールに設けられた複数の電極ペアａ２１の、各陰極は互いに電気的に接続され、各陽極も互いに電気的に接続されており、全ての電極ペアａ２１に同時に電圧が印加される。複数の電極ペアｂ２２も同様に、陰極同士、および、陽極同士が電気的に接続されている。

ここで、電極ペアａ２１のそれぞれは、ステアリングホイール上で等間隔に設置されている。また、電極ペアｂ２２のそれぞれもまた、ステアリングホイール上で等間隔に設置されている。しかしながら、全ての電極がステアリングホイール上で等間隔に設置されてはおらず、電極ａ２１に隣接する２つの電極ｂ２２のうち、時計回り方向の電極ペアｂ２２との距離（あるいは角度θａｂ）と、反時計回り方向の電極ペアｂ２２との距離（あるいは角度θｂａ）では、時計回り方向側の電極ペアｂの方が近い（θａｂ＜θｂａ）ように設置されている。

次に、個々の電極ペアの構造について説明する。第１〜第３の実施形態と同様に、ステアリングホイールの周方向（ステアリングの回転方向、大円周方向）に隣接する構造を採用しても良いが、本実施形態では、図１１に示すような構造の電極を採用する。図１１（Ａ）は、中心電極２３と周辺電極２４とからなる同心円電極素子である。このような構成を採用することで、ドライバーがこの電極位置付近を触るときに、より確実に２つの電極２３，２４の両方に触ることが期待される。また、図１１（Ｂ）に示すように、２つの電極２５，２６を、ステアリングの断面円の周方向（小円周方向）に並べても良い。このような配置によってもドライバーが確実に２つの電極を触ることが期待される。

本実施形態における刺激電流を流す電極の切り替え方法について図１２を参照して説明する。図１２（Ａ）はステアリングを左（反時計回り）に操作するようドライバーに伝達する際の刺激電流の印加パターンであり、図１２（Ｂ）はステアリングを右（時計回り）に操作するようドライバーに伝達する際の刺激電流の印加パターンである。

いずれの場合も、電極ペアａ２１と電極ペアｂ２２に同じ波形のパルス群を流す。ここで図１２（Ａ）に示すように、電極ペアａ２１にパルス群を流してから電極ペアｂ２２にパルス群を流すまでの時間（図中のＴａｂ）を、電極ペアｂ２２にパルス群を流してから電極ペアａ２１にパルス群を流すまでの時間（図中のＴｂａ）を長くする（Ｔａｂ＞Ｔｂａ）。このようにすると、ドライバーは刺激位置が電極ペアａから電極ペアｂの方に移動したように感じ、反時計回りに移動する刺激を感じる。

また逆に、図１２（Ｂ）に示すように、電極ペアｂ２２にパルス群を流してから電極ペアａ２１にパルス群を流すまでの時間（Ｔｂａ）を、電極ペアａ２１にパルス群を流してから電極ペアｂ２２にパルス群を流すまでの時間（Ｔａｂ）を長くする（Ｔｂａ＞Ｔａｂ）ことで、ドライバーは時計回りに移動する刺激を感じる。

本実施形態における刺激電流の印加パターンによって、ドライバーに直感的にステアリングを操作すべきであるという情報を伝達することができる。

１ 情報伝達ステアリング装置
２ 電極
３ 波形生成出力部
４ 電極切替部
５ 制御部
６ 把持位置検出部

Claims (6)

1. 電流刺激によって操作者に情報を伝達する情報伝達ステアリング装置であって、
   ステアリングホイールに設けられた複数の電極と、
   前記複数の電極のうちのいずれかの間に電圧を印加する出力部と、
   電圧を印加する電極を切り替える電極切替部と、
   を備える情報伝達ステアリング装置。
2. 前記電極切替部は、操作者に伝達する情報に応じて、電圧を印加する電極の位置を所定の方向に順次切り替える
   ことを特徴とする請求項１に記載の情報伝達ステアリング装置。
3. 前記操作者に伝達する情報は、ステアリングを操作すべき方向であり、
   前記所定の方向は該ステアリングを操作すべき方向である
   ことを特徴とする請求項２に記載の情報伝達ステアリング装置。
4. 前記複数の電極間のインピーダンスを検出して操作者がステアリングホイールを把持している位置を検出する把持位置検出部をさらに有し、
   前記電極切替部は、操作者が把持している電極の間で、電圧を印加する電極を切り替える
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の情報伝達ステアリング装置。
5. 前記電極切替部は、操作者が把持している電極の間で、電圧を印加する電極ペアのうちの一方の電極を固定したまま、他方の電極を前記一方の電極に近づくように切り替える
   ことを特徴とする請求項４に記載の情報伝達ステアリング装置。
6. 前記電極切替部は、前記他方の電極を前記一方の電極に近づけるように切り替える際に、電極間距離の変化が徐々に少なくなるように電極を切り替える
   ことを特徴とする請求項５に記載の情報伝達ステアリング装置。

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