(57)【要約】【課題】車載機器の操作を行うための操作入力部（スイッチ）自体に、乗員に対して視覚的な情報伝達機能を持たせる。【解決手段】ノブ１１はディスプレイに表示される種々の車載機器の操作画面に連動して乗員がｘｙ方向に移動、操作することにより車載機器の操作を行う。乗員がノブ１１に触れていないときには、ノブ移動モードとなり、制御装置により駆動されるＤＣモータ１５、１９によりノブ１１は所定の駆動パターンでｘｙ方向に運動する。この駆動パターンは、ディスプレイに表示される複数の画像にそれぞれ対応して予め設定することができる。乗員は、特にノブを注視しなくても、ノブの動きを視界内に捉えることができ、このノブの動きにより車載機器の状態についての情報を容易に認識することができる。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の乗員の操作入力部（１１）に対する操作に基づき車載機器（３６、３７、３８、３９）を操作する操作デバイス（１０）であって、
前記操作入力部を少なくとも１自由度の運動方向に駆動する駆動部（１５、１９、１００、２０１、２０２、２０３、２０４、２０６、２０７、２０８、２０９）と、
前記操作入力部への前記乗員による操作の非入力状態において前記駆動部を制御する制御装置（３０、３１、３２、３４）と、を備えることを特徴とする車両用操作デバイス。
【請求項２】
前記操作入力部と前記駆動部とは連結部材（１３）により連結され、前記駆動部が前記連結部材を駆動することにより、前記操作入力部が運動することを特徴とする請求項１に記載の車両用操作デバイス。
【請求項３】
前記車載機器は複数の機器により構成され、
前記制御装置には、前記複数の車載機器の作動状態を前記車載機器毎に切り替えて表示する表示装置（３５）が接続され、
前記制御装置は、前記表示の切り替えに同期して前記駆動部の制御を切り替えることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用操作デバイス。
【請求項４】
前記駆動部は、前記操作入力部を２自由度の運動方向に駆動することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の車両用操作デバイス。
【請求項５】
前記操作入力部は、前記駆動部により該操作入力部が駆動されているときに発光する発光素子（１２、１２０）を備えていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の車両用操作デバイス。
【請求項６】
前記制御装置は、前記車載機器の作動状態に応じて前記操作入力部に所定パターンの運動を行わせることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の車両用操作デバイス。
【請求項７】
前記制御装置は、前記車両が停車状態もしくは所定速度以下の低速走行状態であるとき前記操作入力部に所定パターンの運動を行わせることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の車両用操作デバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用操作デバイスに関するもので、特に、空調装置やオーディオ装置あるいはナビゲーション装置等の車載機器の操作を行うデバイスに用いて好適である。
【０００２】
【従来の技術】
近年、車両のＩＴ化および運転支援ニーズなどにより、車載機器の操作スイッチの数が増加する傾向にあるが、これらの操作スイッチを限られた大きさのインパネ上へレイアウトすることが困難になっている。このため、ディスプレイ装置への表示画面と連動する集中操作スイッチが用いられ、これにより各車載機器の操作スイッチを分かりやすく、また、ユーザに親しみやすくしている。
【０００３】
しかし、車載機器とそれを操作する乗員との間のインターフェース、特に乗員の車載機器からの情報認識の容易性の面ではまだ不十分であり、改善の余地があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記点に鑑みて、車載機器の操作を行うための操作入力部（スイッチ）自体に、乗員に対して視覚的な情報伝達機能を持たせることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、車両の乗員の操作入力部（１１）に対する操作に基づき車載機器（３６、３７、３８、３９）を操作する操作デバイス（１０）であって、前記操作入力部を少なくとも１自由度の運動方向に駆動する駆動部（１５、１９、１００、２０１、２０２、２０３、２０４、２０６、２０７、２０８、２０９）と、前記操作入力部への前記乗員による操作の非入力状態において前記駆動部を制御する制御装置（３０、３１、３２、３４）と、を備えることを特徴とする。
【０００６】
この発明によれば、車載機器を操作するための操作入力部を、乗員により操作されていない非入力状態において少なくとも１自由度の運動方向に移動するよう駆動するので、乗員からは操作入力部の動きとして車載機器の状態を容易に把握でき、情報の認知性を高めることができる。すなわち、本発明は、操作入力部の動きにより乗員に情報を与えるので、乗員が例えば運転操作中に操作入力部を注視していない状態であっても、乗員は視界内に操作入力部の動きを捉えやすいという人間の生理能力を効果的に利用している。
【０００７】
なお、請求項２に記載のように、前記操作入力部と前記駆動部とを連結部材（１３）により連結し、前記駆動部が前記連結部材を駆動することにより、前記操作入力部が運動するようにすれば、操作入力部の動きをより大きくすることができる。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、前記車載機器は複数の機器により構成され、前記制御装置には、前記複数の車載機器の作動状態を前記車載機器毎に切り替えて表示する表示装置（３５）が接続され、前記制御装置は、前記表示の切り替えに同期して前記駆動部の制御を切り替えることを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、車載機器が複数ある場合には、表示装置により各車載機器の状態を切り替えて表示させるとともに、この表示の切り替えに同期して操作入力部の駆動制御を切り替えて行うことにより、各車載機器毎にその車載機器の状態を乗員に伝達することができる。
【００１０】
なお、前記駆動部は、請求項４に記載のように、前記操作入力部を２自由度の運動方向、すなわち、２次元方向に駆動することにより、操作入力部は複雑な動きが可能になり、乗員に対して豊富な情報を与えることができる。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、前記操作入力部は、前記駆動部により該操作入力部が駆動されているときに発光する発光素子（１２、１２０）を備えていることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、操作入力部が駆動中に発光可能な発光素子を備えているので、乗員の操作入力部の動きの認識を容易にすることができる。特に、夜間等、車室内が暗い状態で効果が大きい。
【００１３】
前記制御装置は、請求項６に記載のように前記車載機器の作動状態に応じて、あるいは請求項７に記載のように前記車両が停車状態もしくは所定速度（たとえば時速５ｋｍ）以下の低速走行状態であるとき、前記操作入力部に所定パターンの運動を行わせることができる。
【００１４】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、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る。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の操作デバイスの実施形態について図面を参照して説明する。図１は、操作デバイス１０の外観斜視図であり、図２は操作デバイス１０の駆動部の機構を表す斜視図である。
【００１６】
操作デバイス１０は、図示しない車室内のインパネの適宜箇所に配置され、乗員が操作入力部としてのノブ１１を動かすことにより、後述する車載機器に対して操作入力が与えられる。なお、操作デバイス１０の可動機構は、従来よりゲーム機用のジョイスティックなどでよく知られている構造を備えたものであり、以下では簡単に説明する。
【００１７】
ノブ１１は操作デバイス１０が備える可動プレート１４より立設する連結部材としてのレバー１３の先端に結合されている。ノブ１１の頂上部分には発光素子（ＬＥＤ）１２が設けられている。
【００１８】
レバー１３の下端部にはレバー１３およびノブ１１をｘ方向およびｙ方向にそれぞれ駆動する駆動部としてのＤＣモータ１５、１９およびギア１６ａ、１６ｂ、２０ａ、２０ｂが配置されている。ＤＣモータ１５はギア１６ａおよび１６ｂを介してｘ方向駆動軸１８を回転し、これによりレバー１３およびノブ１１はｘ方向駆動軸１８を回転中心としてｘ方向に駆動される。このとき、ロータリーエンコーダ１７がｘ方向駆動軸１８の回転角、すなわちノブ１１のｘ座標を検出する。
【００１９】
同様に、ＤＣモータ１９はギア２０ａおよび２０ｂを介してｙ方向駆動軸２２を回転し、これによりレバー１３およびノブ１１はｙ方向駆動軸２２を回転中心としてｙ方向に駆動される。このとき、ロータリーエンコーダ２１がｙ方向駆動軸２２の回転角、すなわちノブ１１のｙ座標を検出する。
【００２０】
このようなノブ１１の駆動は、乗員がノブ１１を操作しない状態、すなわち車載機器の操作の非入力状態で行われる（ノブ移動モード）。
【００２１】
これに対し、乗員が車載機器を操作するためにノブ１１にｘ方向または／およびｙ方向の力（操作力）を与えるとき、ロータリーエンコーダ１７、２１で検出されるｘｙ座標に応じてＤＣモータ１５および１９のトルクを制御して、乗員が与える操作力に対する反力を発生すること（反力発生モード）ができる。すなわち、ＤＣモータ１５および１９はノブ１１の反力発生装置としても機能させることができる。
【００２２】
なお、ノブ移動モードと反力発生モードとの切り替えは、次のように行われる。乗員がノブ１１に触れるまでの間、すなわち乗員による非入力状態の間、ノブ移動モードが保持される。そして、乗員が一旦ノブ１１に触れると、反力発生モードに移行し、乗員がノブ１１より手を離して後所定時間経過すると再びノブ移動モードに移行する。
【００２３】
図３は、本実施形態の機能ブロック図である。本実施形態の操作デバイス１０は制御マイコン３２を備えている。制御マイコン３２には、ノブ１１のｘ座標およびｙ座標を出力するロータリーエンコーダ１７および２１が接続されている。
また、制御マイコン３２は、ｘ軸の駆動回路３０およびｙ軸の駆動回路３１に指令値を与え、さらに駆動回路３０および３１はそれぞれ指令値に基づきＤＣモータ１５および１９を駆動する。
【００２４】
制御マイコン３２には、通信Ｉ／Ｆ部３３が接続され、この通信Ｉ／Ｆ部３３を介して描画ＥＣＵ３４との間でノブ１１の座標値およびノブ１１の駆動パターンの送受信を行う。
【００２５】
また、制御マイコン３２には、ＬＥＤ１２が接続され、ＬＥＤ１２は、制御マイコン３２により、少なくともノブ移動モードの間、点灯し、ノブ１１の移動状態をより視覚的に乗員に伝達する。なお、制御マイコン３２には、車速信号（図示せず）が入力され、車両の停止状態の判断ができるようになっている。
【００２６】
描画ＥＣＵ３４には、車載機器としてのナビゲーション装置を制御するナビＥＣＵ３６、オーディオ装置を制御するオーディオＥＣＵ３７、空調装置を制御するエアコンＥＣＵ３８、自動料金収受装置を制御するＥＴＣ３９、などが接続されている。
【００２７】
また、描画ＥＣＵ３４は、インパネ（図示せず）に配置されたディスプレイ３５が接続され、ディスプレイ３５が表示すべき画像情報を与えて、ディスプレイ３５に描画する。この画像情報は、各車載機器の作動状態や操作スイッチなどを表示する操作パネル画像であり、各車載機器からの情報に基づき所定時間毎、あるいは割込みにより、切り替えて表示される。
【００２８】
したがって、各車載機器の操作は、このディスプレイ３５に描画される操作パネル画像上で、乗員によるノブ１１の移動、操作と連動して行われる。例えば、エアコン操作パネル画像では、エアコンＥＣＵ３８に対して目標温度、吹出し口、吹出し風量などを設定できるとともに、現在の空調装置の作動状態が表示される。また、ディスプレイ３５の表示は、例えばエアコン操作パネル画像から、ナビＥＣＵ３６による地図画像などに適宜切り替えられる。
【００２９】
さらに描画ＥＣＵ３４は、制御マイコン３２より送信されるノブ１１の座標情報に基づき、ディスプレイ３５の画面内のどのスイッチが操作されたかを判断し、その操作内容に基づき各車載機器に対して各種制御の実行を要求する。
【００３０】
また、描画ＥＣＵ３４には、ディスプレイ３５に描画される画面毎に、予めノブ移動モードにおけるノブ１１の駆動パターンが設定されており、描画ＥＣＵ３４はこの駆動パターンを制御マイコン３２に送信する。
【００３１】
制御マイコン３２は命令を受け取ると予めプログラムされたノブ移動モードにおける駆動パターンに基づき、ノブ１１を動かす指令値を駆動回路３０、３１へ出力する。
【００３２】
次に、本実施形態のノブ移動モードにおける作動手順について、図４および図５のフローチャートに基づき説明する。図４は、本実施形態の操作デバイス１０の制御マイコン３２の作動手順を示している。
【００３３】
初期化（ステップＳ１００）後、ステップＳ１１０でロータリーエンコーダ１７よりノブ１１のｘ座標を読み込み、ステップＳ１２０でロータリーエンコーダ２１よりノブ１１のｙ座標を読み込む。ステップＳ１３０で、読み込んだｘｙ座標を描画ＥＣＵ３４へ送信する。この座標送信は常時行われている。
【００３４】
ステップＳ１４０で、描画ＥＣＵ３４からのノブ１１の駆動パターンを受信し、ステップＳ１５０およびＳ１６０でこの駆動パターンを実現するためのｘ方向の移動量および移動速度、ｙ方向の移動量および移動速度をそれぞれ計算する。そして、ステップＳ１７０で、計算された移動量および移動速度に基づき駆動回路３０、３１に対して指令値を出力する。
【００３５】
一方、描画ＥＣＵ３４は、図５のフローチャートに示される手順で作動する。
初期化（ステップＳ２００）後、ステップＳ２１０で、制御マイコン３２から送信されるノブ１１のｘ、ｙ座標を受信する。ステップＳ２２０では、各車載機器からの情報に基づきディスプレイ３５の描画制御を行う。ステップＳ２３０で、ディスプレイ３５に描画する画面が、別の画面に更新されたか否かを判定し、更新がなければステップＳ２１０へ戻って操作を繰り返し、更新があればＳ２４０へ移行する。
【００３６】
ステップＳ２４０では、更新された画面に対応して予め設定されているノブ１１の駆動パターンを制御マイコン３２へ送信したのち、ステップＳ２１０へ戻って操作を繰り返す。
【００３７】
次に、ノブ移動モードにおけるノブ１１の駆動パターンについて説明する。図６は、駆動パターンの例を示しており、同図（ａ）はｘｙ面上で大きく円旋回するパターンであり、同（ｂ）はｘ方向（またはｙ方向）のみに往復運動するパターン、また同（ｃ）は八の字（∞形状）の軌跡で運動するパターンである。これらの駆動パターンは、ｘ方向およびｙ方向の駆動軸１８および２２をそれぞれ回転するＤＣモータ１５および１９の駆動信号を、それぞれ図７（ａ）〜（ｃ）に示すパターンとして設定することにより実現できる。なお、図７に例示するパターンにおいて、時間ｔに対するｘ、ｙ座標の変化速度を変化させることにより、緩やかな運動から素早い運動までノブ１１の移動速度を変化させることができる。
【００３８】
これらの駆動パターンは、乗員に対して提示すべき車載機器の状態に関する情報に応じて、次のように設定することができる。
【００３９】
ナビＥＣＵ３６等が音声認識機能を有しているような場合、乗員が予め設定した機器の名称を呼びかけて音声認識システムが応答したことを、ノブ１１を大きく回転させることにより乗員に提示する。あるいは、ノブ１１を八の字や星形（☆形状）のような一筆書き模様のパターンで駆動してもよい。
【００４０】
また、車載機器の入力待ち状態を提示する場合や操作入力に対する車載機器の応答を提示する場合には、旋回運動や八の字軌跡をゆっくりした動きで提示するのが望ましく、一方、乗員に対して警告やエラーを提示する場合には、星形軌跡や左右首振り運動を素早く行わせることが望ましい。
【００４１】
さらに、ナビＥＣＵ３６に対してナビゲーション装置の目標地設定がなされている場合に、例えば次の交差点で車両が曲がるべき方向へノブ１１を傾けるといったノブ移動を行うことで、認知性の向上とエンターテインメント性の向上が可能となる。なお、このような情報提示は、運転操作の妨げにならないよう、信号待ちなどの車両停車状態もしくは所定速度（たとえば時速５ｋｍ）以下の低速走行状態中に行うことが効果的である。
【００４２】
以上のように本実施形態は、車載機器への操作入力部であるノブ１１が非入力状態にあるとき、すなわち乗員がノブ１１に触れていない間に、ディスプレイ３５に表示された車載機器の状態を示す画像に応じた駆動パターンでノブ１１を運動させるので、乗員にとって車載機器の状態を容易に把握でき、情報の認知性を高めることができる。このように、本実施形態は、ノブ１１の動きにより乗員に情報を与えるので、乗員が例えば運転操作中にノブ１１やディスプレイ３５を注視していない状態であっても、乗員は視界内にノブ１１の動きを的確に捉えることができる。
【００４３】
更に、ノブ１１の頂上部には、少なくともノブ移動モードにおいて点灯するＬＥＤ１２を設けているので、ＬＥＤ１２の光によりノブ１１の動きを更に認識しやすくすることができる。特に、夜間など車室内が暗い状態でノブ１１の動きを認識する上で効果が大きい。
【００４４】
また、ノブ移動モードにおけるノブ１１の駆動パターンは、ディスプレイ３５に描画される画像毎に軌跡形状や動きの速度を種々に変えて設定できるので、乗員に豊富な情報を提示することができる。
【００４５】
そして、操作デバイス１０の反力発生モードにおける乗員への触覚を通しての情報伝達とあいまって、乗員に豊富な情報伝達を可能にしている。
【００４６】
（他の実施形態）
操作デバイスとして、次のような実施形態のものを用いることができる。
【００４７】
図８は、１自由度の操作デバイスの例を示している。ノブ１１はレバー１３の先端に設けられている。レバー１３は、ロータリーエンコーダ１０２の回転軸に一体に設けられている。またロータリーエンコーダ１０２の軸にはギア１０１ｂが設けられている。このロータリーエンコーダ１０２のギア１０１ｂを回転駆動するギア１０１ａがＤＣモータ１００の軸に設けられている。ＤＣモータ１００は、操作デバイスの制御マイコン３２によりレバー１３が所定の回転角となるよう回転駆動される。なお、ＬＥＤ１２０は、ノブ１１の頂上部の回転中心より偏心した位置に設けることにより、ノブ１１が回転していることを視覚的に認識しやすくしている。
【００４８】
なお、図８の１自由度操作デバイスでは、反力発生モードにおいて、乗員によるノブ１１の回転量（ロータリーエンコーダ１０２により検出される）に応じて、この操作力に抵抗するトルクをＤＣモータ１００により発生させることができる。例えば、図９に示すように、パターン１ではノブ１１を回転すると操作力が重くなったり軽くなったりを回転角に応じて繰り返すよう設定できる。また、パターン２では、特定の回転角の位置で操作量が重くなるよう設定できる。
【００４９】
このように、ノブ１１の回転方向に自由な反力を返すことにより、乗員に対して触覚を用いた情報の認知性を高め、例えばディスプレイ３５に表示される操作画面を見ずにブラインド操作を行うことを補助することができる。
【００５０】
図１０は、上記実施形態と同様、２自由度の操作デバイスの他の例を示している。固定プレート２０５上に、４枚の正方形板状磁石２０６、２０７、２０８、２０９を図１０のように、交互に磁化方向を変えてｘ方向およびｙ方向に田の字形に規則的に並べる。
【００５１】
一方、固定プレート２０５と対向して移動可能な可動プレート１４の表面にはレバー１３が立設し、このレバー１３の先端にノブ１１が設けられている。また、可動プレート１４の裏面には、コイル２０１、２０２、２０３、２０４が固定され、可動プレート１４と固定プレート２０５とは、各コイルおよび磁石間にわずかな一定間隙が生ずるよう配置される。
【００５２】
各コイルは、可動プレート１４および固定プレート２０５に垂直な磁束を発生するよう構成される。さらに、可動プレート１４の中立位置（非入力状態あるいは、作動していない状態）において、コイル２０１は磁石２０６と２０９との間、コイル２０２は磁石２０６と２０７との間、コイル２０３は磁石２０７と２０８との間、およびコイル２０４は磁石２０８と２０９との間に位置するように配置される。
【００５３】
このように構成される操作デバイスでは、制御マイコン３２が各コイル２０１〜２０４に流す電流の向きと大きさを決めることにより、可動プレート１４、すなわちノブ１１を図１０に示すｘｙ平面上で、ノブ移動モードにおいては自由に移動させることができるとともに、反力発生モードにおいてはｘｙ方向に自由に反力を発生させることができる。
【００５４】
上述の図８および図１０に示した操作デバイスにおいても、ノブ移動モードにおいて、それぞれの自由度でノブ１１を移動させることにより、乗員に対して車載機器の状態等の情報伝達を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の操作デバイスの外観斜視図である。
【図２】操作デバイスの駆動部の機構を表す斜視図である。
【図３】本実施形態の機能ブロック図である。
【図４】ノブ移動モードにおける制御マイコンの作動手順を示すフローチャートである。
【図５】ノブ移動モードにおける描画ＥＣＵの作動手順を示すフローチャートである。
【図６】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はいずれも、ノブの駆動パターンを示す図である。
【図７】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、図６に示す駆動パターンに対するｘｙ座標の時間線図である。
【図８】操作デバイスの他の実施形態を示す斜視図である。
【図９】反力の発生パターンを示す図である。
【図１０】操作デバイスの他の実施形態を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０…操作デバイス、１１…ノブ、１２…ＬＥＤ、１３…レバー、
１５、１９…ＤＣモータ、１７、２１…ロータリーエンコーダ、
３２…制御マイコン、３４…描画ＥＣＵ、３５…ディスプレイ、
３６…ナビＥＣＵ、３７…オーディオＥＣＵ、３８…エアコンＥＣＵ、
３９…ＥＴＣ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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