JP4577586B2 - 車両用操作装置 - Google Patents

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Description

本発明は、車両に搭載された車両用操作装置に関するものである。
電子機器に接続されるマウスやトラックボール等のポインティングデバイスを用いて、電子機器の動作を操作したり、表示装置の画面上において、その操作方向に対応してポインタ等を移動させたりする操作装置がある。これらの入力装置は、ユーザによって操作されることにより、その操作方向に対応した座標を電子機器に出力するものである。このような操作装置は、ナビゲーション装置,エアコンパネル,あるいはオーディオ機器等の車載機器にも利用されている。
車両では、運転者の視線移動を少なくするために、運転席からは離れているが運転者の視界に近い位置に表示器が配置されている。このため、従来の操作手段であるタッチパネルでは運転者(ユーザ)の手が届かなくなり、安定した操作ができなくなるため、運転者が運転姿勢を大きく変えずに手の届く位置であるセンターコンソールに、ハプティックデバイスのようなポインティングデバイスが取り付けられ、所望の車載機器を遠隔操作可能な構成となっている。
また、操作しようとする機器に直接触れることなく、空間における3次元の動きを検出して、場所や状況の制約を受けることなく遠隔操作を可能とする遠隔操作装置が考案されている。(特許文献1参照)。
特開2007−094558号公報
従来技術の方法では、ポインティングデバイスは、確かにユーザにとって操作しやすい位置にあるが、ポインティングデバイスに無意識に手が触れてしまい、運転者の期待しない動作や表示が行われ、運転の妨げになるという問題がある。
特許文献1の例では、ユーザの無意識の操作の判別や回避については、開示・示唆ともなされていない。また、車両の挙動(転回,振動等)によって携帯電話機が移動した場合を、ユーザの操作と誤認するという問題もある。
上記問題を背景として、本発明の課題は、ユーザの無意識の操作による車載機器の動作を防止可能な車両用操作装置を提供することにある。
課題を解決するための手段および発明の効果
上記課題を解決するための車両用操作装置は、ユーザの手の届く範囲に設置された手元操作装置と、ユーザによる手元操作装置の操作の有無を判定する操作有無判定手段と、ユーザによる手元操作装置の操作があったとき、その操作に由来する入力に対応した表示を、その表示画面上に行う表示手段と、ユーザの視線方向を検出する視線方向検出手段と、ユーザの視線方向が表示手段の表示画面に向けられていないとき、手元操作装置の操作モードを、該手元操作装置の操作に由来する入力を制限しない通常モードから、該入力を制限する制限モードに遷移する操作モード制御手段と、を備えることを前提とする。
上記構成によって、ユーザの視線方向によってユーザが意識的に操作する状況と、無意識に操作する状況とを判別することができ、手元操作装置に無意識に手が触れてしまい、運転者の期待しない動作や表示が行われ、運転の妨げになるという問題を解消できる。
また、本発明の車両用操作装置における手元操作装置は、操作範囲が予め規定された二次元操作面上において位置指示操作を行うためのハプティックデバイスを含むように構成される。
上記構成によって、手元操作装置としてハプティックデバイスを用いた場合にも、本発明の作用効果を得ることができる。
また、本発明の車両用操作装置におけるハプティックデバイスは、非操作時において自身の操作軸線が中立角度位置に保持されるとともに、操作時においては表示画面上で位置指示すべき方向に対応する方向に操作軸線が中立角度位置から傾斜するよう、中立角度位置への復帰力に抗して操作されるポインティングデバイスとして構成され、操作モード制御手段は、制限モードにおいては、中立角度位置への復帰力を通常モードよりも増大させるように構成される。
上記構成によって、ユーザが手元操作装置(ハプティックデバイス)を無意識に操作した場合でも、中立角度位置への復帰力を増大もしくは最大にして、ユーザが操作できないようにすれば、運転者の期待しない動作や表示が行われることを防止できる。
また、本発明の車両用操作装置における操作モード制御手段は、制限モードにおいては、操作軸線が予め定められた位置を保持するようにロック状態とするように構成される。
上記構成によって、制限モードにおいては、ユーザが手元操作装置(ハプティックデバイス)の操作そのものができなくなるため、運転者の期待しない動作や表示が行われることを防止できる。
また、本発明の車両用操作装置における操作モード制御手段は、制限モードにおいては、通常モードから該制限モードに遷移する直前の操作軸線位置を保持するように構成される。
上記構成によって、制限モードから通常モードに遷移した後に、通常モードから制限モードに遷移する直前の操作軸線位置から操作を再開できるので、操作そのものを最初からやり直す必要がなく、ユーザは操作を違和感なく円滑に行うことができる。
また、本発明の車両用操作装置は、通常モードから該制限モードに遷移する直前の操作軸線位置を復帰ポイントとして記憶する操作軸線状態記憶手段を備え、操作モード制御手段は、制限モードから通常モードに遷移する際には、操作軸線位置を復帰ポイントに戻すように構成される。
上記構成によって、手元操作装置(ハプティックデバイス)の操作軸線位置は、通常モードから制限モードに遷移する直前の位置に戻り、通常モードから制限モードに遷移する直前の操作軸線位置から操作を再開できるので、ユーザの操作を違和感なく円滑に行うことができる。
また、本発明の車両用操作装置における操作モード制御手段は、制限モードにおいては、手元操作装置の操作に由来する入力を無効とするように構成される。
上記構成によっても、ユーザが手元操作装置(ハプティックデバイス)を無意識に操作した場合でも、運転者の期待しない動作や表示が行われることを防止できる。
以下、本発明の車両用操作装置の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図1に、車両用操作装置1の全体構成を示す。図2にハプティックデバイス(触感提示装置:以下、ポインタ操作部という)2の斜視図を示す。また、図3に、ポインタ操作部2の内部構造を示す平面図と、該ポインタ操作部が接続するコントローラ10のブロック図とを示す。
図1のように、車両用操作装置1は、ポインタ操作部2と、少なくとも運転者の頭部を撮影可能な撮像装置5と、例えば車両のインストルメントパネル中央部300等のような、運転方向とは異なる方向に取り付けられた表示装置6と、これらを制御するコントローラ10(図3参照)と、を備える。
ポインタ操作部2は、例えばセンターコンソールのシフトレバー7の後方のような、ユーザである運転者の手の届く範囲に取り付けられた、表示装置6の表示画面60上にて位置指示ないし位置選択するポインティングデバイスとして構成される。
ポインタ操作部2は、ポインタP(図4参照)を表示装置6の表示画面60上にて移動操作するものであり、図2に示すように、筐体200の内部から上方に突出配置されたジョイスティックタイプの操作レバー28をユーザ操作が操作することにより各車載用機器の選択や機能調整等を行うことができる。なお、ポインタ操作部2が本発明の手元操作装置に相当する。
図3のように、図2の筐体200の底部をなす基台20上には、第1および第2の回転モータ21,22と、これら回転モータ21,22の回転軸に連結された第1および第2のロータリエンコーダ23,24とが搭載されている。第1の回転モータ21の回転軸と第2の回転モータ22の回転軸とは互いに直交しており、第1および第2のロータリエンコーダ23,24は両回転モータ21,22の回転軸が交わる交点Qの近傍に配置されている。
また、基台20には、第1および第2の駆動レバー25,26が回転可能に支持されており、これら駆動レバー25,26には駆動体27を介して操作レバー28が連結されている。第1の駆動レバー25は第1の回転モータ21の回転軸と平行な軸25aを中心に回転可能であり、第1の駆動レバー25の先端には第1の回転モータ21の回転軸に固着したギヤ21gに噛合する歯部21bが形成されている。第2の駆動レバー26は第2の回転モータ22の回転軸と平行な軸26aを中心に回転可能であり、第2の駆動レバー26の先端には第2の回転モータ22の回転軸に固着したギヤ22gに噛合する歯部22bが形成されている。
なお、第1および第2の回転モータ21,22と第1および第2のロータリエンコーダ23,24は、コントローラ10に接続されている。このコントローラ10は、第1および第2のロータリエンコーダ23,24の出力信号を取り込んで第1および第2の回転モータ21,22に所望の制御信号を出力する。
また、筐体200の上部の操作レバー28の近傍には、近接センサ29が取り付けられている。近接センサ29は、以下のうちの少なくとも一つを用いて、ユーザの手が接近したか否かを検出する。
・赤外線センサ:ユーザの手から発する熱を検知する。
・超音波センサ:超音波によりポインタ操作部2に接近する物体(ユーザの手)を探知する。
・レーダ:電波によりポインタ操作部2に接近する物体(ユーザの手)を探知する。
・静電センサ:静電容量の変化により物体(ユーザの手)を検知する。
撮像装置5は、例えば可視光領域で撮像可能であれば、乗員の顔や眼球から反射された可視光をカメラ5a(図1参照)にて撮像し、例えば赤外線領域で撮像可能であれば、適宜の赤外線投光器5b(図1参照)から運転者の眼球に向けて照射された赤外線の反射をカメラ5aにて撮像する。撮像されたデータは、コントローラECU100に送られる。
表示装置6は、例えばLCD表示装置として構成され、図4のようなポインタ選択表示画面(以下、表示画面と略称)60を表示するものである。表示画面60上では、ポインタPにより択一的に選択可能な複数の入力用選択領域61が互いに隣接する形で表示画面60上に区画設定されるとともに、ポインタPにより入力用選択領域61のいずれが選択されているかが表示画面60上に識別可能に表示されている。また、ポインタ選択表示画面60では、入力用選択領域61はアイコン画像が表示されるアイコン画像領域であり、隣接するアイコン画像領域の間には、ポインタPにより選択されない非選択領域62が設けられている。なお、表示装置6が本発明の表示手段に相当する。
なお、図4に例示するポインタ選択表示画面60は文字入力画面である。ポインタPにより文字アイコン画像63(61)を選択した状態(文字アイコン画像61の表示色が反転した状態がポインタPの選択状態である)において、図示されない決定スイッチが操作されることにより、その選択状態の文字アイコン画像63(61)に対応する文字が文字表示領域63に順に表示される。これを繰り返して文字入力が完了した場合には、完了アイコン画像65(61)を選択した状態で画面上の決定ボタンを選択、または別途設けられた決定スイッチを操作して、文字入力を完了する。また、入力された文字を変更する場合には修正アイコン画像64(61)を選択して決定スイッチを操作することで、最新の入力文字が一文字ずつ消去される。なお、決定スイッチは、ポインタ操作部2の操作レバー28の上端部に、例えばプッシュスイッチ(図示無し)として設けることができる。これにより、ポインタPの移動と入力決定操作とを、操作レバー28のみで簡易に行うことが可能となる。
なお、図4のポインタ選択表示画面60は文字入力画面であるが、本発明の表示手段の画面はこれに限られない。ただし、本発明は、文字入力画面のように、多数の入力用選択領域61が密集配置されるポインタ選択画面において特に効果を奏するものである。
図3に戻り、コントローラ10は、ポインタ操作部2の制御を司るコントローラECU(Electronic Control Unit)100を備える。コントローラECU100は、CPU101,不揮発性メモリ102,RAM103,画像処理部107,出力サポート108,入力サポート109がバス105を介して接続されたマイクロプロセッサからなる。また、車内ネットワークを構築するシリアル通信バス9とコントローラECU100内部のバス105とは、シリアル通信インターフェース(I/F)106を介して接続されている。不揮発性メモリ102は、CPU101が実行する制御プログラム102aおよびそれに必要なデータを記憶しており、RAM103は、CPU101が制御プログラム102aを実行する際に作業領域として利用される。なお、CPU101が本発明の操作有無判定手段に相当する。
また、コントローラ10は、第1および第2のロータリエンコーダ23,24からフィードバックされる位置検出信号(出力パルス)を、入力サポート109を介して受信する。そして、コントローラ10は、第1および第2のロータリエンコーダ23,24からフィードバックされた位置検出信号に基づいて各回転モータ21,22がどちら方向にどれだけ回転しているのかを判定し、その判定結果に基づく各回転モータ21,22の駆動制御信号を、出力ポート108を介して、各回転モータ21,22のドライバ回路35に入力する。ドライバ回路35は、入力された駆動制御信号に基づいて回転モータ21,22を駆動させる。
また、コントローラ10は、第1および第2のロータリエンコーダ23,24からフィードバックされる位置検出信号によってポインタ操作部2が操作されている方向を検知すると、その操作方向に抗する操作反力(反力:中立角度位置への復帰力)ないし操作補助力(引込み力)を付与するようにモータ21,22を駆動する。
シリアル通信バス9には、車両のインストルメントパネル300に配された表示装置6が接続されており、コントローラ10は、第1および第2のロータリエンコーダ23,24からフィードバックされる位置検出信号や、決定スイッチの押下検出信号を表示装置6へ送信する。表示装置6は、位置検出信号や押下検出信号を受信すると、操作レバー28の操作方向に対応付けて画面に表示されている各種操作を実行するための処理を行う。
また、不揮発性メモリ102には、第1および第2のロータリエンコーダ23,24からフィードバックされた位置検出信号に基づいて算出されるポインタ操作部2の位置(操作軸線状態)を記憶するポインタ位置記憶領域102dが設けられている。なお、不揮発性メモリ102が本発明の操作軸線状態記憶手段に相当する。
また、画像処理部107は、撮像装置5の撮像により得られた可視光画像または赤外線画像に対して、例えばフィルタリングや二値化処理等の所定の画像処理を行い、二次元配列の画素からなる画像データを生成する。そして、運転者の眼球を検知対象物とした所定の認識処理を行い、この認識結果に基づき、運転者の眼球の位置および運転者の視線ベクトル(視線方向)および視線の対象位置を検知する。具体的には、顔面画像から眼球領域を特定するとともに、眼球形状の曲率から眼球中心座標を求める。その一方、眼球領域から黒目(瞳孔)領域を特定して黒目中心座標も求める。そして、眼球中心座標から黒目中心座標へと向かう方向を視線方向として定める。なお、視線方向の検出には、他にも赤外光を用いる角膜反射法や強膜反射法などを用いることができる。なお、画像処理部107が本発明の視線方向検出手段に相当する。
図5を用いて、制御プログラム102aに含まれ、制御プログラム102aの他の処理とともにCPU101により繰り返し実行される操作モード制御処理について説明する。まず、近接センサ29から検出状態に関する情報を取得する(S11)。そして、その近接センサ情報に基づいて、ポインタ操作部2付近にユーザの手があるか否かを判定する。
ポインタ操作部2付近にユーザの手がないと判定されたとき(S12:No)、操作モードを制限モードとする(S17)。これは、例えばRAM103上に記憶される操作モードフラグに1をセットする。続いて、制限モード時の処理を行う(S18,後述)。
一方、ポインタ操作部2付近にユーザの手があると判定されたとき(S12:Yes)、撮像装置5で撮像された画像に基づいて、画像処理部107で検知された運転者の視線方向に関する情報を取得する(S13)。そして、その視線方向情報に基づいて、ユーザが表示装置6の表示画面60を見ているか否かを判定する。
ユーザが表示装置6の表示画面60を見ていないと判定されたとき(S14:No)、操作モードを制限モードとする(S17)。続いて、操作モードフラグに1をセットし、制限モード時の処理を行う(S18,後述)。
一方、ユーザが表示装置6の表示画面60を見ていると判定されたとき(S14:Yes)、操作モードを通常モードとする(S15)。これは、例えばRAM103上に記憶される操作モードフラグに0をセットする。続いて、通常モード時の処理を行う(S16,後述)。
図6を用いて、図5のステップS16に相当する通常モード時の処理について説明する。まず、RAM103上のホールドフラグを参照し、ポインタ操作部2がホールド状態になっているか否かを判定する。ホールドフラグの詳細については後述する。ホールドフラグに1がセットされてホールド状態となっているとき(S91:Yes)、ステップS96以降の処理を実行する(後述)。
一方、ホールドフラグに0がセットされてホールド状態となっていないとき(S91:No)、ポインタ操作部2の位置(復帰ポイント)が記憶されているか否かを判定する。そして、ポインタ位置記憶領域102dが空で、ポインタ操作部2の位置が記憶されていないとき(S92:No)、ステップS95以降の処理を実行する(後述)。
一方、ポインタ位置記憶領域102dが空でなく、ポインタ操作部2の位置が記憶されているとき(S92:Yes)、RAM103上の状態保持タイマ(詳細は後述)の情報を取得する。状態保持タイマは、例えば割り込み処理の別の処理で減算が行われる。そして、タイマ値が0(タイムアウト)となっているか否かを判定する。
状態保持タイマがタイムアウトとなってないとき(S94:No)、ポインタ位置記憶領域102dの内容(ポインタ操作部2の位置情報)を読み出す(S102)。そして、各回転モータ21,22を回転させて、操作レバー28をその位置へ移動させる(S103)。
一方、状態保持タイマがタイムアウトとなっているとき(S94:Yes)、各回転モータ21,22を回転させて、操作レバー28を中立角度位置へ戻す(S95)。
また、操作レバー28がロック状態あるいはホールド状態にあるときには、これらの状態を解除する(S96)。このとき、不揮発性メモリ上のホールドフラグに0をセットする。また、ポインタ位置記憶領域102dの内容もクリアする。
次に、ユーザによる操作レバー28の操作を許可する時間を継続するためのタイマをセットする(S97)。そして、そのタイマを減算し(S98)、タイマ値がゼロになったとき(S99:Yes)、操作モードを制限もモードとし(S100)、制限モード時の処理を行う(S101,後述)。なお、ユーザによる操作レバー28の操作を検出したときには、タイマの減算を中止する。
図7を用いて、図5のステップS18および図6のステップS101に相当する制限モード時の処理について説明する。まず、ポインタ操作部2の操作に関する情報を取得する(S31)。次に、取得したポインタ操作部情報に基づいて、ユーザによる操作レバー28の操作の有無を判定する。そして、第1および第2のロータリエンコーダ23,24からフィードバックされる位置の変化量が予め定められた値を上回り、ユーザによる操作レバー28の操作があると判定されたとき(S32:Yes)、各回転モータ21,22を回転させて、反力を最大としてユーザが操作レバー28を操作できないようにする(S33)。
図8を用いて、制限モード時の処理の別例について説明する。まず、ポインタ操作部2の操作に関する情報を取得する(S51)。次に、取得したポインタ操作部情報に基づいて、図7と同様にユーザによる操作レバー28の操作の有無を判定する。そして、ユーザによる操作レバー28の操作があると判定されたとき(S52:Yes)、その操作を無効とし、表示装置6の表示画面60におけるカーソルの移動や表示の変更を行わない(S53)。
図9を用いて、制限モード時の処理の別例について説明する。まず、第1および第2のロータリエンコーダ23,24からフィードバックされる位置情報に基づいて、ポインタ操作部2の操作レバー28の現在位置(すなわち、制限モードに移行する直前の操作レバー28の位置:復帰ポイント)を不揮発性メモリ102のポインタ位置記憶領域102dに記憶する(S71)。次に、各回転モータ21,22を回転させて、操作レバー28を中立角度位置に戻す(S72)。操作レバー28の現在位置は、例えば、操作レバー28が中立角度位置にあるときを原点としたときに、第1および第2のロータリエンコーダ23,24の変化量として算出することができる。よって、第1および第2のロータリエンコーダ23,24からフィードバックされる位置が原点に近づくように、各回転モータ21,22を回転させればよい。
続いて、ユーザが操作できないように、操作レバー28をロックする(S73)。例えば、上述のように、ユーザが操作レバー28を動かそうとしたときに、各回転モータ21,22を回転させて、ユーザが操作レバー28を動かせないように反力を発生させる。
上述のステップS72の処理を行わずに、制限モードに移行する直前の操作レバー28の位置を保持(ホールド)するようにしてもよい。このとき、RAM103上のホールドフラグに1をセットする。この場合は、各回転モータ21,22を駆動制御して、操作レバー28が中立角度位置に戻らないように反力を発生させないようにする。
最後に、制限モードに移行する直前の操作レバー28の位置の情報を有効とする時間(例えば5分)を定めたタイマ値を、RAM103上の状態保持タイマにセットする(S74)。
以上、本発明の実施の形態を説明したが、これらはあくまで例示にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づく種々の変更が可能である。
車両用操作装置の全体構成を示す図。 ポインタ操作部の斜視図。 ポインタ操作部の内部構造を示す平面図と、該ポインタ操作部が接続するコントローラのブロック図。 表示装置の表示画面の一例を示す図。 操作モード制御処理を説明するフロー図。 通常モード時の処理を説明するフロー図。 制限モード時の処理を説明するフロー図。 制限モード時の処理の別例を説明するフロー図。 制限モード時の処理の別例を説明するフロー図。
符号の説明
1 車両用操作装置
2 ハプティックデバイス(ポインタ操作部)
6 表示装置(表示手段)
10 コントローラ
21,22 回転モータ
23,24 ロータリエンコーダ
28 操作レバー
100 コントローラECU
101 CPU(操作有無判定手段)
102 不揮発性メモリ(操作軸線状態記憶手段)
107 画像処理部(視線方向検出手段)

Claims (5)

  1. ユーザの手の届く範囲に設置された手元操作装置と、
    前記ユーザによる前記手元操作装置の操作の有無を判定する操作有無判定手段と、
    前記ユーザによる前記手元操作装置の操作があったとき、その操作に由来する入力に対応した表示を、その表示画面上に行う表示手段と、
    前記ユーザの視線方向を検出する視線方向検出手段と、
    前記ユーザの視線方向が前記表示手段の表示画面に向けられていないとき、前記手元操作装置の操作モードを、該手元操作装置の操作に由来する入力を制限しない通常モードから、該入力を制限する制限モードに遷移する操作モード制御手段と、
    を備え
    前記手元操作装置は、操作範囲が予め規定された二次元操作面上において位置指示操作を行うためのハプティックデバイスを含み、
    前記ハプティックデバイスは、非操作時において自身の操作軸線が中立角度位置に保持されるとともに、操作時においては前記表示画面上で位置指示すべき方向に対応する方向に前記操作軸線が前記中立角度位置から傾斜するよう、前記中立角度位置への復帰力に抗して操作されるポインティングデバイスとして構成され、
    前記操作モード制御手段は、前記制限モードにおいては、前記中立角度位置への復帰力を前記通常モードよりも増大させることを特徴とする車両用操作装置。
  2. 前記操作モード制御手段は、前記制限モードにおいては、前記操作軸線が予め定められた位置を保持するようにロック状態とする請求項1に記載の車両用操作装置。
  3. 前記操作モード制御手段は、前記制限モードにおいては、前記通常モードから該制限モードに遷移する直前の操作軸線位置を保持する請求項1または請求項2に記載の車両用操作装置。
  4. 前記通常モードから前記制限モードに遷移する直前の操作軸線位置を復帰ポイントとして記憶する操作軸線状態記憶手段を備え、
    前記操作モード制御手段は、前記制限モードから前記通常モードに遷移する際には、前記操作軸線位置を前記復帰ポイントに戻す請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の車両用操作装置。
  5. 前記操作モード制御手段は、前記制限モードにおいては、前記手元操作装置の操作に由来する入力を無効とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の車両用操作装置。
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