(57)【要約】【課題】想定外の操作による危険性を回避する対策を講じたことにより、車両のシフト装置としても用いることができる汎用性の高い力覚付与型入力装置及びこれを用いたシフト装置を提供する。【解決手段】ジョイスティックタイプのシフトレバー（２）の移動操作可能な全領域（６９）内において、各シフトポジションが配列される操作許容エリア（６７）と、シフトレバーの傾倒操作を禁止する操作規制エリア（６８）を区分けして設定する。シフトレバーの軌道に沿う操作許容エリアの外縁部に力覚付与制御による「反力の壁」を生じさせることにより、所定の軌道を逸脱するシフトレバーの危険な操作を防止する。また、シフトレバーの軌道の分岐点であるホーム（６５）ないしはニュートラル（６２）ポジションへのシフト操作の経由を前提に、リバース（６１）及びドライブ（６３）等へのシフト操作が有効と判定される。逆に、所定の軌道を飛び越えるような想定外の操作を無効とすることで、異常操作に対する安全性を確保する。【選択図】図１
2012058871.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次元上の任意の位置に操作可能なジョイスティック操作部と、
前記ジョイスティック操作部に力を付与する駆動手段と、
前記ジョイスティック操作部の操作状態を検出する検出手段と、
前記検出手段で検出される前記ジョイスティック操作部の操作状態に基づいて、当該ジョイスティック操作部の軌道からの逸脱を阻止する方向に当該ジョイスティック操作部に対し前記力が生じるように前記駆動手段を制御する軌道制御手段と、を備える力覚付与型入力装置。
【請求項２】
前記ジョイスティック操作部の前記軌道には複数の切換位置が設定されており、
前記検出手段が検出する一つの前記切換位置への操作の有効性を、当該一つの切換位置とは前記軌道を介して直線で接続される他の切換位置への操作を経由してなされたことを当該検出手段が検出することを条件に判定する切換位置判定手段を、更に備える請求項１に記載の力覚付与型入力装置。
【請求項３】
前記他の切換位置への操作を経由せずに前記一つの切換位置に前記ジョイスティック操作部が操作されたことを前記切換位置判定手段が判定したとき、当該一つの切換位置への操作を無効とする異常処理を行う異常処理手段を、更に備える請求項２に記載の力覚付与型入力装置。
【請求項４】
前記切換位置判定手段による前記一つの切換位置への操作の有効性の判定のための前提条件とされる前記他の切換位置は、前記ジョイスティック操作部の前記軌道の分岐点に存在する、請求項２又は３に記載の力覚付与型入力装置。
【請求項５】
二次元上の任意の位置に操作可能なジョイスティック操作部と、
前記ジョイスティック操作部に力を付与する駆動手段と、
前記ジョイスティック操作部の操作状態を検出する検出手段と、
前記検出手段で検出される前記ジョイスティック操作部の操作状態に基づいて、当該ジョイスティック操作部の軌道からの逸脱を阻止する方向に当該ジョイスティック操作部に対し前記力が生じるように前記駆動手段を制御する軌道制御手段と、を備え、
前記ジョイスティック操作部は、車両に搭載される変速機のシフトポジションを手動で切り換えるためのシフトレバーであるシフト装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ジョイスティック等の操作部に反力としての力覚を付与する力覚付与型入力装置及びこれを用いたシフト装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、遠隔操作が求められる多くの分野で、操作感覚を疑似的に再現して操作性能を向上させる力覚付与型デバイスが注目されている。この力覚付与型入力装置は、機械的な入力機構に換えて操作部の操作状態を電気信号に変換して出力する、いわゆるバイワイヤ方式の入力装置において、操作状態の検出信号に基づく反力を操作部にフォースフィードバック制御することにより、操作に応じた力覚を操作者に与えるものである。
【０００３】
一方で自動車の分野においては、走行性能に加え、安全性、快適性及び環境等の観点から車両内の電子化が進み、エアコン、カーナビ、オーディオ等の様々な操作対象機器類が搭載されるのが一般的となっている。このような多種に亘る機器類を操作する操作者の負担を軽減するため、操作入力を運転席内の１つの入力装置で一元化できるジョイスティックタイプの力覚付与型入力装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
このような力覚付与型入力装置によれば、ジョイスティックに例えば疑似的な節度感（クリックフィーリング）を生じさせ、または次にすべき操作を反力で促すような操作の支援制御といった多様な操作感を力覚として付与することが可能となる。また、操作対象機器の動作や操作の目的に応じて力覚パターンを適宜変更することで、多用途、多目的の入力装置として共有することができる。
【０００５】
また、車両の自動変速機を切り換えるバイワイヤ方式のシフト装置（ＳＢＷ：Shift By Wire）において、一方向のみ往復傾倒操作可能なシフト装置に上述の力覚付与型技術を応用したものが開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２５８７８２号公報
【特許文献２】特開２００３−１７６８７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、バイワイヤ方式のシフト装置において、上述したジョイスティックタイプの入力装置のように二次元上の任意の位置へのシフト操作を許容することにより、多用途、多目的の操作入力に対応させた構成は見当たらない。車両のシフト装置は、シフトレバーの軌道に沿ってＲ（リバース）、Ｎ（ニュートラル）又はＤ（ドライブ）等のシフトポジションが予め設定されており、例えばＤポジションからＲポジションへシフトレンジが直接切り換わるような想定外の危険なシフト操作を禁止する必要がある。つまり、従来のシフト装置は、ジョイスティックをベースにするものであったとしても、シフトレバーの操作を一定の軌道上に機械的に規制するためのゲート等の強度部材が必要となり、汎用性を確保することができなかった。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、想定外の操作による危険性を回避する対策を講じたことにより、車両のシフト装置としても用いることができる汎用性の高い力覚付与型入力装置及びこれを用いたシフト装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
［１］上記目的を達成するため本発明に係る力覚付与型入力装置は、二次元上の任意の位置に操作可能なジョイスティック操作部と、前記ジョイスティック操作部に力を付与する駆動手段と、前記ジョイスティック操作部の操作状態を検出する検出手段と、前記検出手段で検出される前記ジョイスティック操作部の操作状態に基づいて、当該ジョイスティック操作部の軌道からの逸脱を阻止する方向に当該ジョイスティック操作部に対し前記力が生じるように前記駆動手段を制御する軌道制御手段と、を備える。
【００１０】
［２］また、前記ジョイスティック操作部の前記軌道には複数の切換位置が設定されており、前記検出手段が検出する一つの前記切換位置への操作の有効性を、当該一つの切換位置とは前記軌道を介して直線で接続される他の切換位置への操作を経由してなされたことを当該検出手段が検出することを条件に判定する切換位置判定手段を、更に備える。
【００１１】
［３］また、前記他の切換位置への操作を経由せずに前記一つの切換位置に前記ジョイスティック操作部が操作されたことを前記切換位置判定手段が判定したとき、当該一つの切換位置への操作を無効とする異常処理を行う異常処理手段を、更に備える。
【００１２】
［４］また、前記切換位置判定手段による前記一つの切換位置への操作の有効性の判定のための前提条件とされる前記他の切換位置は、前記ジョイスティック操作部の前記軌道の分岐点に存在する。
【００１３】
［５］上記目的を達成するため本発明に係るシフト装置は、二次元上の任意の位置に操作可能なジョイスティック操作部と、前記ジョイスティック操作部に力を付与する駆動手段と、前記ジョイスティック操作部の操作状態を検出する検出手段と、前記検出手段で検出される前記ジョイスティック操作部の操作状態に基づいて、当該ジョイスティック操作部の軌道からの逸脱を阻止する方向に当該ジョイスティック操作部に対し前記力が生じるように前記駆動手段を制御する軌道制御手段と、を備え、前記ジョイスティック操作部は、車両に搭載される変速機のシフトポジションを手動で切り換えるためのシフトレバーである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、想定外の操作を回避して安全性を確保できるとともに、車両のシフト装置にも応用できる汎用性の高い力覚付与型入力装置及びこれを用いたシフト装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の実施の形態による力覚付与型のシフト装置の構成を示す分解斜視図である。
【図２】図２は、力覚付与型のシフト装置のシステム構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、力覚付与型のシフト装置において設定されるシフトポジションの配列とシフトレバーの軌道との位置関係を示す図である。
【図４】図４は、力覚付与型のシフト装置において、ホーム（Ｈ）ポジションを傾倒操作の原点としてシフトレバーに作用する力覚パターンを例示する図である。
【図５】図５は、力覚付与型のシフト装置におけるシフトレバーの操作許容エリアを横切る２つの代表的な横断線において、シフトレバーに作用する力覚パターンを例示する図である。
【図６】図６は、力覚付与型のシフト装置において、シフトアップ（＋）ポジションの操作の有効性を判定するフローチャートである。
【図７】図７は、力覚付与型のシフト装置において、シフトダウン（−）ポジションへの操作の有効性を判定するフローチャートである。
【図８】図８は、力覚付与型のシフト装置において、ニュートラル（Ｎ）ポジションへの操作の有効性を判定するフローチャートである。
【図９】図９は、力覚付与型のシフト装置において、リバース（Ｒ）ポジションへの操作の有効性を判定するフローチャートである。
【図１０】図１０は、力覚付与型のシフト装置において、ドライブ（Ｄ）ポジションへの操作の有効性を判定するフローチャートである。
【図１１】図１１は、シフトレバーの種々の操作経路を示す操作パターン図（ａ）〜（ｆ）である。
【図１２】図１２は、力覚付与型のシフト装置において、ホーム（Ｈ）ポジションを傾倒操作の原点としてシフトレバーに作用する力覚パターンを例示するものであって、シフトレバーのステーショナリ動作を制御するための力覚パターンの例示図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る力覚付与型入力装置の好適な実施の形態として、車両の自動変速機を切り換えるための、力覚付与型のシフト装置１について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１７】
（力覚付与型のシフト装置の構成）
図１は、本発明の実施の形態による力覚付与型のシフト装置１の構成を示す分解斜視図である。この力覚付与型のシフト装置１は、シフトレバー２と、ジョイスティック機構部３と、ジョイスティック機構部３を収納するケース部材４とを備えている。
【００１８】
シフトレバー２は、二次元（ＸＹ面）上の任意の方向への傾倒操作（シフト操作）が可能なジョイスティック操作部であり、操作者が手動で操作する把持部２ａと、皿状で下面が凹状に湾曲する被案内面を有する支持摺動部２ｂと、把持部２ａ及び支持摺動部２ｂを連結する支柱部２ｃとにより一体形成されている。
【００１９】
ジョイスティック機構部３は、シフトレバー２が先端部に固定されるシャフト１１と、シャフト１１の傾倒動作を一定の範囲に規制するゲートブロック２０とを備えている。シャフト１１は、例えば、柱状の棒状部材からなり、互いに直交するように設けられた第１キャリッジ１２及び第２キャリッジ１３の各長孔を貫通している。
【００２０】
第１キャリッジ１２は、四角形の管状の部材からなり、シャフト１１をその長孔の長手方向（Ｘ方向）に沿って傾倒可能に枢着させるＸ軸１４と、Ｘ軸１４に直交する方向（Ｙ方向）に突出するＹ軸１５とを備えている。各Ｙ軸１５は、第１キャリッジ１２の両外壁に一体に形成され、Ｙ軸１５の各両端部にはベアリング１６が嵌着されている。ベアリング１６がベアリングホルダ１７を介してジョイスティック機構部３の図示しないフレームに固定されることにより、第１キャリッジ１２は、当該フレームに対しＹ軸１５を中心に揺動可能とされている。
【００２１】
第２キャリッジ１３は、シャフト１１が貫通している長孔が形成される平板部と、当該平板部と直交するアーム部とが一体形成される外形Ｕ字状の部材から構成されている。第２キャリッジ１３の長孔は、Ｙ方向に沿って長く形成され、シャフト１１のＹ方向への傾倒動作を許容する一方で、Ｘ方向の傾倒に対しては第２キャリッジ１３を揺動させるように形成されている。
【００２２】
ゲートブロック２０は、上面部に四角形の開口を有する箱状の強度部材であり、シャフト１１の傾倒動作を所定の範囲に制限するために設けられている。すなわち、ゲートブロック２０の開口内部には、シャフト１１の基端部が挿入され、シャフト１１が最大ストローク傾倒する位置で当該基端部がゲートブロック２０の内壁に当接することにより、それ以上のシャフト１１の傾倒動作が規制される。
【００２３】
また、ジョイスティック機構部３は、２つのセクターギア２１，２６と、シフトレバー２及びシャフト１１の傾倒状態を検出する検出手段としての２つの回転センサ３２，３７と、シャフト１１を介してシフトレバー２に力を付与する駆動手段としてのＸモータ３１及びＹモータ３６とを備えている。セクターギア２１，２６は、それぞれ扇状の基端部に揺動軸が設けられ、その揺動軸を中心とする同一半径の周面部にギア歯２１ａ，２６ａが形成されている。
【００２４】
第１のセクターギア２１は、ジョイスティック機構部３の図示しないフレームにその揺動軸が枢着されて揺動可能であるとともに、第２キャリッジ１３のアーム部が同軸に連結している。第１のセクターギア２１のギア歯２１ａには、Ｘモータ３１のモータギア３１ａが噛合している。また、回転センサ３２は、例えば、モータギア３１ａに連結して回転する回転エンコーダ部とその回転数をカウントして回転角度あるいは回転位置を検出する光検出器等により構成されている。
【００２５】
第２のセクターギア２６は、その揺動軸が第１キャリッジ１２の一方のＹ軸１５に連結している。また、第２のセクターギア２６のギア歯２６ａには、Ｙモータ３６のモータギア３６ａが噛合している。また、回転センサ３７は、例えば、モータギア３６ａに連結して回転する回転エンコーダ部とその回転数をカウントして回転角度あるいは回転位置を検出する光検出器等により構成されている。
【００２６】
ここで、２つの回転センサ３２，３７は、フォトディテクタを用いた光検出方式のエンコーダで構成されている。また、回転センサ３２，３７は、磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）を用いた磁気検出方式のエンコーダであってもよい。回転センサ３２，３７は、Ｘモータ３１及びＹモータ３６の回転に応じて位相の異なる２つのパルスを出力する。これにより、Ｘモータ３１及びＹモータ３６の回転方向と回転量が検出される。また、回転センサ３２，３７の出力に基づいて、セクターギア２１，２６等を介して連結されているシャフト１１及びシフトレバー２のＸＹ面における傾倒方向とその傾倒角度が同時に検出される。
【００２７】
ケース部材４は、ジョイスティック機構部３を内部に収容する箱状のケースフレーム４ａと、ケースフレーム４ａの上面部において突出する案内ドーム４ｂとを有して一体に形成される。また、案内ドーム４ｂの頂部には、略四角形の開口４ｃが形成されている。
【００２８】
ジョイスティック機構部３に備えられるシャフト１１は、その先端部がケース部材４の内側から案内ドーム４ｂの開口４ｃに挿入されてシフトレバー２の支柱部２ｃに固定される。このとき、シフトレバー２は、支持摺動部２ｂの下面である被案内面が案内ドーム４ｂの上面に支持され、かつ、その上面に対してＸＹの方向に摺動するように取り付けられる。
【００２９】
シフトレバー２がＸ方向に傾倒操作されシャフト１１が傾倒すると、これに連動して第２キャリッジ１３及び第２キャリッジ１３に軸を一にして連結するセクターギア２１が揺動する。これに伴いセクターギア２１のギア歯２１ａに噛合するモータギア３１ａが回転するので、その回転角に基づいて回転センサ３２によりシャフト１１のＸ方向における傾倒動作が検出される。同様に、シフトレバー２がＹ方向に傾倒操作されると、シャフト１１に係合する第１キャリッジ１２及びこれに連結するセクターギア２６が揺動する。これに伴いセクターギア２６のギア歯２６ａに噛合するモータギア３６ａが回転し、その回転角に基づいて回転センサ３７によりシャフト１１のＹ方向における傾倒動作が検出される。
【００３０】
さらに、Ｘモータ３１に駆動電流が供給されると、モータギア３１ａ、セクターギア２１及び第２キャリッジ１３を介してシャフト１１及びシフトレバー２にＸ方向に傾倒させるトルクが伝達される。同様にＹモータ３６に駆動電流が供給されると、モータギア３６ａ、セクターギア２６及び第１キャリッジ１２を介してシャフト１１及びシフトレバー２にＹ方向に傾倒させるトルクが伝達される。次に説明する力覚制御部５０は、Ｘモータ３１及びＹモータ３６に駆動電流を供給し、回転センサ３２，３７が検出するシフトレバー２の操作状態に基づきフィードバック制御することにより、所望の反力をシフトレバー２に付与する力覚制御を行う。
【００３１】
図２は、本実施の形態による力覚付与型のシフト装置１のシステム構成を示すブロック図である。力覚制御部５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭやＲＡＭからなるメモリ、各種センサやスイッチが接続される入出力ポート、車載ＬＡＮコントローラ等をハードウエア回路として備え、ＣＰＵが予めＲＯＭに記憶されたプログラムに従って演算制御処理を実行する電子制御のマイコンユニットとして構成される。力覚制御部５０には、Ｘモータ３１、回転センサ３２、Ｙモータ３６、回転センサ３７が接続されている。力覚制御部５０は、回転センサ３２，３７の出力に基づいて、シフトレバー２の操作状態（ＸＹ面における傾倒方向とその傾倒角度）を演算して求め車両の自動変速機に出力する。また、力覚制御部５０は、シフトレバー２が所定の軌道を逸脱するような想定外の異常操作がされたときに、車両の安全管理装置（ブザーやランプ等の警報手段を含む）７０やエンジンＥＣＵ（Electronic Control Unit）（図示せず）等にエラー信号を出力するようにも構成されている。
【００３２】
また、力覚制御部５０には、不揮発性のメモリ５１が接続されている。メモリ５１には、シフトレバー２の操作状態に応じて反力を付与する力覚制御、ホームポジションへの自動復帰制御及びシフトレバー２の操作を所定の軌道のみに規制する軌道制御をするための参照テーブルデータである力覚パターンデータ５２が予め記憶されている。力覚制御部５０は、次に具体的に説明する力覚パターンが電子データ化された力覚パターンデータ５２を参照し、回転センサ３２，３７の出力から演算されるシフトレバー２の操作状態に基づいてＸモータ３１及びＹモータ３６のトルクを制御する。これにより、力覚パターンデータ５２に応じた反力がシフトレバー２に付与される。
【００３３】
図３は、本実施の形態による力覚付与型のシフト装置１において設定される複数の切換位置であるシフトポジションの配列とシフトレバー２の軌道との位置関係（シフトパターン）を示す図である。シフトレバー２のＸＹ方向における物理的に移動操作可能な領域６９の限界は、ゲートブロック２０で画される。その全領域６９内に、本実施の形態では、シフトレバー２の操作許容エリア６７（第１〜第３の操作許容エリア６７ａ，６７ｂ，６７ｃ）と、それ以外の操作規制エリア６８とが、互いに排他的に区分けされて設定されている。操作許容エリア６７は、シフトレバー２の軌道に沿うエリアであり、後述するように本実施の形態では、操作許容エリア６７の外縁部に力覚付与制御によるシフトレバー２への「反力の壁」が作られて、操作許容エリア６７に沿う軌道からシフトレバー２が逸脱するような異常操作を防止している。
【００３４】
図３に示されるように、右側の縦の第１の操作許容エリア６７ａには、車両の自動変速機のリバース（「Ｒ」と略して表記する。）、ニュートラル（「Ｎ」と略して表記する。）及びドライブ（「Ｄ」と略して表記する。）に対応するシフトポジションであるＲポジション６１、Ｎポジション６２及びＤポジション６３が順に配列して設定されている。また、左側の縦の第２の操作許容エリア６７ｂには、シフトアップポジション（「＋」と表記する。）６４と、ホームポジション６５（「Ｈ」と略して表記する。）と、シフトダウンポジション（「−」と表記する。）６６が順に配列して設定されている。さらに、Ｈポジション６５と、Ｎポジション６２とを横方向に連結する第３の操作許容エリア６７ｃが設定されている。すなわち、本実施の形態では、シフトレバー２がシフト操作される軌道が、Ｈポジション６５及びＮポジション６２を分岐点とするＨ字状に予め定められている。
【００３５】
（シフトレバーの自動復帰制御動作）
次に、力覚付与型のシフト装置１に備えられるシフトレバー２の自動復帰制御手段による動作を説明する。なお、自動復帰の動作（モーメンタリ動作）は、力覚制御部５０のＣＰＵが回転センサ３２，３７から得られるシフトレバー２の操作状態に基づいて、メモリ５１に記憶された力覚パターンを参照しながらＸモータ３１及びＹモータ３６のトルクをフィードバック制御することで実行される。
【００３６】
図４は、Ｈポジション６５を傾倒操作の原点としてシフトレバー２に作用する力覚パターンを例示する図である。これらの力覚パターンは、力覚パターンデータ５２として電子化されてメモリ５１に記憶されている。ここで、図４（ａ）に示されるように、Ｈポジション６５を中心とし第２の操作許容エリア６７ｂに沿うＹ方向への傾倒操作（ＹＨ＋〜ＹＨ−）と、第３の操作許容エリア６７ｃに沿うＸ方向への傾倒操作（ＸＨ＋〜ＸＨ−）を考える。
【００３７】
図４（ｂ）は、Ｙ方向へのシフトレバー２の傾倒操作量であるＹストローク（ＹＨ＋〜ＹＨ−）を縦軸として、これに対するＹモータ３６に生じさせるトルクとの関係（ＹＨ軸における力覚パターン）を示すグラフである。
【００３８】
図４（ｂ）の力覚パターンによると、シフトレバー２のストロークがＹＨ＋側にあるとき、これとは逆向き（下方向）の反力がシフトレバー２に作用するようにＹモータ３６のトルクが制御される。また、シフトレバー２のストロークがＹＨ−側にあるとき、これとは逆向き（上方向）の反力がシフトレバー２に作用するようにＹモータ３６のトルクが制御される。したがって、第２の操作許容エリア６７ｂにあるシフトレバー２には、Ｈポジション６５を中心に自動復帰する方向に力が作用する。
【００３９】
また、図４（ｂ）によれば、シフトレバー２が＋ポジション６４よりもＹＨ＋側、または−ポジション６６よりもＹＨ−側への傾倒操作に対しては、Ｙモータ３６のトルクが最大（ＹｎｍａｘまたはＹｐｍａｘ）まで急激に立ち上がるように力覚パターンが設定されている。これにより、操作者が＋ポジション６４から更に上へ、または−ポジション６６から更に下へシフトレバー２を傾倒させようとしても、シフトレバー２を介して知覚される「反力の壁」により、第２の操作許容エリア６７ｂを逸脱するような傾倒操作が防止される。
【００４０】
図４（ｃ）は、Ｘ方向へのシフトレバー２の傾倒操作量であるＸストローク（ＸＨ＋〜ＸＨ−）を横軸として、これに対するＸモータ３１に生じさせるトルクとの関係（ＸＨ軸における力覚パターン）を示すグラフである。図４（ｃ）によれば、シフトレバー２のストロークがＸＨ＋側にあるとき、これとは逆向き（左方向）の反力がシフトレバー２に作用するようにＸモータ３１のトルクが制御される。したがって、第３の操作許容エリア６７ｃにあるシフトレバー２には、Ｈポジション６５に自動復帰する方向に反力が作用する。
【００４１】
また、シフトレバー２がＮポジション６２よりもＸＨ＋側、またはＨポジション６５よりもＸＨ−側への傾倒操作に対しては、Ｘモータ３１のトルクが最大（ＸｐｍａｘまたはＸｎｍａｘ）まで急激に立ち上がるように力覚パターンが設定されている。これにより、操作者がシフトレバー２をＮポジション６２から更に右へ、またはＨポジション６５から更に左へ傾倒させようとしても、シフトレバー２を介して知覚される「反力の壁」により、第３の操作許容エリア６７ｃから逸脱するような傾倒操作が防止される。
【００４２】
（シフトレバーの軌道制御動作）
次に、力覚付与型のシフト装置１に備えられるシフトレバー２の軌道制御手段による動作を説明する。なお、軌道制御の動作（トラッキング動作）は、力覚制御部５０のＣＰＵが回転センサ３２，３７から得られるシフトレバー２の操作状態に基づいて、メモリ５１に記憶された力覚パターンを参照しながらＸモータ３１及びＹモータ３６のトルクをフィードバック制御することで実行される。
【００４３】
図５は、シフトレバー２の軌道に設定される第１、第２及び第３の操作許容エリア６７を横切る２つの代表的な横断線において、シフトレバー２に作用する力覚パターンを例示する図である。なお、これらの力覚パターンは、力覚パターンデータ５２として電子化されてメモリ５１に記憶されている。ここでは、図５（ａ）に示されるように、第３の操作許容エリア６７ｃを縦方向に横切るＹ１横断線と、第１及び第２の操作許容エリア６７ａ，６７ｂを横方向に横切るＸ１横断線とについて考える。なお、座標上の原点は、図４と同様にＨポジション６５に設定されるものとする。
【００４４】
図５（ｂ）は、Ｙ１横断線に沿う方向へのシフトレバー２の傾倒操作量であるＹストローク（Ｙ１＋〜Ｙ１−）を縦軸として、これに対するＹモータ３６に生じさせるトルクとの関係（Ｙ１横断線における力覚パターン）を示すグラフである。図５（ｂ）によると、シフトレバー２の傾倒位置が第３の操作許容エリア６７ｃにあるときは、そのエリアの中心にシフトレバー２が常に向うようにシフトレバー２に力がフィードバック制御される。また、第３の操作許容エリア６７ｃの外縁部では、Ｙモータ３６のトルクが最大（ＹｎｍａｘまたはＹｐｍａｘ）まで急激に立ち上がるように力覚パターンが設定されている。これにより、第３の操作許容エリア６７ｃの上下の外縁部にシフトレバー２に対する「反力の壁」が存在することなり、第３の操作許容エリア６７ｃに設定される軌道を逸脱するようなシフトレバー２の異常操作を防止している。
【００４５】
図５（ｃ）は、Ｘ１横断線に沿う方向へのシフトレバー２の傾倒操作量であるＸストローク（Ｘ１＋〜Ｘ１−）を横軸として、これに対するＸモータ３１に生じさせるトルクとの関係（Ｘ１横断線における力覚パターン）を示すグラフである。図５（ｃ）によると、シフトレバー２の傾倒位置が第１の操作許容エリア６７ａにあるときは、その第１の操作許容エリア６７ａの中心にシフトレバー２が常に向うようにシフトレバー２に力がフィードバック制御される。同様に、シフトレバー２の傾倒位置が第２の操作許容エリア６７ｂにあるときは、その第２の操作許容エリア６７ｂの中心にシフトレバー２が常に向うようにシフトレバー２に力がフィードバック制御される。
【００４６】
また、第１の操作許容エリア６７ａの外縁部では、Ｘモータ３１のトルクが最大（ＸｐｍａｘまたはＸｎｍａｘ）まで急激に立ち上がるように力覚パターンが設定されている。同様に、第２の操作許容エリア６７ｂの外縁部にも、Ｘモータ３１のトルクが最大（ＸｐｍａｘまたはＸｎｍａｘ）まで急激に立ち上がるように力覚パターンが設定されている。すなわち、第１及び第２の操作許容エリア６７ａ，６７ｂのそれぞれの左右の外縁部には、シフトレバー２に対する「反力の壁」が存在することとなり、第１及び第２の操作許容エリア６７ａ，６７ｂに設定される軌道を逸脱するようなシフトレバー２の異常操作を防止している。
【００４７】
（シフトポジションの判定動作）
次に、力覚制御部５０のＣＰＵ（以下、単に「ＣＰＵ」という。）が回転センサ３２，３７の出力から得られるシフトレバー２の操作状態に基づいて、各シフトポジションへのシフト操作の有効性を判定する切換位置判定手段の動作を説明する。
【００４８】
図６は、＋ポジション６４へのシフト操作の有効性を判定するフローチャートである。ＣＰＵは、常時、シフトレバー２がＨポジション６５にあるか否かを検出する（ステップＳ１０）。ＣＰＵは、シフトレバー２の軌道の分岐点であるＨポジション６５を検出したことを前提に（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、シフトレバー２が＋ポジション６４にあるか否かを検出する（ステップＳ１１）。そして、ＣＰＵは、＋ポジション６４であることを検出したとき（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、＋ポジション６４への操作が有効であるとしてシフトアップ信号を出力する（ステップＳ１２）。＋ポジション６４が検出されないときは、操作状態出力は変化しない（ステップＳ１３）。なお、ＣＰＵは、Ｈポジション６５を経由せずに＋ポジション６４を検出したときは、＋ポジション６４への操作を無効にして車両の安全管理装置７０等にエラー信号を出力する。
【００４９】
図７は、−ポジション６６へのシフト操作の有効性を判定するフローチャートである。ＣＰＵは、常時、シフトレバー２がＨポジション６５にあるか否かを検出する（ステップＳ２０）。ＣＰＵは、シフトレバー２の軌道の分岐点であるＨポジション６５を検出したことを前提に（ステップＳ２０：ＹＥＳ）、シフトレバー２が−ポジション６６にあるか否かを検出する（ステップＳ２１）。そして、ＣＰＵは、−ポジション６６であることを検出したとき（ステップＳ２１：ＹＥＳ）、−ポジション６６への操作が有効であるとしてシフトダウン信号を出力する（ステップＳ２２）。−ポジション６６が検出されないときは、操作状態出力は変化しない（ステップＳ２３）。なお、ＣＰＵは、Ｈポジション６５を経由せずに−ポジション６６を検出したときは、−ポジション６６への操作を無効にして車両の安全管理装置７０等にエラー信号を出力する。
【００５０】
図８は、Ｎポジション６２へのシフト操作の有効性を判定するフローチャートである。ＣＰＵは、常時、シフトレバー２がＨポジション６５にあるか否かを検出する（ステップＳ３０）。ＣＰＵは、シフトレバー２の軌道の分岐点であるＨポジション６５を検出したことを前提に（ステップＳ３０：ＹＥＳ）、シフトレバー２がＮポジション６２にあるか否かを検出する（ステップＳ３１）。そして、ＣＰＵは、Ｎポジション６２であることを検出したとき（ステップＳ３１：ＹＥＳ）、Ｎポジション６２への操作が有効であるとしてＮポジション信号を出力する（ステップＳ３２）。Ｎポジション６２が検出されないときは、操作状態出力は変化しない（ステップＳ３３）。なお、ＣＰＵは、Ｈポジション６５を経由せずにＮポジション６２を検出したときは、Ｎポジション６２への操作を無効にして車両の安全管理装置７０等にエラー信号を出力する。
【００５１】
図９は、Ｒポジション６１へのシフト操作の有効性を判定するフローチャートである。ＣＰＵは、常時、シフトレバー２がＨポジション６５にあるか否かを検出する（ステップＳ４０）。ＣＰＵは、Ｈポジション６５を検出したことを前提に（ステップＳ４０：ＹＥＳ）、シフトレバー２がＮポジション６２にあるか否かを検出する（ステップＳ４１）。Ｎポジション６２が検出されないときは、操作状態出力は変化しない（ステップＳ４２）。ＣＰＵは、シフトレバー２の軌道の分岐点であるＮポジション６２を検出したことを前提に（ステップＳ４１：ＹＥＳ）、シフトレバー２がＲポジション６１にあるか否かを検出する（ステップＳ４３）。ＣＰＵは、Ｒポジション６１であることを検出したとき（ステップＳ４３：ＹＥＳ）、Ｒポジション６１への操作が有効であるとしてＲポジション信号を出力する（ステップＳ４４）。Ｒポジション６１が検出されないときは、そのまま、Ｎポジション信号を出力する（ステップＳ４５）。なお、ＣＰＵは、Ｎポジション６２を経由せずにＲポジション６１を検出したときは、Ｒポジション６１への操作を無効にして車両の安全管理装置７０等にエラー信号を出力する。
【００５２】
図１０は、Ｄポジション６３へのシフト操作の有効性を判定するフローチャートである。ＣＰＵは、常時、シフトレバー２がＨポジション６５にあるか否かを検出する（ステップＳ５０）。ＣＰＵは、Ｈポジション６５を検出したことを前提に（ステップＳ５０：ＹＥＳ）、シフトレバー２がＮポジション６２にあるか否かを検出する（ステップＳ５１）。Ｎポジション６２が検出されないときは、操作状態出力は変化しない（ステップＳ５２）。ＣＰＵは、シフトレバー２の軌道の分岐点であるＮポジション６２を検出したことを前提に（ステップＳ５１：ＹＥＳ）、シフトレバー２がＤポジション６３にあるか否かを検出する（ステップＳ５３）。ＣＰＵは、Ｄポジション６３であることを検出したとき（ステップＳ５３：ＹＥＳ）、Ｄポジション６３への操作が有効であるとしてＤポジション信号を出力する（ステップＳ５４）。Ｄポジション６３が検出されないときは、そのまま、Ｎポジション信号を出力する（ステップＳ５５）。なお、ＣＰＵは、Ｎポジション６２を経由せずにＤポジション６３を検出したときは、Ｄポジション６３への操作を無効にして車両の安全管理装置７０等にエラー信号を出力する。
【００５３】
（実施の形態による効果）
本実施の形態によれば、以下の技術的な効果が奏される。
［１］ジョイスティック操作部であるシフトレバー２の操作可能範囲内において、各シフトポジションが配列されるシフトレバー２の軌道に沿って操作許容エリア６７を設定した。操作規制エリア６８との境界である操作許容エリア６７の外縁部に、Ｘモータ３１及びＹモータ３６のトルクが最大となる、シフトレバー２に対する「反力の壁」を力覚付与制御により生じさせたことにより、シフトレバー２の軌道を逸脱するような異常な操作を防止することができる。
［２］力覚制御部５０は、シフトレバー２の軌道の分岐点であるＨポジション６５の経由を条件に＋ポジション６４及び−ポジション６６へのシフト操作を有効と判定する。また、力覚制御部５０は、シフトレバー２の軌道の分岐点であるＮポジション６２の経由を条件にＲポジション６１及びＤポジション６３へのシフト操作を有効と判定する。これに反し、上述の「反力の壁」を無理やり超えて軌道を飛び越えるような想定外の危険な操作に対しては、当該操作を無効とし及び警告等の異常処理で対処することができる。これにより、異常操作に対する安全性を確保することができる。
［３］力覚付与型のシフト装置１において、かかる異常操作に対する危険性を回避し安全性を確保する対策を講じた上では、ジョイスティックの操作を許容するエリア（軌道）を電子的な制御により任意に定めることは容易であるため、本実施の形態に係る技術的思想をシフト装置以外にも様々な用途及び目的のものに応用することができる。したがって、力覚付与型入力装置の汎用性を大きく高めることができる。
【００５４】
以上、本発明に好適な実施の形態を説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲内で種々の変形、応用が可能である。例えば、本実施の形態に示したＨ形状のパターンだけでなく、種々の操作パターンに対応できる。図１１は、シフトレバーの種々の操作経路を示す操作パターン図（ａ）〜（ｆ）である。これによれば、車種等に応じて、Ｈ形状のパターン、Ｉ形状のパターンや、これらの組合せとして種々の操作経路を有する操作パターンに対応できる。さらに、図示は省略するが、任意の角度で交差する操作パターンを含む操作経路を有する操作パターン等にも対応可能である。
【００５５】
また、これらの操作形状パターンを力覚制御する力覚パターンは、本実施の形態に示した力覚パターンに限られず種々の制御パターンに変更可能である。本実施の形態に示した図４に示す力覚パターンは、ＹＨ＋側においてＲポジション６１の位置でもＹモータトルクが常に下方向側に作用する。また、Ｄポジション６３の位置でもＹモータトルクが常に上方向側に作用する。従って、シフトレバー２は、Ｒポジション６１、Ｄポジション６３にシフト操作された後、それらの位置に留まらずに、Ｈポジション６５に戻ってくる。すなわち、シフトレバーへの操作力を解除した後にＨポジション６５に自動復帰するモーメンタリ動作を制御するための力覚パターンである。
【００５６】
これに対して、本実施の形態において、シフトレバーをステーショナリ動作で制御することも可能である。図１２は、力覚付与型のシフト装置において、ホーム（Ｈ）ポジションを傾倒操作の原点としてシフトレバーに作用する力覚パターンを例示するものであって、シフトレバーのステーショナリ動作を制御するための力覚パターンの例示図である。図１２（ｂ）のＹＨ＋側においてＹモータトルクはＲポジション６１の付近で上下反転する。また、Ｄポジション６３の付近でも上下反転する。従って、シフトレバー２は、Ｒポジション６１にシフト操作された後、Ｙモータトルクが上方向から下方向に反転するゼロクロス点ＺＣ１に留まる。同様に、シフトレバー２は、Ｄポジション６３にシフト操作された後、Ｙモータトルクが下方向から上方向に反転するゼロクロス点ＺＣ２に留まる。よって、図４で示す力覚パターンを図１２に示すような力覚パターンに変更することにより、シフトレバー２のステーショナリ動作での制御も対応可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１…シフト装置、２…シフトレバー、２ａ…把持部、２ｂ…支持摺動部、２ｃ…支柱部、３…ジョイスティック機構部、４…ケース部材、４ａ…ケースフレーム、４ｂ…案内ドーム、４ｃ…開口、１１…シャフト、１２…第１キャリッジ、１３…第２キャリッジ、１４…Ｘ軸、１５…Ｙ軸、１６…ベアリング、１７…ベアリングホルダ、２０…ゲートブロック、２１…セクターギア、２１ａ…ギア歯、２６…セクターギア、２６ａ…ギア歯、３１…Ｘモータ、３１ａ…モータギア、３２…回転センサ、３６…Ｙモータ、３６ａ…モータギア、３７…回転センサ、５０…力覚制御部、５１…メモリ、５２…力覚パターンデータ、６１…リバース（Ｒ）ポジション、６２…ニュートラル（Ｎ）ポジション、６３…ドライブ（Ｄ）ポジション、６４…シフトアップ（＋）ポジション、６５…ホーム（Ｈ）ポジション、６６…シフトダウン（−）ポジション、６７，６７ａ，６７ｂ，６７ｃ…操作許容エリア、６８…操作規制エリア、６９…シフトレバーの操作可能な全領域、７０…安全管理装置
【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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【図１１】
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【図１２】
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