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JP5005413B2 - 車載機器制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、車両に搭載された車両機器を制御する車載機器制御装置に関し、特に、ステアリングに搭載された力覚付与型入力装置により車両機器を遠隔操作する車載機器制御装置に関する。
車両には、オーディオ機器、エアコン、カーナビゲーション等の種々の車両機器が装備されているが、これらの車両機器への入力操作においては、表示モニタに操作パターン等が表示され、この表示情報に基づいて入力操作装置を操作することにより行なうものがある。
例えば、手動操作部、モニタ、制御手段により力覚を付与するように構成された車載機器制御装置がある（例えば、特許文献１）。手動操作部は、筐体、操作軸、操作軸の上端に固着されたノブ、ノブを常時下向きに付勢する弾性部材、操作軸の下端が弾接されるノブの案内板、ノブの操作位置を検知する検知手段とから構成される。案内板には、操作軸の先端部を内挿可能な幅を有する十文字形の溝を形成し、この溝の底面には凹凸が形成されている。一方、モニタには案内板に形成された溝の画像と溝の底面に形成された凹凸の画像とノブの現在位置を示す円形のマークとが立体的に表示される。
この装置によれば、モニタに表示された立体的な表示により操作感を表示でき、また、制御手段によりノブの操作時に力覚を付与することができるので、車両の振動があってもノブの操作フィーリングを的確に感得することができる。
特開２００３−１４０８１０号公報
しかし、特許文献１に示される車載機器制御装置は、手動操作部とモニタとの位置関係が一定の場合は上述の効果を有するが、手動操作部が例えばステアリングに搭載され、ステアリングが回転した場合には、手動操作部とモニタとの位置関係が変化する。このような状態で運転者がモニタ情報に基づいて手動操作部により車両機器の入力操作を行なう場合には、操作しにくいと共に、誤った操作を行なうことも想定される。
従って、本発明の目的は、力覚付与型入力装置が車両のステアリングに装着されている場合でも、表示モニタに表示された操作経路のパターンと同じ操作が可能となり、操作しやすく、また、誤操作を生じにくい車載機器制御装置を提供することにある。
［１］本発明は、上記目的を達成するために、力覚を付与しながら所定の操作経路で車両に搭載された車両機器の遠隔操作を行なう前記車両のステアリングに装着された力覚付与型入力装置と、前記力覚付与型入力装置の入力操作を所定の操作経路で行なうための操作経路データが記憶された記憶部と、前記車両のステアリングの回転に応じて出力される回転角検出信号と前記記憶部の前記操作経路データから、前記力覚付与型入力装置の前記所定の操作経路データを変換する演算処理を行ない、前記ステアリングが回転しても一定の操作経路パターンを操作方向がステアリングが回転していない状態と同じとなるよう前記力覚付与型入力装置に力覚の付与を行なう制御部と、を有することを特徴とする車載機器制御装置を提供する。
［２］前記制御部は、前記回転角検出信号と所定の閾角との比較を行い、この比較結果に基づいて前記演算を行なうか否かの判断を行う判断部、を有することを特徴とする上記［１］に記載の車載機器制御装置であってもよい。
［３］また、前記制御部は、前記車両の走行速度と所定の閾速度との比較を行い、この比較結果に基づいて前記演算を行なうか否かの判断を行う判断部、を有することを特徴とする上記［１］に記載の車載機器制御装置であってもよい。
本発明によると、力覚付与型入力装置が車両のステアリングに装着されている場合でも、表示モニタに表示された操作経路のパターンと同じ操作が可能となり、操作しやすく、また、誤操作を生じにくい車載機器制御装置を提供することができる。
［本発明の第１の実施の形態に係る車載機器制御装置］
第１の実施の形態に係る車載機器制御装置１は、車両のステアリングに装着された力覚付与型入力装置１００と、力覚付与型入力装置１００の入力操作を所定の操作経路で行なうための操作経路データが記憶された記憶部２００と、車両のステアリングの回転に応じて出力される回転角検出信号と記憶部２００の操作経路データから、力覚付与型入力装置１００の所定の操作経路を変換する演算を行ない、演算の結果に基づいて力覚付与型入力装置１００に力覚の付与を行なう制御部３００と、を有して構成される。
図１は、力覚付与型入力装置１００が車両１０の中でどのような部位に搭載されて使用されるかを示す図である。
図２は、車載機器制御装置１とこれに関係する周辺装置の接続関係を示す構成図である。
力覚付与型入力装置１００は、図１ではステアリング２０の左右２箇所に搭載されているが、以下では１つの力覚付与型入力装置１００に係る車載機器制御装置１について説明する。
力覚付与型入力装置１００は、図１に示すように、車両１０のステアリング２０に搭載され、ステアリング２０の回転と共に同じ角度だけステアリングシャフト２１を中心に回転する。このステアリングシャフト２１の周辺には、ステアリングシャフト２１の回転角度を検出して回転検出角（θ）を出力する舵角センサ２２が取り付けられている。
また、力覚付与型入力装置１００を操作して車両１０に搭載された車両機器２０（図１では図示省略、図２を参照）を遠隔操作する際に、力覚付与型入力装置１００の操作ノブ１０１の操作経路を示す表示モニタ３０がインスツルメントパネル４０等に設けられている。運転者は、表示モニタ３０の情報に基づいて、力覚付与型入力装置１００の操作ノブ１０１を遠隔操作することにより、車両機器への入力操作、例えば、オーディオ機器のＯＮ／ＯＦＦ操作、シーク動作、モード切替等の入力操作を行なう。
図２に示すように、力覚付与型入力装置１００は、制御部３００と接続され、力覚付与型入力装置１００から操作ノブ１０１で入力される位置座標（ｘ，ｙ）が制御部３００側へ出力されると共に、制御部３００からは力覚付与のための駆動信号が力覚付与型入力装置１００に入力される。力覚付与型入力装置１００の詳細については後述する。
記憶部２００は、表示モニタ３０に操作対象である車両機器１０の操作パターンを表示させるモニタ表示データ２０１と、力覚付与型入力装置１００の操作パターンをステアリングシャフト２１が回転していない状態での操作経路データ２０２が記憶されている。例えば、モニタ表示データ２０１は、操作パターンが（Ｘ０,Ｙ０）のテーブルとして記憶され、また、操作経路データ２０２は、操作ノブ１０１の移動に対応する位置座標（ｘ０，ｙ０）のテーブルとして記憶されている。これらの座標テーブルは、種々の操作対象である車両機器ごとに記憶部２００に記憶され、制御部３００からの命令によりライブラリとして適宜参照される。
制御部３００は、操作経路データ２０２を舵角センサ２２から入力される回転検出角（θ）に基づいて回転変換する演算処理を行ない、この演算処理の結果および力覚付与型入力装置１００から入力される位置座標（ｘ，ｙ）に基づいて力覚付与型入力装置１００に力覚の付与を行なうよう、図示しないインターフェースを介して駆動制御する。同時に、上記の力覚付与型入力装置１００の入力操作の情報に基づいて、操作対象である車両機器１０の遠隔操作を行なう。
図３（ａ）は、力覚付与型入力装置１００の構成を示す斜視図であり、図３（ｂ）は、ボイスコイルモータ１６０の部分の分解斜視図である。
力覚付与型入力装置１００は、車両１０のステアリング２０に装着されるベース１１０およびベース１１０を覆うカバー１１１と、運転者が操作できるようにこのカバー１１１から突出して取付けられた操作ノブ１２０と、ベース１１０に取付けられた２次元球面軸受１２５に一端が支持され他端に操作ノブ１２０が取付けられたノブシャフト１３０と、Ｘ方向にはノブシャフト１３０と当接しＹ方向にはノブシャフト１３０と摺動するＸ方向へスライド移動可能なＸキャリッジ１４０と、Ｘキャリッジ１４０と直交しＹ方向にはノブシャフト１３０と当接しＸ方向にはノブシャフト１３０と摺動するＹ方向へスライド移動可能なＹキャリッジ１５０と、Ｘキャリッジ１４０およびＹキャリッジ１５０に搭載されそれぞれに力覚付与するボイスコイルモータ１６０と、Ｘキャリッジ１４０およびＹキャリッジ１５０のそれぞれの移動量を検出するためのリニアポテンショメータ１７０と、を有して構成される。
ここで、Ｘキャリッジ１５０およびＹキャリッジ１６０は、それぞれベース１１０に取付けられたＸ方向およびＹ方向へスライド移動可能なリニアスライドガイド１８０に支持されている。
また、ボイスコイルモータ１６０は、Ｘキャリッジ１４０またはＹキャリッジ１５０に固定されるボイスコイル１６１と、マグネット１６６と軟磁性材料のヨーク１６７で形成される磁気回路１６５と、で構成される。ボイスコイル１６１は、所定の導電線材１６２がコイル状に巻回されて形成されており、磁気回路１６５から発生する磁束が導電線材１６２を横切るように配置されている。これにより、導電線材１６２に通電されたボイスコイル１６１は、フレミングの左手の法則により電磁力を受け、Ｘキャリッジ１５０またはＹキャリッジ１６０に駆動力を作用させる。
［第１の実施の形態の作用］
図４（ａ）は、ステアリング２０が反時計方向にθだけ回転した場合の力覚付与型入力装置１００の姿勢と操作ノブ１２０の経路パターンを示す図である。図４（ｂ）は、表示モニタ３０に表示されるオーディオ機器の操作経路パターンを示す例の図である。図４（ｃ）は、ステアリング２０の回転角がゼロの場合の力覚付与型入力装置１００の操作ノブ１２０の経路パターンを示す図である。
表示モニタ３０に表示される車載機器２０の操作ノブ１２０の操作経路パターンはステアリング２０の回転姿勢とは関係なく常に一定の状態で表示される。この実施例では、車載機器２０としてオーディオ機器が選択され、記憶部２００に記憶された（Ｘ０,Ｙ０）テーブルを参照しながらこのオーディオ機器の操作経路パターンが表示される。
図４（ｂ）に示すように、操作ノブ１２０の操作経路パターンは、中央部から上、下、右上、右下、左上、左下の６箇所へｘ軸またはｙ軸に沿って移動可能な経路パターンが示されている。この経路パターンは、（ｘ０，ｙ０）のテーブルとして記憶部２００に記憶されている。
（ステアリング２０の回転角がゼロの場合）
この場合は、（ｘ０，ｙ０）のテーブルとして記憶部２００に記憶されている操作経路データ２０２を基に、操作ノブ１２０の操作経路パターンが規制される。この操作経路パターンは、表示モニタ３０に表示される操作経路パターンとスケールが異なる相似パターンである。
操作ノブ１２０を表示モニタ３０に表示される操作経路パターンを見ながら動かす場合について説明する。操作ノブ１２０を動かそうとすると、操作ノブ１２０の操作によりノブシャフト１３０が動いてＸキャリッジ１４０またはＹキャリッジ１５０を動かそうとする。この動きはリニアポテンショメータ１７０からｘまたはｙ座標の変位量として制御部３００へ出力される。制御部３００において、このｘ、ｙ座標の変位量（ｘ，ｙ）と操作経路データ（ｘ０，ｙ０）で規定される操作経路パターンとの差分は、操作経路からのズレ量であり、操作経路パターン上を移動可能とするような規制力として操作ノブ１２０に力覚付与される。すなわち、上記の操作経路からのズレ量に応じた制御信号が図示しない電流ドライバを介して導電線材１６２に通電させ、ボイスコイルモータ１６０に駆動力が働くので、この駆動力がＸキャリッジ１４０またはＹキャリッジ１５０およびノブシャフト１３０を介して操作ノブ１２０へ規制力として作用する。従って、操作ノブ１２０を操作する場合には、操作経路データ（ｘ０，ｙ０）で規定される所定の操作経路パターンに沿った動きのみが許容される。
また、上記のように所定の操作経路パターンに沿った動きにより操作ノブ１２０を操作する際に、ｘ、ｙ座標の変位量（ｘ，ｙ）により位置制御または速度制御を行なうことで、操作ノブ１２０に適度な操作感、クリック感等を力覚付与できる。
（ステアリング２０の回転角がθ（≠０）の場合）
図４（ｄ）は、ステアリング２０の回転角がθ（≠０）の場合の力覚付与型入力装置１００の操作ノブ１２０の経路パターンを示す図である。ステアリング２０の回転に伴い、舵角センサ２２から制御部３００へ回転検出角（θ）が入力される。
制御部３００は、回転角θと記憶部２００に記憶されている操作経路データ２０２である（ｘ０，ｙ０）テーブルとから回転変換する演算処理を行ない、次に示すような回転変換後の新たな操作経路データ（ｘ１，ｙ１）を生成する。
ｘ１＝ｃｏｓθ・ｘ０＋ｓｉｎθ・ｙ０
ｙ１＝−ｓｉｎθ・ｘ０＋ｃｏｓθ・ｙ０
上記の新たな操作経路データ（ｘ１，ｙ１）で規定される操作経路パターンは、図４（ｄ）に示すように、操作経路データ（ｘ０，ｙ０）で規定される操作経路パターンをθだけ時計回転させたものであり、表示モニタ３０に表示される操作経路パターンとスケールが異なる相似パターン、すなわち、同じ向きの操作経路パターンである。よって、ステアリング２０が回転しても、運転者は、表示モニタ３０の表示に従って力覚付与型入力装置１００の操作ノブ１２０を操作すればよいことになる。
一方、操作ノブ１２０の操作によって出力されるリニアポテンショメータ１７０からのｘまたはｙ座標の変位量は、制御部３００において、
ｘ´＝ｃｏｓθ・ｘ−ｓｉｎθ・ｙ
ｙ´＝ｓｉｎθ・ｘ＋ｃｏｓθ・ｙ
に示すような回転逆変換の演算処理が行なわれ、この新たな操作経路データ（ｘ´，ｙ´）により車両機器１０に操作信号が送信されることで車載機器２０の正常な遠隔操作が行なわれる。
［第１の実施の形態の効果］
第１の実施の形態に係る車載機器制御装置によれば、以下のような効果を有する。
（１）ステアリング２０が回転しても、表示モニタに表示された操作経路のパターンと同じ操作が可能となるので、運転者が操作ノブを操作して車載機器を遠隔操作し易く、誤った操作の抑制が可能となる。
（２）力覚付与型入力装置１００により、操作ノブを操作するときに力覚を付与することができるので、車両の振動があっても操作ノブの操作フィーリングを的確に感得することが可能となる。
（３）記憶部２００に種々の車載機器のデータを記憶させ、切り替えによって車載機器ごとの操作経路パターンを表示モニタ３０に表示できるので、ステアリング２０に搭載された力覚付与型入力装置１００により種々の車載機器の遠隔操作が可能となる。
［本発明の第２の実施の形態に係る車載機器制御装置］
第１の実施の形態では、ステアリング２０の回転角に応じて力覚付与型入力装置１００における操作ノブ１２０の経路パターンを回転変換して、表示モニタ３０に表示される操作経路パターンと同じ向きになるように力覚制御を行なったが、第２の実施の形態では、ステアリング２０の回転角が小さい時や、車両の走行速度が大きい時には、操作ノブ１２０の経路パターンを回転変換しない方が好ましい場合がある。
図５は、第２の実施の形態に係る車載機器制御装置１とこれに関係する周辺装置の接続関係を示す構成図である。
第２の実施の形態では、制御部３００において、判断部３０１を有している。判断部３０１は、例えば、舵角センサ２２から出力される回転検出角（θ）、あるいは、車両の走行速度（ｖ）と記憶部２００に記憶された判断データ２０３（閾角θ０、閾速度ｖ０）との比較を行い、この比較結果に基づいて回転変換の演算処理を行なうか否かの判断を行う。この判断部３０１は、上記示した以外に、例えば、車両１０が走行中か停車中かを判断する等、運転者が操作しやすいように任意にアルゴリズムを変更することができる。
図６は、第２の実施の形態の制御部３００および判断部３０１における制御フローを示す図である。
（ステップＳ１）角度判断ステップ
角度判断ステップＳ１は、舵角センサ２２から出力される回転検出角（θ）と記憶部２００に記憶された判断データ２０３（閾角θ０）との比較を行う。回転検出角（θ）、すなわち、ステアリング２０の回転角θが閾角θ０より大きい場合は次のステップＳ２へ進み、閾角θ０より小さい場合は、制御部３００での回転変換を行なわずにS４ステップへ進む。
（ステップＳ２）速度判断ステップ
速度判断ステップＳ２は、走行速度ｖと記憶部２００に記憶された判断データ２０３（閾速度ｖ０）との比較を行う。走行速度ｖは、図示しない速度計から出力される速度を使用する。走行速度ｖが閾速度ｖ０より小さい場合は次のステップＳ３へ進み、閾速度ｖ０より大きい場合は、制御部３００での回転変換を行なわずにＳ４ステップへ進む。
（ステップＳ３）回転変換ステップ
回転変換ステップＳ３は、第１の実施の形態における制御部３００での回転変換と同様である。すなわち、制御部３００は、回転角θと記憶部２００に記憶されている操作経路データ２０２である（ｘ０，ｙ０）テーブルとから回転変換する演算処理を行ない、回転変換後の新たな操作経路データ（ｘ１，ｙ１）を生成する。
（ステップＳ４）力覚付与ステップ
回転検出角θが閾角θ０より大きく、かつ、走行速度ｖが閾速度ｖ０より小さい場合は、回転変換ステップＳ３により新たな操作経路データ（ｘ１，ｙ１）が生成されるので、これに基づいて力覚付与型入力装置１００に力覚が付与され、これにより第１の実施の形態と同様の作用がなされる。
一方、回転検出角θが閾角θ０より小さいか、または、走行速度ｖが閾速度ｖ０より大きい場合は、制御部３００での回転変換が行なわれずに、力覚付与型入力装置１００に力覚が付与される。
［第２の実施の形態の効果］
第１の実施の形態の効果に加えて、次のような効果を有する。すなわち、ステアリング２０の回転角が所定の量より小さい場合は、運転者のステアリング把持位置に変化がないことが想定されるので、ステアリングの回転と一緒に回転する力覚付与型入力装置１００の回転変換を行なわずに、操作経路データ（ｘ０，ｙ０）で規定される所定の操作経路パターンに沿った動きをするほうが操作する上での違和感が少ない。
また、走行速度ｖが閾速度ｖ０より大きい場合は、運転者のステアリング把持位置に変化がないことや、ステアリング２０の回転角が小さい場合が想定されるので、上記と同様に、ステアリングの回転と一緒に回転する力覚付与型入力装置１００の回転変換を行なわずに、操作経路データ（ｘ０，ｙ０）で規定される所定の操作経路パターンに沿った動きをするほうが操作する上での違和感が少ない。
尚、第１および第２の実施の形態では、力覚付与型入力装置１００としてスライド型のものを使用したが、ジョイスティック型等の他のタイプの力覚付与型入力装置も同様に使用可能である。
［本発明の第３の実施の形態に係る車載機器制御装置］
第１の実施の形態では、ステアリング２０の回転角に応じて力覚付与型入力装置１００における操作ノブ１２０の経路パターンを回転変換して、表示モニタ３０に表示される操作経路パターンと同じ向きになるように力覚制御を行なったが、第３の実施の形態では、制御部３００における回転変換の演算処理を行なわずに力覚の付与を行なう方式とする。
記憶部２００に、ステアリング２０の回転角、例えば、０°、±４５°、±９０°、±１３５°、１８０°にそれぞれ対応した力覚パターンを記憶させておく。
制御部３００において、ステアリング２０の回転角θを上記示した角度と比較し、上記の角度に近い力覚パターンを記憶部２００から読み込んで、力覚付与型入力装置１００により力覚の付与を行なう。力覚付与型入力装置１００等の動作は、第１の実施の形態と同様であるので説明を省略する。
［第３の実施の形態の効果］
第３の実施の形態によれば、制御部３００における回転変換の演算処理が不要になるので、制御部３００でのアルゴリズムが簡単化できる。また、上記示した４５°間隔をより細かい間隔の力覚パターン、例えば、１０°間隔の力覚パターン等とすることで、表示モニタ３０の表示方向と略一致した力覚パターンにより、違和感のない操作が可能となる。
図１は、力覚付与型入力装置１００が車両１０の中でどのような部位に搭載されて使用されるかを示す図である。 図２は、車載機器制御装置１とこれに関係する周辺装置の接続関係を示す構成図である。 図３（ａ）は、力覚付与型入力装置１００の構成を示す斜視図であり、図３（ｂ）は、ボイスコイルモータ１６０の部分の分解斜視図である。 図４（ａ）は、ステアリング２０が反時計方向にθだけ回転した場合の力覚付与型入力装置１００の姿勢と操作ノブ１２０の経路パターンを示す図である。図４（ｂ）は、表示モニタ３０に表示されるオーディオ機器の操作経路パターンを示す例の図である。図４（ｃ）は、ステアリング２０の回転角がゼロの場合の力覚付与型入力装置１００の操作ノブ１２０の経路パターンを示す図である。図４（ｄ）は、ステアリング２０の回転角がθ（≠０）の場合の力覚付与型入力装置１００の操作ノブ１２０の経路パターンを示す図である。 図５は、第２の実施の形態に係る車載機器制御装置１とこれに関係する周辺装置の接続関係を示す構成図である。 図６は、第２の実施の形態の制御部３００および判断部３０１における制御フローを示す図である。
符号の説明
１ 車載機器制御装置
１０ 車両
２０ ステアリング
２１ ステアリングシャフト
２２ 舵角センサ
３０ 表示モニタ
４０ インスツルメントパネル
１００ 力覚付与型入力装置
１０１ 操作ノブ
１１０ ベース
１１１ カバー
１２０ 操作ノブ
１２５ ２次元球面軸受
１３０ ノブシャフト
１４０ Ｘキャリッジ
１５０ Ｙキャリッジ
１６０ ボイスコイルモータ
１６１ ボイスコイル
１６２ 導電線材
１６５ 磁気回路
１６６ マグネット
１６７ ヨーク
１７０ リニアポテンショメータ
２００ 記憶部
２０１ モニタ表示データ
２０２ 操作経路データ
２０３ 判断データ
３００ 制御部
３０１ 判断部

Claims (3)

  1. 力覚を付与しながら所定の操作経路で車両に搭載された車両機器の遠隔操作を行なう前記車両のステアリングに装着された力覚付与型入力装置と、
    前記力覚付与型入力装置の入力操作を所定の操作経路で行なうための操作経路データが記憶された記憶部と、
    前記車両のステアリングの回転に応じて出力される回転角検出信号と前記記憶部の前記操作経路データから、前記力覚付与型入力装置の前記所定の操作経路データを変換する演算処理を行ない、前記ステアリングが回転しても一定の操作経路パターンを操作方向がステアリングが回転していない状態と同じとなるよう前記力覚付与型入力装置に力覚の付与を行なう制御部と、
    を有することを特徴とする車載機器制御装置。
  2. 前記制御部は、前記回転角検出信号と所定の閾角との比較を行い、この比較結果に基づいて前記演算を行なうか否かの判断を行う判断部、を有することを特徴とする請求項１に記載の車載機器制御装置。
  3. 前記制御部は、前記車両の走行速度と所定の閾速度との比較を行い、この比較結果に基づいて前記演算を行なうか否かの判断を行う判断部、を有することを特徴とする請求項１に記載の車載機器制御装置。
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