(57)【要約】【課題】ステアリングに配置された入力装置の操作フィーリングの変化を抑制する。【解決手段】入力装置１００は、車両に搭載される。可動部１１は、車両のステアリング２に設けられる。外力取得部３５は、可動部１１に加えられる外力を取得する。反力発生部３１は可動部１１に操作力が入力されたときに、可動部１１に対して反力を加える。決定部３７は、反力発生部３１により可動部１１に加えられる反力を決定する。反力制御部３６は、決定部３７により決定された反力に基づいて、反力発生部３１の動作を制御する。また決定部３７は、少なくとも、可動部１１の位置と、外力と、に基づいて、反力を決定する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載される入力装置（１００）であって、
前記車両のステアリング（２）に設けられ、操作力が入力されることにより所定の操作範囲を変位可能に構成された可動部（１１）と、
前記可動部に加えられている力であって、前記操作力以外の力である外力の状態を取得するように構成された外力取得部（３５）と、
前記可動部に前記操作力が入力されたときに、前記可動部に対して反力を加えるように構成された反力発生部（３１）と、
前記反力発生部により前記可動部に加えられる前記反力を決定するように構成された決定部（３７）と、
前記決定部により決定された前記反力に基づいて、前記反力発生部の動作を制御するように構成された反力制御部（３６）と、を備え、
前記決定部は、少なくとも、前記操作範囲における前記可動部の位置と、前記外力取得部により取得された前記外力の状態と、に基づいて、前記反力を決定するように構成されている、入力装置。
【請求項２】
請求項１に記載の入力装置であって、
前記外力には、少なくとも、前記可動部の自重落下力が含まれ、
前記外力取得部は、前記ステアリングの舵角に基づいて前記可動部に加わる自重落下力の大きさ及び方向を取得する、入力装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の入力装置であって、
前記決定部は、前記可動部に加えられる外力の方向と反対方向に向かって、前記反力発生部により前記可動部に加えられる前記反力が強くなるように、前記反力を決定するように構成されている、入力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、操作力が入力される入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、入力装置として、変位可能な操作ノブに操作反力を加えることで指などに触覚フィードバックを加える技術が知られている。例えば、下記特許文献１には、車両のセンターコンソールに配置される操作ノブに対し、２つのリニアボイスコイルモータを用いて２軸の操作反力を発生させる技術が開示されている。また特許文献１では、入力装置が傾斜して配置された場合でも操作方向によって操作フィーリングが変化しないように、自重による下向きの力の影響の低減を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１６７２４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、発明者の詳細な検討の結果、ステアリングに上述した入力装置を配置した場合、ステアリングを回転させることにより入力装置も回転するため、入力装置を基準としたときに自重が加わる方向が変化してしまうという課題が見出された。
【０００５】
本開示の１つの局面は、ステアリングに配置された入力装置の操作フィーリングの変化を抑制することができる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一態様による入力装置（１００）は、車両に搭載され、可動部（１１）と、外力取得部（３５）と、反力発生部（３１）と、決定部（３７）と、反力制御部（３６）と、を備える。
【０００７】
可動部は、上記車両のステアリング（２）に設けられ、操作力が入力されることにより所定の操作範囲を変位可能に構成されている。外力取得部は、上記可動部に加えられている力であって、上記操作力以外の力である外力の状態を取得するように構成されている。反力発生部は、上記可動部に上記操作力が入力されたときに、上記可動部に対して反力を加えるように構成されている。決定部は、上記反力発生部により上記可動部に加えられる上記反力を決定するように構成されている。反力制御部は、上記決定部により決定された上記反力に基づいて、上記反力発生部の動作を制御するように構成されている。
【０００８】
そして、上記決定部は、少なくとも、上記操作範囲における上記可動部の位置と、上記外力取得部により取得された上記外力の状態と、に基づいて、上記反力を決定するように構成されている。
【０００９】
このような構成によれば、可動部に加わる外力に基づいて反力が変化する。よって、外力の影響を低減して、ステアリングに配置された入力装置の操作フィーリングの変化を抑制することができる。
【００１０】
なお、この欄及び特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本開示の技術的範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】ステアリングに配置された入力装置を示す図である。
【図２】入力装置を示すブロック図である。
【図３】ステアリングの舵角に応じた、ステアリングを基準とした自重落下力の変化を説明する図である。
【図４】反力調整方法を説明する図である。
【図５】反力生成処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図６】自重落下力による反力調整方法の変形例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態を説明する。
［１．実施形態］
［１−１．構成］
図１に本開示の実施形態による入力装置１００を示す。入力装置１００は車両のステアリング２に搭載される。また入力装置１００は、車両の運転者が車両の操舵を行うためにステアリング２を握ったときに、運転者の指、特に親指が届き易く、親指により入力可能な範囲に可動部１１を配置させている。
【００１３】
なお可動部１１とは、入力装置１００における運転者による操作により変位する部分の全体を指す。言い換えると、ステアリング２に対して運転者の操作力の入力によって変位可能な部分が可動部１１である。
【００１４】
ステアリング２は、外周が環状に形成された一般的なステアリングホイールである。
可動部１１は、表側（運転者側）に円板形状の当接面を有しており、ステアリング２の外周の環状体が存在する平面に沿って、所定の操作範囲で変位可能に構成されている。本実施形態において操作範囲は正方形の範囲であるが、その範囲の形状は特に限定されない。可動部１１は、運転者が操作力を入力しないときは、操作範囲の中央に位置するように構成されている。運転者の手Ｈ等によって可動部１１に操作力が入力されると、可動部１１は入力された操作力の方向に変位する。
【００１５】
図２に、入力装置１００を含む車載システム１を示す。
ナビゲーション装置２０は、車両のインストルメントパネル内に設置され、運転席に向けて配置される表示画面２２を有するディスプレイ２１と、ディスプレイ２１が表示する画像を描画する表示制御部２３を備える。可動部１１に操作力が入力されると、表示画面２２の表示が変化する。例えば、表示画面２２には、所定の機能が関連付けられた複数のアイコン、及び任意のアイコンを選択するためのポインタ等が表示されている。上述した可動部１１の操作により、ポインタは、操作力の入力方向に対応した方向に、表示画面２２上を変位する。
【００１６】
舵角センサ２５は、ステアリング２の舵角（操舵角）に応じた信号を出力する。
入力装置１００は、通信バス９０を通じて、離れて位置するナビゲーション装置２０及び舵角センサ２５と通信可能とされている。また入力装置１００は、入力装置１００の外部に配置されたバッテリ９５等と接続されており、各構成の作動に必要な電力を、バッテリ９５から供給される。
【００１７】
入力装置１００は、可動部１１の他に、反力発生部３１及び制御部３２を含む。
反力発生部３１は、可動部１１に対し、入力された操作力に対する反力である操作反力を加える機構を有している。反力発生部３１は、具体的には、Ｘ軸／Ｙ軸アクチュエーターとしての複数のボイスコイルモータ等を含んでおり、２軸方向に反力を発生することができる。反力発生部３１は、例えば表示画面２２上においてポインタがアイコンと重なる際に、反力を可動部１１に印加することで、所謂、反力フィードバックにより、擬似的なアイコンの触感を操作者に惹起させる。
【００１８】
なお以下の説明において、反力発生部３１が発生させる反力を含めた、操作者である運転者が可動部１１から受ける力を触覚フィードバック力と記載する。
なお、反力発生部３１の具体的な構成は特に限定されず、公知の様々な機構を採用することができる。
【００１９】
制御部３２は、ＣＰＵと、例えば、ＲＡＭ又はＲＯＭ等の半導体メモリと、を有する図示しないマイクロコンピュータを備える。制御部３２の各機能は、ＣＰＵが非遷移的実体的記録媒体に格納されたプログラムを実行することにより実現される。この例では、半導体メモリが、プログラムを格納した非遷移的実体的記録媒体に該当する。また、このプログラムが実行されることで、プログラムに対応する方法が実行される。なお、制御部３２は、１つのマイクロコンピュータを備えてもよいし、複数のマイクロコンピュータを備えてもよい。
【００２０】
制御部３２は、通信制御部３３、操作検出部３４、外力取得部３５、反力制御部３６、及び決定部３７、などを備える。制御部３２に含まれる各部の機能を実現する手法はソフトウェアに限るものではなく、その一部又は全部の機能は、一つあるいは複数のハードウェアを用いて実現されてもよい。例えば、上記機能がハードウェアである電子回路によって実現される場合、その電子回路は、デジタル回路、又はアナログ回路、あるいはこれらの組合せによって実現されてもよい。
【００２１】
通信制御部３３は、操作検出部３４などによって処理された情報を通信バス９０に出力する。加えて通信制御部３３は、舵角センサ２５などの他の車載装置から通信バス９０に出力された情報を取得する。
【００２２】
操作検出部３４は、可動部１１の位置を検出する。可動部１１は操作力の入力によって変位するため、操作検出部３４は随時位置情報を検出している。操作検出部３４は、検出した可動部１１の位置を示す操作情報を、決定部３７に出力するとともに、通信制御部３３を通じて通信バス９０に出力する。
【００２３】
外力取得部３５は、可動部１１に加えられている力であって、運転者による操作力以外の力である外力の状態を取得する。外力の状態とは、可動部１１に加わる外力の方向及び大きさを意味する。本実施形態では、外力として、可動部１１の自重落下力を取得する。可動部１１の自重落下力は、ステアリング２の舵角に基づいて取得される。ステアリング２の舵角は、通信バス９０を介して取得された舵角センサ２５からの信号に基づいて算出される。自重落下力の詳細は後述する。
【００２４】
反力制御部３６は、決定部３７から取得する反力情報に基づいて反力発生部３１の動作を制御し、それにより、反力発生部３１から可動部１１に印加される反力の方向及び強さを制御する。なお、反力の方向は、可動部１１の変位可能な方向、すなわちステアリング２の外周の環状体が存在する平面（ＸＹ平面）に沿ったいずれかの方向である。
【００２５】
決定部３７は、操作検出部３４により取得された操作範囲における可動部１１の位置と、外力取得部３５が取得した外力の状態と、に基づき、可動部１１に加えるべき反力を演算して決定し、演算結果を反力情報として反力制御部３６に出力する。ここで決定される反力とは、反力発生部３１が発生する反力の方向および強さである。
【００２６】
［１−２．反力制御］
次に、入力装置１００が出力する反力の具体的な制御例について説明する。
まず、本実施形態が解決する課題を説明する。図３に示すステアリング２Ａは、舵角がない場合を示している。なお本実施形態では、ステアリングの拡がる平面であるＸＹ平面についてのみ考える。ステアリングの左右方向をＸ軸、前後方向をＹ軸とする。
【００２７】
ステアリング２は、通常、前方が後方よりも高い位置となるように配置される。そのためステアリング２Ａにおいて、可動部１１には後方向きの自重落下力６１が生じる。なお自重落下力とは、可動部１１に加わる重力のうち、可動部１１の変位可能な方向に関する成分の力（つまりＸＹ平面上の力）を意味する。
【００２８】
そのため、ステアリング２Ａにおいて、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に同一の反力を加えたときに、Ｙ軸方向の上向きの反力は自重落下力６１が減算され、実際に運転者が受ける力が小さくなってしまう。一方、Ｙ軸方向下向きの反力は自重落下力６１が加算され、実際に運転者が受ける力が大きくなってしまう。よって、運転者に与えたい目標となる目標反力に対して、実際に与える力が不均一となる。
【００２９】
この場合は、Ｙ軸方向の反力を調整することで、自重落下力６１の影響を低減し、触覚フィードバック力の均一化を図ることが考えられる。つまり、Ｙ軸アクチュエーターの駆動のみを制御することで均一化を図ることができる。
【００３０】
ステアリング２Ｂは、舵角がある場合を示している。ステアリング２Ｂでは、ステアリング２Ａの場合とは異なり、自重落下力６１がＹ軸方向のみでなく、Ｘ軸方向についても影響を与えてしまう。したがって、可動部１１に対する自重落下力６１の影響を低減するためにはＹ軸方向の力の調整だけでは十分でなく、Ｘ軸アクチュエーターの駆動も制御する必要が生じる。
【００３１】
よって、ステアリング２の舵角から自重落下力６１の方向を求め、Ｘ軸、Ｙ軸それぞれに適切な反力の調整を行う。
図４を用いて具体例を説明する。図４は以下のような状況及び設定である。
ステアリング２Ｃの舵角：θ= 45°
可動部重量：m = 0.03kg
重力加速度：g = 9.8m/S2
目標触覚フィードバック力：1.0 [N]
【００３２】
なお、目標触覚フィードバック力は、各軸方向それぞれ均一とする。自重落下力Fownのうち、FownのX成分をFown-Xとし、FownのY成分をFown-Yとすると、各値は以下のようになる。なお以下の計算では、ステアリングのＸＹ平面が鉛直方向に広がる平面であると仮定する。言い換えると、Ｚ軸が水平に配置されている。
Fown = mg = 0.03 x 9.8 = 0.3[N]
Fown-X = 0.3 x cos45° = 0.3 x 0.71 = 0.21 [N]
Fown-Y = 0.3 x sin45° = 0.3 x 0.71 = 0.21 [N]
【００３３】
ここで、各方向に1.0[N]の触覚フィードバック力を与えるために必要な反力は、以下のようになる。
FX+ = 1.0 + 0.21 = 1.21[N]
FX- = 1.0 - 0.21 = 0.79[N]
FY+ = 1.0 + 0.21 = 1.21[N]
FY- = 1.0 - 0.21 = 0.79[N]
上記の力を発生させるような反力を発生させると、目標通り各軸方向に1.0[N]の触覚フィードバック力を付与することが出来る。
【００３４】
次に、入力装置１００の決定部３７が実行する反力生成処理について、図５のフローチャートを用いて説明する。
まず、Ｓ１では、決定部３７は、目標とする触覚フィードバック力を計算する。ここでは、操作力が入力されて変位した可動部１１の位置、表示画面２２に表示されるカーソルの位置、に基づいて、目標触覚フィードバック力の方向および大きさを計算する。例えば、カーソルがアイコンに接近したとき、一定の距離までは徐々に反力が強くなり、カーソルをアイコン上に移動させにくくなる。しかしながら、カーソルがアイコンと重なるなど一定の距離よりも近づくと、カーソルがアイコンの中心に合うように指が移動しやすくなるように、急激に反力を弱めたり、カーソルがアイコンの中心に移動するように力を加えたりする。この場合、アイコンからカーソルを離す際には反力を受ける。もちろん、ここで説明した反力は一例に過ぎず、様々な力を加えることができる。
【００３５】
Ｓ２では、外力取得部３５は、舵角センサ２５の出力に基づいてステアリング２の舵角を取得する。取得された舵角の情報は決定部３７に出力される。
Ｓ３では、決定部３７は、自重落下力を計算する。ステアリング２のＸＹ平面における自重落下力はチルト角度によって定まるため、チルト角度から自重落下力を求める。チルト角度は所定の値であってもよいし、チルト角度を検出するセンサの出力に基づいてチルト角度を取得してもよい。
【００３６】
Ｓ４では、決定部３７は、自重落下力をＸ軸／Ｙ軸に分解する。Ｘ軸とＹ軸は、各軸のアクチュエーターの駆動方向である。
Ｓ５では、決定部３７は、Ｘ軸アクチュエーター及びＹ軸アクチュエーターそれぞれについて、目標触覚フィードバック力から自重落下力を差し引いた反力を計算する。
【００３７】
Ｓ６では、決定部３７は、反力制御部３６に、Ｓ５にて求めた計算後の反力を反力発生部３１に出力させるように指示する。これにより、反力発生部３１にて反力が生成され、運転者は適切な反力を受けることができる。
【００３８】
［１−３．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１ａ）車載システム１では、ステアリング２の舵角に応じて、反力が変化する。よって、運転者は、ステアリング２の舵角に応じた適切な触覚フィードバック力を可動部１１から受けることができ、舵角の変化に伴う入力装置１００の操作フィーリングの変化を抑制することができる。
【００３９】
（１ｂ）車載システム１では、ステアリング２の舵角に応じた自重落下力の変化を計算して反力を調整するため、その時点の舵角における自重落下力を高い精度で取得することができる。
【００４０】
（１ｃ）車載システム１では、いずれの方向に可動部１１を変位させる場合であっても、目標となる触覚フィードバック力が同じであれば、同じ触覚フィードバック力となるように反力を調整する。
【００４１】
具体的には、決定部３７は、可動部１１に加えられる外力の方向と反対方向に向かって、反力発生部３１により可動部１１に加えられる反力が強くなるように、反力を決定する。言い換えると、可動部１１に加えられる外力を打ち消すように、反力を調整する。よって、運転者は均一の操作フィーリングを得ることができる。
【００４２】
［２．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。
【００４３】
（２ａ）上記実施形態では、外力取得部３５が、外力として舵角により定まる自重落下力を取得し、決定部３７が可動部１１の位置と外力とに基づいて反力を決定する構成を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、車両の走行（加速、減速、転回など）により受ける前後左右，ロール，ピッチ，ヨーの各方向の加速度、ステアリングの回転により生じる遠心力など、様々な情報を外力として取得し、その外力に基づいて反力を調整するように構成されていてもよい。
【００４４】
（２ｂ）上記実施形態では、ステアリングの舵角を舵角センサ２５から通信バス９０を介して取得する構成を例示した。しかしながら、例えば上記（２ａ）で示したように加速度や遠心力を取得する場合などは、入力装置１００に実装された加速度センサ、ジャイロセンサなどにより加速度や遠心力などを取得するように構成されていてもよい。
【００４５】
（２ｃ）上記実施形態では、操作フィーリングの均一化を目的として、可動部１１の受ける外力を打ち消すように反力を調整する構成を例示した。しかしながら、可動部１１に加わる外力に基づいて反力を調整するものであれば、その調整の目的は上述した目的に限定されず、様々な目的のために本開示の構成を用いることができる。例えば、外力が大きいときには、外力が小さいときよいも反力を大きくすることができる。また逆に、外力が大きいときに反力を小さくしてもよい。
【００４６】
（２ｄ）上記実施形態では、ステアリング２のＸＹ平面方向の力について、反力及び外力を考慮する構成を例示した。しかしながら、３次元的に外力を取得して、３次元的に反力を調整するように構成されていてもよい。例えば、入力装置１００はチルト角を取得可能なチルト角取得部を備えており、図６に示されるように、FownをFown-X，Fown-Y，Fown-Zの３次元的な成分に分解して反力を調整するように構成されていてもよい。
【００４７】
（２ｅ）上記実施形態では、運転者が指で接触する部分が円板形状である可動部１１がステアリング２における運転者側を向く面に配置される構成を例示した。しかしながら、可動部の形状は特に限定されず、また、可動部１１が配置される位置も特に限定されない。例えば、可動部は棒状であってもよいし、可動部がステアリングの背面やリング状部分の側面に設けられていてもよい。
また、上記実施形態では外周がリング状であるステアリング２に入力装置１００が設けられる構成を例示したが、ステアリングの形状は特に限定されない。
【００４８】
（２ｆ）上記実施形態では、可動部１１は親指を配置することができる構成を例示した。しかしながら、可動部は、親指以外の指、つまり人差し指や中指などで操作が可能に構成されていてもよい。
【００４９】
（２ｇ）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。
【００５０】
（２ｈ）上述した入力装置１００の他、当該入力装置１００を構成要素とする車載システム１、当該入力装置１００の制御部３２としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した半導体メモリ等の非遷移的実態的記録媒体、反力発生方法など、種々の形態で本開示を実現することもできる。
【符号の説明】
【００５１】
１…車載システム、２…ステアリング、１１…可動部、３１…反力発生部、３５…外力取得部、３６…反力制御部、３７…決定部、１００…入力装置
【図１】
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【図２】
2019109609.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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