JP5919798B2 - 車両用入力装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用入力装置に関するものである。

最近の車両、特に自動車では、乗員特に運転者から操作し易い位置にマニュアル操作される入力手段としてのコマンダスイッチを設けて、このコマンダスイッチの操作量に応じて車載機器を制御することが行われている。例えば、ナビゲーション装置の表示画面に例えばあらかじめ登録された複数の目的地を表示させて、コマンダスイッチの操作量の増大に応じて選択される目的地が順次移動されることにより、最終的に１つの目的地を選択させることが行われている。このようなコマンダスイッチは、別個に設けた車載機器選択スイッチによって、オーディオ機器操作用となったり、空調機器操作用となったり等、複数の車載機器の操作用として機能させることも行われている。

特許文献１には、入力手段に対して、車両に作用する慣性力以上の初動操作力を付与することにより、誤入力を防止するものが開示されている。また、特許文献２には、走行中は、入力手段による位置指示が可能な領域を制限することが開示されている。

特開２０１０−１６７９５４号公報 特開２００５−９６５１５号公報

ところで、操作量に応じて車載機器の制御状態を変更させるためのスイッチにあっては、乗員によるスイッチ操作量と乗員の所望制御状態とを一致させることが重要となる。特に、乗員によるスイッチの操作力は、同じように操作しているつもりでも、乗員の精神状態や走行状態等に応じてかなり大きく変化される一方、この操作力の相違によってスイッチの操作性特に操作感覚が大きく変化されることになる。具体的には、ある所定操作量を得る場合でも、操作力に比して相対的に操作反力が小さすぎると、軽過ぎる操作感覚となって、オーバシュートして所定操作量よりも大きな操作量となってしまう場合を生じやすいものとなる。逆に、操作力に比して操作反力が相対的に大きすぎると、重すぎる操作感覚となって、実際の操作量変化に遅れが出たり（車載機器の変化に遅れを生じたり）、応答性が悪いために不必要に大きく操作してしまう事態を生じやすいものとなる（オーバシュートを生じやすくなる）。

本発明は以上のような事情を勘案してなされたもので、その目的は、乗員のマニュアル操作によって操作量が変更される入力手段を、乗員の意図に沿った操作感覚で操作できるようにした車両用入力装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明にあっては、基本的に、入力手段に対する操作力に応じて操作反力を変更するようにしてある。具体的には、次のような解決手法を採択してある。すなわち、請求項１に記載のように、
乗員によりマニュアル操作される入力手段の操作量に応じて車載機器が制御されるようにした車両用入力装置において、
前記入力手段に操作反力を付与する反力付与手段と、
前記入力手段に対する操作力を検出する操作力検出手段と、
前記反力付与手段により付与する操作反力を変更制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記操作力検出手段で検出された操作力が大きいときは操作力が小さいときに比して、前記操作反力が大きくなるように前記反力付与手段を制御すると共に、前記操作力検出手段により検出される操作力から前記入力手段に付与される操作反力を差し引いた値となる必要操作力が一定値となるように前記反力付与手段を制御する、
ようにしてある。上記解決手法によれば、乗員による入力手段の操作力に応じて操作反力を変更するので、操作力が大きく変化しても乗員の意図に沿った操作感覚を確保して、所望の操作量を容易かつ精度よく得る上で好ましいものとなる。また、操作力の相違にかかわらず必要操作力を一定として、良好な操作感覚を得ることができる。

上記解決手法を前提とした好ましい態様は、特許請求の範囲における請求項２以下に記載のとおりである。すなわち、
前記操作力検出手段は、前記入力手段を操作する乗員の筋電を検出することにより操作力を検出する、ようにしてある（請求項２対応）。この場合、操作力を精度よく検出する上で好ましいものとなる。

前記車載機器が表示画面を含み、
前記表示画面に前記車載機器の作動状態に関連した複数の選択肢が表示され、
前記入力手段の操作量に応じて、前記複数の選択肢の中から１つの選択肢が選択される、
ようにしてある（請求項３対応）。この場合、所望の選択肢を容易かつ精度よく選択させることができる。

前記制御手段は、前記表示画面に表示される複数の選択肢の数があらかじめ設定した所定数よりも多いときは、通常よりも操作反力が小さくなるように前記反力付与手段を制御する、ようにしてある（請求項４対応）。この場合、選択肢数が多いときに、所望の選択肢を選択するまでの応答性を向上させることができる。

前記制御手段は、乗員による前記入力手段の操作加速度があらかじめ設定した所定しきい値よりも大きいときは、通常よりも操作反力が小さくなるように前記反力付与手段を制御する、ようにしてある（請求項５対応）。この場合、操作加速度が大きいということは高い応答性を要求していることになるが、このような要求に十分に応えることができる。

前記制御手段は、乗員が大きな筋力を発揮する走行環境のときあるいはその直後のときは、通常よりも操作反力が大きくなるように前記反力付与手段を制御する、ようにしてある（請求項６対応）。この場合、所望操作量を超えた大きな操作量としてしまう事態を防止する上で好ましいものとなる。

前記入力手段は、回動操作されて回動量が操作量となる回動式とされている、ようにしてある（請求項７対応）。この場合、入力手段がコマンダスイッチの名称で代表されるような回動式の場合において、乗員の意図に沿った操作感覚を得ることができる。

本発明によれば、所望の操作量を得る際に大きな影響を及ぼす操作力の相違を補償して乗員の意図に沿った操作感覚を得て、所望の操作量を容易かつ精度よく得る上で好ましいものとなる。また、操作力の相違にかかわらず必要操作力を一定として、良好な操作感覚を得ることができる。

本発明の一実施形態を示すもので、入力手段等の設置例を示す簡略平面図。 本発明の制御系統例を示すブロック図。 入力手段と反力付与手段の一例を示す図。 表示画面に表示された複数の選択肢の例を示す図。 操作反力の設定例を示す特性図。 操作反力を増大補正する場合の例を示す特性図。 本発明の制御例を示すフローチャート。 本発明の制御例を示すフローチャート。 本発明の制御例を示すフローチャート。

図１において、１は車幅方向に伸びるインストルメントパネルであり、このインストルメントパネル１の車幅方向中央部に対して、前後方向に伸びるコンソールボックス２が連なっている。コンソールボックス２の右方側に運転席シート３やステアリングハンドル４が配設され、左方側に助手席シート５が配設されている。

コンソールボックス２の前部高い位置に、ナビゲーション装置用の表示画面６が配設され、その下方にオーディオや空調の操作部７が配設されている。そして、インストルメントパネル１の車幅方向中央部には、操作部７での操作状況を示す集中ディスプレイ８が配設されている。

コンソールボックス２のうち運転席シート３の近くにおいて、つまり運転席３に着座した乗員（運転者）による操作しやすい位置に、変速レバー９が配設され、この変速レバー９の近傍に入力手段としてのコマンダスイッチ１０が配設されている。また、コマンダスイッチ１０の近傍には、コマンダスイッチ１０を取り巻くように、制御対象となる車載機器を選択するための選択スイッチ１１、１２、１３が配設されている。コマンダスイッチ１０は、後述するように回動されることにより所望のメニューが選択され、押し下げ操作することにより選択された所望メニュが確定される。また、選択スイッチ１１〜１３は、それぞれプッシュ、プッシュ式とされていて、選択スイッチ１１はナビゲーション装置の選択用とされ、選択スイッチ１２はオーディオ機器選択用とされ、選択スイッチ１３は空調機器選択用とされている。

図２は、コマンダスイッチ１０に関連した制御系統例を示すものであり、Ｃはコマンダスイッチ１０の操作反力に関連した操作反力系統を示す。操作反力系統Ｃは、マイクロコンピュータを利用して構成された制御部（コントローラ）２１と、コマンダスイッチ１０の操作力を検出する操作力検出器２２と、コマンダスイッチ１０の操作量を検出する操作量検出器２３と、コマンダスイッチ１０に対して操作反力を付与する反力付与手段としての反力発生ユニット２４を含んで構成されている。

操作力検出器２２は、種々のものを利用し得るが、例えば、コマンダスイッチ１０の表面に設けた圧力センサ、軸２０ａに設けた歪みゲージ等を用いることができるが、実施形態では、乗員の手先の筋活動を検出するようになっている。具体的には、乗員が手指に装着するグルーブに、電極もしくは圧力センサをセットして、コマンダスイッチ１０を操作する際の手先の筋活動を直接的に検出するようにしてある（検出値は筋電つまり筋電流として検出される）。なお、操作量検出器２３としては、例えば軸２０ａの回動量を検出する既知のセンサを用いればよい（例えばピックアップ）。

コマンダスイッチ１０の操作に基づく車載機器への制御指令状況が、表示画面６に表示される。このため、制御部２１から表示画面６の表示を制御する表示用コントローラ３１に対してコマンダスイッチ１０の操作情報が送信され、表示用コントローラ３１から制御部２１に対しては表示画面６での表示情報が送信される。また、制御部２１は、後述するように、車両走行環境等に応じてコマンダスイッチ１０に対する操作反力を制御するようになっており、このため、車両用コントローラ３１からの車両情報が制御部２１へ送信される（車両用コントローラ３１には、車両の操作状況や走行状況等を検出する各種センサからの情報が入力されている）。

図３は、コマンダスイッチ１０と反力発生ユニット２４の一例が示される。反力発生ユニット２４は、例えば電磁ブレーキを利用して構成することができる。コマンダスイッチ１０は、例えば所定角度（例えば１０度〜１５度）刻みでクリック感が与えられるようにして軸２０ａ回りを回動される。そして、反力発生ユニット２４は、この軸２０ａに対してブレーキ力を付与することにより、操作反力を付与するようになっている。そして、反力発生ユニット２４によるブレーキ力を変更することにより、操作反力の大きさが変更される。

図４は、コマンダスイッチ１０を操作することにより選択される選択肢の一例を示す。すなわち、図１における選択スイッチ１１を操作することにより、コマンダスイッチ１０がナビゲーション装置の操作用として機能する状態となっている。そして、図４では、あらかじめ登録された複数の目的地から所望の１つの目的地をコマンダスイッチ１０により選択する場合の例が示され、複数の目的地Ａ〜Ｄが表示画面６に表示された状態となっている。なお、図４のような表示となる前段階として、選択スイッチ１１を操作することによりナビゲーション装置の基本メニュについての複数の選択肢が表示画面６に表示されて、この複数の基本メニュ中にある目的地選択のメニュ（選択肢）をコマンダスイッチ１０を利用して選択することにより、図４のような表示とされる。

表示画面６には、選択状態を示すカーソル１６が表示され、図４では目的地Ａの隣にカーソル１６位置して、目的地Ａが選択状態であることが示される。コマンダスイッチ１０を１クリック分だけ回動操作（例えば時計方向に回動操作）すると、カーソル１６が次の目的地Ｂを選択した位置とされ、このようなコマンダスイッチ１０の回動量（操作量）を大きくすることにより（クリック数を多くすることにより）、カーソル１６が順次目的地Ｃ、目的地Ｄへと移動される（移動されたカーソル１６を破線で示す）。カーソル１６が最後の目的地を選択している状態でさらにコマンダスイッチ１０を回動操作すると、カーソル１６の選択状態が当初の目的地Ａに戻る。カーソル１６が所望の選択肢に位置した状態でコマンダスイッチ１０を例えば押し下げ操作することにより、カーソル１６が位置する選択肢の選択確定となり、確定された目的地に対応した表示内容に変更される。なお、カーソル１６の表示態様としては、例えば、カーソルが位置する１つの選択肢の色を他の選択肢の色と変更して示す等、適宜の手法でなし得る。

選択スイッチ１２を操作したときは、表示画面６にオーディオ機器関係の選択肢が表示されて、コマンダスイッチ１０の操作量に応じて所望の選択肢が選択、確定される。また、選択スイッチ１３を操作することにより、表示画面６に空調機器関係の選択肢が表示されて、コマンダスイッチ１０の操作量に応じて所望の選択肢が選択、確定される。

図５は、コマンダスイッチ１０に付与する操作反力の基本的な設定例を示すものである。図中、横軸は時間を、縦軸は力の大きさを示し、Ｘ線は検出された筋電（に対応した操作力）、Ｙ線は反力発生ユニット２４により付与される操作反力を示す。また、α１線、α２線は、コマンダスイッチ１０が操作されたときのＸ線とＹ線との差となる必要操作力を示すものである。そして、本実施形態では、操作力の大きさにかかわらず必要操作力が一定値となるようにしてある。すなわち、α１線の場合もα２線の場合も必要操作力が互いに同じとなっており、α１線の場合は、操作力が小さい一方、操作反力が小さいものとされる。これに対して、α２線の場合は、操作力が大きい一方、操作反力が大きくされる。このように、必要操作力が一定値とされることにより、コマンダスイッチ１０を操作する際に、操作力に応じて軽すぎたり重すぎたりする事態が防止されて、乗員の意図する操作感覚に沿った操作性を得ることができ、このことは、容易にかつ精度よく所望の選択肢を選択する上で効果的となる。

図６は、必要操作力を一定値（基本値）としつつ、乗員がリラックスした状態よりも緊張状態となるとき、つまり無意識に大きな操作力でコマンダスイッチ１０を操作する可能性が極めて高いときは、必要操作力が大きくなるように操作反力を増大補正するようにしてある。図６では、乗員が緊張状態となるときとして、前後Ｇ（加速度）または左右Ｇが設定されて、この前後あるいは左右Ｇが所定しきい値以上となったときに、操作反力が増大補正されて、必要操作力が一定値（基本値）よりも大きくされる。この図６において、α１線は図５のα１線に対応しているが、前後あるいは左右Ｇが所定しきい値以上となったときの必要操作力を示すβ線においては、α１線よりも大きな必要操作力とされる。乗員が緊張状態等の大きな操作力を発揮する可能性のある場合としては、前Ｇ後、左右のＧの他、、例えば、大きく操舵したとき（例えばステアリングハンドルを９０度以上操作したとき）、変速レバー９を操作したとき等、種々設定できる。

一方、必要操作力を一定値（基本反力値）としつつ、必要操作力を減少補正することもできる。例えば、図４に示すような目的地等の選択肢の数が多くて１画面で表示できないとき（全ての選択肢を表示するにはスクロールが必要なとき）、コマンダスイッチ１０を急操作したとき等は、高い応答性が要求されるときであり、このときは操作反力を減少補正して、コマンダスイッチ１０が軽やかに操作できるようにすることができる。

図７〜図９は、本発明の制御例を示すフローチャートで、以下このフローチャートについて順次説明する。なお、以下の説明でＱはステップを示す。まず、図７は、必要操作力を一定値（基本反力値）にする制御例を示すもので、Ｑ１において、コマンダスイッチ１０が操作されたか否かが判別される。このＱ１の判別でＮＯのときは、Ｑ１の判別が繰り返される。Ｑ１の判別でＹＥＳのときは、Ｑ２において、操作力（実施形態では筋電）が検出される。この後、Ｑ３において、操作力から操作反力を差し引いた値があらかじめ設定された所定の一定値となるように、操作反力が計算される。この後、Ｑ４において、Ｑ３で計算された操作反力となるように、反力発生ユニット２４が制御させる。

図８は、操作反力を、一定値から減少補正する場合の例を示し、図７のＱ３における最終的な操作反力を決定する処理となる。すなわち、Ｑ１１において、必要操作力が一定値となるように、操作力に応じて基本反力が計算される。次いで、Ｑ１２において、図４に示すような選択肢の数があらかじめ設定された所定数よりも多いか否かが判別される。このＱ１２の判別でＹＥＳのときは、Ｑ１３において、操作反力が基本反力から減少補正される。

前記Ｑ１２の判別でＮＯのときは、Ｑ１４において、コマンダスイッチ１０の操作加速度があらかじめ設定された所定値よりも大きいか否かが判別される。操作加速度の大きさは、例えば操作量を微分演算することにより決定することができる。このＱ１４の判別でＹＥＳのときは、Ｑ１５において、操作反力が基本反力から減少補正される。Ｑ１４の判別でＮＯのときはそのまま終了とされる（操作反力が基本反力のまま）。ここで、基本反力からの減少補正は、あある一定反力を減少させるようにしてもよく、あるいは、選択肢の数が多いほどあるいは操作加速度が大きいほど減少量がより大きくなるようにしてもよい。なお、減少量には上限値を設けておくことができる（必要操作力に下限値を設ける）。

図９は、操作反力を、一定値から増大補正する場合の例を示し、図７のＱ３における最終的な操作反力を決定する処理となる。すなわち、Ｑ２１において、必要操作力が一定値となるように、操作力に応じて基本反力が計算される。次いで、Ｑ２２において、車体に作用する前後Ｇまたは左右Ｇがあらかじめ設定された所定値よりも大きいか否かが判別される。このＱ２２の判別でＹＥＳのときは、Ｑ２３において、操作反力が基本反力から増大補正される。

前記Ｑ２２の判別でＮＯのときは、Ｑ２４において、操舵量があらかじめ設定された所定値よりも大きいか否かが判別される。このＱ２４の判別でＹＥＳのときは、Ｑ２５において、操作反力が基本反力から増大補正される。Ｑ２４の判別でＮＯのときは、Ｑ２６において、変速中またはその直後であるか否かが判別される。このＱ２６の判別でＹＥＳのときは、Ｑ２７において、操作反力が基本反力から増大補正される。Ｑ２６の判別でＮＯのときは、そのまま終了とされる（操作反力が基本反力のまま）。ここで、基本反力からの増大補正は、あある一定反力を増大させるようにしてもよく、あるいは、前後Ｇ、左右Ｇが大きいほど、操舵量が大きいほど、あるいは変速操作が早いほど増大量がより大きくなるようにしてもよい。なお、増大補正量には上限値を設けておくことができる（必要操作量に上限値を設ける）。

以上実施形態について説明したが、本発明は、実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載された範囲において適宜の変更が可能であり、例えば次のような場合をも含むものである。コマンダスイッチ１０は、回動と押し下げに加えて、前後あるいは左右のスライド動の少なくとも一方を行なう多機能スイッチとして機能させることもできる。コマンダスイッチ１０を、回動、前後スライド動、左右スライド動等のいずれか任意の１つあるいは任意の２以上の組み合わせの動きが可能な構成として、その各動き量を操作量として設定することができる。コマンダスイッチ１０によって操作される制御対象となる車載機器は、例えば電動シート（の位置調整）、電動ミラー（の角度調整）等、実施形態に示す以外に種々のものを選択することができる。コマンダスイッチ１０の操作量に応じた車載機器の制御（操作）内容は、表示画面６に表示される複数選択肢の中から１つの選択肢を選択する場合に限らず、操作量に応じて車載機器の作動状態が変化するものであれば、適宜のものとすることができる。操作反力の設定に際しては、必要操作力が一定値となるように操作反力を決定する場合に限らず、操作力が大きいときは操作力が小さいときに比して操作反力が大きくなるのであれば適宜設定でき、例えば操作力が大きいほど操作反力が連続可変的にあるいは段階的に大きくなるようにしてもよい。勿論、本発明の目的は、明記されたものに限らず、実質的に好ましいあるいは利点として表現されたものを提供することをも暗黙的に含むものである。

本発明は、車載機器を操作するための入力手段を乗員の意図に沿った操作感覚でもって操作することができる。

１：インストルメントパネル
２：コンソールボックス
４：ステアリングハンドル
６：表示画面
９：変速レバー
１０：コマンダスイッチ（入力手段）
２１：制御部（制御手段）
２２：操作力検出器（操作力検出手段）
２３：操作量検出器
２４：反力発生ユニット（反力付与手段）

Claims (7)

1. 乗員によりマニュアル操作される入力手段の操作量に応じて車載機器が制御されるようにした車両用入力装置において、
   前記入力手段に操作反力を付与する反力付与手段と、
   前記入力手段に対する操作力を検出する操作力検出手段と、
   前記反力付与手段により付与する操作反力を変更制御する制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、前記操作力検出手段で検出された操作力が大きいときは操作力が小さいときに比して、前記操作反力が大きくなるように前記反力付与手段を制御すると共に、前記操作力検出手段により検出される操作力から前記入力手段に付与される操作反力を差し引いた値となる必要操作力が一定値となるように前記反力付与手段を制御する、
   ことを特徴とする車両用入力装置。
2. 請求項１において、
   前記操作力検出手段は、前記入力手段を操作する乗員の筋電を検出することにより操作力を検出する、ことを特徴とする車両用入力装置。
3. 請求項１または請求項２において、
   前記車載機器が表示画面を含み、
   前記表示画面に前記車載機器の作動状態に関連した複数の選択肢が表示され、
   前記入力手段の操作量に応じて、前記複数の選択肢の中から１つの選択肢が選択される、
   ことを特徴とする車両用入力装置。
4. 請求項３において、
   前記制御手段は、前記表示画面に表示される複数の選択肢の数があらかじめ設定した所定数よりも多いときは、通常よりも操作反力が小さくなるように前記反力付与手段を制御する、ことを特徴とする車両用入力装置。
5. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、
   前記制御手段は、乗員による前記入力手段の操作加速度があらかじめ設定した所定しきい値よりも大きいときは、通常よりも操作反力が小さくなるように前記反力付与手段を制御する、ことを特徴とする車両用入力装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、
   前記制御手段は、乗員が大きな筋力を発揮する走行環境のときあるいはその直後のときは、通常よりも操作反力が大きくなるように前記反力付与手段を制御する、ことを特徴とする車両用入力装置。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、
   前記入力手段は、回動操作されて回動量が操作量となる回動式とされている、ことを特徴とする車両用入力装置。
   

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