JP2012066666A - Shift device - Google Patents

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Makoto Yamamoto
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a shift device of a versatile two-dimensional slide operation type by performing force feedback control to an operation unit which can be slide-operated to an optional position on a plane.SOLUTION: The shift device 1 includes: a slide operation unit 20 which can be slide-operated to an optional position on an XY plane; X-axial and Y-axial linear encoders 161, 162 which detect an operation state of the slide operation part; and X-axial and Y-axial voice coil motors 14, 15 which give force to the slide operation part. A force control unit performs force feedback control to generate a "reaction wall" at an outer edge portion of an operation allowable area that is a predetermined orbit of shift change operation, whereby an abnormal slide operation such as deviating from the orbit is prevented.

Description

本発明は、操作者が操作する操作部に対しフォースフィードバックによる力覚付与制御が施されるシフト装置に関する。   The present invention relates to a shift device in which force giving control by force feedback is performed on an operation unit operated by an operator.

近年、遠隔操作が求められる多くの分野で、操作感覚を疑似的に再現して操作性能を向上させる力覚付与デバイスが注目されている。力覚付与技術を応用した入力装置は、機械的な入力機構に換えて操作部の操作状態を電気信号に変換して出力する、いわゆるバイワイヤ方式の入力装置において、操作状態の検出信号に基づく反力を操作部にフォースフィードバック制御することにより、所与の条件に応じた力覚を操作者に与えるものである。   In recent years, in many fields where remote operation is required, attention has been paid to a force imparting device that reproduces an operation feeling in a pseudo manner to improve operation performance. An input device applying force sense technology is a so-called by-wire type input device that converts an operation state of an operation unit into an electrical signal and outputs it instead of a mechanical input mechanism. Force feedback according to a given condition is given to the operator by performing force feedback control on the operation unit.

一方で自動車の分野においては、走行性能に加え、安全性、快適性及び環境等の観点から車両内の電子化が進み、エアコン、カーナビ、オーディオ等の様々な操作対象機器類が搭載されるのが一般的となっている。このような多種に渡る機器類を操作する操作者の負担を軽減するため、操作入力を運転席内の1つの入力装置で一元化できるジョイスティックタイプの力覚付与型入力装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。   On the other hand, in the field of automobiles, in addition to driving performance, computerization in the vehicle has progressed from the viewpoint of safety, comfort, environment, etc., and various operation target devices such as air conditioners, car navigation systems, and audio systems will be installed. Has become commonplace. In order to reduce the burden on the operator who operates such various devices, there has been proposed a joystick-type force-sensing input device that can unify operation inputs with one input device in the driver's seat (for example, , See Patent Document 1).

このような力覚付与型入力装置によれば、ジョイスティックに例えば疑似的な節度感(クリックフィーリング)を生じさせ、または次にすべき操作を反力で促すような操作の支援制御といった多様な操作感を力覚として付与することが可能となる。また、操作対象機器の動作や操作の目的に応じて力覚パターンを適宜変更することで、多用途、多目的の入力装置として共有することができる。   According to such a force sense imparting type input device, there are a variety of operations such as a pseudo control feeling (click feeling) on the joystick, or an operation support control for urging the next operation with a reaction force. It becomes possible to give an operational feeling as a force sense. Further, by appropriately changing the haptic pattern according to the operation of the operation target device and the purpose of the operation, it can be shared as a versatile and multipurpose input device.

また、車両の自動変速機のシフトレンジを切り換えるバイワイヤ方式のシフト装置(SBW:Shift By Wire)において、一方向のみ往復傾倒操作可能なシフト装置に上述の力覚付与技術を応用したものが開示されている(例えば、特許文献2参照)。   Further, a by-wire type shift device (SBW: Shift By Wire) for switching the shift range of an automatic transmission of a vehicle is disclosed in which the above-mentioned force sense application technology is applied to a shift device that can be reciprocally tilted in only one direction. (For example, refer to Patent Document 2).

特開2004−258782号公報JP 2004-257872 A 特開2003−176870号公報JP 2003-176870 A

しかし、バイワイヤ方式のシフト装置において、上述したジョイスティックタイプの入力装置のように二次元平面上の任意の位置へのシフト操作を許容することにより、多用途、多目的の操作入力に対応させた構成は見当たらない。車両のシフト装置は、シフトレバーの軌道に沿ってR(リバース)、N(ニュートラル)またはD(ドライブ)等のシフトポジションが予め設定されており、例えばDポジションからRポジションへシフトレンジが直接切り換わるような想定外の危険なシフト操作を禁止する必要がある。つまり、従来のシフト装置では、シフトレバーの操作を一定の軌道上に機械的に規制するためのゲート等の強度部材が必要となり、汎用性を確保することができなかった。   However, in the by-wire type shift device, the configuration corresponding to the multi-purpose and multi-purpose operation input by allowing the shift operation to any position on the two-dimensional plane like the above-mentioned joystick type input device is I can't find it. The shift device of the vehicle has a preset shift position such as R (reverse), N (neutral) or D (drive) along the track of the shift lever. For example, the shift range is directly switched from the D position to the R position. It is necessary to prohibit unexpected and dangerous shift operations. That is, in the conventional shift device, a strength member such as a gate for mechanically restricting the operation of the shift lever on a certain track is required, and versatility cannot be secured.

そこで、本発明の目的は、平面上の任意の位置にスライド操作可能な操作部に対しフォースフィードバック制御を行うことにより、汎用性の高い二次元スライド操作タイプのシフト装置を提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a highly versatile two-dimensional slide operation type shift device by performing force feedback control on an operation unit that can be slid to an arbitrary position on a plane.

[1]上記目的を達成するため本発明に係るシフト装置は、互いに直交する方向にそれぞれ移動可能に設けられる2つの搬送手段と、前記各搬送手段に連結して平面上の任意の位置にスライド操作し得る操作部と、前記操作部の操作状態を検出する操作検出手段と、前記各搬送手段を駆動して前記操作部に力を付与する駆動手段と、前記操作検出手段が検出する前記操作部の操作状態に基づいて前記駆動手段を制御して前記操作部に力をフィードバックする制御手段と、を備える。 [1] In order to achieve the above object, a shift device according to the present invention includes two transport means provided so as to be movable in directions orthogonal to each other, and slides to an arbitrary position on a plane connected to each of the transport means. An operation unit that can be operated, an operation detection unit that detects an operation state of the operation unit, a drive unit that drives each of the conveyance units to apply force to the operation unit, and the operation that the operation detection unit detects Control means for controlling the drive means based on the operation state of the part and feeding back force to the operation part.

[2]また、前記制御手段は、前記平面上の予め定められた操作領域を逸脱しないように前記駆動手段を制御して前記操作部に反力を付与する。 [2] The control means controls the drive means so as not to deviate from a predetermined operation area on the plane, and applies a reaction force to the operation portion.

[3]また、前記操作部のスライド量と前記駆動手段が前記操作部に付与する力との連続的な関係を対応付けた力覚パターンデータを記憶する記憶手段が備えられ、前記制御手段は、前記力覚パターンデータを参照して前記フィードバックの制御を行う。 [3] In addition, a storage unit that stores haptic pattern data in which a continuous relationship between a sliding amount of the operation unit and a force applied by the driving unit to the operation unit is provided, and the control unit includes The feedback is controlled with reference to the force pattern data.

本発明によれば、平面上の任意の位置に操作可能なスライドタイプの操作部に対しフォースフィードバック制御を行うことができる。これにより、二次元スライド操作タイプのシフト装置における汎用性を大きく高めることができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, force feedback control can be performed with respect to the slide-type operation part which can be operated to the arbitrary positions on a plane. Thereby, the versatility in the two-dimensional slide operation type shift device can be greatly enhanced.

図1(a)は、本発明の実施の形態によるシフト装置の機械的内部構成を示す斜視図である。図1(b)は、シフト装置の駆動手段の1つである、X軸ボイスコイルモータの部分の構成を示す分解斜視図である。Fig.1 (a) is a perspective view which shows the mechanical internal structure of the shift apparatus by embodiment of this invention. FIG. 1B is an exploded perspective view showing a configuration of a part of an X-axis voice coil motor, which is one of driving means of the shift device. 図2は、本発明の実施の形態によるシフト装置のシステム構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a system configuration of the shift device according to the embodiment of the present invention. 図3は、回転モータを使用したシフト装置の別構成例で、機械的内部構成を示す図1相当の斜視図である。FIG. 3 is a perspective view corresponding to FIG. 1 showing a mechanical internal configuration as another configuration example of a shift device using a rotary motor. 図4は、本発明の実施の形態によるシフトポジションの配列とスライド操作部の軌道との位置関係(シフトパターン)を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a positional relationship (shift pattern) between an array of shift positions and a trajectory of the slide operation unit according to the embodiment of the present invention. 図5は、本発明の実施の形態によるシフト装置において、ホームポジションを操作の原点としてスライド操作部に適用される力覚パターンを例示する図である。FIG. 5 is a diagram illustrating force sense patterns applied to the slide operation unit with the home position as the operation origin in the shift device according to the embodiment of the present invention. 図6は、スライド操作部の種々の操作経路を示す操作パターン図(a)〜(f)である。FIG. 6 is operation pattern diagrams (a) to (f) illustrating various operation paths of the slide operation unit. 図7は、力覚付与型のシフト装置において、スライド操作部20に作用する力覚パターンを例示するものであって、スライド操作部20のステーショナリ動作を制御するための力覚パターンの例示図である。FIG. 7 illustrates a force sense pattern acting on the slide operation unit 20 in the force sense imparting shift device, and is an illustration of a force sense pattern for controlling the stationary operation of the slide operation unit 20. is there.

(シフト装置の構成)
図1(a)は、本発明の実施の形態によるシフト装置1の機械的内部構成を示す斜視図である。同図に示されるように、シフト装置1は、本体部10と、本体部10を覆うカバー11と、XY平面上の任意の方向へスライド操作可能なスライド操作部20とを備えている。
(Configuration of shift device)
Fig.1 (a) is a perspective view which shows the mechanical internal structure of the shift apparatus 1 by embodiment of this invention. As shown in the figure, the shift device 1 includes a main body unit 10, a cover 11 that covers the main body unit 10, and a slide operation unit 20 that can be slid in any direction on the XY plane.

図1(a)に示されるようにスライド操作部20は、シャフト21の先端部に取り付けられ、操作者が操作できるようにカバー11の中央に設けられた開口部11aから外部に突出して設けられている。シャフト21は、互いに直交するように設けられたXキャリッジ121及びYキャリッジ122の各長孔121a,122aを貫通し、支持部材172によりYキャリッジ122に支持されている。支持部材172は、当該長孔121a,122aの幅よりも大きい直径のフランジ部を有し、ノブシャフト21をその軸方向において摺動可能に支持している。   As shown in FIG. 1A, the slide operation unit 20 is attached to the distal end portion of the shaft 21, and is provided so as to protrude outward from an opening 11a provided in the center of the cover 11 so that the operator can operate it. ing. The shaft 21 passes through the long holes 121 a and 122 a of the X carriage 121 and the Y carriage 122 provided so as to be orthogonal to each other, and is supported by the Y carriage 122 by a support member 172. The support member 172 has a flange portion having a diameter larger than the width of the long holes 121a and 122a, and supports the knob shaft 21 so as to be slidable in the axial direction.

スライド操作部20の1つの搬送手段であるXキャリッジ121は、その両端部がX軸スライドガイド131,131にスライド可能に支持される。同様に、Yキャリッジ122も、その両端部がY軸スライドガイド132,132にスライド可能に支持されている。これにより、シフト装置1は、スライド操作部20のXY方向へのスライド移動に連動して、Xキャリッジ121がそのX座標成分だけ移動し、Yキャリッジ122がそのY座標成分だけ移動するように構成されている。   Both ends of the X carriage 121 as one transport means of the slide operation unit 20 are slidably supported by the X-axis slide guides 131 and 131. Similarly, both ends of the Y carriage 122 are slidably supported by the Y-axis slide guides 132 and 132. Thus, the shift device 1 is configured such that the X carriage 121 moves by the X coordinate component and the Y carriage 122 moves by the Y coordinate component in conjunction with the slide movement of the slide operation unit 20 in the X and Y directions. Has been.

また、シフト装置1は、操作検出手段としてX軸リニアエンコーダ161及びY軸リニアエンコーダ162を備えている。X軸リニアエンコーダ161は、Xキャリッジ121の一端部に連結され、Y軸リニアエンコーダ162は、Yキャリッジ122の一端部に連結されている。X軸リニアエンコーダ161及びY軸リニアエンコーダ162は、Xキャリッジ121及びYキャリッジ122のそれぞれの移動に応じてパルス信号を出力する。このパルス信号は、エンコーダの回転方向によって位相が異なるA相とB相の2つの信号からなり、後述する力覚制御部50がこれらのパルス信号をカウントすることにより、スライド操作部20のXY方向におけるスライド量及びスライド方向が検出される。   The shift device 1 also includes an X-axis linear encoder 161 and a Y-axis linear encoder 162 as operation detection means. The X-axis linear encoder 161 is connected to one end of the X carriage 121, and the Y-axis linear encoder 162 is connected to one end of the Y carriage 122. The X-axis linear encoder 161 and the Y-axis linear encoder 162 output pulse signals according to the movements of the X carriage 121 and the Y carriage 122, respectively. This pulse signal is composed of two signals of phase A and phase B, the phases of which differ depending on the rotation direction of the encoder, and the force sense control unit 50 described later counts these pulse signals, so that the XY direction of the slide operation unit 20 The slide amount and slide direction are detected.

また、シフト装置1は、フォースフィードバックによる力覚制御をするために、スライド操作部20に対し外力を付与する駆動手段としてのX軸ボイスコイルモータ14及びY軸ボイスコイルモータ15を備えている。図1(b)は、X軸ボイスコイルモータ14の部分の構成を示す分解斜視図である。なお、Y軸ボイスコイルモータ15もX軸ボイスコイルモータ14と同様の構成である。   In addition, the shift device 1 includes an X-axis voice coil motor 14 and a Y-axis voice coil motor 15 as drive means for applying an external force to the slide operation unit 20 in order to perform force sense control by force feedback. FIG. 1B is an exploded perspective view showing the configuration of the X-axis voice coil motor 14. The Y-axis voice coil motor 15 has the same configuration as the X-axis voice coil motor 14.

X軸ボイスコイルモータ14は、第1アーム141a及び第2アーム141bを有する磁性材料からなるU字状のヨーク141と、第1アーム141aの第2アーム141bとの対向面に配置されたマグネット142と、第2アーム141bに進退自在に嵌合されるボイスコイル143とを備え、ボイスコイル143に電流を供給することにより、ボイスコイル143に対しX軸方向にローレンツ力を発生させるように構成されている。また、ヨーク141は本体部10に固定され、ボイスコイル143はXキャリッジ121に連結されている。   The X-axis voice coil motor 14 includes a magnet 142 disposed on a facing surface between a U-shaped yoke 141 made of a magnetic material having a first arm 141a and a second arm 141b, and the second arm 141b of the first arm 141a. And a voice coil 143 fitted to the second arm 141b so as to be able to move forward and backward. By supplying a current to the voice coil 143, a Lorentz force is generated in the X-axis direction with respect to the voice coil 143. ing. The yoke 141 is fixed to the main body 10, and the voice coil 143 is connected to the X carriage 121.

以上説明したように、シフト装置1は、駆動手段としてのX軸ボイスコイルモータ14及びY軸ボイスコイルモータ15が、Xキャリッジ121及びYキャリッジ122にそれぞれ連結することで、これらモータを作動させてスライド操作部20に対しXY方向に力を伝達するように構成されている。そして、次に説明する力覚制御部50は、X軸リニアエンコーダ161及びY軸リニアエンコーダ162が検出するスライド操作部20の操作状態に基づいて、X軸ボイスコイルモータ14及びY軸ボイスコイルモータ15を介してスライド操作部20に対しフォースフィードバック制御を行う。これにより、スライド操作部20に対するホームポジションへの自動復帰制御、及び、スライド操作部20の操作範囲を所定の軌道のみに規制する軌道制御等の様々な目的の力覚制御を行うことが可能になる。   As described above, the shift device 1 operates the motors when the X-axis voice coil motor 14 and the Y-axis voice coil motor 15 as driving means are connected to the X carriage 121 and the Y carriage 122, respectively. A force is transmitted to the slide operation unit 20 in the XY directions. Then, the haptic control unit 50 described next is based on the operation state of the slide operation unit 20 detected by the X-axis linear encoder 161 and the Y-axis linear encoder 162, and the X-axis voice coil motor 14 and the Y-axis voice coil motor. 15, force feedback control is performed on the slide operation unit 20. Thereby, it is possible to perform force sense control for various purposes such as automatic return control to the home position for the slide operation unit 20 and trajectory control for restricting the operation range of the slide operation unit 20 to only a predetermined trajectory. Become.

図2は、本実施の形態によるシフト装置1のシステム構成を示すブロック図である。力覚制御部50は、CPU、ROMやRAMからなるメモリ、各種センサやスイッチが接続される入出力ポート、車載LANコントローラ等をハードウエア回路として備え、CPUが予めROMに記憶されたプログラムに従って演算処理を実行するマイコンユニットとして構成される。また力覚制御部50には、X軸ボイスコイルモータ14、X軸リニアエンコーダ161、Y軸ボイスコイルモータ15、Y軸リニアエンコーダ162が接続されている。力覚制御部50は、X軸リニアエンコーダ161及びY軸リニアエンコーダ162の出力に基づいて、スライド操作部20の操作状態(XY平面におけるスライド方向とスライド量)を演算して求め車両の自動変速機に出力する。また、力覚制御部50は、スライド操作部20が所定の軌道を逸脱するような想定外の異常操作がされたときに、車両の安全管理装置(ブザーやランプ等の警報手段を含む)70やエンジンECU(図示せず)等にエラー信号を出力するようにも構成されている。   FIG. 2 is a block diagram showing a system configuration of the shift device 1 according to the present embodiment. The haptic control unit 50 includes a CPU, a memory including a ROM and a RAM, an input / output port to which various sensors and switches are connected, an in-vehicle LAN controller, and the like as hardware circuits, and the CPU calculates according to a program stored in the ROM in advance. It is configured as a microcomputer unit that executes processing. The force control unit 50 is connected to an X-axis voice coil motor 14, an X-axis linear encoder 161, a Y-axis voice coil motor 15, and a Y-axis linear encoder 162. The force sense control unit 50 calculates and obtains the operation state (slide direction and slide amount in the XY plane) of the slide operation unit 20 based on the outputs of the X-axis linear encoder 161 and the Y-axis linear encoder 162. Output to the machine. The force control unit 50 also includes a vehicle safety management device (including alarm means such as a buzzer and a lamp) 70 when an unexpected abnormal operation that causes the slide operation unit 20 to deviate from a predetermined trajectory is performed. And an error signal is output to an engine ECU (not shown).

また、力覚制御部50には、不揮発性のメモリ51が接続されている。このメモリ51には、スライド操作部20の操作状態に応じてホームポジションへの自動復帰制御及びスライド操作部20の操作を所定の軌道のみに規制する軌道制御をするための力覚パターンが電子データ化された力覚パターンデータ52が予め記憶されている。力覚制御部50は、次に具体的に説明する力覚パターンデータ52を参照し、X軸リニアエンコーダ161及びY軸リニアエンコーダ162の出力から演算されるスライド操作部20の操作状態に基づいて、X軸ボイスコイルモータ14及びY軸ボイスコイルモータ15への電流を制御する。これにより、力覚パターンデータ52に応じた反力がスライド操作部20に付与されることとなる。   A non-volatile memory 51 is connected to the force sense control unit 50. In the memory 51, a haptic pattern for performing an automatic return control to the home position according to an operation state of the slide operation unit 20 and a trajectory control for restricting the operation of the slide operation unit 20 to a predetermined trajectory is electronic data. Forced haptic pattern data 52 is stored in advance. The haptic control unit 50 refers to the haptic pattern data 52 to be specifically described below, and based on the operation state of the slide operation unit 20 calculated from the outputs of the X-axis linear encoder 161 and the Y-axis linear encoder 162. The current to the X-axis voice coil motor 14 and the Y-axis voice coil motor 15 is controlled. As a result, a reaction force corresponding to the force sense pattern data 52 is applied to the slide operation unit 20.

なお、スライド操作部20の搬送手段としては、上述のXキャリッジ121及びYキャリッジ122に限定されず、例えば送りネジによりXY方向にそれぞれ搬送されるXステージ及びYステージであってもよい。この場合、スライド操作部20に対し外力を付与する駆動手段としては、ボイスコイルモータでなく送りネジを回転させる例えば電動回転モータが用いられる。   The conveying means of the slide operation unit 20 is not limited to the above-described X carriage 121 and Y carriage 122, and may be an X stage and a Y stage respectively conveyed in the XY directions by, for example, a feed screw. In this case, as a drive unit that applies an external force to the slide operation unit 20, for example, an electric rotary motor that rotates a feed screw is used instead of a voice coil motor.

また、図3に、回転モータを使用したシフト装置の例を示す。図3は、回転モータを使用したシフト装置の別構成例で、機械的内部構成を示す図1相当の斜視図である。駆動手段として、ボイスコイルモータでなく回転モータを使用し、その他の構成は、図1、図2に示す構成と同様であるので異なる構成の部分について以下に説明する。   FIG. 3 shows an example of a shift device using a rotary motor. FIG. 3 is a perspective view corresponding to FIG. 1 showing a mechanical internal configuration as another configuration example of a shift device using a rotary motor. As the driving means, a rotary motor is used instead of a voice coil motor, and the other configuration is the same as the configuration shown in FIGS.

Xキャリッジ121、Yキャリッジ122は、それぞれの両端がX軸スライドガイド131とY軸スライドガイド132にそれぞれ支持されている。それぞれの一端側にはX軸ラックギア230、Y軸ラックギア235が取付けられており、このラックギアは本体部10側に装着されたX軸モータ250のX軸モータギア260、および、Y軸モータ255のY軸モータギア265とそれぞれ歯合して、各モータから力覚パターンに基づいた反力を受ける。上記の反力は、2次元スライド機構およびシャフト21を介してX軸モータ250、Y軸モータ255からの力をスライド操作部20に作用させて反力を呈示する。すなわち、スライド操作部20の力覚制御を行い、操作者がシフト装置1を操作する際に適度な操作感覚を付与する。   Both ends of the X carriage 121 and the Y carriage 122 are supported by an X axis slide guide 131 and a Y axis slide guide 132, respectively. An X-axis rack gear 230 and a Y-axis rack gear 235 are attached to one end side of each, and these rack gears are the X-axis motor gear 260 of the X-axis motor 250 and the Y-axis motor 255 mounted on the main body 10 side. The motors 265 mesh with the shaft motor gear 265, and receive a reaction force based on the force sense pattern from each motor. The reaction force presents a reaction force by causing the force from the X-axis motor 250 and the Y-axis motor 255 to act on the slide operation unit 20 via the two-dimensional slide mechanism and the shaft 21. That is, force control of the slide operation unit 20 is performed, and an appropriate operation feeling is given when the operator operates the shift device 1.

図4は、本実施の形態によるシフト装置1において設定されるシフトポジションの配列とスライド操作部20の軌道との位置関係(シフトパターン)を示す図である。本実施の形態では、スライド操作部20の操作許容エリア67(第1〜第3の操作許容エリア67a,67b,67c)と、それ以外の操作規制エリア68とが、互いに排他的に区分けされて設定されている。操作許容エリア67は、スライド操作部20のシフトチェンジ操作がされる軌道に沿って設定されている。   FIG. 4 is a diagram showing a positional relationship (shift pattern) between the arrangement of shift positions set in the shift device 1 according to the present embodiment and the trajectory of the slide operation unit 20. In the present embodiment, the operation allowable area 67 (first to third operation allowable areas 67a, 67b, 67c) of the slide operation unit 20 and the other operation restriction areas 68 are mutually exclusive. Is set. The operation allowable area 67 is set along a trajectory on which the slide change operation of the slide operation unit 20 is performed.

図4に示されるように、右側の縦の第1の操作許容エリア67aには、車両の自動変速機のリバース(「R」と略して表記する。)、ニュートラル(「N」と略して表記する。)及びドライブ(「D」と略して表記する。)に対応するシフトポジションであるRポジション61、Nポジション62及びDポジション63が順に配列して設定されている。また、左側の縦の第2の操作許容エリア67bには、シフトアップポジション(「+」と表記する。)64と、ホームポジション65(「H」と略して表記する。)と、シフトダウンポジション(「−」と表記する。)66が順に配列して設定されている。更に、Hポジション65と、Nポジション62とを横方向に連結する第3の操作許容エリア67cが設定されている。   As shown in FIG. 4, in the first vertical operation-permitted area 67a on the right side, the reverse (abbreviated as “R”) and neutral (abbreviated as “N”) of the automatic transmission of the vehicle. And R position 61, N position 62, and D position 63, which are shift positions corresponding to the drive (abbreviated as “D”), are set in order. Further, in the second vertical operation-permitted area 67b on the left side, a shift up position (denoted as “+”) 64, a home position 65 (abbreviated as “H”), and a shift down position. (Indicated as “−”) 66 are set in order. Further, a third operation allowable area 67c that connects the H position 65 and the N position 62 in the horizontal direction is set.

(シフト装置によるシフトチェンジ動作)
力覚制御部50は、X軸リニアエンコーダ161及びY軸リニアエンコーダ162の出力から、Rポジション61、Nポジション62、Dポジション63、Hポジション65、+ポジション64または−ポジション66の何れかの位置にスライド操作部20がシフト操作されたのを検出すると、当該ポジションへのシフトチェンジ操作を示す信号を車両の自動変速機に出力する。
(Shift change operation by shift device)
The haptic controller 50 determines the position of any one of the R position 61, the N position 62, the D position 63, the H position 65, the + position 64, and the − position 66 from the outputs of the X axis linear encoder 161 and the Y axis linear encoder 162. When the slide operation unit 20 is detected to be shifted, a signal indicating a shift change operation to the position is output to the automatic transmission of the vehicle.

(スライド操作部の自動復帰制御動作)
図5は、Hポジション65を操作の原点としてスライド操作部20に適用される力覚パターンを例示する図である。これらの力覚パターンは、力覚パターンデータ52として電子化されてメモリ51に記憶されている。ここでは一例として、図5(a)に示されるHポジション65を中心とし第2の操作許容エリア67bに沿うY方向へのスライド操作(Y 〜Y )と、第3の操作許容エリア67cに沿うX方向へのスライド操作(X 〜X )を考える。
(Automatic return control operation of slide operation unit)
FIG. 5 is a diagram illustrating a haptic pattern applied to the slide operation unit 20 with the H position 65 as the operation origin. These haptic patterns are digitized as haptic pattern data 52 and stored in the memory 51. Here, as an example, a slide operation (Y H + to Y H ) in the Y direction centering on the H position 65 shown in FIG. 5A and along the second operation allowable area 67b, and a third operation allowable Consider a sliding operation (X H + to X H ) in the X direction along the area 67c.

図5(b)は、スライド操作部20のY方向へのスライド量(Y 〜Y )を縦軸として、これに対するY軸ボイスコイルモータ15に生じさせる出力との関係(Y軸における力覚パターン)を示すグラフである。 FIG. 5B shows the relationship between the slide operation unit 20 in the Y direction (Y H + to Y H ) and the output generated by the Y axis voice coil motor 15 (Y H). It is a graph which shows the force sense pattern in an axis | shaft.

図5(b)の力覚パターンによると、スライド操作部20のY方向へのスライド位置がY 側にあるとき、これとは逆向き(下方向)の反力がスライド操作部20に作用するようにY軸ボイスコイルモータ15の出力が制御される。また、スライド操作部20のスライド位置がY 側にあるとき、これとは逆向き(上方向)の反力がスライド操作部20に作用するようにY軸ボイスコイルモータ15の出力が制御される。したがって、第2の操作許容エリア67bにあるスライド操作部20には、Hポジション65を中心に自動復帰(モーメンタリ動作)する方向に力が作用する。 According to the force sense pattern of FIG. 5B, when the slide position of the slide operation unit 20 in the Y direction is on the Y H + side, a reaction force in the opposite direction (downward) is applied to the slide operation unit 20. The output of the Y-axis voice coil motor 15 is controlled so as to act. Further, when the slide position of the slide operation unit 20 is on the Y H side, the output of the Y-axis voice coil motor 15 is controlled so that a reaction force in the opposite direction (upward direction) acts on the slide operation unit 20. Is done. Accordingly, a force is applied to the slide operation unit 20 in the second operation allowable area 67b in a direction of automatic return (momentary operation) around the H position 65.

図5(c)は、スライド操作部20のX方向へのスライド量(X 〜X )を横軸として、これに対するX軸ボイスコイルモータ14に生じさせる出力との関係(X軸における力覚パターン)を示すグラフである。図5(c)によれば、スライド操作部20のスライド位置がX 側にあるとき、これとは逆向き(左方向)の反力がスライド操作部20に作用するようにX軸ボイスコイルモータ14の出力が制御される。したがって、第3の操作許容エリア67cにあるスライド操作部20には、Hポジション65に自動復帰(モーメンタリ動作)する方向に反力が作用する。 FIG. 5C shows the relationship between the slide amount (X H + to X H ) of the slide operation unit 20 in the X direction and the output generated by the X axis voice coil motor 14 (X H). It is a graph which shows the force sense pattern in an axis | shaft. According to FIG. 5 (c), when the slide position of the slide operation unit 20 is on the X H + side, the X-axis voice is applied so that a reaction force in the opposite direction (left direction) acts on the slide operation unit 20. The output of the coil motor 14 is controlled. Therefore, a reaction force acts on the slide operation unit 20 in the third operation allowable area 67c in a direction of automatically returning to the H position 65 (momentary operation).

(スライド操作部の軌道制御動作)
また、図5(b)によれば、スライド操作部20が+ポジション64よりもY 側、または−ポジション66よりもY 側へのスライド操作に対しては、Y軸ボイスコイルモータ15の出力が最大(YnmaxまたはYpmax)まで急激に立ち上がるように力覚パターンが設定されている。これにより、操作者が+ポジション64から更に上へ、または−ポジション66から更に下へスライド操作部20をスライドさせようとしても、スライド操作部20を介して知覚される「反力の壁」により、第2の操作許容エリア67bを逸脱するようなスライド操作が防止される。
(Slide control section trajectory control operation)
Further, according to FIG. 5B, the Y-axis voice coil motor is used when the slide operation unit 20 slides from the + position 64 to the Y H + side or from the − position 66 to the Y H side. The haptic pattern is set so that the output of 15 rapidly rises to the maximum (Y nmax or Y pmax ). As a result, even if the operator tries to slide the slide operation unit 20 further from the + position 64 or further from the − position 66, the “reaction force wall” perceived through the slide operation unit 20 is used. A slide operation that deviates from the second operation allowable area 67b is prevented.

また、図5(c)によれば、スライド操作部20がNポジション62よりもX 側、またはHポジション65よりもX 側へのスライド操作に対しては、X軸ボイスコイルモータ14の出力が最大(XpmaxまたはXnmax)まで急激に立ち上がるように力覚パターンが設定されている。これにより、操作者がスライド操作部20をNポジション62から更に右へ、またはHポジション65から更に左へスライドさせようとしても、スライド操作部20を介して知覚される「反力の壁」により、第3の操作許容エリア67cから逸脱するようなスライド操作が防止される。 Further, according to FIG. 5C, the X-axis voice coil motor is used for the sliding operation of the slide operation unit 20 from the N position 62 to the X H + side or from the H position 65 to the X H side. The haptic pattern is set so that the output of 14 rapidly rises to the maximum (X pmax or X nmax ). Thus, even if the operator tries to slide the slide operation unit 20 further to the right from the N position 62 or further to the left from the H position 65, the “reaction force wall” perceived via the slide operation unit 20 A slide operation that deviates from the third operation allowable area 67c is prevented.

(実施の形態による効果)
本発明の実施の形態によれば、以下の技術的な効果が奏される。
[1]スライド操作部20の操作可能範囲内において、各シフトポジションが配列されるシフトチェンジ操作の軌道に沿ってスライド操作部20の操作許容エリア67を設定した。この操作許容エリア67の外縁部に、X軸ボイスコイルモータ14及びY軸ボイスコイルモータ15の出力が最大となる「反力の壁」をフォースフィードバック制御により生じさせたことにより、シフトチェンジの軌道を逸脱するようなスライド操作部20への異常な操作を防止することができる。
[2]また、上述の「反力の壁」を無理やり超えて軌道を飛び越えるような想定外の危険なスライド操作に対しては、当該操作を無効とし及び警告等の異常処理で対処することができる。これにより、異常なスライド操作に対する安全性を確保することができる。
[3]また、スライド操作部20の操作許容範囲(軌道)を電子的なフォースフィードバック制御により任意に定めることができ、本発明の技術的思想を車両のシフト装置以外にも様々な用途及び目的の操作入力装置に応用することができる。したがって、二次元スライド操作タイプの操作入力装置の汎用性を大きく高めることができる。
(Effects of the embodiment)
According to the embodiment of the present invention, the following technical effects are produced.
[1] Within the operable range of the slide operation unit 20, the operation allowable area 67 of the slide operation unit 20 is set along the track of the shift change operation in which the respective shift positions are arranged. A shift reaction trajectory is created by force feedback control at the outer edge of the operation-permitted area 67 that generates a “reaction force wall” that maximizes the output of the X-axis voice coil motor 14 and the Y-axis voice coil motor 15. An abnormal operation on the slide operation unit 20 that deviates from the above can be prevented.
[2] Also, for unexpected and dangerous slide operations that forcibly exceed the above-mentioned “reaction wall” and jump over the trajectory, the operations may be invalidated and handled by abnormal processing such as warnings. it can. Thereby, the safety | security with respect to abnormal slide operation is securable.
[3] Further, the operation allowable range (trajectory) of the slide operation unit 20 can be arbitrarily determined by electronic force feedback control, and the technical idea of the present invention can be used for various purposes and purposes other than the vehicle shift device. It can be applied to the operation input device. Therefore, the versatility of the two-dimensional slide operation type operation input device can be greatly enhanced.

以上、本発明に好適な実施の形態を説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲内で種々の変形、応用が可能である。例えば、車両においてエアコンやカーナビ等を一元的に操作するための、ジョイスティックタイプの汎用入力装置に応用され得る。   The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications and applications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, the present invention can be applied to a joystick type general-purpose input device for centrally operating an air conditioner, a car navigation system and the like in a vehicle.

また、例えば、本実施の形態に示したH形状のパターンだけでなく、種々の操作パターンに対応できる。図6は、スライド操作部の種々の操作経路を示す操作パターン図(a)〜(f)である。これによれば、車種等に応じて、H形状のパターン、I形状のパターンや、これらの組合せとして種々の操作経路を有する操作パターンに対応できる。さらに、図示は省略するが、任意の角度で交差する操作パターンを含む操作経路を有する操作パターン等にも対応可能である。   Further, for example, not only the H-shaped pattern shown in the present embodiment but also various operation patterns can be handled. FIG. 6 is operation pattern diagrams (a) to (f) illustrating various operation paths of the slide operation unit. According to this, it can respond to the operation pattern which has various operation paths as an H-shaped pattern, an I-shaped pattern, and these combinations according to a vehicle model etc. Furthermore, although illustration is omitted, it is possible to deal with an operation pattern having an operation path including an operation pattern intersecting at an arbitrary angle.

また、これらの操作形状パターンを力覚制御する力覚パターンは、本実施の形態に示した力覚パターンに限られず種々の制御パターンに変更可能である。本実施の形態に示した図5に示す力覚パターンは、Y 側においてRポジション61の位置でもYモータトルクが常に下方向側に作用する。また、Dポジション63の位置でもYモータトルクが常に上方向側に作用する。従って、スライド操作部20は、Rポジション61、Dポジション63にシフト操作された後、それらの位置に留まらずに、Hポジション65に戻ってくる。すなわち、スライド操作部20への操作力を解除した後にHポジション65に自動復帰するモーメンタリ動作を制御するための力覚パターンである。 Further, the force sense pattern for force-controlling these operation shape patterns is not limited to the force sense pattern shown in the present embodiment, and can be changed to various control patterns. In the haptic pattern shown in FIG. 5 shown in the present embodiment, the Y motor torque always acts on the Y H + side even in the position of the R position 61 in the downward direction. Even at the position of the D position 63, the Y motor torque always acts upward. Therefore, after the slide operation unit 20 is shifted to the R position 61 and the D position 63, the slide operation unit 20 returns to the H position 65 without staying at those positions. That is, this is a haptic pattern for controlling a momentary operation that automatically returns to the H position 65 after the operation force applied to the slide operation unit 20 is released.

これに対して、本実施の形態において、スライド操作部20をステーショナリ動作で制御することも可能である。図7は、シフト装置1において、スライド操作部20に作用する力覚パターンを例示するものであって、スライド操作部20のステーショナリ動作を制御するための力覚パターンの例示図である。図7(b)のY 側においてYモータトルクはRポジション61の付近で上下反転する。また、Dポジション63の付近でも上下反転する。従って、スライド操作部20は、Rポジション61にシフト操作された後、Yモータトルクが上方向から下方向に反転するゼロクロス点ZC1に留まる。同様に、スライド操作部20は、Dポジション63にシフト操作された後、Yモータトルクが下方向から上方向に反転するゼロクロス点ZC2に留まる。よって、図5で示す力覚パターンを図7に示すような力覚パターンに変更することにより、スライド操作部20のステーショナリ動作での制御も対応可能である。 On the other hand, in the present embodiment, it is also possible to control the slide operation unit 20 by a stationary operation. FIG. 7 exemplifies a force sense pattern acting on the slide operation unit 20 in the shift device 1, and is an illustration of a force sense pattern for controlling the stationary operation of the slide operation unit 20. On the Y H + side in FIG. 7B, the Y motor torque is inverted up and down near the R position 61. Further, it is inverted up and down in the vicinity of the D position 63. Accordingly, after the slide operation unit 20 is shifted to the R position 61, the slide operation unit 20 remains at the zero cross point ZC1 where the Y motor torque is reversed from the upper direction to the lower direction. Similarly, after the slide operation unit 20 is shifted to the D position 63, the slide operation unit 20 remains at the zero cross point ZC2 where the Y motor torque reverses from the downward direction to the upward direction. Therefore, by changing the haptic pattern shown in FIG. 5 to the haptic pattern shown in FIG. 7, it is possible to cope with the stationary operation of the slide operation unit 20.

1…シフト装置、10…本体部、11…カバー、11a…開口部、14…X軸ボイスコイルモータ、15…Y軸ボイスコイルモータ、20…スライド操作部、21…シャフト、50…力覚制御部、51…メモリ、52…力覚パターンデータ、
61…リバース(R)ポジション、62…ニュートラル(N)ポジション、63…ドライブ(D)ポジション、64…シフトアップ(+)ポジション、65…ホーム(H)ポジション、66…シフトダウン(−)ポジション、67,67a,67b,67c…操作許容エリア、68…操作規制エリア、70…安全管理装置、
121…Xキャリッジ、121a…長孔、122…Yキャリッジ、122a…長孔、131…X軸スライドガイド、132…Y軸スライドガイド、141…ヨーク、141a…第1アーム、141b…第2アーム、142…マグネット、143…ボイスコイル、161…X軸リニアエンコーダ、162…Y軸リニアエンコーダ、172…支持部材
230…X軸ラックギア、235…Y軸ラックギア、250…X軸モータ、255…Y軸モータ、260…X軸モータギア、265…Y軸モータギア
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Shift apparatus, 10 ... Main-body part, 11 ... Cover, 11a ... Opening part, 14 ... X-axis voice coil motor, 15 ... Y-axis voice coil motor, 20 ... Slide operation part, 21 ... Shaft, 50 ... Force sense control Part, 51 ... memory, 52 ... haptic pattern data,
61 ... Reverse (R) position, 62 ... Neutral (N) position, 63 ... Drive (D) position, 64 ... Shift up (+) position, 65 ... Home (H) position, 66 ... Shift down (-) position, 67, 67a, 67b, 67c ... operation allowable area, 68 ... operation restriction area, 70 ... safety management device,
121 ... X carriage, 121a ... long hole, 122 ... Y carriage, 122a ... long hole, 131 ... X-axis slide guide, 132 ... Y-axis slide guide, 141 ... yoke, 141a ... first arm, 141b ... second arm, DESCRIPTION OF SYMBOLS 142 ... Magnet, 143 ... Voice coil, 161 ... X-axis linear encoder, 162 ... Y-axis linear encoder, 172 ... Support member 230 ... X-axis rack gear, 235 ... Y-axis rack gear, 250 ... X-axis motor, 255 ... Y-axis motor 260 X-axis motor gear 265 Y-axis motor gear

Claims (3)

互いに直交する方向にそれぞれ移動可能に設けられる2つの搬送手段と、
前記各搬送手段に連結して平面上の任意の位置にスライド操作し得る操作部と、
前記操作部の操作状態を検出する操作検出手段と、
前記各搬送手段を駆動して前記操作部に力を付与する駆動手段と、
前記操作検出手段が検出する前記操作部の操作状態に基づいて前記駆動手段を制御して前記操作部に力をフィードバックする制御手段と、を備えるシフト装置。
Two transport means provided respectively movable in directions orthogonal to each other;
An operation unit that can be slid to any position on a plane connected to each of the conveying means;
Operation detecting means for detecting an operation state of the operation unit;
Driving means for driving each conveying means to apply force to the operation section;
And a control unit configured to control the driving unit based on an operation state of the operation unit detected by the operation detection unit and feed back force to the operation unit.
前記制御手段は、前記平面上の予め定められた操作許容領域を逸脱しないように前記駆動手段を制御して前記操作部に反力を付与する、請求項1に記載のシフト装置。   The shift device according to claim 1, wherein the control unit controls the driving unit so as not to deviate from a predetermined operation allowable region on the plane to apply a reaction force to the operation unit. 前記操作部のスライド量と前記駆動手段が前記操作部に付与する力との連続的な関係を対応付けた力覚パターンデータを記憶する記憶手段が備えられ、前記制御手段は、前記力覚パターンデータを参照して前記フィードバックの制御を行う、請求項1又は2に記載のシフト装置。   Storage means for storing haptic pattern data in which a continuous relationship between the slide amount of the operation portion and the force applied to the operation portion by the driving means is provided, and the control means includes the haptic pattern The shift device according to claim 1, wherein the feedback control is performed with reference to data.
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