JP2019109608A - 入力装置および入力システム - Google Patents

Abstract

【課題】操作に対する反力を適切なものとすることができる技術を提供する。【解決手段】入力装置１００は、車両に搭載される。可動部１１は、車両のステアリング２に設けられる。位置取得部３５は、ステアリング２における把持位置を取得する。反力発生部３１は可動部１１に操作力が入力されたときに、可動部１１に対して反力を加える。決定部３７は、反力発生部３１により可動部１１に加えられる反力を決定する。反力制御部３６は、決定部３７により決定された反力に基づいて、反力発生部３１の動作を制御する。また決定部３７は、少なくとも、可動部１１の位置と、把持位置と、に基づいて、反力を決定する。【選択図】図３

Description

本開示は、操作力が入力される入力装置に関する。

従来、入力装置として、変位可能な可動部に操作反力を加えることで指などに触覚フィードバックを加える技術が知られている。例えば、下記特許文献１には、車両のセンターコンソールに配置される可動部に対し、２つのリニアボイスコイルモータを用いて２軸の操作反力を発生させる技術が開示されている。

特開２０１６−１６７２４７号公報

操作反力を発生させる入力装置は、様々な位置に配置することが可能である。しかしながら、発明者の詳細な検討の結果、ステアリングに上述した入力装置を配置した場合、運転者によって、又は運転状況に応じてステアリングの把持位置が変化する可能性があり、把持位置によって入力装置への指の置き方が変化することが発見された。そして、指の置き方により、操作フィーリングに違和感を受ける場合があるという課題が見出された。

本開示の１つの局面は、操作に対する反力を適切なものとすることができる技術を提供する。

本開示の一態様による入力装置（１００）は、車両に搭載され、可動部（１１）と、位置取得部（３５）と、反力発生部（３１）と、決定部（３７）と、反力制御部（３６）と、を備える。

可動部は、上記車両のステアリング（２、１１１）に設けられ、操作力が入力されることにより所定の操作範囲を変位可能に構成されている。位置取得部は、上記ステアリングにおける運転者が把持する位置である把持位置を取得するように構成されている。反力発生部は、上記可動部に上記操作力が入力されたときに、上記可動部に対して反力を加えるように構成されている。決定部は、上記反力発生部により上記可動部に加えられる上記反力を決定するように構成されている。反力制御部は、上記決定部により決定された上記反力に基づいて、上記反力発生部の動作を制御するように構成されている。

そして、上記決定部は、少なくとも、上記操作範囲における上記可動部の位置と、上記位置取得部により取得された上記把持位置と、に基づいて、上記反力を決定するように構成されている。
このような構成によれば、車両の運転者がステアリングのどの位置を把持しているかにより、反力が変化する。よって、ステアリングの把持位置に応じた適切な反力を可動部に加えることができる。

本開示の他の一態様による入力システム（１）は、上述した本開示の一態様による入力装置と、前記把持位置に応じた出力を行う位置検出部（１３、８１）と、を備える入力システムである。

このような構成によれば、上述した入力装置と同様に、ステアリングの把持位置に応じた適切な反力を可動部に加えることができる。
なお、この欄及び特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本開示の技術的範囲を限定するものではない。

ステアリングに配置された入力装置を示す図である。 ステアリングの断面図である。 入力装置を示すブロック図である。 ステアリングの把持位置に応じた親指の配置の変化を説明する図である。 反力生成処理の処理手順を示すフローチャートである。 位置検出部の変形例を示す図である。 接触センサの配置の変形例を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態を説明する。
［１．実施形態］
［１−１．構成］
図１に本開示の実施形態による入力装置１００を示す。入力装置１００は車両のステアリング２に搭載される。また入力装置１００は、車両の運転者が車両の操舵を行うためにステアリング２を握ったときに、運転者の指、特に親指が届き易く、親指により入力可能な範囲に可動部１１を配置させている。なお図１および後述する各図では、入力装置１００およびステアリング２を模式的に示している。よって、その形状、大きさ、数などは何ら本開示を限定するものではない。

ステアリング２は、外周が環状に形成された一般的なステアリングホイールである。
可動部１１は、表側（運転者側）に円板形状の当接面を有しており、ステアリング２の外周の環状体が存在する平面に沿って、所定の操作範囲で変位可能に構成されている。本実施形態において操作範囲は正方形の範囲であるが、その範囲の形状は特に限定されない。可動部１１は、運転者が操作力を入力しないときは、操作範囲の中央に位置するように構成されている。運転者の手Ｈ等によって可動部１１に操作力が入力されると、可動部１１は入力された操作力の方向に変位する。

ステアリング２には、複数の接触センサ１３が、間隔を空けて環状部分の全周に渡って配置されている。この接触センサ１３は、ステアリング２における運転者が手Ｈにより把持する位置である把持位置を検出するためのセンサである。本実施形態では、静電センサを用いる。

図２に示されるように、ステアリング２は、芯金１７と、表皮１５と、を有している。接触センサ１３は芯金１７の外に配置される。また、接触センサ１３は、表皮１５に覆われて表皮１５の内側に配置されおり、運転者の手Ｈとは直接的には接触しないように配置されている。

図３に、入力装置１００を含む車載システム１を示す。
ナビゲーション装置２０は、車両のインストルメントパネル内に設置され、運転席に向けて配置される表示画面２２を有するディスプレイ２１と、ディスプレイ２１が表示する画像を描画する表示制御部２３を備える。可動部１１に操作力が入力されると、表示画面２２の表示が変化する。例えば、表示画面２２には、所定の機能が関連付けられた複数のアイコン、及び任意のアイコンを選択するためのポインタ等が表示されている。上述した可動部１１の操作により、ポインタは、操作力の入力方向に対応した方向に、表示画面２２上を移動する。

入力装置１００は、通信バス９０を通じて、離れて位置するナビゲーション装置２０と通信可能に構成されている。また入力装置１００は、入力装置１００の外部に配置されたバッテリ９５等と接続されており、各構成の作動に必要な電力を、バッテリ９５から供給される。

入力装置１００は、可動部１１の他に、反力発生部３１及び制御部３２を含む。
反力発生部３１は、可動部１１に対し、入力された操作力に対する反力である操作反力を加える機構を有している。反力発生部３１は、具体的には、Ｘ軸／Ｙ軸アクチュエーターとしての複数のボイスコイルモータ等を含んでおり、２軸方向に反力を発生することができる。反力発生部３１は、例えば表示画面２２上においてポインタがアイコンと重なる際に、反力を可動部１１に印加することで、所謂、反力フィードバックにより、擬似的なアイコンの触感を操作者に惹起させる。

なお以下の説明において、反力発生部３１が発生させる反力を含めた、操作者である運転者が可動部１１から受ける力を触覚フィードバック力と記載する。
なお、反力発生部３１の具体的な構成は特に限定されず、公知の様々な機構を採用することができる。

制御部３２は、ＣＰＵと、例えば、ＲＡＭ又はＲＯＭ等の半導体メモリと、を有する図示しないマイクロコンピュータを備える。制御部３２の各機能は、ＣＰＵが非遷移的実体的記録媒体に格納されたプログラムを実行することにより実現される。この例では、半導体メモリが、プログラムを格納した非遷移的実体的記録媒体に該当する。また、このプログラムが実行されることで、プログラムに対応する方法が実行される。なお、制御部３２は、１つのマイクロコンピュータを備えてもよいし、複数のマイクロコンピュータを備えてもよい。

制御部３２は、通信制御部３３、操作検出部３４、位置取得部３５、反力制御部３６、及び決定部３７、などを備える。制御部３２に含まれる各部の機能を実現する手法はソフトウェアに限るものではなく、その一部又は全部の機能は、一つあるいは複数のハードウェアを用いて実現されてもよい。例えば、上記機能がハードウェアである電子回路によって実現される場合、その電子回路は、デジタル回路、又はアナログ回路、あるいはこれらの組合せによって実現されてもよい。

通信制御部３３は、操作検出部３４などによって処理された情報を通信バス９０に出力する。加えて通信制御部３３は、他の車載装置から通信バス９０に出力された情報を取得する。

操作検出部３４は、可動部１１の位置を検出する。可動部１１は操作力の入力によって変位するため、操作検出部３４は随時位置情報を検出している。操作検出部３４は、検出した可動部１１の位置を示す操作情報を、決定部３７に出力するとともに、通信制御部３３を通じて通信バス９０に出力する。

位置取得部３５は、接触センサ１３から出力される信号に基づいて、運転者のステアリング２における把持位置を取得する。
反力制御部３６は、決定部３７から取得する反力情報に基づいて反力発生部３１の動作を制御し、それにより、反力発生部３１から可動部１１に印加される反力の方向及び強さを制御する。なお、反力の方向は、可動部１１の変位可能な方向、すなわちステアリング２の外周の環状体が存在する平面（ＸＹ平面）に沿ったいずれかの方向である。

決定部３７は、操作検出部３４により取得された操作範囲における可動部１１の位置を取得するとともに、位置取得部３５が取得した把持位置の情報を取得し、可動部１１に加えるべき反力を演算して決定し、演算結果を反力情報として反力制御部３６に出力する。ここで決定される反力とは、反力発生部３１が発生する反力の方向および強さである。

［１−２．反力制御］
次に、入力装置１００が出力する反力の具体的な制御の例について説明する。
図４に示すステアリング２（２Ａ〜２Ｄ）は、それぞれ、手Ｈ（ＨＡ〜ＨＤ）により異なる把持位置を把持された場合を示している。接触センサ１３のうち、手Ｈがステアリング２に接触していることを検出しているセンサを接触センサ１３Ａとして示す。

図４に示されるように、ステアリング２における把持位置が異なると、手Ｈの接触を検出する接触センサ１３Ａの位置が変化する。したがって、位置取得部３５は、運転者にステアリング２のどの位置が把持されているかを認識することができる。

本実施形態では、可動部１１は、親指にて操作する位置に配置されている。運転者が親指の長さ方向（言い換えると、矢印６１（６１Ａ〜６１Ｄ）の方向）へ可動部１１を移動させるときは、親指の動作の範囲は比較的制限されるものの、運転者は可動部１１に強く力を加えることができる。一方、長さ方向と交差する方向（言い換えると、矢印６２（６２Ａ〜６２Ｄ）の方向）、すなわち親指の付け根を中心に回転させる方向の動きは、指の可動範囲は広くなり動かし易くなるものの、強い力は入れにくい。このように、可動部１１へ加える操作力の加え易さは、親指の向きによって定まる。

そして、図４から明らかなように、手Ｈがステアリング２のどの位置を把持しているかによって、可動部１１を操作する親指の向きが変化する。
操作に対する反力が把持位置に応じて変化しない場合には、矢印６１方向に関しては操作者である運転者が受ける力が弱く感じられたり、矢印６２方向に関しては操作者が受ける力が強く感じられたりしてしまう。そこで、把持位置に基づいて推定される親指の方向に応じて調整された反力を生成する。

すなわち、決定部３７は、所定の操作状況において可動部１１に反力を与えるときに、所定の方向に関する反力の成分を、次の（ｉ）の場合には（ｉｉ）の場合よりも大きくなるように反力を決定する。
（ｉ）所定の方向が、親指の向く方向であると推定される場合
（ｉｉ）所定の方向が、親指の向く方向と交差する方向であると推定される場合

具体例にて説明する。図４のステアリング２Ａ、手ＨＡのときを状況Ａとし、図４のステアリング２Ｄ、手ＨＤのときを状況Ｄとする。
可動部１１の変位した位置と、表示画面２２に表示されるアイコンとカーソルの位置関係と、が同じであれば、同じ方向に反力が発生する。この反力を、状況Ａにおいて、親指の向く方向である矢印６１Ａに沿った反力６３Ａと、矢印６２Ａに沿った反力６４Ａと、に分解する。状況Ｂであれば、矢印６２Ｄに沿った反力６３Ｄと矢印６１Ｄに沿った反力６４Ｄとに分解される。
このとき、反力６３Ａは、反力６３Ｄよりも大きくなり、反力６４Ａは、反力６４Ｄよりも小さくなるように設定される。

このように、相対的に強く力を加えることができる方向である場合には相対的に反力を強く、相対的に強く力を加えることができない方向である場合には相対的に反力を弱くして、操作感の均一化を図る。

次に、入力装置１００の決定部３７が実行する反力生成処理について、図５のフローチャートを用いて説明する。
まず、Ｓ１では、決定部３７は、目標とする触覚フィードバック力を設定する。なお本実施形態においては、触覚フィードバック力と反力は同じである。ここでは、操作力が入力されて変位した可動部１１の位置、および、表示画面２２に表示されるカーソルの位置、に基づいて、把持位置を考慮する前の、基礎となる反力の方向および大きさを設定する。例えば、カーソルがアイコンに接近したとき、一定の距離までは徐々に反力が強くなり、カーソルをアイコン上に移動させにくくなる。しかしながら、カーソルがアイコンと重なるなど一定の距離よりも近づくと、カーソルがアイコンの中心に合うように指が移動しやすくなるように、急激に反力を弱めたり、カーソルがアイコンの中心に移動するように力を加えたりする。この場合、アイコンからカーソルを離す際には反力を受ける。もちろん、ここで説明した反力の設定方法は一例に過ぎず、目的に応じて様々な反力を加えることができる。

Ｓ２では、位置取得部３５は、接触センサ１３の出力に基づいてステアリング２の把持位置を算出し取得する。算出された把持位置の情報は決定部３７に出力される。
Ｓ３では、決定部３７は、把持位置に応じた反力を計算する。上述したように、把持位置によって親指の向く方向が変化する。親指の向く方向に可動部１１が操作されている場合は反力が相対的に大きくなるように、また、親指の向く方向と交差する方向に可動部１１が操作されている場合には反力が相対的に小さくなるように、反力の大きさを調整する。具体的な調整方法としては、Ｓ１にて求めた力に対し、把持位置に基づいて定まる係数を掛けたり、把持位置に基づいて定まる値を加算或いは減算したりすることが考えられる。なお、反力の具体的な調整方法については特に限定されない。

Ｓ４では、反力制御部３６は、Ｓ３にて求められた反力を反力発生部３１が発生させるように反力発生部３１に指示をする。これにより、反力発生部３１にて反力が生成され、運転者は可動部１１から適切な反力を受けることができる。

［１−３．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１ａ）車載システム１では、車両の運転者がステアリング２のどの位置を把持しているかにより、可動部１１に操作力を入力したときの反力が変化する。よって、ステアリング２の把持位置に応じた適切な反力を可動部に加えることができる。

（１ｂ）車載システム１では、ステアリング２に設けられた接触センサ１３により把持位置を検出する。よって、高い精度でステアリング２における把持位置を取得することができる。

（１ｃ）車載システム１では、親指の伸びる方向について反力を高め、親指の伸びる方向と交差する方向について反力を弱めるように構成されているため、把持位置が異なるときの操作フィーリングの差を小さくすることができる。

［１−４．対応関係］
上記実施形態において、接触センサ１３が位置検出部の一例に相当する。
［２．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。

（２ａ）上記実施形態では、位置検出部の一例である接触センサ１３として静電センサを用いる構成を例示したが、位置検出部はこれに限定されるものではない。例えば、ステアリング２に設けるセンサとして、光学式センサ、圧力センサ、温度センサ等を用いてもよい。

また例えば、図６に示されるように、位置検出部としてカメラを用いてもよい。例えば、車室内にカメラ８１を設け、カメラ８１の撮像画像から運転者の把持位置を特定してもよい。カメラ８１は、運転者の手元、つまりステアリング２およびその周辺を撮影範囲に含むように配置し、カメラ８１の撮像画像から、把持位置や指のおき方を検出するように構成してもよい。

（２ｂ）上記実施形態では、接触センサ１３をステアリング２の全周に亘って配置する構成を例示した。しかしながら接触センサ１３の配置は上述した配置に限定されない。例えば、図７に示されるように、可動部１１の周囲にのみ接触センサ１３を配置されていてもよい。言い換えると、可動部１１を操作し得る把持位置に対応するステアリング１１１上の位置にのみ接触センサ１３を配置してもよい。

（２ｃ）上記実施形態では、可動部１１が操作力を入力されて移動した位置と、把持位置と、に基づき、反力を決定する構成を例示した。しかしながら、上述した情報以外の情報をさらに参照して反力を決定する構成としてもよい。

また上記実施形態では、触覚フィードバック力、すなわち操作者が受ける力が、操作反力と同じ力であるものとみなして説明を行った。しかしながら、把持位置に基づいて触覚フィードバック力により得られる操作フィーリングの高度な均一化を実現するために、他の要素を含めて目的となる触覚フィードバック力を設定し、それに応じて反力を決定するように構成されていてもよい。

例えば、入力装置１００における可動部を含む可動部分の自重、運転者の属性、車両の走行（加速、減速、転回など）により受ける加速度、ステアリングの操舵角、運転操作の内容など、様々な情報を考慮して触覚フィードバック力が所望の力となるように、反力を定めても良い。

（２ｄ）上記実施形態では、運転者が指で接触する部分が円板形状である可動部１１がステアリング２における運転者側を向く面に配置される構成を例示した。しかしながら、可動部の形状は特に限定されず、また、可動部１１が配置される位置も特に限定されない。例えば、可動部は棒状であってもよいし、可動部がステアリングの背面やリング状部分の側面に設けられていてもよい。 また、上記実施形態では外周がリング状であるステアリング２に入力装置１００が設けられる構成を例示したが、ステアリングの形状は特に限定されない。

（２ｅ）上記実施形態では、可動部１１は親指を配置することができる構成を例示した。しかしながら、可動部は、親指以外の指、つまり人差し指や中指などで操作が可能に構成されていてもよい。

（２ｆ）上記実施形態では、操作フィーリングの均一化を目的として反力の調整を行う構成を例示した。しかしながら、把持位置に基づいて反力を調整するものであれば、その調整の目的は上述した目的に限定されず、様々な目的のために本開示の構成を用いることができる。例えば、ある把持位置の場合では、他の把持位置の場合よりも、把持位置以外の状況が同じ場面（可動部を操作した位置、表示画面の表示内容などが同じ場面）で発生する操作反力が小さくなるように構成されていてもよい。

（２ｇ）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

（２ｈ）上述した入力装置１００の他、当該入力装置１００を構成要素とする車載システム１、当該入力装置１００の制御部３２としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した半導体メモリ等の非遷移的実態的記録媒体、反力発生方法など、種々の形態で本開示を実現することもできる。

１…車載システム、２，２Ａ〜２Ｄ，１１１…ステアリング、１１…可動部、３１…反力発生部、３５…位置取得部、３６…反力制御部、３７…決定部、１００…入力装置

Claims (7)

1. 車両に搭載される入力装置（１００）であって、
   前記車両のステアリング（２、１１１）に設けられ、操作力が入力されることにより所定の操作範囲を変位可能に構成された可動部（１１）と、
   前記ステアリングにおける運転者が把持する位置である把持位置を取得するように構成された位置取得部（３５）と、
   前記可動部に前記操作力が入力されたときに、前記可動部に対して反力を加えるように構成された反力発生部（３１）と、
   前記反力発生部により前記可動部に加えられる前記反力を決定するように構成された決定部（３７）と、
   前記決定部により決定された前記反力に基づいて、前記反力発生部の動作を制御するように構成された反力制御部（３６）と、を備え、
   前記決定部は、少なくとも、前記操作範囲における前記可動部の位置と、前記位置取得部により取得された前記把持位置と、に基づいて、前記反力を決定するように構成されている、入力装置。
2. 請求項１に記載の入力装置であって、
   前記位置取得部は、前記ステアリングに設けられたセンサ（１３）の出力に基づいて、前記把持位置を取得するように構成されている、入力装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の入力装置であって、
   前記可動部は、運転者が前記ステアリングを把持したときに親指によって操作力を入力可能な位置に配置されている、入力装置。
4. 請求項３に記載の入力装置であって、
   前記決定部は、所定の操作状況において前記可動部に反力を与えるときに、所定の方向に関する反力の成分が、当該所定の方向が前記位置取得部により取得された前記把持位置に基づいて親指の向く方向であると推定される第一の場合には、前記親指の向く方向と交差する方向であると推定される第二の場合よりも大きくなるように、前記反力を決定するように構成されている、入力装置。
5. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の入力装置であって、
   前記決定部は、所定の操作状況において前記可動部に反力を与えるときに、所定の方向に関する反力の成分が、当該所定の方向が前記把持位置に基づいて相対的に力を強く加えることができる方向であると推定される第一の場合には、当該所定の方向が前記把持位置に基づいて相対的に力を強く加えることができない方向であると推定される第二の場合よりも大きくなるように、前記反力を決定するように構成されている、入力装置。
6. 請求項１に記載の入力装置と、
   前記把持位置に応じた出力を行う位置検出部（１３、８１）と、を備える入力システム（１）。
7. 請求項６に記載の入力システムであって、
   前記位置検出部は、ステアリング（２、１１１）に設けられた静電センサ（１３）であって、
   前記静電センサは、ステアリングを覆う表皮（１５）の内側に配置されている、入力システム。

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