(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の操舵具の把持部の断面の内周側と外周側に変形可能な誘電体層を挟んで把持面に沿って埋め込まれた一対の導体箔を有し、前記把持部の中心に向かう方向の押圧力によって変化する前記一対の導体箔間の静電容量の変化に応じた信号を出力する力センサと、前記力センサの出力信号に基づいて前記把持部に作用する力を検出する検出手段と、前記検出手段の検出信号に基づいて前記車両に搭載された車載設備に操作信号を出力する制御手段とを備えた車載設備の操作装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記検出信号の信号レベルが第１の設定レベルを超えたときに前記車載設備の操作信号と判定する判定手段を有することを特徴とする請求項１に記載の車載設備の操作装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記検出信号の信号レベルが前記第１の設定レベルよりも高く設定された第２の設定レベルを超えたときブレーキ操作信号と判定する判定手段を有することを特徴とする請求項２に記載の車載設備の操作装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記操舵具による操舵が行われている操舵信号が入力されたとき、前記車載設備への前記操作信号の入力を拒否することを特徴とする請求項１に記載の車載設備の操作装置。
【請求項５】
前記力センサが埋め込まれた部位の前記把持部の表面に、当該力センサに係る前記車載設備の操作内容が表示されてなることを特徴とする請求項１に記載の車載設備の操作装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記検出信号に基づいて前記操作信号により操作する前記車載設備を選択して切り替える手段を有することを特徴とする請求項１に記載の車載設備の操作装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記操作信号を前記車載設備へ出力するか否かを選択する入力切替手段を有することを特徴とする請求項１に記載の車載設備の操作装置。
【請求項８】
車両を操舵するステアリングホイールの周方向に分けて把持部に埋め込まれた複数の力センサと、該各力センサの出力信号に基づいて前記把持部に作用する力を検出する検出手段と、該検出手段の検出信号に基づいて前記車両に搭載された車載設備に操作信号を出力する制御手段とを備え、
前記力センサは、それぞれステアリングホイールの把持部の断面の内周側と外周側に変形可能な誘電体層を挟んで把持面に沿って埋め込まれた一対の導体箔を有し、前記把持部の中心に向かう方向の押圧力によって変化する前記一対の導体箔間の静電容量の変化に応じた信号を出力するように形成され、
前記制御手段は、前記検出手段により検出される前記各力センサの出力信号と、前記各力センサの出力信号の順序と、及びそれらの組み合わせの少なくとも一つに基づいて前記車載設備に前記操作信号を出力するように構成されてなる車載設備の操作装置。
【請求項９】
前記車載設備は、ブレーキ、アクセル、パワーウィンドウ、オーディオ機器、カーナビゲーション、車載通信システム、情報端末の少なくとも一つであることを特徴とする請求項１又は８に記載の車載設備の操作装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等の車載設備を操作する操作装置に係り、特に、ステアリングホイールなどの操舵部に操作スイッチを設けた操作装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の車載設備としては、ブレーキ、アクセルあるいはパワーウィンドウ等の付属装置の他に、オーディオ機器、カーナビ、情報端末等の車載装置を挙げることができる。一般に、ブレーキやアクセル等の操作装置には足踏み式のペダルが用いられている。また、車載装置の操作装置には、各車載装置に取り付けられた操作スイッチやノブなどのつまみが主に用いられている。
【０００３】
例えば、車載設備の操作装置として、特許文献１には、車体の振動が大きい場合にも操作部のフィーリングを良好にすると共に、操作を確実なものにするために、つまみに回転量や回転方向等の操作状態に応じたクリック感や抵抗感等を付与するハプティックコントローラが提案されている。
【０００４】
また、特許文献２には、パソコンなどの情報端末を車両に搭載し、情報端末を操作するキーボードなどの入力装置をハンドルに装着することも提案されている。
【０００５】
さらに、特許文献３には、ステアリングホイールにグリップ式のハンドルブレーキスイッチを設け、運転者がステアリングホイールを把持した手指の握力に応じて、ブレーキを動作させるようにすることが提案されている。具体的には、運転者の握力に応じてレバーを変位させ、そのレバーの動きによって可変抵抗器の抵抗値が変化するハンドルブレーキスイッチを設け、可変抵抗器に流れる電流値に応じてブレーキ力を制御するように構成している。これによれば、急制動時等に、運転者がアクセルペダルからブレーキペダルに足を踏み変える時間の空走距離を短縮することができるとしている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１４０８１０号公報
【特許文献２】特開平９−２９７６２９号公報
【特許文献３】特開平９−５８４２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の操作装置は、運転者が操作を行うときは、ステアリングホイールから手を離して操作する必要があり、また、目を前方から離して操作する必要があり、安全運転の観点から好ましくない。
【０００８】
また、特許文献２に記載のように、キーボードをステアリングホイールに設けても、運転者が操作する場合は、ハンドルから手を離したり、目を前方から離したりして操作することが必要となり、安全運転の観点から好ましくない。
【０００９】
この点、特許文献３に記載されたグリップ式のハンドルブレーキスイッチは、運転者が操作する場合にハンドルから手を離したり、前方から目を離したりする必要がないことから、安全運転の観点からは好ましい。
【００１０】
しかし、特許文献３では、ハンドルブレーキスイッチをステアリングホイールの特定の部位に設けているから、運転者の好みによっては、常時、ハンドルブレーキスイッチの部分に手指をかけている保証はない。したがって、急制動時に操作が間に合わないおそれがある。
【００１１】
本発明は、自動車の車載設備を操作する際の安全性を確保できる操作装置を実現することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明の車載設備の操作装置は、車両の操舵具の把持部の断面の内周側と外周側に変形可能な誘電体層を挟んで把持面に沿って埋め込まれた一対の導体箔を有し、前記把持部の中心に向かう方向の押圧力によって変化する前記一対の導体箔間の静電容量の変化に応じた信号を出力する力センサと、前記力センサの出力信号に基づいて前記把持部に作用する力を検出する検出手段と、前記検出手段の検出信号に基づいて前記車両に搭載された車載設備に操作信号を出力する制御手段とを備えて構成する。
【００１３】
本発明によれば、ステアリングホイールや操舵レバー等の操舵具から手を離すことなく、操舵具を握る力を加減し、あるいは把持部を押圧することにより力センサを操作して、車載設備を操作することができる。したがって、前方から目を離す必要もなく、かつハンドルから手を離さずに操作できるから、自動車の車載設備を操作する際の安全性を確保できる。
【００１４】
この場合において、力センサを複数設けることにより、又は複数の力センサの操作順序や操作回数を組み合わせた操作パターンを設定することにより、ブレーキ、アクセル、パワーウィンドウ、オーディオ機器、カーナビゲーション、車載通信システム、情報端末等の操作を行わせることができる。
【００１５】
ここで、力センサは、操舵具に作用する手指の力のうち操舵力と異なる方向の力を検出するように構成する。言い換えれば、力センサは、操舵具を把持する手又は指の接触面に略直交する方向の力を検出する構成とする。具体的には、力センサは、誘電体層を挟む一対の導体箔を前記操舵具の把持面に沿って埋め込んで構成され、検出手段は、一対の導体箔間の静電容量に基づいて把持部に作用する力を検出する構成とすることができる。また、力センサとして、歪みセンサなどの周知のセンサを適用することができる。
【００１６】
さらに、制御手段は、検出信号の信号レベルが設定レベルを超えたときに車載設備の操作信号と判定する判定手段を備えることができる。これによれば、通常のグリップ力や圧力により、誤って車載設備が操作されるのを防止できる。
【００１７】
また、検出信号の信号レベルが前記設定レベルよりも高く設定された高設定レベルを超えたときブレーキ操作信号と判定するようにすることができる。すなわち、ブレーキの操作に本発明の操作装置を適用すると、一般にブレーキ操作をするときは、把持部を強く握ることが予測される。したがって、これによれば、同一の力センサをブレーキと他の車載装置の操作に使い分け、あるいは、複数の力センサを設けた場合は、どの力センサを操作してもブレーキ操作に使えるから、緊急制動が必要な場合に好適である。また、急制動時等に、運転手がアクセルペダルからブレーキペダルへ足を踏み変える時間による空走距離を短縮することができる。
【００１８】
また、制御手段は、操舵具による操舵が行われている操舵信号が入力されたとき、車載設備への操作信号の入力を拒否する手段を有することが望ましい。これによれば、操舵時にブレーキが操作されることを防いで、安全性を高めることができる。
【００１９】
また、力センサが埋め込まれた部位の把持部の表面に、当該力センサに係る車載設備の操作内容を表示することが好ましい。さらに、検出信号に基づいて操作信号により操作する車載設備を選択して切り替える手段を設けることができる。また、操作信号を車載設備へ出力するか否かを選択する入力切替手段を設け、運転者に選択させるようにすることもできる。
【００２０】
本発明の車載設備の操作装置は、車両を操舵するステアリングホイールの周方向に分けて把持部に埋め込まれた複数の力センサと、該各力センサの出力信号に基づいて前記把持部に作用する力を検出する検出手段と、該検出手段の検出信号に基づいて前記車両に搭載された車載設備に操作信号を出力する制御手段とを備え、前記力センサは、それぞれステアリングホイールの把持部の断面の内周側と外周側に変形可能な誘電体層を挟んで把持面に沿って埋め込まれた一対の導体箔を有し、前記把持部の中心に向かう方向の押圧力によって変化する前記一対の導体箔間の静電容量の変化に応じた信号を出力するように形成され、前記制御手段は、前記検出手段により検出される前記各力センサの出力信号と、前記各力センサの出力信号の順序と、及びそれらの組み合わせの少なくとも一つに基づいて前記車載設備に前記操作信号を出力するように構成することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、自動車の車載設備を操作する際の安全性を確保できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２３】
図１に、本発明に係る車載設備の操作装置の一実施例の全体構成図を示す。図２に、本実施例の力センサと検出手段の構成を示す。図１に示すように、本実施例の車載設備の操作装置は、車両の操舵具であるステアリングホイール（以下、ハンドルと称する。）１の把持部に複数（図示例では、４個）の力センサ２（２Ａ〜２Ｄ）が埋め込まれている。各力センサ２の出力は検出手段３に入力されるようになっている。検出手段３は、各力センサ２の出力に基づいて把持部に作用する力を検出して制御手段４に出力するようになっている。制御手段４は、入力された検出信号が複数（図示例では、３台）の車載設備の機器制御手段５を操作するための信号か否かを判定するようになっている。その判定に基づいて、制御手段４は、信号伝送路６を介して、車載設備の機器制御手段５のいずれか１つに操作信号を出力するようになっている。このとき、制御手段４は、各力センサ２の検出信号に対応する予め定められた車載設備を特定し、その車載設備の機器制御手段５に操作信号を出力するようになっている。
【００２４】
各力センサ２は、図２に示したハンドル１の把持部の円形断面において、把持面に沿って一対の導体箔Ａ、Bを埋め込んで構成されている。すなわち、ハンドル１の断面構造は、外筒部１１と、芯部１２と、外筒部１１と芯部１２の間に装填された樹脂部１３から構成されている。そして、外筒部１１の内側と芯部１２の外側にそれぞれ導体箔Ａ、Ｂが貼り付けられている。外筒部１１側の導体箔Ａは接地され、芯部１２側の導体箔Ｂは検出手段３に接続されている。ここで、  樹脂部１３の樹脂は、ハンドル１を把持する運転者のグリップ力、あるいは手又は指による押圧力によってわずかに変形できる程度の特性を有すればよい。この特性を有する材質であれば、樹脂に限らず、ゴム等の他の誘電体材料を適用できる。また、導体箔Ａ、Ｂは銅箔等の導体を用いることができるが、導電性を有すれば、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）やＮＥＳＡ（酸化錫）等の透明な材料を用いてもよい。
【００２５】
検出手段３は、図２に示すように、導体箔Ｂに抵抗１６と信号の直流成分を除去するコンデンサ１７を介して高周波数の正弦波を印加する発振回路１５と、抵抗１６とコンデンサ１７の接続点に接続されたマルチプレクサ１８とを備えて構成されている。マルチプレクサ１８の他端は、所定の周波数以上の信号のみを通過させるハイパスフィルタ１９と、信号の絶対値化及び整流を行う全波検出回路２０と、ゲイン調整及びオフセット調整を行う積分回路２１と、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器２２と、Ａ／Ｄ変換器２２の出力信号に基づいて把持部に作用する力を演算により検出するＣＰＵ２３を含んで構成されている。また、ＣＰＵ２３は、マルチプレクサ１８のチャンネルを選択して、各力センサ２（２Ａ〜２Ｄ）に対応する導体箔Ｂ（Ｂａ〜Ｂｄ）を順次切り替えるようになっている。また、ＣＰＵ２３は、把持部に作用する力の検出信号を、図１の制御手段４へ送信するようになっている。なお、発振回路１５は、抵抗器１６とコンデンサ１７を介して全ての導体箔Ｂに接続されている。なお、コンデンサ１７は必ずしも必要とせず取り除いても構わない。
【００２６】
このように構成される実施例１の動作について、次に説明する。図２に示す構成の各力センサ２は、図３又は図４に示す等価回路で表すことができる。すなわち、導体箔Ｂと導体箔Ａ（接地）は、樹脂１３を挟んで静電容量Ｃ２を形成している。また、導体箔Ｂは、コンデンサ１７の静電容量Ｃ１を介して、図２のマルチプレクサ１８に接続されている。発振回路１５から出力される正弦波の交流電圧Ｖ０は、抵抗１６の抵抗値Ｒと静電容量Ｃ１を介して導体箔Ｂに印加される。また、静電容量Ｃ２には浮遊容量Ｃ３が並列に接続された関係になっている。このように構成された検出回路の出力電圧Ｖｏｕｔは、図２のマルチプレクサ１８に入力されている。
【００２７】
本実施例の力センサ２によれば、運転者がハンドル１をグリップすると樹脂１３が変形し、接地された導体箔Ａと導体箔Ｂの間の距離が変化する。これにより、体箔Ａと導体箔Ｂの間に形成された仮想的なコンデンサの静電容量Ｃ２が変化し、図５に示すように、出力電圧Ｖｏｕｔが変化する。図５（Ａ）はグリップ力や圧力が小さい場合の出力電圧Ｖｏｕｔの波形であり、図５（Ｂ）はグリップ力や圧力が大きい場合の出力電圧Ｖｏｕｔの波形である。グリップ力や圧力が大きい場合には、グリップ力や圧力が小さい場合に比べて出力電圧の振幅が小さくなる。したがって、この出力電圧Ｖｏｕｔを計測することにより、グリップ力や圧力の大小を検出することができ、出力電圧Ｖｏｕｔに対応した圧力をキャリブレーションにて予め求めておけば、圧力の定量的な算出が可能である。
【００２８】
特に、本実施例では、ハンドル１の把持面に沿って一対の導体箔を埋め込んで力センサ２を構成しているから、ハンドル１に作用する操舵力、つまりハンドルを回転させる周方向の操舵力の検出感度は低い。一方、操舵力と異なる方向、つまり操舵力とは略直交する方向の力の検出感度を大きくすることができる。言い換えれば、ハンドル１を把持する手又は指の接触面に略直交する方向の力を検出するように力センサ２を構成すればよい。
【００２９】
このようにして検出される出力電圧Ｖｏｕｔに基づいて、ハンドル１の把持部に作用した力を検出する検出回路の動作について説明する。まず、マルチプレクサ１８は、ＣＰＵ２３からの制御信号に応じて、各導体箔Ｂの検出信号をハイパスフィルタ１９に切り替えて入力し、２つ以上の導体箔Ｂをハイパスフィルタ１９に接続しないようする。これにより、ハイパスフィルタ１９、全波検出回路２０、積分回路２１、Ａ／Ｄ変換器２２からなる信号処理回路を１つで複数の力センサ２の検出信号を処理できるから、部品点数を減らして小型化、低コスト化を図ることができる。また、導体箔Ｂをコンデンサ１１７から離れた場所に設置する場合には、外部ノイズの影響をなくすため導体箔Ｂとコンデンサ１７間の接続線にシールド線を用いることが好ましい。
【００３０】
ハイパスフィルタ１９は、発振回路１５の発振周波数近傍のＶｏｕｔを全波検出回路２０に送ればよいので、低周波数のノイズを除去する。全波検出回路２０は、正弦波のＶｏｕｔをＡ／Ｄ変換器２１でデジタル変換するために、マイナスレンジの信号をプラスレンジに絶対値変換するとともに、Ｖｏｕｔを整流する。また、積分回路２１は、全波検出回路２０から出力されるＶｏｕｔのオフセット調整及びゲイン調整を行うことにより、人体の接近の有無を検出する感度を調整して、検出感度が大きくなるようにする。Ａ／Ｄ変換器３２は、積分回路２１から出力されるＶｏｕｔのアナログ信号をデジタル信号に変換して、ＣＰＵ２３に出力する。
【００３１】
ＣＰＵ２３は、Ａ／Ｄ変換器２２からのＶｏｕｔに基づいて演算によりグリップ力や圧力を算出する。本実施例におけるグリップ力や圧力の検出アルゴリズム及び制御手段４における検出信号の判定方法を、図６に示すフローチャートを用いて説明する。まず、ステップＳ１において、ＣＰＵ２３は本実施例の操作装置に対する制御開始命令が入力されているか否かを判断する。この制御開始命令としては、例えば、運転車が通常のイグニッションキーの操作する過程でオンされる車載設備に対する電源オン信号を用いることができる。しかし、これに限らず、別途、各車載設備に対する電源オン信号を用いることができる。ステップＳ１の判断で、制御開始命令がなければ、ＣＰＵ２３による制御をストップする。一方、制御開始命令が有る場合は、ステップＳ２に進み、全ての力センサ２Ａ〜２Ｄの導体箔Ｂａ〜Ｂｄの出力信号を基準値として取得する初期処理を行う。ここで、基準値は、力センサ２Ａ〜２Ｄに操作力であるグリップ力や圧力が作用していない状態の、いわゆるバックグラウンド値である。
【００３２】
次に、ステップＳ３において、ＣＰＵ２３はマルチプレクサ１８を制御して、複数の導体箔Ｂの中の１つを選択し、ステップＳ４において、その選択した導体箔Ｂの出力信号をＡＤ変換器２２から取り込む。次に、ステップＳ５において、全ての力センサ２（２Ａ〜２Ｄ）の導体箔Ｂ（Ｂａ〜Ｂｄ）の出力信号を取得したかどうかを判断する。この判断で、全ての導体箔Ｂの出力信号の取得が完了していない場合は、ステップＳ３に戻ってＳ４、Ｓ５を繰り返す。ステップＳ５の判断で、全ての導体箔Ｂの出力信号の取得が終了した場合は、ステップＳ６に進んで、ステップＳ５で取得した各導体箔Ｂの出力信号と、ステップＳ２で取得した各導体箔Ｂの基準値との差分値をそれぞれ求める。図７に、各力センサ２Ａ〜２Ｄの導体箔Ｂａ〜Ｂｄの基準値と出力信号と差分値の一例を示す。
【００３３】
次に、ステップＳ７において、グリップ力や圧力の算出を行う。ステップＳ６で算出した各力センサ２の導体箔Ｂの差分値が所定のしきい値以上の力センサ２を探す。運転手がどこかの力センサ２に相当する把持部のグリップ力を強めていれば、これに対応した力センサ２の差分値が所定のしきい値以上になる。例えば、図７に示す例においてしきい値を２．０とした場合、差分値が２．０以上の力センサ２は、力センサ２Ｃである。これにより、図２に示すハンドル１の左側上方の力センサ２Ｃが押されたことを検出できる。この力センサ２Ｃの出力信号が制御手段４に送信され、各種の車載機器の駆動、処理等の操作が実行される。
【００３４】
ステップＳ７の処理算出後、ステップＳ１に戻り、制御終了命令があるまで、ステップＳ３〜ステップＳ７の処理を繰り返し、各力センサ２が操作されたか否か検出される。これにより、全ての力センサ２の導体箔Ｂを順次切り替えて、出力信号に変化があった導体箔Ｂに対応した力センサ２を特定して、その力センサ２に対応する入力操作が行われたかを検出することができる。
【００３５】
ここで、図７のステップＳ２における基準値の取得方法の例を、図８に示すフローチャートを用いて説明する。まず、ステップＳ１１において、制御開始後、初めて基準値を取得する処理か否かを判断する。初めての基準値取得の場合は、ステップＳ１２において導体箔Ｂをいずれか１つに切り替える。これは、ＣＰＵ２３からマルチプレクサ１８に制御信号を送って１つの導体箔Ｂを選択する。そして、ステップＳ１３において、選択された導体箔Ｂの出力信号をＣＰＵ２３で受信する。次に、ステップＳ１４において、全ての導体箔Ｂの出力信号を取得したかどうかを判断する。全ての導体箔Ｂの出力信号の取得が完了していない場合は、ステップＳ１２に戻って、次の導体箔Ｂに切り替えて出力信号の取得を継続する。ステップＳ１において、全ての力センサ２の導体箔Ｂの出力信号の取得が終了した場合は、ステップＳ１５において、ステップＳ１３で取得した全ての力センサ２の出力信号を、それぞれの力センサ２の基準値としてセットする。
【００３６】
一方、ステップＳ１１における判断で、初めての基準値取得でない場合には、ステップＳ１６に進み、前回の基準値取得から所定時間経過したか否かの判定を行う。この判断で、前回の基準値取得から所定時間経過している場合には、ステップＳ１７に進み、力センサ２に対する入力操作が行われたかどうか判断する。また、ステップＳ１６における判断で、所定時間以上経過していない場合には、基準値の更新を行わないで、基準値取得処理を終了する。また、ステップＳ１７において、力センサ２ｉに対する入力操作が行われていないと判断した場合には、ステップＳ１２からステップＳ１５の処理を行って、基準値を更新する。また、ステップＳ１７における判断で、入力操作が行われている場合には、基準値取得処理を終了する。
【００３７】
なお、ステップＳ１７において、入力操作有無の判定は、全ての力センサ２の基準値と出力信号の差分値により行う。差分値が、全て所定の値以下のときには入力操作が行われていないとし、一つでも差分値が所定のしきい値以上になっていた場合には、入力操作が行われていると判断して、基準値の更新は行わない。これは、仮に入力操作が行われているときに基準値を更新すると、それ以降の入力操作信号の検出が正確に行われなくなるからである。
【００３８】
なお、基準値は制御開始直後に取得することを原則とし、予め定めた設定時間が経過したときで、かつ、入力操作が行われていないときに、基準値を再取得して更新するようにする。これにより、時間経過や環境変化により出力信号が変化した場合であっても、的確に操作信号を検出できることになる。ただし、時間経過や環境変化による各力センサ２の出力信号の変化が少ないことがわかっている場合には、基準値は更新せず制御開始直後に１回取得するのみであっても構わない。
【００３９】
以上説明したように、本実施例１によれば、ハンドル１から手を離すことなく、ハンドル１を握る力を加減し、あるいはハンドル１の把持部を押圧することにより、力センサ２を操作して、車載設備を操作することができる。その結果、運転者は、進行方向の前方から目を離すことなく、かつハンドル１から手を離さずに車載設備を操作できるから、安全性を確保できる。
【００４０】
また、力センサ２を複数設けているから、ブレーキ、アクセル、パワーウィンドウ、オーディオ機器、カーナビゲーション、車載通信システム、情報端末等に対応させて、任意の車載設備の操作を行うことができる。さらに、後述する実施例のように、複数の力センサ２の操作順序、同一の力センサ２の操作回数などの操作パターンにより、車載設備の選択、あるいは車載設備の操作機能の選択、などに対応した車載設備の操作装置を構築することができる。
【００４１】
特に、実施例１の力センサ２は、誘電体層である樹脂１３を挟む一対の導体箔Ａ、Ｂをハンドル１の把持面に沿って埋め込んで構成し、一対の導体箔Ａ、Ｂ間の静電容量に基づいてハンドル１の把持部に作用する力を検出する構成としているから、ハンドル１に作用する手指の力のうち操舵力とは異なる方向の力を検出できる。つまり、力センサ２は、ハンドル１を把持する手又は指の接触面に略直交する方向の力を検出する構成としているから、操舵力と区別して車載設備の操作信号を検知することができる。
【００４２】
また、力センサ２に作用するバックグラウンド値を基準値として計測設定しているから、運転者がハンドル１に手を添えている程度の通常のグリップ力による力センサ２の出力信号を、操作信号として誤検出することを回避できる。
【００４３】
なお、上記実施例１では、操舵具としてハンドル１に適用した例を説明したが、本発明はこれに限らず、例えば、操舵レバーや操舵スティックのような操舵具にも適用することができる。
【実施例２】
【００４４】
図９に、実施例１の操作装置を、自動車に設置されたオーディオ機器のチャンネル選択と音量調整に適用してなる実施例２の操作ブロック図を示す。本実施例２では、図１の力センサ２Ａ〜２Ｄに、オーディオ機器の操作に対応付けてそれぞれ機能を設定している。つまり、運転者が図１に示したハンドルの左上側に位置する力センサ２Ｃに対応したハンドル部分を一度だけ強く把持すると、図１の検出手段３によって力センサ２Ｃの操作が検知され、制御手段３によって予め設定されたオーディオ機器の特定の操作信号、本実施例２では、オーディオ機器の制御モードとして判定される。制御モードと判定された後は、図１に示したハンドル１の右側の力センサ２Ａと力センサ２Ｂは、音量調整のための操作スイッチとして認識される。また、ハンドル１の左下側の力センサ２Ｄは、チャンネル選択の操作スイッチとして認識される。また、力センサ２Ｃは、制御モード解除のための操作スイッチとして認識される。
【００４５】
ここで、運転者が力センサ２Ｄに対応したハンドル１の把持部を強く把持するたびに、検出手段３と制御手段４は操作信号が入力されたことを認識し、オーディオのチャンネル選択モードをＡＭ放送とＦＭ放送で切り替える。そして、運転者が選択モードをＡＭ放送にした場合、次に運転者が力センサ２Ａと力センサ２ＢでＡＭ放送におけるチャンネルの選択を行う。本実施例２では、力センサ２Ａは昇順で、力センサ２Ｂは降順でチャンネル変更が可能なように設定されている。したがって、運転者が昇順でチャンネル選択を行う際に、所望のチャンネルを行過ぎてしまっても力センサ２Ｂを操作して降順させることにより、すばやくチャンネル選択を行うことができる。さらに、その後、ハンドル１に手や他の身体部位が接触することによって意図しないチャンネル変更がないように、力センサ２Ｄに対応したハンドル部を強く把持することで、選択したチャンネルを確定して、オーディオ制御モードへ戻るようにしている。
【００４６】
一方、オーディオ制御モードの状態で、力センサ２Ａや力センサ２Ｂに対応した部位が操作されると、制御部は音量の調整入力指示だと判断し、力センサ２Ａからの操作信号が検出されるたびに、音量アップの操作を行う。一方、力センサ２Ｂからの操作信号が検出されると音量ダウンの操作を行う。
【００４７】
オーディオ制御モードを解除する場合には、力センサ２Ｃに対応した部位を２度強く把持することにより、制御手段４はオーディオ機器の操作を行う制御モードから解除する制御を行う。また、本実施例１においては、設定時間内に力センサ２からの操作信号が検出されない場合は、自動的にオーディオ制御モードが解除されるようになっている。
【実施例３】
【００４８】
図１０に、実施例１の操作装置を、自動車のパワーウィンドウ開閉操作に適用してなる実施例３の操作ブロック図を示す。本実施例３では、図１の力センサ２Ａ〜２Ｄに、パワーウィンドウの操作に対応付けてそれぞれ機能を設定している。つまり、運転者が図１に示したハンドル１の右側の力センサ２Ａ又は力センサ２Ｂに対応した部位、あるいは左側の力センサ２Ｃ又は力センサ２Ｄに対応した部位を予め設定された時間以上の期間強く握る。これにより、制御手段４はパワーウィンドウ操作と認識する。そして、操作信号が入力された力センサ２に対応して設定されているパワーウィンドウの制御モードに切り替わる。例えば、力センサ２Ａにより最初の操作が行われると、制御手段４は運転席のパワーウィンドウ制御モードと認識する。同様に、力センサ２Ｂの場合は運転席後方のパワーウィンドウ制御モード、力センサ２Ｃの場合は助手席のパワーウィンドウ制御モード、力センサ２Ｄの場合は助手席後方のパワーウィンドウ制御モードと認識する。
【００４９】
次に、運転者が操作対象のパワーウィンドウの設定操作をした後、一端ハンドル１のグリップ力又は圧力を開放してからは、力センサ２Ａがウィンドウの閉操作、力センサ２Ｂがウィンドウ開操作のための操作スイッチとなる。すなわち、運転者が力センサ２Ａを強く把持する間はウィンドウが上昇して閉操作を行い、力センサ２Ｂを強く把持する間はウィンドウが下降して開操作を行う。
【実施例４】
【００５０】
実施例２、３では、それぞれオーディオ機器の操作と、パワーウィンドウ操作に実施例１を適用した場合を説明したが、制御手段４に実施例２と実施例３の操作処理の双方を設定すれば、一つの操作装置を２つの車載設備の操作装置として使い分けることができる。
【００５１】
すなわち、ハンドル１からのオーディオ機器の操作が可能であるとともに、ハンドル１の上側部の操作入力ではチャンネルの昇順による選択や音量アップの入力、あるいはウィンドウの閉操作となり、ハンドル１の下側部の操作入力では降順によるチャンネル選択や音量ダウン、あるいはウィンドウの開操作となる。このように、力センサ２の上下又は左右の配置と、オーディオ機器への操作内容とを感覚的に関連させていることから、運転中の運転者にとって理解し易い。このため、運転への安全性を損なうことがなく、オーディオ操作中での事故を低減させることができる。
【００５２】
また、ハンドル１による車載設備の操作に加え、音声によるガイダンスを連携させることができ、これによれば、運転者にとって入力操作が一層理解し易く、操作が容易な操作装置を実現できる。
【実施例５】
【００５３】
実施例１〜４の力センサ２によれば、ハンドル１の操舵力を検知する感度が低い構造になっている。しかし、さらに安全性を高めるためには、運転者がハンドル１による操舵を行っていない場合のみ、すなわち自動車の転回操作を行っていない場合のみ、力センサ２による操作を可能とすることが好ましい。
【００５４】
すなわち、例えば、ハンドル１の回転を検出するエンコーダ等の回転検出手段を設け、この回転検出手段によってハンドル１の回転が検出されていない場合、あるいはハンドル１の回転が設定回転角度の範囲内の場合に、力センサ２の出力信号を有効とする入力可否判定手段を設けることにより実現できる。この場合は、例えば、図９又は図１０のスタートブロックのすぐ後に、図１１に示すように、入力可否判定手段を設けることにより実現できる。
【実施例６】
【００５５】
実施例４では、ハンドル１に設けた４つの力センサ２の操作要領及び操作手順によって、オーディオ機器又はパワーウィンドウの双方の操作を実現する場合を説明した。しかし、一般に、車載設備ごとに個別のスイッチや操作部を設けることにより、運転者にとって操作性がよい操作装置になることが考えられる。このような場合に好適な実施例６の力センサ２を、図１２を用いて説明する。
【００５６】
図１２に示すように、本実施例６は、ハンドル１にオーディオ機器操作とパワーウィンドウ操作を行うための合計１２つの力センサ２Ａ〜２Ｌを内蔵したものである。本実施例では、力センサ２Ａ、２Ｂはオーディオ音量操作用、力センサ２Ｃ、２Ｄはオーディオのチャンネル選択用、力センサ２Ｅ、２Ｆは運転席ウィンドウ開閉操作用、力センサ２Ｇ、２Ｈは運転席後方ウィンドウ開閉操作用、力センサ２Ｉ、２Ｊは助手席ウィンドウ開閉操作用、力センサ２Ｋ、２Ｌは助手席後方ウィンドウ開閉操作用に割り付けられている。各力センサ２Ａ〜２Ｌの構造は、図２と同様に構成されている。
【００５７】
また、これらの力センサ２Ａ〜２Ｌが埋め込まれた部位のハンドル１の表面に、操作対象及び操作内容を示すマークが表示されている。これによって、運転者は容易に操作対象及び操作内容を認識できるようになっている。検出手段３及び制御手段４は、実施例１に示したものと全く同一である。
【００５８】
本実施例６によれば、各力センサ２Ａ〜２Ｌが各車載設備の一つ一つの操作に対応したものである。例えば、運転者がセンサ２Ａに対応したハンドル部分を強く把持したり押圧することによって操作すると、制御手段４はその操作信号に基づいてオーディオの音量アップの制御を行うようになっている。
【００５９】
本実施例においても、運転席ウィンドウの開閉操作は、ハンドル右側の上部に配置されているように、各力センサの配置と操作対象機器の操作内容が対応付けて配置されている。これによって、実施例１と同様に、運転中の運転者にとっても理解し易い操作が可能である。また、本実施例においても、更に安全性を高めるため、運転者がハンドルによる自動車の転回操作を行っていない場合のみ、操作を可能とするシステムとすることも可能である。
【実施例７】
【００６０】
図１３に、本発明の車両設備の操作装置の実施例７の全体構成図を示す。本実施例７が実施例１と相違する点は、自動車の制動装置に本発明の車両設備の操作装置に適用したことになる。したがって、実施例１と同一の機能構成を有する部分には、同一の符号を付して説明を省略する。
【００６１】
本実施例では、上述した操作装置を用いた自動車の制動操作の実施例について説明する。実施例１にて説明したように、力センサ２の出力電圧Ｖｏｕｔに対応した操作力をキャリブレーションにて予め求めておけば、力センサ２に加えられた圧力を定量的に求めることができる。
【００６２】
一方、運転中に急制動をかける場合、運転手がブレーキをかける必要を知覚してから、アクセルペダルからブレーキペダルへ足を踏み変えるまでにブレーキが作動しない、いわゆる空走距離が発生する。これにより、自動車が実際に停止するまでの距離を短縮することを困難なものとしている。ところで、運転者が急制動をかける場合、ハンドルを強く把持することが考えられることから、特許文献３に急制動の操作をハンドルに設けたブレーキ操作スイッチを用いて行うことが提案されている。しかし、同文献に記載されたブレーキ操作スイッチは、ハンドルの左右の対象位置の内周面に設けられていることから、運転者は急制動に備えてブレーキ操作スイッチの部位を常時把持する必要があり、使い勝手が悪いと考えられる。
【００６３】
そこで、本実施例では、図１に示した、ハンドル１のほぼ全周に渡って設けられた４つの力センサ２Ａ〜２Ｄを全てブレーキ操作のセンサとして用いるようにしたことを特徴とする。すなわち、図１２に示すように、力センサ２Ａ〜２Ｄの出力信号に基づいて、制御手段４により急制動の操作がなされたことを判断した場合、ブレーキ制御手段６に操作信号を送り、ブレーキ７を動作させるようになっている。
【００６４】
このときの制御手段４の動作を図１４のフローチャートに沿って説明する。検出手段３から制御手段４に少なくとも一つの力センサ２からの検出信号が入力された場合（Ｓ２１）、その入力された検出信号が予め定められた圧力以上の値を示し、かつ、設定時間以上継続した場合に急制動操作と判断する（Ｓ２２）。急制動操作と判断した場合は、ブレーキ制御手段６に操作信号を送ってブレーキ７を動作させる（Ｓ２３）。急制動操作ではないと判断した場合は、実施例２等で説明した他の車載設備の操作と判断して、対応する操作処理を行う（Ｓ２４）。
【００６５】
図１５に、ブレーキ制御手段６における制動力の制御方法の一例を示す。制御手段４からブレーキの操作信号が入力されると、ブレーキ制御手段６はブレーキ７に対して最大のブレーキ力ではなく、破線で示すように、予め定められた制動力から徐々に制動力を増大させて、最大の制動力に達するように制御する。なお、ブレーキペダルによる運転手のブレーキ操作による点線で示す制動力がブレーキ７に加えられた場合は、ブレーキ７は、いずれか大きい方の制動力の指令が優先される。これにより、実線で示すように、運転者の意思に即したブレーキをかけることができる。なお、図１５において、制動力を表す破線、点線、実線を近接して記載した部分は、明確に区別するために離して記載しているが、実際は重なる。
【００６６】
本実施例によれば、運転手がアクセルペダルからブレーキペダルへ足を踏み変えてブレーキ操作を行う前から、力センサ２に加えられた操作により制動力が作用するため、空走距離を短縮することでき、全体の停止距離を短縮することができる。
【００６７】
なお、図１５に示した制動力の制御に代えて、最初から最大の制動力を発生させる制御、あるいは一定の制動力を発生させる制動パターンを採用することができる。また、図１３に示した操作装置は、ペダルによるブレーキ操作に併用する急制動時に限られるものではない。すなわち、ペダルによるブレーキ操作に代えて、従来から採用されている操舵具に設けるブレーキ操作スイッチに適用できることは言うまでもない。これによれば、足の運動能力を使用できない運転者、あるいは足の運動能力が低下した高齢の運転者にあっても、ブレーキ操作の遅れを無くしたり低減させたりすることができる。
【００６８】
さらに、実施例７の制御手段４は、図１３に示すように、運転者がハンドル１を握っていない場合を検知し、警報装置制御手段８に操作信号を出力して、警報手段９を動作させることにより、運転者に注意を喚起させるようにしている。このときの制御手段４の処理手順を図１６に示す。すなわち、制御手段４は、走行時であることを条件に（Ｓ３１）、力センサ２の出力信号に基づいて（Ｓ３２）、ハンドル１へのグリップ力が予め定められた値よりも低く、かつ設定時間以上継続している場合（Ｓ３３、Ｓ３４）、運転者がハンドル１を握っていないと判断し、警報手段９を動作させて運転者へ警報を発生させるようにしている（Ｓ３５）。警報手段９としては、車両に取り付けられたスピーカー、チャイムといった音声によるもの、あるいは運転席のシートやハンドルに内蔵された振動手段、ピン手段といった触覚によるものなどがある。
【実施例８】
【００６９】
上述の実施例１〜８は、図２に示した静電容量の変化を利用した力センサ２に基づいて説明したが、本発明の力センサは、これに限られるものではなく、図１７に示すように、歪みゲージなどの歪みセンサを用いてグリップ力や圧力を検出することができる。
【００７０】
すなわち、図１６のハンドル１の断面図に示すように、ハンドル１の円筒断面の内部に、軸方向にスリット４２を設けた開断面を有する円筒状の薄板４１を内蔵し、スリット４２の反対側の薄板４１の部位をハンドル１に固定部材４３を介して固定するとともに、薄板４１の内筒面に歪みゲージ４４を貼り付けて構成している。
【００７１】
このように構成されることから、運転者がハンドル１を強く把持すると、図１７の下図に示すように、円筒状の薄板４１が変形し、その変形を歪みゲージ４４により検出することにより、グリップ力や圧力を検出することができる。なお、歪みゲージによるグリップ力や圧力の検出手段は、周知の技術を適用することができる。
【００７２】
また、力センサ２としては、歪みゲージ４４の他に、感圧シート、電歪素子などをハンドル１に内蔵して形成することができる。この場合、電歪素子は入力時の変化を検出することのみ可能であるので、短時間での入力信号検出による入力操作を行うことができるものに限られる。
【実施例９】
【００７３】
図１８に、本発明の車載設備の操作装置の実施例９の全体構成図を示す。本実施例が、図１の実施例１と相違する点は、操作対象を車両のアクセル装置としたことにある。その他の点は、実施例１と同一であることから、同一の機能構成を有する部分に同一符号を付して、説明を省略する。
【００７４】
本実施例では、図１に示した、ハンドル１のほぼ全周に渡って設けられた４つの力センサ２Ａ〜２Ｄを全てアクセル操作のセンサとして用いるようにしたことを特徴とする。すなわち、図１８に示すように、力センサ２Ａ〜２Ｄの出力信号に基づいて、制御手段４によりアクセル操作がなされたことを判断した場合、車両加速制御手段４６に操作信号を送り、エンジン４７を制御するようになっている。
【００７５】
このときの制御手段４の動作を図１９のフローチャートに沿って説明する。検出手段３から制御手段４に少なくとも一つの力センサ２からの検出信号が入力された場合（Ｓ４１）、その入力された検出信号が予め定められた設定値以上の操作力を示した場合（Ｓ４２）、アクセル操作と判断して駆動操作モードに移行する（Ｓ４３）。なお、操作力の大きさの検出は、実施例１にて説明したように、力センサ２の出力電圧Ｖｏｕｔに対応した操作力をキャリブレーションにて予め求めておけば、力センサ２に加えられた圧力を定量的に求めて操作力を算出できる。駆動操作モードの場合は、車両加速制御手段４６に操作信号を送って燃料を増加させ、エンジン４７を加速させる。駆動操作モードではないと判断した場合は、実施例２等で説明した他の車載設備の操作と判断して、対応する操作処理を行う（Ｓ４４）。
【００７６】
ここで、車両加速制御手段４６における加速制御を、図２０を参照して説明する。車両加速制御手段４６には、予め、図２０に示すように、制御手段４から入力される操作力に対応させて、指令加速値が設定されている。図示例では、ある範囲の操作力に対して、一定の指令加速値が段階的に設定されている。エンジン４７は、この指令加速値に対応した加速動作を行う。本実施例では、範囲や指令加速値の増加分は一定の例を示したが、これら範囲や増加量が異なるものであってもよく、また、他の加速方法を適用することができる。
【００７７】
特に、車両の加速動作には危険が伴うため、本実施例の操作では誤動作を防止することが必要である。誤動作を防ぐ方法としては、車両にミリ波レーダなどを取り付け、このミリ波レーダによる車両周囲の対象物の存在検出信号に応じて、加速操作が有効であるか否かを判断する手段を設け、十分に安全であると判断された場合のみに加速をするシステムが考えられる。
【００７８】
また、他の誤操操作防止方法として、予め運転者がハンドルからの操作入力を実際の車両の操作に反映させるか否かを選択して切り替えることが考えられる。この場合、例えば運転者の周囲に入力切替スイッチを配置し、運転者がその入力切替スイッチを切り替えることによって、ハンドル１の力センサ２からの操作入力を実際に反映させる。これにより、運転者がハンドル１の力センサ２からの操作入力が不要と考える場合には、入力切替スイッチをオフしてハンドル１の力センサ２からの操作入力を実際に反映させない。また、入力切替スイッチが、いかなる状況にあるかを、運転者がキー挿入後のある定められた時間に、音声で知らせるシステムを設けることができる。これによれば、ハンドル１の力センサ２が、アクセル操作に用いられているか否かを運転者が容易に知ることができる。また、入力切替スイッチがに切り替えられたときに、その旨を音声メッセージを流すようにしてもよい。
【００７９】
以上説明したように、本発明の各実施例によれば、運転者が老若男女のいずれであっても、自動車における各種の車載設備の操作性を向上させて安全性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明に係る車載設備の操作装置の実施例１の全体構成図である。
【図２】実施例１の力センサと検出手段の構成図である。
【図３】実施例１の力センサの回路構成図である。
【図４】実施例１の力センサの等価回路図である。
【図５】実施例１の力センサに加わるグリップ力と出力電圧の関係を説明する図である。
【図６】実施例１の制御における検出信号の判定手順の一実施例のフローチャートである。
【図７】実施例１の力センサの基準値と出力信号と差分値の一例を示す図である。
【図８】実施例１の力センサの基準値の取得方法の一例を示すフローチャートである。
【図９】本発明に係る車載設備の操作装置をオーディオ機器のチャンネル選択と音量調整に適用してなる実施例２の操作ブロック図である。
【図１０】本発明に係る車載設備の操作装置をパワーウィンドウ開閉操作に適用してなる実施例３の操作ブロック図である。
【図１１】ハンドルの回転操作が行われていないときに力センサの出力信号を有効とする入力可否判定手段を設けた実施例５の操作ブロック図である。
【図１２】オーディオ機器操作とパワーウィンドウ操作を個別に行うための力センサを内蔵した実施例６のハンドルの構成図である。
【図１３】本発明に係る車載設備の操作装置をブレーキに適用した実施例７の全体構成図である。
【図１４】実施例７の制御手順を示すフローチャートである。
【図１５】実施例７のブレーキ制御における制動力の制御方法の一例を示す図である。
【図１６】本発明に係る車載設備の操作装置を用いてハンドルから手を離していることを検知して警報を発する実施例８の制御手順を示すフローチャートである。
【図１７】本発明に係る力センサの他の実施例の構成図である。
【図１８】本発明に係る車載設備の操作装置をアクセルに適用した実施例９の全体構成図である。
【図１９】実施例９のアクセル制御における制御方法の一例を示す図である。
【図２０】実施例９のアクセル制御における操作力と指令加速値の対応関係の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００８１】
１  ステアリングホイール
２  力センサ
３  検出手段
４  制御手段
５  機器制御手段
Ａ、Ｂ  導体箔
１３  樹脂
【図１】
0004814594.tif 000002
【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】
0004814594.tif 000009
【図９】
0004814594.tif 000010
【図１０】
0004814594.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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