JP4062969B2 - 車両用ジョイスティック型入力装置及び入力制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スティック型入力部をユーザが操作するときの操作反力を変化させる車両用ジョイスティック型入力装置及び入力制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、誤操作防止対策を備えた車載機器操作用スイッチとしては、例えば特開２０００−１００２７２号公報に記載の車載機器操作装置が知られている。この車載機器操作装置は、乗員の姿勢が不安定になりがちな車両が急加速や急減速を行っている状態を各種センサ情報より判定し、このような状態であると判定した場合にはスイッチ操作が行われても、スイッチ信号を車載機器側に出力しないようにしていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の車載機器操作装置では、誤操作防止対策として、誤操作が発生しやすい状況におけるスイッチ入力を無視するようにしているが、スイッチ操作自体は可能であるため、操作者によっては、スイッチを操作したにも関わらず車載機器が作動しないことを車載機器の異常と誤認する可能性があった。このように操作者の誤認が発生すると、例えば、ディスプレイの注視、スイッチの再操作といった行動に発展し、操作者に更なる操作負荷を与える可能性があるという問題があった。
【０００４】
そこで、本発明は、上述した問題に鑑みて提案されたものであり、誤操作が発生しやすい状況においても入力操作を確実に行わせて誤操作を防止することができる車両用入力装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る車両用ジョイスティック型入力装置では、車両状態を検出する車両状態検出手段と、車両に乗車したユーザにより操作されて、中立位置から円周端に向かって傾倒自在とされたスティック型入力部を備えた入力手段と、上記入力手段の操作量を検出する操作検出手段と、上記スティック型入力部に操作反力を発生させる操作反力発生手段とを備える。そして、この車両用ジョイスティック型入力装置では、制御手段により、検出した車両状態に基づいてスティック型入力部の操作量に対する操作反力量の操作量−操作反力量特性を変化させ、この操作量−操作反力量特性に従って、操作検出手段にて検出した操作量に対応した操作反力量とすることにより、上述の課題を解決する。制御手段は、上記中立位置から円周端に向かう操作量が大きくなるほど操作反力を大きくし、操作入力有りと判定する操作量にて操作反力量を小さくする操作量−操作反力量特性を設定し、又は、制御手段は、上記スティック型入力部付近の振動を取得し、取得したスティック型入力部付近の振動に応じて、操作入力有りと判定する操作量にて操作反力量を小さくする量を変化させるように操作量−操作反力量特性を変化させる。
【０００６】
また、本発明に係る入力制御方法では、車両に乗車したユーザにより操作されて、中立位置から円周端に向かって傾倒自在とされたスティック型入力部に加える操作反力を制御するに際して、先ず、スティック型入力部の操作量に対する操作反力量の基本となる操作量−操作反力量特性を設定しておいて、検出した車両状態に基づいて操作量−操作反力量特性を変化させ、変化させた操作量−操作反力量特性に従って、スティック型入力部の操作量に対応した操作反力量とすることにより、上述の課題を解決する。基本となる操作量−操作反力量特性は、上記スティック型入力部の中立位置から円周端に向かう操作量が大きくなるほど操作反力を大きくし、操作入力有りと判定する操作量にて操作反力量を小さくする操作量−操作反力量特性である。
【０００７】
【発明の効果】
本発明に係る車両用ジョイスティック型入力装置によれば、車両状態に基づいて操作量−操作反力量特性を変化させ、この操作量−操作反力量特性に従って、操作量に対応した操作反力量とするので、車両状態により誤操作が発生しやすい状況においても、最適な操作量−操作反力量特性にすることができ、スティック型入力部を使用した入力操作を確実に行わせて誤操作を防止することができる。
【０００８】
また、本発明に係る入力制御方法によれば、基本となる操作量−操作反力量特性を設定しておいて、検出した車両状態に基づいて操作量−操作反力量特性を変化させ、変化させた操作量−操作反力量特性に従って操作量に対応した操作反力量とするので、車両状態により誤操作が発生しやすい状況においても、最適な操作量−操作反力量特性にすることができ、スティック型入力部を使用した入力操作を確実に行わせて誤操作を防止することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１０】
本発明は、以下に説明する第１実施形態、第２実施形態及び第３実施形態に係る車両用ジョイスティック型入力処理装置に適用される。
【００１１】
［第１実施形態］
［第１実施形態に係る車両用ジョイスティック型入力処理装置の構成］
第１実施形態に係る車両用ジョイスティック型入力処理装置は、図１にその機能的な構成を示すように、スティック型入力装置１がユーザに操作されることに応じた情報を操作／表示処理演算部２に送り、操作／表示処理演算部２により情報処理演算部３の演算内容を制御すると共に、表示部４の表示内容を制御する。また、このスティック型入力装置１は、スティック型入力装置１に車速センサ５が接続され、車両状態情報として車両速度情報を取得する。
【００１２】
この車両用ジョイスティック型入力処理装置は、例えば車両に搭載される場合、少なくともスティック機構部１１が車両乗員（ユーザ）から操作可能な位置に設けられると共に、表示部４が車両乗員から目視可能な位置に設けられ、操作／表示処理演算部２及び情報処理演算部３がインストルメントパネル内などに配設され、車速センサ５が車両内部に配設される。
【００１３】
スティック機構部１１は、その外観構成を図２に示すように、回転可能な操作面１１ａの円周端に向かって、左右前後及び円周方向に傾倒して操作可能なスティック部１１ｂが操作端として設けられている。このスティック部１１ｂは、操作面１１ａに取り付けられている中立位置から円周方向に傾倒操作可能に構成されており、表示部４に表示されているメニュの選択、カーソルの移動、画面スクロールをするに際して操作される。
【００１４】
このスティック機構部１１は、その操作がスティックＸ軸位置検出部１２、スティックＹ軸位置検出部１３により検出される。スティックＸ軸位置検出部１２は、スティック部１１ｂのＸ軸（横方向）の操作を検出すると、その操作に応じた位置検出信号をスティック制御演算部１４に送り、スティックＹ軸位置検出部１３は、スティック部１１ｂのＹ軸（縦方向）の操作を検出すると、その操作に応じた位置検出信号をスティック制御演算部１４に送る。このとき、スティックＸ軸位置検出部１２及びスティックＹ軸位置検出部１３は、Ｘ軸及びＹ軸での回転角を検出する。
【００１５】
また、このスティック機構部１１は、スティックＸ軸駆動部１５によりＸ軸方向においてスティック部１１ｂを中立位置に戻す操作反力が印加され、スティックＹ軸駆動部１６によりＹ軸方向においてスティック部１１ｂを中立位置に戻す操作反力が印加される。このとき、スティックＸ軸駆動部１５は、スティック制御演算部１４からの制御信号に従ってＸ軸方向のトルクを発生させ、スティックＹ軸駆動部１６は、スティック制御演算部１４からの制御信号に従ってＹ軸方向のトルクを発生させる。
【００１６】
スティック制御演算部１４は、スティックＸ軸位置検出部１２及びスティックＹ軸位置検出部１３からの位置検出信号からスティック部１１ｂの傾倒方向及びストローク量を算出する。そして、スティック制御演算部１４は、時間的に前後するストローク量から、スティック部１１ｂの振動を検知する。
【００１７】
また、このスティック制御演算部１４には、通信部１７を介して車速センサ５が接続され、車速センサ５から車両速度情報が送られる。スティック制御演算部１４は、検知したスティック部１１ｂの振動と、車両速度とから、現在のストローク量に対する操作反力の関係（ＦＳ特性：Ｆｏｒｃｅ−Ｓｔｒｏｋｅ特性）を決定する。そして、このスティック制御演算部１４は、決定したＦＳ特性から、ストローク量に対する現在に発生するトルク量を算出して、スティックＸ軸駆動部１５及びスティックＹ軸駆動部１６に制御信号を出力する。なお、スティック部１１ｂの操作量に応じて操作反力を発生させる具体的な制御例については後述する。
【００１８】
このようにスティック機構部１１における操作反力を制御した状態において、スティック制御演算部１４は、スティックＸ軸位置検出部１２及びスティックＹ軸位置検出部１３からの位置検出信号から、スティック機構部１１の操作入力の有無を判定して、操作入力が発生したら操作入力されたことを示すスティック操作情報、スティック部１１ｂの傾倒方向を示す傾倒方向情報を通信部１７を介して操作／表示処理演算部２に送る。
【００１９】
操作／表示処理演算部２は、通信部１７の通信方式と同じ通信方式の通信部を有し、通信部１７からスティック操作情報及び傾倒方向情報が送られると、操作入力の有無、傾倒方向及び現在のＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）状態から、対応する操作入力信号に変換して、情報処理演算部３に出力する。
【００２０】
情報処理演算部３は、操作／表示処理演算部２から入力される操作入力信号に対応する情報処理をし、必要に応じてＧＵＩの更新要求を操作／表示処理演算部２に出力する。操作／表示処理演算部２は、更新要求、現在のＧＵＩ状態及び操作入力信号の有無に応じて表示映像を生成し、表示部４に出力する。なお、これらの操作／表示処理演算部２及び情報処理演算部３は、別の機能として説明したが、これらの機能を一つの装置で実現しても良い。
【００２１】
「スティック型入力装置１の具体的な構成例」
スティック型入力装置１は、具体的な構成例を図３に示すように、スティックＸ軸駆動部１５及びスティックＹ軸駆動部１６を、電動モータ２１，２２にて構成する。この電動モータ２１，２２は、スティック機構部１１とシャフト２３，２４を介して接続されている。このシャフト２３，２４は、スティック部１１ｂを傾倒自在とする台座として機能する操作面１１ａにそれぞれ直交して取り付けられ、電動モータ２１，２２の駆動力により回転して操作面１１ａに操作反力を与える。
【００２２】
スティックＸ軸位置検出部１２及びスティックＹ軸位置検出部１３は、操作面１１ａの傾倒をＸ軸及びＹ軸にて各々独立して光学的に検知するフォトエンコーダ２５，２６にて構成されている。スティックＸ軸位置検出部１２及びスティックＹ軸位置検出部１３は、操作面１１ａの動作から位置検出信号を生成してスティック制御演算部１４に出力する。
【００２３】
スティック制御演算部１４は、スティックＸ軸位置検出部１２及びスティックＹ軸位置検出部１３からの位置検出信号をディジタル変換するＡ／Ｄ変換回路、制御信号をアナログ変換してスティックＸ軸駆動部１５及びスティックＹ軸駆動部１６に供給するＤ／Ａ変換回路、スティックＸ軸駆動部１５及びスティックＹ軸駆動部１６の制御や操作／表示処理演算部２との通信を制御する制御プログラムを実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）、制御プログラムを記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）等から構成される。このスティック制御演算部１４は、内部にシリアルインターフェース回路１４ａを備え、シリアルインターフェース回路１４ａが通信部１７と通信をすることで、スティック型入力装置１と操作／表示処理演算部２との通信を実現する。なお、スティック制御演算部１４は、このような構成に限らず、同一機能をもつ他の装置にて構成してもよい。
【００２４】
「スティック型入力装置１におけるＦＳ特性に従った制御」
つぎに、上述のスティック型入力装置１におけるＦＳ特性の制御について説明する。
【００２５】
このＦＳ特性は、図４に示すように、スティック部１１ｂの中立位置からの円周方向の傾倒量であるストローク量Ｓと、スティック部１１ｂが傾倒した際に傾倒位置から中立位置方向に向かう操作反力Ｆの量的関係であり、例えば図５のような関係を有する。
【００２６】
このＦＳ特性は、中立位置からのストローク量Ｓが増えるに従い、徐々に操作反力Ｆが大きくなり、スティック制御演算部１４にて操作入力有りと判定する操作判定ストローク量Ｓ１においてスティック部１１ｂを介してクリック感を与えるように操作反力Ｆが変化している。このとき、操作反力Ｆは、操作判定ストローク量Ｓ１から不連続に緩和（小さく）するように変化する。ここで、操作反力Ｆを緩和する直前の操作判定ストローク量Ｓ１の操作反力Ｆをクリック操作反力Ｆ１、緩和した後のクリックストローク量Ｓ２の操作反力Ｆをクリックギャップ操作反力Ｆ２にて表現している。
【００２７】
更に操作判定ストローク量Ｓ１からストローク量Ｓが大きくされると、クリックギャップ操作反力Ｆ２から操作反力Ｆが大きくなり、ストローク限界量Ｓ３にてスティック部１１ｂが傾倒しないようなストローク限界操作反力Ｆ３とする。
【００２８】
これにより、スティック型入力装置１では、操作入力の完了を、クリック操作反力Ｆ１及びクリックギャップ操作反力Ｆ２によるクリック感と、ストローク限界操作反力Ｆ３によるストップ感によりユーザに認識させる。
【００２９】
このとき、スティック型入力装置１では、スティックＸ軸位置検出部１２及びスティックＹ軸位置検出部１３からの位置検出信号からストローク量Ｓを検出し、このストローク量Ｓに応じてスティックＸ軸位置検出部１２及びスティックＹ軸位置検出部１３を独立に制御して、図５に示すようなトルクを発生させる。これにより、スティック制御演算部１４では、図５に示すＦＳ特性を実現する。なお、このようなＦＳ特性は、予めスティック制御演算部１４にて保持されている。
【００３０】
ここで、ストローク量Ｓにはスティック部１１ｂの機械的な可動範囲に起因するストロークの限界位置が存在し、更に、本例のように電動モータ２１，２２を使用して操作反力Ｆを発生させる構成の場合には、電動モータ２１，２２の最大トルクに起因するストローク限界操作反力Ｆ３が存在する。したがって、ユーザにクリック感やストップ感等の操作感覚を確実に与えるためには、スティック部１１ｂの長さ、幅、取付位置、取付角度、想定されるユーザの操作指、操作角度等から人間工学的な検討により、十分量の操作反力Ｆを発生できる電動モータ２１，２２を選定することが望ましい。
【００３１】
［スティック型入力装置１によるＦＳ特性の補正処理］
つぎに、上述の車両用ジョイスティック型入力処理装置におけるスティック制御演算部１４により、ＦＳ特性を補正するときの処理について図６のフローチャートを参照して説明する。
【００３２】
先ず、車両用ジョイスティック型入力処理装置が起動されると、ステップＳＴ１において、スティック制御演算部１４により基本ＦＳ特性の設定を行ってステップＳＴ２に処理を進める。
【００３３】
この基本ＦＳ特性は、車両が停止状態であってスティック部１１ｂ付近に振動がない状態において、ユーザが意図通りに操作でき、かつ、クリック感やストップ感、キャップ感を十分に認識させる必要最小限のストローク量Ｓに対する操作反力Ｆとなっている。また、この基本ＦＳ特性には、後述する振動検知のために、図７に示すように、スティック部１１ｂの中立位置付近に狭い範囲のストローク量Ｓの範囲であるスティック近傍区間を設定し、スティック近傍区間においては操作反力Ｆを与えないように設定する。
【００３４】
ステップＳＴ２において、スティック制御演算部１４により、ユーザによるスティック操作の有無を判定する。このとき、スティック制御演算部１４は、スティックＸ軸位置検出部１２及びスティックＹ軸位置検出部１３から位置検出信号を入力して、時間的に変化するスティック部１１ｂの傾倒方向及びストローク量を認識する。そして、スティック制御演算部１４では、ユーザの操作によりストローク量がスティック近傍区間を越えた場合、又は、スティック近傍区間において一定方向に連続してスティック部１１ｂが傾倒した場合に、ユーザによるスティック操作が有ったと判定する。
【００３５】
スティック制御演算部１４によりユーザのスティック操作が有ったと判定した場合には、以前にて保持していたＦＳ特性を保持する。すなわち、ステップＳＴ１又は後述のステップＳＴ５にて設定されたＦＳ特性に従ってストローク量Ｓに応じた操作反力Ｆを発生させるようにスティックＸ軸駆動部１５及びスティックＹ軸駆動部１６を制御する。また、スティック制御演算部１４は、スティック操作を検出した場合に、スティック操作情報及び傾倒方向情報を生成して操作／表示処理演算部２に送る。
【００３６】
一方、スティック制御演算部１４により、スティック近傍区間内において一定方向に連続して傾倒されていないと判定した場合には、ユーザによるスティック操作が無いと判定して、ＦＳ特性を補正する処理を行うため、ステップＳＴ３に処理を進める。以降のステップＳＴ３〜ステップＳＴ５は、スティック操作がなされていない時に限定して行うことで、スティック操作中にＦＳ特性が変化して、ユーザにひっかかり感や抜け感、不要なクリック感等の不適切な操作感を与えないようにする。
【００３７】
ステップＳＴ３において、スティック制御演算部１４により、ステップＳＴ１にて設定した基本ＦＳ特性を、車速センサ５からの車速により補正してステップＳＴ４に処理を進める。このとき、スティック制御演算部１４は、車速センサ５により入力される車速により停車中か走行中かの判定をし、走行中と判定した場合には、図７に示したＦＳ特性におけるクリックストローク量Ｓ２と比較して、図８に示すようにクリック感を発生させるときのストローク量Ｓを増大させたクリックストローク量Ｓ２’とすると共に、クリック操作反力Ｆ１からクリック操作反力Ｆ１’にする。
【００３８】
図８では、点線にて車両停止時の操作反力Ｆとストローク量Ｓとの関係を示し、実線にて車両走行時の操作反力Ｆとストローク量Ｓとの関係を示す。図８の例では、基本ＦＳ特性として車両停止時のＦＳ特性を用意しておき、ステップＳＴ３にて車両速度に応じてストローク量Ｓと操作反力Ｆとの関係を補正した場合を示す。
【００３９】
また、スティック制御演算部１４は、ストローク量Ｓが増大するに従って操作反力Ｆを増加させることに応じて、クリック操作反力Ｆ１及びクリックギャップ操作反力Ｆ２を増加させると共に、クリック操作反力Ｆ１からクリックギャップ操作反力Ｆ２に操作反力Ｆを緩和する差のクリックギャップを大きくする。これにより、車両走行時での操作反力Ｆを車両停止時での操作反力Ｆと比較して大きくする。
【００４０】
ステップＳＴ４において、スティック制御演算部１４により、スティック部１１ｂの振動を検知してステップＳＴ５に処理を進める。ここで、ストローク量Ｓがスティック近傍区間内にある場合は、図７に示すように操作反力Ｆを加えないので、スティック部１１ｂの配設位置付近の振動によりスティック部１１ｂのストローク量が振動する。これを利用して、スティック制御演算部１４では、ストローク量Ｓの時間的な変化を検出することによりスティック部１１ｂの振動を検知し、振動の振幅及び周波数を特定する。
【００４１】
ステップＳＴ５において、スティック制御演算部１４では、ステップＳＴ３にて補正したＦＳ特性を、ステップＳＴ４にて検知した振動検知結果により補正してステップＳＴ２に処理を戻す。このとき、スティック制御演算部１４は、図９に示すように、スティック部１１ｂの振動が大きくなるほど、クリック操作反力Ｆ１とクリックギャップ操作反力Ｆ２との操作反力Ｆの差を大きくするように、クリックギャップ操作反力Ｆ２からクリックギャップ操作反力Ｆ２’に補正する。これは、スティック部１１ｂの振動が大きくなるほど、ユーザの触覚への外乱が大きくなることによる。
【００４２】
また、スティック制御演算部１４は、操作反力Ｆの補正量を、振動周波数及び振動振幅の組み合わせに基づいて、クリック感を変化させるテーブルを用意しておく。具体的には、振動下においてもユーザにクリック感を与えることができるように、物理的考察または実験により補正量を決定する必要があり、更に、知覚能力の個人差を考慮する場合は、統計的手法を併用する必要がある。また、この補正量は、スティック部１１ｂの振動状態に応じて連続的に補正してもよいし、段階的に補正してもよい。
【００４３】
［第１実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、第１実施形態に係る車両用ジョイスティック型入力処理装置によれば、車両速度及びスティック部１１ｂ付近の振動に基づいてＦＳ特性を制御するので、車両速度が高いときや、車両走行による振動が大きく誤操作が発生しやすい状況においても、最適なＦＳ特性にすることができ、スティック部１１ｂを使用した入力操作を確実に行わせて誤操作を防止することができる。
【００４４】
すなわち、この車両用ジョイスティック型入力処理装置によれば、図８に示したように、クリック感を与えるときのクリック操作反力Ｆ１を、車両停止時よりも車両走行時に大きなクリック操作反力Ｆ１’して、車両停止時と比較して大きな操作力を必要とさせ、車両停止時と比較して相対的に大雑把な車両走行時の操作による誤操作を防止させる。
【００４５】
また、この車両用ジョイスティック型入力処理装置によれば、図９に示したクリックギャップ操作反力Ｆ２からクリックギャップ操作反力Ｆ２’のように、クリック感を増加させるので、大雑把な操作でも、確実に操作入力の完了を認識できるようになり、未入力の発生や表示部４上に表示されているメニュ等の操作対象を注視したりする行動を防止でき、視覚負荷の低減を図ることができる。また、この車両用ジョイスティック型入力処理装置によれば、スティック部１１ｂの振動が大きくなるほどユーザの触覚への外乱が大きくなっても確実にクリック感をユーザに与えることができ、操作反力Ｆの変化を明確に知覚させて誤操作を防止させることができる。
【００４６】
更に、この車両用ジョイスティック型入力処理装置によれば、車両速度が大きいほど、ストローク量Ｓに対する操作反力Ｆを大きくしたので、操作に注意が払われにくく、操作が大雑把になりがちな走行中においても、所望の操作方向とは異なる方向に操作してしまう操作ミスを防止でき、更には不意接触による誤入力を防止することができる。
【００４７】
更にまた、この車両用ジョイスティック型入力処理装置によれば、車両速度が大きいほどクリック感を大きくするので、操作したつもりでも入力されていないという未入力の防止を図ることができる。
【００４８】
更にまた、車両用ジョイスティック型入力処理装置によれば、誤操作が発生しにくい状況においては、その車両状況に応じてＦＳ特性の補正量を必要最低限に留めることでスクロール量、操作反力、及びクリック感を必要最小限にしたため、良好な操作性を得ることができ、誤操作防止と共に、操作効率も同時に確保することができる。
【００４９】
更にまた、この車両用ジョイスティック型入力処理装置によれば、スティック部１１ｂのストローク位置を検出するスティックＸ軸位置検出部１２及びスティックＹ軸位置検出部１３を利用してスティック部１１ｂ付近の振動の検知をするので、装置構成を簡単にすることができる。
【００５０】
［第２実施形態］
つぎに、第２実施形態に係る車両用ジョイスティック型入力処理装置について説明する。なお、上述の第１実施形態と同様の部分については同一符号を付することによりその詳細な説明を省略する。
【００５１】
［第２実施形態に係る車両用ジョイスティック型入力処理装置の構成］
この車両用ジョイスティック型入力装置は、図１０にその機能ブロック図を示すように、車速センサ５に加え、加速度センサ３１、ヨーレートセンサ３２をスティック型入力装置１と接続してこれらの情報を用いてＦＳ特性を補正する点で、第１実施形態に係る車両用ジョイスティック型入力処理装置とは異なる。ここで、加速度センサ３１はスティック部１１ｂと物理的に接続している位置に配設されて、例えば車両進行方向の加速度を検出する。また、ヨーレートセンサ３２は、車両回転方向の加速度を検出する。
【００５２】
このような車両用ジョイスティック型入力処理装置では、スティック型入力装置１の通信部１７に加速度センサ３１及びヨーレートセンサ３２からの加速度情報が送られる。スティック制御演算部１４では、加速度情報を入力すると、この加速度情報からスティック部１１ｂ付近の振動を予測すると共に、更に加速度情報からユーザに加わる加速度を予測する。そして、スティック制御演算部１４では、車速情報、スティック部１１ｂ付近の振動、ユーザに加わる加速度に応じてＦＳ特性を補正する。
【００５３】
［スティック型入力装置１によるＦＳ特性の補正処理］
つぎに、第２実施形態に係る車両用ジョイスティック型入力処理装置におけるスティック制御演算部１４により、ＦＳ特性を補正するときの処理について図１１のフローチャートを参照して説明する。なお、上述した説明と同じ処理内容については同一のステップ番号を付することによりその詳細な説明を省略する。
【００５４】
先ず、ステップＳＴ１１において、スティック制御演算部１４によりスティック部１１ｂの操作可能領域を制限する操作ガイドの設定を行ってステップＳＴ１に処理を進める。
【００５５】
このとき、スティック制御演算部１４は、例えば、スティック部１１ｂの配設位置から等角度間隔の８方向にて操作を許容する操作ガイドを設定する。この操作ガイドとは、図１２に示すように、スティック部１１ｂの配設位置近傍の上記スティック近傍区間に相当するスティック近傍領域４１を中心とした８方向を操作可能領域４２とし、操作面１１ａの可動範囲４３及び操作可能領域４２を除く領域を操作制限領域４４とすることで、スティック部１１ｂの可動範囲を制限することで可動方向を制限するものである。
【００５６】
本例のようにスティック部１１ｂに印加する操作反力をスティックＸ軸駆動部１５及びスティックＹ軸駆動部１６である電動モータ２１，２２にて発生する場合には、操作ガイドの一部拡大図を図１３に示すように、各操作制限領域４４から隣接する操作制限領域４４へ押し戻すような図中矢印にて示す操作反力を発生させる。すなわち、スティック制御演算部１４は、予め操作ガイドにて設定される操作可能領域４１及び操作制限領域４２を認識しており、入力される位置検出信号に応じて操作可能領域４２の範囲内にてスティック部１１ｂを操作させるようにスティックＸ軸駆動部１５及びスティックＹ軸駆動部１６にて発生させるトルクを制御する。また、中立位置から操作ガイドに従って操作反力を発生させるまでの領域がスティック近傍領域４１となる。
【００５７】
なお、電動モータ２１，２２の駆動力によりスティック部１１ｂの可動範囲を制限する場合のみならず、図１２の操作可能領域４２にて操作可能とするガイド板を操作面１１ａ上に設置しても良い。
【００５８】
また、本例では、８方向にのみスティック部１１ｂを操作可能とするが、電動モータ２１，２２の駆動力により操作可能領域４２を制限する場合には、例えばＧＵＩにて選択可能な項目などや方向によって可動範囲を動的に変更しても良い。例えばＧＵＩが表示部４上における上下左右の選択メニュの場合は、可動方向を４方向のみに制限し、ＧＵＩが８方向の選択メニュに切り替わった場合は、可動方向を８方向に変更するといった制御が可能である。このとき、スティック制御演算部１４は、操作／表示処理演算部２から送られるＧＵＩの状態を示す情報に基づいて操作ガイドを設定する。
【００５９】
ステップＳＴ１において、ステップＳＴ１１にて設定した操作ガイドに制限された操作可能領域４２における基本ＦＳ特性の設定を行ってステップＳＴ２に処理を進める。このとき、スティック制御演算部１４では、図１２に示したように８方向にのみ操作可能領域４２を設定した場合には、８方向の可動方向に対してのみＦＳ特性を設定する。また、スティック制御演算部１４では、図１４に示すように、スティック近傍区間においても操作反力を加える。これは、第２実施形態では、スティックＸ軸位置検出部１２及びスティックＹ軸位置検出部１３を利用したスティック部１１ｂの振動検出を行わないために、操作品質を高めることを図るためである。
【００６０】
次に、第１実施形態と同様に、ステップＳＴ２においてユーザによるスティック操作の有無を判定して、操作が検出されていない場合にステップＳＴ３に処理を進めて基本ＦＳ特性を車両速度に応じて補正してステップＳＴ１２に処理を進める。このとき、スティック制御演算部１４では、８個の操作方向の操作可能領域４２にて一様にＦＳ特性の補正をする。
【００６１】
ステップＳＴ１２において、スティック部１１ｂの振動を、加速度センサ３１からの加速度情報を用いて予測してステップＳＴ５に処理を進める。このとき、スティック制御演算部１４では、加速度センサ３１で検知した車両振動の方向、振動振幅、振動周波数から、スティック部１１ｂの振動の振幅及び周波数を予測式により算出する。この予測式は、物理的考察または実験データによる重回帰分析により予め設定されている。
【００６２】
ステップＳＴ５において、スティック制御演算部１４により、ステップＳＴ１２にて予測したスティック部１１ｂの振動振幅及び振動周波数を用いて、第１実施形態と同様にＦＳ特性の補正をしてステップＳＴ１３に処理を進める。
【００６３】
ステップＳＴ１３において、スティック制御演算部１４により、ユーザにかかる加速度を、加速度センサ３１及びヨーレートセンサ３２からの加速度情報を用いて予測してステップＳＴ１４に処理を進める。このとき、スティック制御演算部１４では、加速度センサ３１で検知した車両の並進加速度及びヨーレートセンサ３２で検知した車両のヨーレートから、ユーザ位置における加速度を予測式により算出する。この予測式は、物理的考察または実験データによる重回帰分析により予め設定されている。
【００６４】
ステップＳＴ１４において、ステップＳＴ５にて補正したＦＳ特性を、ステップＳＴ１３にて予測したユーザにかかる加速度により補正してステップＳＴ２に処理を戻す。
【００６５】
このとき、スティック制御演算部１４では、可動方向▲５▼から可動方向▲１▼に向かってユーザに加速度が係っている場合、図１５に示すように、ユーザにかかる加速度によるユーザの慣性ベクトル５１を、スティック部１１ｂの可動方向毎に分解して、各可動方向ごとの慣性成分５１’を算出する。なお、図１５において、慣性成分５１’が図示されていない可動方向は、慣性ベクトル５１と慣性成分５１’とが同じであるか、無い場合を示している。そして、スティック制御演算部１４は、可動方向ごとの慣性成分５１’の大きさに応じて、可動方向ごとにＦＳ特性を補正する。
【００６６】
すなわち、スティック制御演算部１４は、慣性成分５１’が大きくユーザに係る加速度の影響が大きい程、図１６中の点線にて示す基本ＦＳ特性を図１６中の実線又は一点鎖線にて示すように、ストローク量Ｓに対する操作反力Ｆを増加させる。これにより、例えばユーザにかかる加速度の影響が大きい可動方向▲１▼、▲５▼では図１６の実線に示すように補正をし、ユーザにかかる加速度の影響が中程度の可動方向▲２▼、▲４▼、▲６▼、▲８▼では図１６の一点鎖線に示すように操作反力Ｆを補正し、ユーザにかかる加速度の影響が無い可動方向▲３▼、▲７▼では図１６の点線に示すように操作反力Ｆを補正する。
【００６７】
ここで、図１５に示すように、各可動方向における慣性成分５１’の影響をベクトルではなく大きさで判断し、中立位置を挟んで両側の可動方向でのＦＳ特性に同じ補正を加えているのは、車両の加速や旋回が終了して加速度が抜けた場合に、反動で反対方向に振られることの影響を考慮したことによる。
【００６８】
また、図１６のように、スティック近傍区間におけるＦＳ特性を補正しないのは、操作ガイドが存在しない区間において非対称のＦＳ特性を設定すると、スティック部１１ｂの傾倒方向によって操作反力の相違が生じ、不連続な操作感が発生したり、回転方向の力が発生する弊害を防止するためである。なお、実際の補正量は、加速度成分の影響を十分低減できる操作反力を発生するように物理的考察または実験により求めることが望ましい。
【００６９】
［第２実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、第２実施形態に係る車両用ジョイスティック型入力処理装置によれば、車両挙動によってユーザに慣性力が加わり、ユーザの意図しない力がスティック操作の際に付加される状況においても、ユーザにかかる加速度に応じてＦＳ特性を補正して操作反力を発生させることがので、所望の操作方向とは異なる方向に操作してしまう誤操作を抑制することができ、誤操作が発生しやすい状況においても入力操作を確実に行わせて誤操作を抑制することができる。
【００７０】
また、この車両用ジョイスティック型入力処理装置によれば、加速度センサ３１及びヨーレートセンサ３２を用いてユーザにかかる加速度を予測するので、車両進行方向及び車両回転方向の加速度から高精度にユーザにかかる加速度を予測することができ、各可動方向ごとに高精度にＦＳ特性を補正することができる。
【００７１】
［第３実施形態］
つぎに、第３実施形態に係る車両用ジョイスティック型入力処理装置について図１７を参照して説明する。なお、上述の実施形態と同様の部分については同一符号を付することによりその詳細な説明を省略する。
【００７２】
この第３実施形態に係る車両用ジョイスティック型入力処理装置は、加速度センサ及びヨーレートセンサ以外の車載センサ群６１から出力値の組み合わせにてユーザにかかる加速度を予測する点で、第２実施形態とは異なる。
【００７３】
この車載センサ群６１は、複数の車載センサからなり、車両の状態を表す複数の車両状態情報をスティック型入力装置１に送る。この車両状態情報としては、例えば、車両速度情報、エンジン回転数情報、燃料噴射量情報、ギア位置情報、アクセル開度情報、舵角情報が含まれる。
【００７４】
スティック制御演算部１４は、通信部１７を介して車両状態情報が送られると、複数の車両状態からスティック部１１ｂ付近の振動及びユーザに加わる加速度を予測する。そして、スティック制御演算部１４は、車両速度情報、スティック部１１ｂ付近の振動、ユーザに加わる加速度に応じてＦＳ特性を補正する。このとき、スティック制御演算部１４は、図１１を用いて説明すると、ステップＳＴ１２におけるスティック部１１ｂの振動の予測と、ステップＳＴ１３におけるユーザにかかる加速度の予測する処理内容が第２実施形態とは異なる。
【００７５】
ステップＳＴ１２においては、スティック制御演算部１４により、車載センサ群６１から送られる車両速度、エンジン回転数、燃料噴射量、ギア位置、アクセル開度の各値から予測する。予測式は、実験データによる重回帰分析により予め設定されている。
【００７６】
ステップＳＴ１３においては、スティック制御演算部１４により、車載センサ群６１から送られる車両速度、エンジン回転数、燃料噴射量、ギア位置、アクセル開度、舵角の各値から予測する。予測式は、実験データによる重回帰分析により予め設定されている。なお、ステップＳＴ１２、ステップＳＴ１３の何れの場合も、予測に使用するセンサ情報は、必ずしも全て用いる必要はなく、所望の精度が得られるのであれば極力少ない情報で予測することが望ましい。
【００７７】
［第３実施形態の効果］
第３実施形態に係る車両用ジョイスティック型入力処理装置によれば、スティック部１１ｂ付近の振動及びユーザにかかる加速度を、車載センサ群６１からの車両状況情報を利用して予測するため、例えば加速度センサやヨーレートセンサが搭載されていない車両や、または、これらのセンサ情報の入力が困難な車種においても、可能な範囲で入手できる車両状況情報をもとに、比較的簡易かつ正確に値を予測することができるため、様々な車種において、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７８】
なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した第１実施形態に係る車両用ジョイスティック型入力処理装置の構成を示すブロック図である。
【図２】スティック機構部の外観構成を示す斜視図である。
【図３】本発明を適用した第１実施形態に係る車両用ジョイスティック型入力処理装置におけるスティック型入力装置の具体的な構成を示すブロック図である。
【図４】スティック部を操作したときのストローク量Ｓと操作反力Ｆについて説明するための図である。
【図５】操作反力とストローク量Ｓとの関係を説明するための図である。
【図６】本発明を適用した第１実施形態に係る車両用ジョイスティック型入力処理装置のスティック制御演算部によるＦＳ特性補正処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図７】スティック近傍区間を設けた場合の操作反力とストローク量との関係を説明するための図である。
【図８】本発明を適用した第１実施形態に係る車両用ジョイスティック型入力処理装置のスティック制御演算部によるＦＳ特性補正処理において、車両速度に応じてＦＳ特性を補正する処理を説明する図である。
【図９】スティック部の振動に応じてクリック操作反力とクリックギャップ操作反力との差を補正する処理について説明するための図である。
【図１０】本発明を適用した第２実施形態に係る車両用ジョイスティック型入力処理装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明を適用した第２実施形態に係る車両用ジョイスティック型入力処理装置のスティック制御演算部によるＦＳ特性補正処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図１２】本発明を適用した第２実施形態に係る車両用ジョイスティック型入力処理装置において、スティック部の可動方向を制限する操作ガイドについて説明するための図である。
【図１３】操作制限領域にて発生させる操作反力の方向について説明するための図である。
【図１４】第２実施形態における操作反力とストローク量との関係を説明するための図である。
【図１５】ユーザにかかる加速度から可動方向ごとの慣性成分を求める処理について説明するための図である。
【図１６】ユーザにかかる加速度の影響の程度から、ＦＳ特性を補正する処理を説明するための図である。
【図１７】本発明を適用した第３実施形態に係る車両用ジョイスティック型入力処理装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ スティック型入力装置
２ 操作／表示処理演算部
３ 情報処理演算部
４ 表示部
５ 車速センサ
１１ スティック機構部
１２ スティックＸ軸位置検出部
１３ スティックＹ軸位置検出部
１４ スティック制御演算部
１５ スティックＸ軸駆動部
１６ スティックＹ軸駆動部
１７ 通信部
２１，２２ 電動モータ
２３，２４ シャフト
２５，２６ フォトエンコーダ
３１ 加速度センサ
３２ ヨーレートセンサ
４１ スティック近傍領域
４２ 操作可能領域
４３ 可動範囲
４４ 操作制限領域
５１ 慣性ベクトル
６１ 車載センサ群

Claims (14)

1. 車両状態を検出する車両状態検出手段と、
   車両に乗車したユーザにより操作されて、中立位置から円周端に向かって傾倒自在とされたスティック型入力部を備えた入力手段と、
   上記入力手段の操作量を検出する操作検出手段と、
   上記スティック型入力部に操作反力を発生させる操作反力発生手段と、
   上記車両状態検出手段にて検出した車両状態に基づいて上記スティック型入力部の操作量に対する操作反力量の操作量−操作反力量特性を変化させ、この操作量−操作反力量特性に従って、上記操作検出手段にて検出した操作量に対応した操作反力量とするように上記操作反力発生手段を制御する制御手段とを備え、
   上記制御手段は、上記中立位置から円周端に向かう操作量が大きくなるほど操作反力を大きくし、操作入力有りと判定する操作量にて操作反力量を小さくする操作量−操作反力量特性を設定することを特徴とする車両用ジョイスティック型入力装置。
2. 車両状態を検出する車両状態検出手段と、
   車両に乗車したユーザにより操作されて、中立位置から円周端に向かって傾倒自在とされたスティック型入力部を備えた入力手段と、
   上記入力手段の操作量を検出する操作検出手段と、
   上記スティック型入力部に操作反力を発生させる操作反力発生手段と、
   上記車両状態検出手段にて検出した車両状態に基づいて上記スティック型入力部の操作量に対する操作反力量の操作量−操作反力量特性を変化させ、この操作量−操作反力量特性に従って、上記操作検出手段にて検出した操作量に対応した操作反力量とするように上記操作反力発生手段を制御する制御手段とを備え、
   上記制御手段は、上記スティック型入力部付近の振動を取得し、取得したスティック型入力部付近の振動に応じて、操作入力有りと判定する操作量にて操作反力量を小さくする量を変化させるように操作量−操作反力量特性を変化させることを特徴とする車両用ジョイスティック型入力装置。
3. 上記車両状態検出手段は、車両速度を検出する車速センサを有し、
   上記制御手段は、上記車速センサにて検出した車両速度が大きいほど、操作入力有りと判定する操作量を大きくするように上記操作量−操作反力量特性を変化させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車両用ジョイスティック型入力装置。
4. 上記操作検出手段は、ユーザに操作されて変化したスティック型入力部の位置を検出する位置検出部を有し、
   上記制御手段は、上記位置検出部にて検出した位置の時間的な変化に基づいてスティック型入力部付近の振動を取得することを特徴とする請求項２記載の車両用ジョイスティック型入力装置。
5. 上記車両状態検出手段は、車両加速度を検出する加速度センサを有し、
   上記制御手段は、上記加速度センサからの車両加速度から上記スティック型入力部付近の振動を予測することを特徴とする請求項２に記載の車両用ジョイスティック型入力装置。
6. 上記車両状態検出手段は、車両状態として車両速度、エンジン回転数、ギア位置、燃料噴射量、アクセル開度のうち、少なくとも１つの情報を検出し、
   上記制御手段は、上記車両状態検出手段にて検出した情報から上記スティック型入力部付近の振動を予測することを特徴とする請求項２に記載の車両用ジョイスティック型入力装置。
7. 上記車両状態検出手段は、車両加速度を検出する加速度センサを有し、
   上記制御手段は、上記加速度センサにて検出した加速度からユーザにかかる加速度を取得し、ユーザにかかる加速度が大ききほど、操作量に対する操作反力量を大きくするように上記操作量−操作反力量特性を変化させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車両用ジョイスティック型入力装置。
8. 上記制御手段は、ユーザにかかる加速度の方向に応じて、上記スティック型入力部の操作方向ごとに、操作量に対する操作反力量を変化させるように上記操作量−操作反力量特性を変化させることを特徴とする請求項７に記載の車両用ジョイスティック型入力装置。
9. 上記操作検出手段にて検出した操作量に応じた処理をする操作処理手段を更に備え、
   上記制御手段は、上記操作処理手段にて設定した操作方向に従って上記スティック型入力部の操作方向を制限する操作反力量とし、制限された操作方向ごとに、操作量に対する操作反力量を変化させるように上記操作量−操作反力量特性を変化させることを特徴とする請求項７に記載の車両用ジョイスティック型入力装置。
10. 上記車両状態検出手段は、ヨーレートセンサを更に有し、
    上記制御手段は、上記加速度センサ又はヨーレートセンサにて検出した加速度から、ユーザにかかる加速度を予測することを特徴とする請求項７記載の車両用ジョイスティック型入力装置。
11. 上記車両状態検出手段は、車両状態として車両速度、エンジン回転数、ギア位置、燃料噴射量、アクセル開度、舵角のうち少なくとも１つの情報を検出し、
    上記制御手段は、上記車両状態検出手段にて検出した情報からユーザにかかる加速度を予測することを特徴とする請求項７記載の車両用ジョイスティック型入力装置。
12. 車両に乗車したユーザにより操作されて、中立位置から円周端に向かって傾倒自在とされたスティック型入力部に加える操作反力を制御する入力制御方法において、
    スティック型入力部の操作量に対する操作反力量の基本となる操作量−操作反力量特性として、上記スティック型入力部の中立位置から円周端に向かう操作量が大きくなるほど操作反力を大きくし、操作入力有りと判定する操作量にて操作反力量を小さくする操作量−操作反力量特性を設定し、
    車両状態を検出し、
    検出した車両状態に基づいて、上記操作量−操作反力量特性を変化させ、
    変化させた操作量−操作反力量特性に従って、上記スティック型入力部の操作量に対応した操作反力量とすることを特徴とする入力制御方法。
13. 上記車両状態として車両速度を検出して、検出した車両速度が大きいほど、操作入力有りと判定する操作量を大きくするように上記操作量−操作反力量特性を変化させ、
    上記車両状態としてスティック型入力部付近の振動を取得し、取得したスティック型入力部付近の振動に応じて、操作入力有りと判定する操作量にて操作反力量を小さくする量を変化させるように、車両速度に応じて変化させた操作量−操作反力量特性を変化させることを特徴とする請求項１２に記載の入力制御方法。
14. ユーザにかかる加速度を検出して、ユーザにかかる加速度が大ききほど操作量に対する操作反力量を大きくするように、上記スティック操作部付近の振動に応じて変化させた操作量−操作反力量特性を変化させることを特徴とする請求項１２に記載の入力制御方法。

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