JP7244335B2

JP7244335B2 - 制御装置

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Publication number: JP7244335B2
Application number: JP2019072948A
Authority: JP
Inventors: 泰弘小野; 和洋武智
Original assignee: Tokai Rika Co Ltd
Current assignee: Tokai Rika Co Ltd
Priority date: 2019-04-05
Filing date: 2019-04-05
Publication date: 2023-03-22
Anticipated expiration: 2039-04-05
Also published as: JP2020170464A

Description

本発明は、操作部に触覚提示を行う制御装置に関する。

従来、ユーザによるタッチ操作を検出するタッチセンサを用いた入力装置が周知である。特許文献１には、タッチ操作を受け付けた場合に、入力装置に設けられたアクチュエータによって生起した振動をユーザの指先等に与える触覚提示、いわゆる触覚フィードバックの技術が開示されている。触覚フィードバックでは、ユーザは振動の有無を通じて、タッチ操作が受け付けられたか否かを認識することができる。

特開２００３－２８８１５８号公報

ところで、アクチュエータは、例えば劣化、及び周辺環境の温度変化等によって、特性が変化する。アクチュエータの特性が変化すると、生起される振動に変化が生じ、ユーザに安定した触覚提示を行えないといった問題があった。

本発明の目的は、安定した触覚提示を可能にした制御装置を提供することにある。

上記課題を達成するための制御装置は、操作部に操作を受けた場合に、前記操作に対する触覚提示として、振動発生部によって前記操作部に振動を発生させる制御装置であって、前記振動を計測する計測部から前記操作部の変位に応じた計測信号を取得し、前記計測信号を基に前記振動発生部を制御する。

本発明の制御装置は、安定した触覚提示を可能にする。

入力装置に設けられた制御装置の構成を示すブロック図。ユーザ操作が行われたときの操作部の変位を示すグラフ。制御部による閉ループ制御手順を示すフロー。変位の原点補正を示すグラフ。制御部による閉ループ制御を示すグラフ。

以下、制御装置の一実施形態を、図１～図５に従って説明する。
図１に示すように、入力装置１は、入力装置１の作動を制御する制御装置２と、ユーザ操作を受ける操作部３とを備えている。操作部３は、操作部３において例えばユーザの指等によってタッチ操作される操作面４を有する。制御装置２は、操作面４に対するユーザ操作に応じて、接続された外部機器へ通知を行う。従って、入力装置１は、外部機器のユーザインターフェースとして機能する。入力装置１は、例えば車両のセンターコンソールに設けられる。入力装置１が車両に設けられた場合、外部機器としては、車載のナビゲーションシステム、空調装置、及びオーディオ機器などが挙げられる。

操作面４には、例えば複数のタッチボタンが表示される。タッチボタンは、例えば外部機器を操作するために必要とされる機能項目を示すものである。そして、ユーザ操作されたタッチボタンに応じて、外部機器の作動が制御される。また、操作部３は、操作面４に対するユーザ操作を検出することが好ましい。操作部３は、例えば静電容量式のタッチセンサを有するタッチパネルやタッチパッドである。操作部３は、タッチセンサの静電容量の変化によって、ユーザの指等の接近又は接触を検出する。操作部３は、検出した静電容量を、制御装置２に出力する。

入力装置１は、操作部３の変位を計測する計測部１１を備えている。計測部１１は、ユーザ操作された場合に、操作部３において、例えば操作面４に対して交わる方向に生じた変位を検出する。すなわち、計測部１１は、操作面４がタッチ操作された際の操作部３の下方への移動を検出する。計測部１１は、検出した変位に応じた計測信号Ｓを制御装置２へ出力する。計測信号Ｓは、例えば所定の検出周期に従って出力される。制御装置２は、計測信号Ｓを連続的に受信することにより、変位の時系列変化に基づく波形データを得る。計測部１１は、例えば操作部３の操作面４に対して裏面側に配置されている。計測部１１の一例は、渦電流式、或いは光学式の非接触式変位センサである。

制御装置２は、例えば操作部３の静電容量と計測部１１から検出される変位とに基づいて、操作面４に対するユーザ操作の有無を判定する。また、制御装置２は、操作部３の静電容量及び変位を基に、ユーザの指等の接近と接触とを切り分け可能になっていることが好ましい。例えば、制御装置２は、静電容量変化、及び変位の両方を、それぞれに設定された閾値と比較することにより、接触の有無を判定する。例えば、制御装置２は、操作面４にユーザが接触し、かつ操作面４を押し込んだと判定された場合に、ユーザ操作有り、すなわち操作部３に押下操作有りと判定する。

入力装置１には、操作部３に振動を発生させる振動発生部１２が設けられている。振動発生部１２は、例えば操作部３の操作面４に対して裏面側に設けられている。振動発生部１２は、操作部３に対して、操作面４に対して交わる方向の振動を発生させる。すなわち、振動発生部１２は、操作部３に対して、操作面４に対して交わる方向への変位を生じさせる。振動発生部１２は、例えば入力される信号強度に応じて変位を生じさせる。振動発生部１２としては、リニア共振アクチュエータ、ボイスコイル、及びピエゾアクチュエータなどが挙げられる。

制御装置２は、振動発生部１２を制御する制御部２１を備えている。制御部２１は、ユーザ操作有りを判定したことを、振動を通じてユーザに通知する触覚提示、いわゆる触覚フィードバックを行う。制御部２１の図示しないメモリには、振動発生部１２に出力する制御信号Ｃの信号強度を規定した制御信号データが書き込み保存されている。制御信号データは、例えば信号強度を時系列で連続して変化させた波形データである。振動発生部１２は、制御信号Ｃを入力すると、制御信号Ｃに応じた振動を発生させる。

制御部２１は、操作部３の変位を基に、振動発生部１２の振動を制御する。また、制御部２１は、操作部３の変位を逐次監視して、振動発生部１２による振動が目標変位に近づくように振動発生部１２を閉ループ制御することが好ましい。制御部２１の図示しないメモリには、目標変位データが書き込み保存されている。目標変位データは、例えば予め決められた変位が時系列に並べられた波形データである。制御部２１は、目標変位データを基に、制御信号Ｃを制御する。

制御装置２は、計測部１１からの計測信号Ｓをフィルタ処理して制御部２１へ出力する処理部２２を備えている。処理部２２は、フィルタ処理により、計測信号Ｓから、振動発生部１２による振動の成分を取り出す。処理部２２は、例えばハイパスフィルタ処理により、計測信号Ｓの波形から、振動発生部１２による周波数成分を通過させ、ユーザ操作による周波数成分を除去する。処理部２２は、例えばフィルタ回路からなるアナログフィルタを有していることが好ましい。

次に、図２～図５を用いて、制御装置２の作用について説明する。
図２に、操作部３がユーザにより押下操作された際の計測部１１の出力、すなわち変位の変化波形を図示する。なお、計測部１１の出力は、押下操作に応じて値が低くなるように変化する。操作部３が押下操作された場合、計測部１１は、操作部３に生じる変位に応じた計測信号Ｓを出力する。本例の場合、計測部１１は、操作面４に交わる方向に生じた変位を検出し、その変位に基づく波形をとる計測信号Ｓを出力する。

制御装置２は、操作部３の静電容量変化及び計測信号Ｓに基づいて、ユーザ操作の有無を判定する。本例の場合、制御装置２は、操作部３を押下操作したことに基づき、ユーザ操作有りと判定する。制御装置２は、例えば静電容量変化が所定の閾値以上であり、且つ操作部３の変位が第１閾値Ｒ１以下である場合に、ユーザが操作部３を押下操作したとして、ユーザ操作有りと判定する。

制御部２１は、ユーザ操作有りと判定された場合に、振動発生部１２に振動を発生させる。本例の場合、制御部２１は、ユーザが操作面４に接触した後と、操作面４から離れる前との２回のタイミングで振動発生部１２に、振動を発生させる。換言すると、制御部２１は、ユーザ操作が開始されたとき、及びユーザ操作が解除されたときに、振動発生部１２に振動を発生させる。

制御部２１は、例えば操作部３の変位が第１閾値Ｒ１以下になった場合に、ユーザ操作が開始されたと判定する。制御部２１は、ユーザ操作が開始されたと判定した場合、振動発生部１２を作動させる制御信号Ｃを出力する。制御信号Ｃは、ユーザ操作が開始されたときに、一度だけ出力されることが好ましい。

制御部２１は、例えば操作部３の変位が、第１閾値Ｒ１以下となった後、第１閾値Ｒ１よりも大きい第２閾値Ｒ２以上となった場合に、ユーザ操作が解除されたと判定する。制御部２１は、ユーザ操作が解除されたと判定した場合、振動発生部１２を作動させる制御信号Ｃを出力する。制御信号Ｃは、ユーザ操作が解除されたときに、一度だけ出力されることが好ましい。

振動発生部１２は、制御部２１から制御信号Ｃを入力すると、例えば制御信号Ｃの信号強度に応じた振動を発生させる。振動発生部１２は、制御信号Ｃが増大すると、変位が増大する方向へ、制御信号Ｃが減少すると、変位が減少する方向へ振動を発生させる。これにより、制御部２１は、ユーザに対して、ユーザ操作を受け付けたことを振動による触覚フィードバックを通じて通知することができる。なお、第１閾値Ｒ１及び第２閾値Ｒ２は特に限定されないが、ヒステリシスを設けるように、第１閾値Ｒ１より第２閾値Ｒ２の方が大きいことが好ましい。

次に、制御部２１による閉ループ制御について説明する。ここでは、ユーザ操作が開始された場合について説明する。
図３に示すように、Ｓ１０１（Ｓは、ステップの略、以下同様）では、制御部２１は、ユーザ操作が開始されたか否かを判定する。ユーザ操作は、上述の通り、変位が第１閾値Ｒ１以下であると判定されることで、開始されたと判定される。制御部２１は、ユーザ操作が開始された場合に、Ｓ１０２へ移行する。

Ｓ１０２では、制御部２１は、ユーザ操作が開始されると、計測信号Ｓの変位を原点補正する。
図４に示すように、原点補正では、所定のタイミングの計測信号Ｓの変位及び時間が原点位置となるように補正される。本例の場合、原点位置は、変位及び時間が「０」の点である。なお、原点補正は、振動発生部１２が振動を発生させるタイミングに合わせて、実行されることが好ましい。

図３に戻り、Ｓ１０３では、制御部２１は、処理部２２に対して、計測信号Ｓの変位から振動発生部１２の振動による成分だけを抽出するための処理を実行させる。本例の場合、処理部２２は、計測信号Ｓのハイパスフィルタ処理を実行する。ハイパスフィルタ処理では、例えば計測信号Ｓに含まれるユーザ操作の周波数成分を除去し、振動発生部１２の振動による周波数成分を通過させる。処理部２２は、ハイパスフィルタ処理により振動発生部１２の振動による成分が抽出された計測信号Ｓ１を制御部２１へ出力する。

Ｓ１０４では、制御部２１は、処理部２２から入力した計測信号Ｓ１に基づき、実際変位ＰＶを取得する。実際変位ＰＶは、今回の振動発生部１２の振動による操作部３の変位を示している。制御部２１は、計測信号Ｓ１を逐次監視して、これが目標変位に近づくように制御する。

図５に示すように、制御部２１は、計測信号Ｓ１を入力すると、実際変位ＰＶの波形データを取得する。制御部２１は、例えばメモリに記憶された目標変位データから、目標変位ＴＰを読み出し、実際変位ＰＶと目標変位ＴＰとの偏差ｅを演算する。制御部２１は、偏差ｅに基づいて、制御信号Ｃの出力を制御する。制御部２１は、実際変位ＰＶの波形データが目標変位ＴＰの波形データに近づくように、閉ループ制御を行う。閉ループ制御は、例えばＰＩＤ制御や、ＰＩ制御などである。

図３に戻り、Ｓ１０５では、制御部２１は、取得した計測信号Ｓの実際変位ＰＶと、目標変位ＴＰとの偏差ｅに応じて制御信号Ｃを出力する。制御部２１は、例えば予め決められた波形の制御信号データを、偏差ｅに応じて補正して制御信号Ｃを出力する。制御部２１は、実際変位ＰＶが目標変位ＴＰよりも大きい場合、制御部２１は、制御信号データよりも制御信号Ｃが小さくなるように補正して出力する。また、実際変位ＰＶが目標変位ＴＰよりも小さい場合、制御部２１は、制御信号データよりも制御信号Ｃが大きくなるように補正して出力する。

Ｓ１０６では、制御部２１は、制御の終了条件が満たされているか否かを判定する。終了条件は、例えば所定時間の経過、規定の振動を発生したこと、及び制御信号Ｃの出力がゼロになったことなどが挙げられる。制御部２１は、制御の終了条件が満たされるまで、振動発生部１２の閉ループ制御を所定の制御周期で繰り返し実行する。例えば、ユーザ操作が開始されたときに、１周期の振動を発生させる間に、実際変位ＰＶの取得（Ｓ１０４）及び制御信号Ｃの出力（Ｓ１０５）を含む制御を、複数回繰り返す。このように、制御部２１は、振動発生部１２をリアルタイムで閉ループ制御する。一方、制御部２１は、制御の終了条件が満たされた場合、制御を終了する。

上記の実施形態によれば、以下の効果を奏する。
本例では、制御装置２は、ユーザ操作に対する触覚提示として操作部３に振動を発生させる振動発生部１２を制御する制御部２１を備える。制御部２１は、計測部１１が計測した変位に基づく計測信号Ｓを取得し、計測信号Ｓを基に振動発生部１２を制御する。この構成によれば、変位に基づいて振動を発生させるので、安定した触覚提示ができる。

本例では、制御部２１は、計測部１１の計測信号Ｓを逐次監視して振動発生部１２の振動が目標変位に近づくように振動発生部１２を閉ループ制御する。この構成によれば、閉ループ制御によって、目標とする変位となるように振動を制御する。これは、安定した触覚提示に寄与する。

本例では、計測信号Ｓをフィルタ処理して、振動発生部１２による振動の成分を取り出す処理部を備える。この構成によれば、操作部３の変位のうち、振動による変位を用いて制御を行うことができる。これは、振動制御の精度向上に寄与する。

本例では、処理部２２は、ハイパスフィルタ処理を行う。この構成によれば、ユーザ操作による変位の周波数が振動による変位の周波数よりも低周波数であることを前提にすると、ユーザ操作による変位成分を除去することができる。これは、振動制御の精度向上に寄与する。また、ハイパスフィルタ処理を行うにあたって、アナログフィルタを用いれば、リアルタイムの処理に有利である。

本例では、制御部２１は、ユーザ操作を検出したとき、計測信号Ｓの波形データを原点補正する。この構成によれば、例えばユーザ操作によって変位に生じるオフセットを抑制できる。これは、変位を基に振動の制御を行うのに、有利である。

本例では、振動発生部１２は、操作部３においてユーザ操作を受ける操作面４に対して、交わる方向に沿って振動を発生させる。この構成によれば、操作面４に触れるユーザに対して、触覚を与え易い。これは、安定した触覚提示に寄与する。

なお、本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
［制御部２１について］
・制御部２１による原点補正の方法は、特に限定されない。また、原点補正には、変位及び時間を「０」となる点に補正すること、及び目標変位の基準となる点に補正することを含んでもよい。
・制御部２１は、計測信号Ｓの波形データを原点補正しなくてもよい。
・第１閾値Ｒ１及び第２閾値Ｒ２は、特に限定されない。例えば、第１閾値Ｒ１は、制御装置２がユーザ操作有りを判定する閾値とは異なっていてもよいし、同じでもよい。
・第１閾値Ｒ１及び第２閾値Ｒ２の大小関係は、本例に限定されない。
・制御信号Ｃを出力する条件は、変位と閾値との比較に限定されず、例えば変位の変化速度を基に判定してもよい。
・制御部２１の閉ループ制御は、ＰＩＤ制御であってもよいし、ＰＩ制御であってもよいし、その他の制御であってもよい。また、各制御における例えばゲインなどのパラメータは、適宜変更可能である。
・制御部２１が取り扱う変位及び目標変位は、連続した波形データに限定されず、離散的なデータでもよい。
・制御部２１は、制御信号Ｃを補正することに限らず、計測信号Ｓに基づいて、制御信号Ｃの信号強度そのものを演算して出力してもよい。すなわち、制御信号データは省略してもよい。
・制御信号Ｃは、信号強度が変化するものに限らず、振動を規定するための指令値を含んでいてもよい。
・目標変位は、予め決められた変位が時系列に並べられた波形データに限らず、制御信号Ｃに対して決められた変位でもよいし、振幅の最大値や最小値などに関する基準値でもよい。
・制御部２１の閉ループ制御の制御周期は、仕様に応じて適宜変更可能である。
・制御部２１は、振動発生部１２を、リアルタイムで制御することに限定されない。例えば、前回の振動による変位を基に、今回の振動を制御してもよい。

［処理部２２について］
・処理部２２は、ハイパスフィルタ処理を行うことに限定されず、ローカットフィルタ処理を行ってもよいし、バンドパスフィルタ処理を行ってもよい。
・処理部２２は、常に作動していてもよいし、オンオフしてもよい。
・処理部２２は、フィルタ回路によるアナログフィルタでもよいし、デジタルフィルタでもよい。これは、仕様に応じて適宜変更される。

［振動発生部１２について］
・振動発生部１２が発生する振動は、特に限定されない。仕様に応じて種々の波形、周波数、及び振幅に変更可能である。
・振動発生部１２は、入力された信号強度に応じて振動を発生するものに限定されず、例えば入力される指令値に基づいて振動を発生させてもよい。
・振動発生部１２は、特に限定されない。例えば、振動発生部１２は、リニア共振アクチュエータ、ボイスコイル、及びピエゾアクチュエータなどであってもよい。

［操作部３について］
・操作部３は、特に限定されない。例えば、タッチパッドでもよいし、タッチパネルでもよい。
・操作部３のタッチセンサは、静電容量式に限定されない。
・操作部３には、タッチセンサが設けられていなくてもよい。これは、例えば計測部１１のみでユーザ操作を判定する構成に適用できる。
・操作部３に表示されるタッチボタンは、印字された図柄や文字でもよいし、ディスプレイに表示される仮想的なボタンでもよい。
・操作部３に表示されるタッチボタンは、省略可能である。

［その他］
・計測部１１には、種々のセンサを用いることができる。例えば、光学式及び渦電流式の非接触式変位センサであってもよいし、接触式の変位センサでもよい。
・ユーザ操作の判定方法は、本例に限定されない。例えば、ユーザの指等の操作面４に対する接近を基に、判定してもよい。
・ユーザ操作は、ユーザの指等によるタッチ操作において、タップ動作やスライド動作を含んでもよい。
・ユーザ操作は、ユーザの指等によるタッチ操作に限定されない。例えば、ペンなどを用いて入力されるものでもよい。
・制御装置２は、入力装置１と一体に設けられることに限定されず、別個に設けられてもよい。
・ユーザ操作の判定は、制御装置２が行うことに限定されない。例えば、制御装置２とは別の機器によって行われてもよい。
・入力装置１が搭載される機器は、特に限定されない。例えば、車両に搭載された場合、車載のナビゲーションシステム、空調装置、及びオーディオ機器などのユーザインターフェースとして用いることができる。

１…入力装置、２…制御装置、３…操作部、４…操作面、１１…計測部、１２…振動発生部、２１…制御部、２２…処理部。

Claims

操作部に操作を受けた場合に、前記操作に対する触覚提示として、振動発生部によって前記操作部に振動を発生させる制御装置であって、
前記振動を計測する計測部からの前記操作部の変位に応じた計測信号をフィルタ処理して、前記振動の成分を取り出す処理部を備え、
前記計測部から前記計測信号を取得し、前記処理部にて前記計測部の前記計測信号をフィルタ処理して前記振動の成分を取り出し、前記振動の成分が取り出された前記計測信号を基に前記振動発生部を制御する制御装置。
操作部に操作を受けた場合に、前記操作に対する触覚提示として、振動発生部によって前記操作部に振動を発生させる制御装置であって、
前記振動を計測する計測部から前記操作部の変位に応じた計測信号を取得し、
前記操作部の前記操作を検出したとき、前記計測部の出力である前記計測信号を原点補正し、その原点補正後の前記計測信号を基に前記振動発生部の制御を実行する制御装置。
前記フィルタ処理は、ハイパスフィルタ処理である
請求項１に記載の制御装置。
前記計測部の前記計測信号を逐次監視して前記振動が目標変位に近づくように前記振動発生部を制御する閉ループ制御によって、前記操作部に前記振動を発生させる
請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載の制御装置。
前記振動発生部は、前記操作部において前記操作を受ける操作面に対して交わる方向に前記振動を発生させる
請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載の制御装置。