JP6943702B2 - スイッチ装置 - Google Patents
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Description
本発明は、スイッチ装置に関し、特に、ステアリングホイールに搭載されるスイッチ装置に関する。
従来、車両に搭載される音響システムとして、車両周辺の状況を立体音像で呈示するものがあり、この音響システムは、音を放出するスピーカと、車両周辺の状況に応じた出力信号をスピーカに出力する制御装置とを備える（例えば、特許文献１を参照）。この制御装置は、自車両を取り巻く複数の走行車両の位置、相対速度、車間距離などの安全走行に関わるパラメータを導出する手段と、パラメータと予め設定してなる危急度判定条件とを比較することにより自車両が置かれている危急度ランクを判定する手段と、危急度ランクによる判定結果に応じてパラメータの信号を仮想音源生成信号に変換する信号変換回路の手段と、仮想音源生成信号を信号増幅回路を用いてパルス的な増幅信号に変換する手段と、増幅信号をスピーカに入力して仮想音源位置にパルス的音響を呈示する信号処理回路の手段を有して構成されている。
しかし、従来、車両の運転者に車両周辺の状況を確実に伝達する報知手段として、音を放出するスピーカを別途設ける必要があるという課題があった。
したがって、本発明の目的は、ステアリングホイールに配置されて、報知手段としてのステアリングホイール振動を生成できるスイッチ装置を提供することにある。
［１］上記目的を達成するため、操作ノブと、前記操作ノブに対する操作を検出すると共に、前記操作ノブを振動させる電磁素子と、を備えた車両のステアリングホイールに搭載されるスイッチ部と、前記操作ノブを振動させる制御部と、を有し、前記制御部は、所定の条件下において、前記ステアリングホイール及び前記ステアリングホイールを把持する乗員の手に振動が通知されるように、前記電磁素子を振動させる制御を行なう、スイッチ装置を提供する。
［２］前記制御部は、前記操作に対応した反力を前記電磁素子に発生させる、上記［１］に記載のスイッチ装置であってもよい。
［３］また、前記電磁素子は、ピエゾ圧電素子である、上記［１］又は［２］に記載のスイッチ装置であってもよい。
［２］前記制御部は、前記操作に対応した反力を前記電磁素子に発生させる、上記［１］に記載のスイッチ装置であってもよい。
［３］また、前記電磁素子は、ピエゾ圧電素子である、上記［１］又は［２］に記載のスイッチ装置であってもよい。
本発明のスイッチ装置によれば、ステアリングホイールに配置されて、報知手段としてのステアリングホイール振動を生成できる。
（本発明の実施の形態）
本発明の実施の形態に係るスイッチ装置１は、操作ノブ３１、４１と、操作ノブ３１、４１に対する操作を検出すると共に、操作ノブ３１、４１を振動させる電磁素子としてのピエゾ素子３２、４２と、を備えた車両５のステアリングホイール８に搭載されるスイッチ部３０、４０と、操作ノブ３１、４１を振動させる制御部１００と、を有し、制御部１００は、所定の条件下において、ステアリングホイール８及びステアリングホイール８を把持する乗員である運転者２０の手に振動が通知されるように、ピエゾ素子３２、４２を振動させる制御を行なう、構成とされている。
本発明の実施の形態に係るスイッチ装置１は、操作ノブ３１、４１と、操作ノブ３１、４１に対する操作を検出すると共に、操作ノブ３１、４１を振動させる電磁素子としてのピエゾ素子３２、４２と、を備えた車両５のステアリングホイール８に搭載されるスイッチ部３０、４０と、操作ノブ３１、４１を振動させる制御部１００と、を有し、制御部１００は、所定の条件下において、ステアリングホイール８及びステアリングホイール８を把持する乗員である運転者２０の手に振動が通知されるように、ピエゾ素子３２、４２を振動させる制御を行なう、構成とされている。
本実施の形態では、乗員が運転者２０であるものとして説明する。
（スイッチ部３０、４０）
スイッチ部３０、４０は、図１に示すように、車両５のステアリングホイール８に取り付けられている。また、スイッチ部は、１つ又は２以上のものとしてステアリングホイール８に備えられるが、本実施の形態では、図１に示すように、２つのスイッチ部３０、４０が、ステアリングホイール８の中心線８ａを挟んで対称に配置されているものとして説明する。
スイッチ部３０、４０は、図１に示すように、車両５のステアリングホイール８に取り付けられている。また、スイッチ部は、１つ又は２以上のものとしてステアリングホイール８に備えられるが、本実施の形態では、図１に示すように、２つのスイッチ部３０、４０が、ステアリングホイール８の中心線８ａを挟んで対称に配置されているものとして説明する。
スイッチ部３０、４０は、車両操作に関するスイッチ、空調制御、オーディオ制御、カーナビゲーション操作、等に使用できるステアリングスイッチである。スイッチ部３０、４０は、例えば、ステアリングロールコネクタ（図示省略）を介して、車両本体側に電気的に接続することができる。後述する触覚呈示駆動の駆動信号Ｓｈ１、操作ノブからステアリングホイールを振動させる駆動信号Ｓｖ１等は、このステアリングロールコネクタを介して、車両本体側から入力することができる。
図２に示すように、スイッチ部３０は、板状のパネルである操作ノブ３１と、操作ノブ３１に伝達部材３５を介して接続された電磁素子であるピエゾ素子３２から概略構成されている。伝達部材３５は、金属、樹脂、ゴム等の弾性体等、力、振動を伝達しやすい材質で形成された柱状体である。ピエゾ素子３２は、スポーク部９に設けられた基板３３上に実装されている。操作ノブ３１は、図２に示すように、板状のパネルであり、スポーク部９の表面と面一とされて配置され、段差のないシームレススイッチとして構成されている。スイッチ部４０も同様の構成とされている。
ピエゾ素子３２は、例えば、円板形状を有する圧電体と、圧電体よりも半径が大きい円板形状を有する金属シムと、を備えたユニモルフ型の圧電素子である。この圧電素子には、圧電体と電気的に接続する上部配線と、金属シムと電気的に接続される下部配線と、が接続されている。
なお変形例として圧電素子は、例えば、２枚の圧電体を金属シムの両面に設けたバイモルフ型圧電素子であっても良い。
圧電体の材料としては、例えば、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、メタニオブ酸鉛、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などが用いられる。圧電体は、例えば、これらの材料を用いて形成された膜を積層して形成された積層型の圧電体である。なお圧電体は、厚み方向に分極し、厚み方向の変形に対して出力が大きくなるように構成されている。金属シムは、例えば、導電性を有するリン青銅やステンレスなどによって形成されている。
ピエゾ素子３２は、操作ノブ３１が押圧されると、押圧力に対応した電圧を発生し、押圧操作信号Ｓ０を発生する。これにより、ピエゾ素子３２は、操作ノブ３１への操作を検知するスイッチ素子として機能する。
また、ピエゾ素子３２は、電圧が印加されることにより変形し、伝達部材３５を介して接続された操作ノブ３１を図２に示す上下方向Ｂに変位させる。これにより、電磁素子としてのピエゾ素子３２は、操作ノブ３１への押圧操作に対応した反力を発生させることができる。すなわち、操作ノブ３１に対して操作された指等にピエゾ素子３２側からの触覚呈示を行なうアクチュエータとして機能する。
一方、図２に示すように、ステアリングホイール８は芯金８１を樹脂部８２で覆って形成されている。ステアリングホイール８のスポーク部９に装着されたスイッチ部３０は、上記示したピエゾ素子３２の振動を、芯金８１、樹脂部８２を介してステアリングホイール８を把持する手指に振動通知することができる。
したがって、スイッチ部３０は、所定条件下における警報を報知することができる。例えば、後述する警報信号Ｓｋが出力された場合に、ピエゾ素子３２を振動させて、芯金８１を加振して、樹脂部８２を把持する運転者２０の手指に振動を通知することができる。
ステアリングホイール８は、構造上、複数の振動モードに対応した固有振動数を有している。スイッチ部３０は、ピエゾ素子３２を上記の固有振動数に対応する制御信号により電圧印加して、図２に示す上下方向Ｂに変位させることができる。あるいは、上記の固有振動数の倍数に対応する制御信号により電圧印加して、図２に示す上下方向Ｂに変位させることができる。これにより、スイッチ部３０は、ステアリングホイール８を振動させて、効率的に、運転者２０の手指に振動を通知することができる。
上記のことから、スイッチ部３０は、操作ノブ３１の押圧操作に対する触覚呈示を行なうものとして機能すると共に、所定条件下において、ステアリングホイール８を振動させて、運転者２０の手指に振動を通知する、警報の報知手段として機能する。
なお、電磁素子としては、上記したピエゾ素子３２には限られない。例えば、磁気回路とコイルで構成され、コイルの移動により電流を発生してコイルへの操作力を検知すると共に、磁気回路側の磁界を変化させることにより、コイルを移動させて振動を発生させる、ボイスコイルモータ等も使用可能である。
（制御部１００）
制御部１００は、例えば、記憶されたプログラムに従って、所定の演算、処理実行等を行うＣＰＵ(Central Processing Unit)、半導体メモリであるＲＡＭ(Random Access Memory)及びＲＯＭ(Read Only Memory)等から構成されるマイクロコンピュータを備える。このＲＯＭには、例えば、制御部１００が動作するためのプログラムと、各種のパラメータ等が格納されている。
制御部１００は、例えば、記憶されたプログラムに従って、所定の演算、処理実行等を行うＣＰＵ(Central Processing Unit)、半導体メモリであるＲＡＭ(Random Access Memory)及びＲＯＭ(Read Only Memory)等から構成されるマイクロコンピュータを備える。このＲＯＭには、例えば、制御部１００が動作するためのプログラムと、各種のパラメータ等が格納されている。
図３に示すように、制御部１００には、スイッチ部３０、４０が接続されている。スイッチ部３０、４０からは、押圧操作信号ＳＯ１、ＳＯ２が入力される。また、スイッチ部３０、４０のピエゾ素子３２、４２に対して、押圧操作信号ＳＯ１、ＳＯ２に対応して触覚呈示を行なう触覚呈示信号Ｓｈ１、Ｓｈ２が出力される。また、スイッチ部３０、４０のピエゾ素子３２、４２に対して、警告音、警告音声等を出力するための駆動信号Ｓｖ１、Ｓｖ２が出力される。
また、制御部１００には、例えば、車載ＬＡＮ３００を介して、車両の安全走行をアシストする装置が接続されている。例えば、制御部１００には、車線逸脱防止装置２００が接続されている。これにより、後述する警報信号Ｓｋが出力された場合には、所定の条件を満たすとして、ステアリングホイール８及びステアリングホイール８を把持する乗員２０の手に振動を通知する制御と行なうことができる。
車線逸脱防止装置２００は、レーンキーピングアシストとも言われ、車線逸脱による事故を未然に防ぐために、走行中の車線からはみ出しそうなときは、警報ブザーなどの報知手段によりドライバーに注意を与えるものである。さらに、レーダークルーズコントロール作動時には、ドライバーのステアリング操作をサポートすることで、車線に沿った走行を支援することもできる。方式としては、例えば、道路形状（白線・黄線）をカメラが認識し、車線逸脱防止装置２００が車線逸脱の可能性があると判断した場合は、警報信号Ｓｋを出力する。警報ブザー、ディスプレイ表示等により、ドライバーへ注意を喚起し、逸脱防止を促す。
その他、進路上の先行車をレーザー、レーダーと単眼カメラで検出し、衝突が予測される場合には警報を発する衝突回避システム２０１、等の安全走行をアシストする車載装置が接続され、それぞれが、所定の条件下において、警報信号Ｓｋを出力することができる。
（制御部１００による触覚呈示制御）
制御部１００は、押圧操作信号ＳＯ１、ＳＯ２に基づいて、操作ノブ３１への押圧操作に対応した反力をピエゾ素子３２、４２に発生させ、操作ノブ３１、４１を操作する操作者に対して、振動等により、触覚呈示を行なうことができる。制御部１００は、押圧操作があったときに、触覚呈示信号Ｓｈ１、Ｓｈ２をピエゾ素子３２、４２に出力することで、例えば、操作ノブ３１、４１を上方向に所定の力で１回又は複数回だけ突き上げる動作をすることにより、触覚呈示を行なうことができる。あるいは、所定の周期で振動させて、触覚呈示を行なうことができる。
制御部１００は、押圧操作信号ＳＯ１、ＳＯ２に基づいて、操作ノブ３１への押圧操作に対応した反力をピエゾ素子３２、４２に発生させ、操作ノブ３１、４１を操作する操作者に対して、振動等により、触覚呈示を行なうことができる。制御部１００は、押圧操作があったときに、触覚呈示信号Ｓｈ１、Ｓｈ２をピエゾ素子３２、４２に出力することで、例えば、操作ノブ３１、４１を上方向に所定の力で１回又は複数回だけ突き上げる動作をすることにより、触覚呈示を行なうことができる。あるいは、所定の周期で振動させて、触覚呈示を行なうことができる。
（制御部１００によるステアリング振動制御）
制御部１００は、上記の触覚呈示制御のほかに、所定の条件下において、ステアリングホイール８及びステアリングホイール８を把持する乗員２０の手に振動を通知する制御と行なう。
制御部１００は、上記の触覚呈示制御のほかに、所定の条件下において、ステアリングホイール８及びステアリングホイール８を把持する乗員２０の手に振動を通知する制御と行なう。
（スイッチ部３０、４０の動作例）
スイッチ部３０、４０の動作を、図４に示す、操作ノブを駆動する右側のスイッチ部３０の駆動信号波形の例を用いて説明する。制御部１００は、例えば、時間ｔ１において、操作ノブの押圧操作に対応して触覚呈示駆動の駆動信号Ｓｈ１をピエゾ素子３２に出力することにより、操作ノブ３１を振動させる。例えば、図４に示すように、単発のパルスにより操作ノブ３１を上方向に突き上げる動作により、触覚呈示を行なう。
スイッチ部３０、４０の動作を、図４に示す、操作ノブを駆動する右側のスイッチ部３０の駆動信号波形の例を用いて説明する。制御部１００は、例えば、時間ｔ１において、操作ノブの押圧操作に対応して触覚呈示駆動の駆動信号Ｓｈ１をピエゾ素子３２に出力することにより、操作ノブ３１を振動させる。例えば、図４に示すように、単発のパルスにより操作ノブ３１を上方向に突き上げる動作により、触覚呈示を行なう。
また、制御部１００は、所定条件の下において、時間ｔ２に、例えば、パルス信号である駆動信号Ｓｖ１をピエゾ素子３２に出力することにより、操作ノブ３１を振動させる。この駆動信号Ｓｖ１はステアリングホイール８を振動させるためのものであり、上記示した触覚呈示駆動の駆動信号Ｓｈ１よりも大きいことが好ましい。
スイッチ装置１は、ピエゾ素子３２の振動を、芯金８１、樹脂部８２を介してステアリングホイール８を把持する手指に振動通知する。すなわち、車線逸脱防止装置２００、衝突回避システム２０１の車載装置から出力される警報信号Ｓｋが所定条件を満たす場合において、スイッチ部３０のピエゾ素子３２が振動することにより、ステアリングホイール８を振動させて、運転者２０の手指に振動を通知する。
（実施の形態の効果）
本発明の実施の形態によれば、以下のような効果を有する。
（１）本発明の実施の形態に係るスイッチ装置は、操作ノブ３１、４１と、操作ノブ３１、４１に対する操作を検出すると共に、操作ノブ３１、４１を振動させる電磁素子としてのピエゾ素子３２、４２と、を備えた車両５のステアリングホイール８に搭載されるスイッチ部３０、４０と、操作ノブ３１、４１を振動させる制御部１００と、を有し、制御部１００は、所定の条件下において、ステアリングホイール８及びステアリングホイール８を把持する乗員である運転者２０の手に振動が通知されるように、ピエゾ素子３２、４２を振動させる制御を行なう、構成とされている。これにより、スイッチ部は、操作ノブへの押圧操作に対応して触覚呈示を行なう機能を有する共に、所定条件下において、ステアリングホイール８を振動させて、運転者２０の手指に振動を通知する、警報の報知手段としての機能を有する。
（２）スイッチ部は、車両本体のステリングホイール等に搭載できるので、ステリングホイールを振動させるためのモータユニット等のアクチュエータを別途搭載する必要がなく、ステリングスイッチ周りを小型化できる。
（３）スイッチ部は、車両本体のステリングホイール等に搭載されてステアリングホイール８を振動させることができるので、アクチュエータを別途設ける必要がなく、コストアップなしで、運転者２０の手指に振動を通知する、警報の報知手段を備えることができる。
本発明の実施の形態によれば、以下のような効果を有する。
（１）本発明の実施の形態に係るスイッチ装置は、操作ノブ３１、４１と、操作ノブ３１、４１に対する操作を検出すると共に、操作ノブ３１、４１を振動させる電磁素子としてのピエゾ素子３２、４２と、を備えた車両５のステアリングホイール８に搭載されるスイッチ部３０、４０と、操作ノブ３１、４１を振動させる制御部１００と、を有し、制御部１００は、所定の条件下において、ステアリングホイール８及びステアリングホイール８を把持する乗員である運転者２０の手に振動が通知されるように、ピエゾ素子３２、４２を振動させる制御を行なう、構成とされている。これにより、スイッチ部は、操作ノブへの押圧操作に対応して触覚呈示を行なう機能を有する共に、所定条件下において、ステアリングホイール８を振動させて、運転者２０の手指に振動を通知する、警報の報知手段としての機能を有する。
（２）スイッチ部は、車両本体のステリングホイール等に搭載できるので、ステリングホイールを振動させるためのモータユニット等のアクチュエータを別途搭載する必要がなく、ステリングスイッチ周りを小型化できる。
（３）スイッチ部は、車両本体のステリングホイール等に搭載されてステアリングホイール８を振動させることができるので、アクチュエータを別途設ける必要がなく、コストアップなしで、運転者２０の手指に振動を通知する、警報の報知手段を備えることができる。
以上、本発明のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、一例に過ぎず、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、これら新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更等を行うことができる。また、これら実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない。さらに、これら実施の形態は、発明の範囲及び要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１…スイッチ装置、５…車両、８…ステアリングホイール、８ａ…中心線、９…スポーク部、１０…座席、１１…中心線、２０…運転者、３０…スイッチ部、３１…操作ノブ、３２…ピエゾ素子、３３…基板、３５…伝達部材、４０…スイッチ部、４１…操作ノブ、４２…ピエゾ素子、４３…基板、８１…芯金、８２…樹脂部、１００…制御部、２００…車線逸脱防止装置、２０１…衝突回避システム、３００…車載ＬＡＮ、
Claims (3)
- 操作ノブと、前記操作ノブに対する操作を検出すると共に、前記操作ノブを振動させる電磁素子と、を備えた車両のステアリングホイールに搭載されるスイッチ部と、
前記操作ノブを振動させる制御部と、を有し、
前記制御部は、押圧操作が前記操作ノブに対してなされた場合、第１の信号により前記操作ノブを介して前記ステアリングホイールを把持する乗員の手に振動が通知されるように、また、前記押圧操作と異なる所定の条件が満たされた場合、第２の信号により前記ステアリングホイールを介して前記乗員の手に振動が報知されるように、前記電磁素子を振動させる制御を行なう、スイッチ装置。 - 前記制御部は、前記操作に対応した反力を前記電磁素子に発生させる、請求項１に記載のスイッチ装置。
- 前記電磁素子は、ピエゾ素子である、請求項１又は２に記載のスイッチ装置。
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