(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転操作可能な操作端を有し、該操作端の回転量を検出して表示手段に表示されたポインタを移動させ、当該表示手段に表示された各種項目を選択する操作を行う回転式入力装置において、
前記操作端の回転量に対して設定される回転操作時の反力パターンに従って、当該操作端に駆動力を伝達する駆動力発生手段を有し、
前記操作端が回転操作されたときの、当該回転式入力装置の内部または外部よりの、検出または予測により得られる前記操作端付近の振動のデータを含む入力信号に基づいて、前記回転操作時の反力パターンを変化させることを特徴とする回転式入力装置。
【請求項２】
前記内部または外部よりの入力信号は、前記操作端が回転操作されたときの角速度、及び角加速度のうちの少なくとも一つのデータを含むことを特徴とする請求項１に記載の回転式入力装置。
【請求項３】
前記操作端の回転量を検知する回転量検出手段を具備し、前記反力パターンが、前記操作端の回転操作位置によらず一定となるように設定されているときの、当該回転量検出手段にて検出される操作端の回転量の時歴に基づいて、前記振動のデータを求めることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載の回転式入力装置。
【請求項４】
前記操作端と接して配設される加速度センサを具備し、当該加速度センサにより測定される加速度データに基づいて、前記操作端付近にて発生する振動の周波数、及び振幅を予測することを特徴とする請求項１に記載の回転式入力装置。
【請求項５】
当該回転式入力装置は車両内に搭載され、当該車両が具備する速度センサにて測定される車両速度に基づいて、前記操作端付近にて発生する振動の周波数、及び振幅を予測することを特徴とする請求項１に記載の回転式入力装置。
【請求項６】
当該回転式入力装置は車両内に搭載され、車両の運転者による運転操作に応じて前記反力パターンを変化させることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載の回転式入力装置。
【請求項７】
前記運転者による運転操作は、ステアリング操作時の操舵角であり、該操舵角を検知し、この操舵角に応じて前記反力パターンを変化させることを特徴とする請求項６に記載の回転式入力装置。
【請求項８】
前記反力パターンは、前記表示手段に表示される選択項目に対応するディテントで設定され、前記内部または外部よりの入力信号に応じて、前記ディテントの間隔、深さ、波形のうちの少なくとも一つを変化させることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の回転式入力装置。
【請求項９】
回転操作、及び押し込み操作が可能な操作端を有し、該操作端の回転量、及び押し込み操作を検出して、各種の入力操作を行う回転式入力装置において、
前記操作端の回転量に対して設定される回転操作時の反力パターンに従って、当該操作端に駆動力を伝達する駆動力発生手段を有し、
前記操作端が回転操作されたときの、当該回転式入力装置の内部または外部よりの、前記操作端付近の振動のデータを含む入力信号に基づいて、前記回転操作時の反力パターンを変化させると共に、
前記操作端の押し込み操作は、入力受付、または入力禁止の切り換えが可能とされ、前記操作端を回転操作する際の、角速度、及び角加速度のうちの少なくとも一方のデータに基づいて、前記入力受付と入力禁止とを切り換えることを特徴とする回転式入力装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば車両に搭載され、各種の操作入力を行う回転式入力装置に係り、特に、誤操作を防止する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の誤操作防止対策を備えた車載機器操作用スイッチとしては、例えば、特開２０００−１００２７２号公報の「車載機器操作装置」（以下、従来例という）に記載されたものが知られている。該従来例では、搭乗者の姿勢が不安定になりがちな大加速度の状態を各種センサ情報より判定し、大加速度時においてはスイッチ操作が行われても、スイッチ信号を車載機器側に出力しないという方法が提案されている。
【０００３】
図１３は、該従来例に記載された車載機器操作装置の動作を示すフローチャートであり、同図に示されるように、スイッチ入力があり（Ｓ１０）、且つ、スイッチ操作が大加速度で行われた場合には（Ｓ１２）、このスイッチ操作を無視することにより（Ｓ１６）、誤操作を防止するものである。また、大加速度でない場合には、スイッチ操作を受け付ける（Ｓ１４）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の車載機器操作用スイッチの誤操作防止対策においては、図１３のフローチャートにて示したように、誤操作が発生しやすい状況においてスイッチ入力を無視することができるが、この対策では、スイッチ操作自体は可能であるので、スイッチを操作したにも関わらず機器が作動しないことがある。このため、操作者によっては、これを機器の異常と誤認することがある。その結果、ディスプレイの注視、スイッチの再操作といった行動に発展し、操作者に更なる操作負荷を与える可能性があった。
【０００５】
本発明はこのような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、スイッチ操作時に、誤操作が発生し易い状況において、スイッチ操作自体を確実に行わせることにより、誤操作を防止することのでき、且つ、誤操作が発生しにくい状況における操作性を阻害せず、誤操作防止の機能と、良好な操作性の確保と、を両立させることのできる回転式入力装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本願請求項１に記載の発明は、回転操作可能な操作端を有し、該操作端の回転量を検出して表示手段に表示されたポインタを移動させ、当該表示手段に表示された各種項目を選択する操作を行う回転式入力装置において、前記操作端の回転量に対して設定される回転操作時の反力パターンに従って、当該操作端に駆動力を伝達する駆動力発生手段を有し、前記操作端が回転操作されたときの、当該回転式入力装置の内部または外部よりの、検出または予測により得られる前記操作端付近の振動のデータを含む入力信号に基づいて、前記回転操作時の反力パターンを変化させることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、前記内部または外部よりの入力信号は、前記操作端が回転操作されたときの角速度、及び角加速度のうちの少なくとも一つのデータを含むことを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、前記操作端の回転量を検知する回転量検出手段を具備し、前記反力パターンが、前記操作端の回転操作位置によらず一定となるように設定されているときの、当該回転量検出手段にて検出される操作端の回転量の時歴に基づいて、前記振動データを求めることを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、前記操作端と接して配設される加速度センサを具備し、当該加速度センサにより測定される加速度データに基づいて、前記操作端付近にて発生する振動の周波数、及び振幅を予測することを特徴とする。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、当該回転式入力装置は車両内に搭載され、当該車両が具備する速度センサにて測定される車両速度に基づいて、前記操作端付近にて発生する振動の周波数、及び振幅を予測することを特徴とする。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、当該回転式入力装置は車両内に搭載され、車両の運転者による運転操作に応じて前記反力パターンを変化させることを特徴とする。
【００１３】
請求項７に記載の発明は、前記運転者による運転操作は、ステアリング操作時の操舵角であり、該操舵角を検知し、この操舵角に応じて前記反力パターンを変化させることを特徴とする。
【００１４】
請求項８に記載の発明は、前記反力パターンは、前記表示手段に表示される選択項目に対応するディテントで設定され、前記内部または外部よりの入力信号に応じて、前記ディテントの間隔、深さ、波形のうちの少なくとも一つを変化させることを特徴とする。
【００１５】
請求項９に記載の発明は、回転操作、及び押し込み操作が可能な操作端を有し、該操作端の回転量、及び押し込み操作を検出して、各種の入力操作を行う回転式入力装置において、前記操作端の回転量に対して設定される回転操作時の反力パターンに従って、当該操作端に駆動力を伝達する駆動力発生手段を有し、前記操作端が回転操作されたときの、当該回転式入力装置の内部または外部よりの、前記操作端付近の振動のデータを含む入力信号に基づいて、前記回転操作時の反力パターンを変化させると共に、前記操作端の押し込み操作は、入力受付、または入力禁止の切り換えが可能とされ、前記操作端を回転操作する際の、角速度、及び角加速度のうちの少なくとも一方のデータに基づいて、前記入力受付と入力禁止とを切り換えることを特徴とする。
【００１６】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、操作端を用いてメニュ等の選択項目を選択する際に、当該回転式入力装置の内部または外部より与えられる入力信号に応じて、選択項目と対応付けられている、操作端の回転量に対する操作反力のパターンを変化させることができる。従って、誤操作が発生しやすい状況を検知または予測し、この信号を入力信号として、誤操作が発生しやすい状況においては、例えば、選択項目に対応する反力パターンを大きめに設定する等の処理を行えば、操作者は触覚によって、より確実な選択感を認識することができ、選択項目を誤るという誤操作を防止することができる。
【００１７】
また、逆に誤操作が発生しにくい状況においては、例えば反力パターンを小さめに設定する等の処理を行うことにより、操作力の低減、操作速度の向上につながり、操作者にとってより効率的な選択操作を行わせることが可能となり、誤操作防止と良好な操作性の確保の両立を図ることができる。しかも、操作端付近の振動に応じて反力パターンを変化させることができるので、振動により操作者の触覚が乱され、選択項目に対応する反力パターンを認識しづらくなることによって誤操作が発生しやすくなる状況においても、例えば反力パターンを大きめに設定する等の処理を行えば、操作者は選択項目に対応する反力パターンを確実に認識することができ、反力パターンを認識できずに選択操作を誤ったり、ディスプレイ上に表示されているメニュ等の操作対象を注視したりする行動を防止することができる。
【００１８】
請求項２の発明によれば、操作端の現在の選択項目に対応する反力パターン内における回転角速度または回転角加速度に応じて、次の選択項目に対応する反力パターンを変化させることができるので、操作者が過大な勢いで操作した場合でも、次の選択項目に対応する反力パターンを大きめに設定する等の処理を行えば、操作者は選択項目に対応する反力パターンを常に認識することができ、反力パターンを認識できずに選択操作を誤ったり、ディスプレイ上に表示されているメニュ等の操作対象を注視したりする行動を防止できる。
【００１９】
また、逆に操作者が過小な勢いで操作端を回した場合は、次の選択項目に対応する反力パターンを、反力パターンが認識できる範囲で小さめに設定する等の処理を行えば、操作効率の向上を図ることができる。
【００２１】
請求項３の発明によれば、回転式入力装置を構成している操作端の回転量検出センサを利用して、操作端付近の振動を検知するので、最小の構成で簡易に、請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載した効果を得ることができる。
【００２２】
請求項４の発明によれば、加速度センサを使用して操作端付近の振動を検知・予測するので、より正確に操作端の振動を算出し、高精度の反力パターン制御を行うことができ、請求項１に記載した効果を確実に得ることができる。
【００２３】
請求項５の発明によれば、車載の回転式入力装置において、車両に搭載されている速度センサを利用して、操作端付近の振動を予測するので、比較的簡易、且つ、正確に前記操作端の振動を算出することができ、請求項１に記載した効果を効率的に得ることができる。
【００２４】
請求項６の発明によれば、運転者の運転操作に応じて反力パターンを変化させることができるので、車載の回転式入力装置を運転者が操作する場合、運転操作の負荷が上昇し、回転式入力装置の操作に対して注意が払われず、誤操作が発生しやすくなる状況においても、例えば反力パターンを大きめに設定する等の処理を行えば、操作者は選択項目に対応する反力パターンを確実に認識することができ、反力パターンを認識できずに選択操作を誤ったり、ディスプレイ上に表示されているメニュ等の操作対象を注視したりする行動を防止することができる。
【００２５】
請求項７の発明によれば、操舵角に応じて反力パターンを変化させることができるので、回転式入力装置が車両のステアリングに設置されている場合等において、運転者が操舵中に回転式入力装置を操作する際に、請求項６に記載した効果を得ることができる。
【００２６】
請求項８の発明によれば、メニュ等の選択項目がディテントに対応付けられている形式において、入力信号に応じてディテントの間隔、深さ、波形を変化させるため、一般的なジョグダイアル（操作端）の操作感覚を保ったまま、操作者に違和感を与えることなく、請求項１〜７に記載した効果を得ることができる。
【００２７】
請求項９の発明によれば、操作端の回転角速度または回転角加速度に応じて、押し込み操作を不可能とすることができるため、所定の回転角速度または回転角加速度以上となった場合に押し込み操作をロックすることにより、回転式入力装置の押し込み操作時に、意図しない操作端の回転が起き、意図しない選択項目を選択、決定するという一連の誤操作を防止することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１〜図９は、本発明の第１実施形態を示す図である。第１実施形態では、誤操作が発生しやすい状況として操作者による回転操作端となるホイールの操作強度、及び操作端付近の振動に着目し、操作端の回転量検出用センサの信号に基づき、これらの状況を検知する。そして、表示手段上に表示されるメニュ選択画面の各項目毎に対応付けられた反力パターン（回転操作端に発生する抵抗力）を制御することにより、操作者による操作ミスを防止する回転式入力装置について説明する。
【００２９】
回転式入力装置は、図１に示す如くの外観をなすホイール４２を有し、回転方向の可逆的な回転操作、及び押し込み操作が可能であり、表示手段上に表示される図２に示す如くの、選択メニュ上に表示されるポインタ３１を操作対象とし、ホイール４２の回転操作により該ポインタ３１を移動させる。そして、メニュの順次選択を行い、所望のメニュ上にポインタ３１が存在している状態でホイール４２を押し込むことにより、所望するメニュ項目を選択することができる。
【００３０】
次に、本実施形態に係る回転式入力装置の構成を、図３のブロック図で説明する。該回転式入力装置４１は、操作端であるホイール４２と、このホイール４２の回転方向にトルクを発生するホイール駆動手段４３と、ホイール４２の回転角及び押し込みを検出するホイール位置検出手段４４（回転量検出手段）と、ホイール制御演算手段（駆動力発生手段）４５、及び通信手段４６を具備している。
【００３１】
ホイール制御演算手段４５は、ホイール位置検出手段４４から出力される位置検出信号をデジタル化してホイール位置情報に変換し、更に、この位置情報を１階微分、２階微分して、ホイール４２の回転角速度、及び回転角加速度を算出し、更に、ホイール位置の時歴よりホイール４２の振動を検知する。また、後述する操作・表示処理演算手段４７より受信した基本反力パターン情報に基づき、ホイール回転角速度、回転角加速度、及びホイール４２付近にて発生する振動、の各データから、現在、及び次の選択項目に対応する反力パターンを補正計算する。そして、補正後の反力パターンとホイール位置に基づいて現在の発生トルク量を計算し、ホイール駆動手段４３にトルク制御信号を出力する。
【００３２】
通信手段４６は、ホイール制御演算手段４５より供給されるホイール位置情報を、外部の操作・表示処理演算手段４７に出力すると共に、この操作・表示処理演算手段４７より与えられる基本反力パターン情報を、ホイール制御演算手段４５に出力する。
【００３３】
具体的な例として、ホイール駆動手段４３を電動モータとし、ホイール位置検出手段４４をロータリ・エンコーダ、或いはタクト・スイッチとすることができる。また、ホイール制御演算手段４５を、Ａ／Ｄ変換回路、Ｄ／Ａ変換回路、ＣＰＵ、及びＲＯＭから構成される制御回路とし、通信手段４６として、シリアル・インターフェース回路とすることができる。勿論、同一機能をもつ他の装置で構成することも可能である。
【００３４】
回転式入力装置４１と接続される、操作・表示処理演算手段４７は、通信手段４６に適合する通信部を内部に備え、通信手段４６より与えられるホイール位置情報に基づいて、表示手段４９上に表示される選択メニュの項目を選択するためのポインタの位置を決定する。更に、このホイール位置情報からホイールの押し込み操作を認識した場合には、選択・決定されたメニュ項目を情報処理演算手段４８に出力する。
【００３５】
情報処理演算手段４８は、選択・決定されたメニュ項目に対応する情報処理を実施し、必要に応じて次回の選択メニュの一覧を、操作・表示処理演算手段４７に出力する。
【００３６】
操作・表示処理演算手段４７は、新しい選択メニュ一覧が入力された場合、回転式入力装置４１に出力する基本反力パターンを、補正した新たな反力パターンに更新する。更に、該操作・表示処理演算手段４７は、現在の選択メニュ一覧、及びポインタ位置に基づいて表示映像を生成し、表示手段４９に選択メニュ映像を出力する。
【００３７】
本実施形態では、操作・表示処理演算手段４７と情報処理演算手段４８は、別の機能として説明したが、これらの機能を一つの装置で実現してもよい。
【００３８】
また、ホイール制御演算手段４５と、操作・表示処理演算手段４７との機能分担は、必ずしも本実施形態の通りである必要はなく、ホイール制御演算手段４５で行うとした現在、及び次回の選択項目に対応する反力パターンの補正計算を操作・表示処理演算手段４７で実施してホイール制御演算手段４５に出力し、ホイール制御演算手段４５において補正後の反力パターンとホイール位置から現在のトルク量を算出するような構成としてもよい。
【００３９】
更には、操作・表示演算手段４７において現在のトルク量の算出まで行うような構成としてもよいが、この場合、トルク量をリアルタイムで操作・表示処理演算手段４７から回転式入力装置４１に出力する必要があるため、操作・表示処理演算手段４７と通信手段４６の間の通信は、非常に高速にする必要がある。
【００４０】
次に、本実施形態において、反力パターンを発生する際の処理手順について説明する。本実施形態では、操作対象として図２に示した如くの選択メニュ・リストを想定する。
【００４１】
図４は、ホイール制御演算手段４５における処理手順を示すフローチャートである。同図において、まず、ステップ５１では、ホイール４２付近に発生する振動検知を行う。ここで、ステップ５１の状態は、操作者によるホイール操作が行われていないことを想定し、図５の特性図に示すように、ホイール４２の回転角の変化に対して一定値を有する反力パターンでホイール駆動手段４３を制御する。
【００４２】
図５に縦軸として示した反力ポテンシャルとは、ホイールの回転角に対応する発生反力を積分した指標であり、反力パターンを視覚的にイメージしやすいため以降の説明に用いる。なお、実際に発生する反力は、各回転角におけるグラフの傾きである。
【００４３】
図５に示す反力パターンは、上述したように、一定値とされており、ホイール４２は反力のかからないフリー状態となっている。フリー状態においては、ホイール４２付近の振動によりホイール位置が振動するため、ホイール位置検出手段４４から入力されるホイールの回転量の時歴をモニタすることにより、ホイール４２の振動の周波数、及び振幅を検知することができる。
【００４４】
次に、図４に示すステップ５２において、操作者によるホイール４２の回転操作の有無を判定する。ホイール位置検出手段４４から入力されるホイール位置の時歴から、一定方向に連続してホイール位置が移動したことが検出された場合、操作者による回転操作が有ったと判断し、直前のステップ５１における振動検知結果（ホイール振動の周波数及び振幅）を、ホイール制御演算手段４５が有するメモリ（図示省略）に記憶した後、ステップ５３へ移行する。
【００４５】
その他の場合は、操作が行われていないと判断し、ステップ５１の振動検知を継続する。
【００４６】
その後、ステップ５３において、図２に示した選択メニュ・リストに対応する基本反力パターンを、ステップ５２において記憶した振動検知結果に基づいて補正する処理が行われる。即ち、図５に示した如くの一定値を有する反力ポテンシャル特性を、図６に示す如くの特性に変化させる。その結果、操作・表示処理演算手段４７から通信手段４６を経由して入力される基本反力パターン情報は、図２に示した如くの、選択項目が４つの場合においては、４つのディテント・パターン（両側に爪のある窪み状のパターン）から構成される特性曲線となる。そして、各ディテントと選択項目が１対１に対応付けられるようになっている。
【００４７】
ディテント・パターンを特徴づけるパラメータは、図６に示すような反力ポテンシャルの深さ７２、間隔７３、波形７４である。基本反力パターンとしてはホイール４２に振動が発生していない状態で、且つ、所定の操作強度において、操作者が反力パターンを知覚できるために必要十分なパラメータ値を設定する。
【００４８】
勿論、反力パターンの知覚能力には個人差があるため、パラメータ値の設定は統計的手法により同定する必要があるが、個人専用の操作端（ホイール４２）であれば、パラメータ値を個人に合わせチューニングすることも可能である。このように設定した基本反力パターンのパラメータに対し、ステップ５２において記憶した振動検知結果に応じた補正が随時加えられる。
【００４９】
基本的には、図７に示すように、ホイール振動による触覚への外乱が大きいほど、ディテント・パラメータの深さ及び間隔を増大させ、更に波形をサイン波（半波形状の正弦波）から矩形波へと変形させて行くことで、振動発生時においても反力パターンを明確に知覚できるようにする。実際のパラメータの補正量は、ホイール振動の周波数及び振幅の組合せを条件として、条件毎に反力パターンを知覚できるよう物理的考察または実験により決定する必要があり、更に、知覚能力の個人差を考慮する場合は、統計的手法を併用する必要がある。
【００５０】
また、反力パターンを設定する際に用いるパラメータの補正は、ホイール４２の振動の条件に対して連続的に補正してもよいし、同等の効果が期待できるのであれば、段階的に補正してもよい。以上のように、ホイール４２の振動によりディテント・パラメータを補正した後、この補正後の反力パターン８１に基づきホイール駆動手段４３を制御する。
【００５１】
このとき、ホイールがフリー状態から反力の発生を開始する際に、操作者にトランジェントを感じさせないよう、現在位置８２に対し反力パターン８１の対応するディテント・パターンの底部（フラット部分）が一致するよう、反力パターン８１の位置合わせを行った後、反力の発生を開始する。
【００５２】
次に、図４に示すステップ５４において、操作者によるホイール回転操作中の操作強度をモニタする。ホイール位置検出手段４４から入力されるホイール位置情報と、該位置情報を１階微分して得られるホイール回転角速度と、位置情報を２階微分して得られるホイール回転角加速度とから、ディテント・パターンの爪（ディテント・パターン間の極大部分）を乗り越える瞬間におけるホイール回転角速度、及び回転角加速度を求め、これらを記憶する。
【００５３】
ディテント・パターンの爪を乗り越える瞬間を検知するには、ホイール位置検出手段４４のサンプリング周波数を十分大きく設定する必要があるが、ホイール位置検出手段４４の性能限界により十分なサンプリング周波数が得られない場合は、数サイクル前の値を外挿することにより、ディテント・パターンの爪を乗り越える瞬間におけるホイール回転角速度、及び回転角加速度を予測することもできる。
【００５４】
次に、ステップ５５において、ステップ５３で補正した反力パターンを、更にステップ５４で記憶したディテント・パターンの爪を乗り越える瞬間の操作強度（ホイール回転角速度、及び回転角加速度）により補正する。基本的には、ディテント・パターンの爪を乗り越える瞬間の操作強度が所定の操作強度より大きいほど、図８に示すように、次の（図中右側の）ディテント・パターンの深さ、及び間隔を増大させ、更に、波形をサイン波から矩形波へ変形させて行くことで、一定の反力パターンでは、操作強度が大きく次のディテントを飛び越して行きがちな状況においても、確実に反力パターンを知覚できるようにする。
【００５５】
これとは反対に、ディテント・パターンの爪を乗り越える瞬間の操作強度が所定の操作強度より小さいほど、図９に示すように、次の（図中右側の）ディテント・パターンの深さ及び間隔を減少させ、更に、波形をサイン波から三角波へ変形させて行くことで、一定の反力パターンでは、操作強度に対し、ディテント・パターンが大きく、負担に感じられがちな状況においても、適度の操作反力、及びストロークにより効率的に操作ができるようにする。
【００５６】
実際のパラメータの補正量は、ディテント・パターンの爪を乗り越える瞬間の操作強度を条件として、各条件下において次の反力パターンが知覚できるのに必要十分な補正量を、物理的考察または実験により決定する必要があり、更に、知覚能力の個人差を考慮する場合は、統計的手法を併用する必要がある。また、パラメータの補正は、操作強度の条件に対して連続的に補正してもよいし、同等の効果が期待できるのであれば、段階的に補正してもよい。
【００５７】
更に、本実施形態では、操作強度として、ホイールの回転角速度と回転各加速度の双方の値を用いたが、同等の効果が期待できるのであれば、どちらか一方のみを条件としてもよい。以上のように、ディテント・パターンの爪を乗り越える瞬間操作強度により次のディテント・パターンのパラメータを補正し、補正後の反力パターンに基づきホイール駆動手段４３を制御する。
【００５８】
ディテント・パターンの爪を乗り越える瞬間に、次のディテント・パターンのパラメータを補正し、更にホイール駆動手段４３の制御に反映させ、最終的に操作者にトランジェントを感じさせないようディテント・パターンを切り替えるには、ホイール制御手段４５の演算周期を十分高速にする必要があるが、十分な性能が期待できない場合は、ディテント・パターンの爪を乗り越える瞬間の数サイクル前の時点で、パラメータ補正を実施するようにしてもよい。
【００５９】
次いで、図４のステップ５６において、操作者によるホイール４２の回転操作の終了を判定する。ホイール位置検出手段４４から入力されるホイール位置の時歴から、一定方向に連続したホイール位置移動が検知されなくなった時点から所定の時間経過した場合、回転操作が終了したと判断して、ステップ５１の振動検知に移行する。その他の場合は、操作が継続していると判断し、ステップ５４の操作強度モニタを再度実行する。
【００６０】
このようにして、第１の実施形態によれば、選択項目に対応づけられたディテント・パターンから構成される基本反力パターンを、ホイールの振動及び操作者の操作強度によりパラメータ補正するため、触覚が乱される振動条件下においても、操作者は選択項目に対応するディテント・パターンを確実に認識することができ、更に、操作者がどのような強度で操作しても、必要十分なディテント・パターンを認識することができるので、ディテント・パターンを認識できずに選択操作を誤ったり、表示手段４９上に表示されているメニュ等の操作対象を注視したりする状況を防止することができる。更に、必要以上のディテント・パターンとならないようパラメータ補正を行うので、操作効率も確保することができる。
【００６１】
また、ディテント・パターンを決定するためのパラメータの補正は、回転式入力装置の必須構成品であるホイール位置検出手段からの入力信号に依っているため、最小構成で装置を実現することができる。
【００６２】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図１０、図１１は、本発明の第２の実施形態を示す図である。第２の実施形態では、前述した第１の実施形態において操作端の回転量検出用センサの信号を利用して検知していた操作端の振動を、回転式入力装置外部の加速度センサを利用して予測し、第１の実施形態と同様の効果を得る。更に、操作端の回転量検出センサの信号に基づき、回転操作中のホイール１１２の押し込み操作をロックし、押し込み操作時の意図しない操作端の回転により発生する誤操作を防止する回転式入力装置について説明する。
【００６３】
回転式入力装置の外観、操作機能は第１の実施形態と同様である。次に、本実施形態における回転式入力装置の構成を、図１０に示すブロック図を参照しながら説明する。
【００６４】
同図に示す回転式入力装置１１１は、操作端であるホイール１１２（図２のホイール参照）と、ホイール１１２の回転方向にトルクを発生するホイール駆動手段１１３と、ホイール１１２の回転角、及び押し込み操作を検出するホイール位置検出手段１１４と、ホイール１１２の押し込み操作をロック／アンロックするホイール押下抑制手段１１０１と、ホイール制御演算手段１１５と、通信手段１１６と、を具備している。
【００６５】
ホイール制御演算手段１１５は、ホイール位置検出手段１１４から出力される位置検出信号をデジタル化してホイール位置情報に変換し、更にこの位置情報を１階微分、２階微分して、ホイールの回転角速度、及び回転角加速度を算出する。そして、当該回転式入力装置１１１と接続される操作・表示処理演算手段１１７より受信される反力パターン情報に基づいて、ホイール位置から現在の発生トルク量を計算し、ホイール駆動手段１１３にトルク制御信号を出力する。更に、ホイール回転角速度、及び回転角加速度に基づいて、ホイール押下抑制手段１１０１に制御信号を出力する。
【００６６】
通信手段１１６は、ホイール制御演算手段１１５より与えられるホイール位置情報を、操作・表示処理演算手段１１７に出力すると共に、この操作・表示処理演算手段１１７より与えられる反力パターン情報を、ホイール制御演算手段１１５に出力する。
【００６７】
具体的な例としては、ホイール駆動手段１１３は電動モータ、ホイール位置検出手段１１４はロータリ・エンコーダ及びタクト・スイッチ、ホイール押下抑制手段１１０１は小型ソレノイド・インターロック、ホイール制御演算手段１１５は、Ａ／Ｄ変換回路、Ｄ／Ａ変換回路、ＣＰＵ、ＲＯＭから構成される制御回路、通信手段１１６はシリアル・インターフェース回路で構成することができる。勿論、同一機能を有する他の装置で構成しても良い。
【００６８】
更に、回転式入力装置１１１と接続される操作・表示処理演算手段１１７は、通信手段１１６に適合する通信部を内部に備え、通信手段１１６から入力されるホイール位置情報を基に、表示手段１１９上に表示される選択メニュ上のポインタ３１の位置を決定し、更に、ホイール位置情報からホイールの押し込みを認識した場合は、選択・決定されたメニュ項目を情報処理演算手段１１８に出力する。
【００６９】
情報処理演算手段１１８は、選択・決定されたメニュ項目に対応する情報処理を実施し、必要に応じて次回の選択メニュの一覧を操作・表示処理演算手段１１７に出力する。操作・表示処理演算手段１１７は、新しい選択メニュの一覧が入力された場合、回転式入力装置１１１における基本反力パターンを対応するパターンに更新する。
【００７０】
更に、操作・表示処理演算手段１１７は、回転式入力装置１１１と物理的に接した部位に設置される加速度センサ１１０２の検出信号に基づき、ホイール１１２付近の振動を予測し、予測した振動により基本反力パターンを補正した後、補正後の反力パターンを回転式入力装置１１１に出力する。
【００７１】
また、操作・表示処理演算手段１１７は、現在の選択メニュ一覧及びポインタ位置に基づいて表示映像を生成し、表示手段１１９に選択メニュ映像を表示する。本実施例では、操作・表示処理演算手段１１７と情報処理演算手段１１８は、別の機能として説明したが、これらの機能を一つの装置で実現してもよい。
【００７２】
また、ホイール制御演算手段１１５と操作・表示処理演算手段１１７との機能分担は、必ずしも本実施形態の通りである必要はなく、操作・表示処理演算手段１１７で行うとした振動による反力パターンの補正計算を、ホイール制御演算手段１１５で実施しするような構成としてもよい。また、操作・表示演算手段１１７において現在のトルク量の算出を行うような構成としてもよいが、この場合、トルク量をリアルタイムで操作・表示処理演算手段１１７から回転式入力装置１１１に出力する必要があるため、操作・表示処理演算手段１１７と通信手段１１６の間の通信は、非常に高速にする必要がある。
【００７３】
次に、本実施形態において反力パターンを発生する処理、及び押し込み操作をロックする処理について説明する。
【００７４】
本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、操作対象として図２に示した如くの選択メニュ・リストを想定する。
【００７５】
まず、操作・表示処理演算手段１１７において、図２の選択メニュ・リストに対応する基本反力パターンを、加速度センサ１１０２から入力される加速度により補正する。補正方法は、第１の実施形態のホイール制御演算手段４５における振動による反力パターン補正（図４のステップ５３）の方法と概ね同等であるが、ホイール振動の検知結果として、加速度センサ１１０２の入力から予測した結果を用いる点が異なる。
【００７６】
加速度センサ１１０２からホイール振動を予測する計算式は、物理的考察または実験により求める必要がある。この操作・表示処理演算手段１１７における反力パターンの補正演算は、周期的に実施し、補正結果を通信手段１１６経由で、ホイール制御演算手段１１５に出力する。また、振動による補正を正確に行うには、演算の周期は、リアルタイムであることが望ましい。
【００７７】
次に、ホイール制御演算手段１１５における処理を、図１１に示すフローチャートを参照して説明する。まず、ステップ１２１において、操作者によるホイール回転操作中の操作強度をモニタする。処理内容は、第１の実施形態におけるステップ５４（図４参照）と同等である。
【００７８】
その後、ステップ１２２において、操作・表示処理演算手段１１７から入力される振動による補正後の反力パターンを、ステップ１２１で記憶したディテント・パターンの爪を乗り越える瞬間の操作強度（ホイール回転角速度及び回転角加速度）により補正する。補正方法は、第１の実施形態におけるステップ５５と概ね同等であるが、ここでは、操作者にディテント・パターンが切り替わる際のトランジェントを感じさせないようにするため、操作・表示処理演算手段１１７から入力される振動による補正後の反力パターンが更新された場合も含め、ステップ１２２における補正は全て、現在のディテント・パターンではなく、次回のディテント・パターンに対して行う。以上のように、ディテント・パターンの爪を乗り越える瞬間の操作強度により次のディテント・パターンのパラメータを補正し、補正後の反力パターンに基づきホイール駆動手段１１３を制御する。
【００７９】
次に、ステップ１２３において、操作強度によりホイール１１２の押し込み操作をロック／アンロックする。ステップ１２２において計算されるホイール回転角速度が、所定の閾値（ロック角速度）以上となった場合、押し込み操作ロックと判定し、所定の閾値（アンロック角速度）以下となった場合、押し込み操作アンロックと判定し、この判定結果に従って、ホイール押下抑制手段１１０１を制御する。
【００８０】
ロック角速度、及びアンロック角速度は、ホイール押し込み操作時に意図しないホイール回転が発生し、意図しない選択項目を選択、決定してしまう事象が起きる最小回転速度付近に設定する必要があり、実際はホイール１１２の径、押し込み所要操作力等の仕様値から物理的考察により同定するか、或いは、実験により同定する必要がある。この際、常に（ロック角速度）＜（アンロック角速度）の関係を満たすように設定し、閾値付近で判定結果が振動しないようにする必要がある。
【００８１】
また、確実に押し込み操作時の誤選択・誤決定を防止するには、ステップ１２３の演算は、十分高速に行う必要がある。なお、装置の性能限界から十分な演算速度が得られない場合は、ホイール回転角加速度の値を使用して、外挿計算により回転速度を予測するようにしてもよい。
【００８２】
このようにして、第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、選択項目に対応づけられたディテント・パターンから構成される基本反力パターンを、ホイールの振動及び操作者の操作強度によりパラメータ補正するため、触覚が乱される振動条件下においても、操作者は選択項目に対応するディテント・パターンを確実に認識することができ、更に、操作者がどのような強度で操作しても、必要十分なディテント・パターンを認識することができるため、ディテント・パターンを認識できずに選択操作を誤ったり、ディスプレイ上に表示されているメニュ等の操作対象を注視したりする状況を防止できると共に、必要以上のディテント・パターンとならないようパラメータ補正を行うため、操作効率を向上させることができる。
【００８３】
更に、ホイール振動の検知を、回転式入力装置外部の加速度センサ１１０２により逐次行うため、第１の実施形態と比較して、ホイール操作中の振動環境の変化に速やかに対応できる利点がある。また、ホイール回転中の押し込み操作をロックするため、ホイール押し込み操作時に、意図しない操作端の回転が起き、誤って意図しない選択項目を選択、決定するという誤操作を防止することができる。
【００８４】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図１２は、第３の実施形態に係る回転式入力装置の構成を示すブロック図である。第３の実施形態は、車載機器制御用として、ステアリング上に設置された回転式入力装置であり、第２の実施形態でホイール振動の予測に使用していた加速度センサの代わりに、車速センサを利用して、第２の実施形態と同様の効果を得る。これに加えて、誤操作が発生しやすい状況として、操舵中のスイッチ操作にも着目し、舵角センサの信号に基づき、メニュ選択の項目に対応付けられた反力パターンを制御することにより誤操作を防止する回転式入力装置について説明する。回転式入力装置の外観、操作機能は第１の実施形態と同様である。
【００８５】
以下、本実施形態における回転式入力装置の構成を、図１２のブロック図で説明する。回転式入力装置１３１は、第２の実施形態の回転式入力装置１１１と同等である。回転式入力装置１３１と接続される外部の構成も、第２の実施形態と概ね同様であるが、図１０に示した加速度センサ１２０２が、図１２では車速センサ１３０２に置き換わり、更に、舵角センサ１３０３が追加されるところが、第２の実施形態と異なる点である。
【００８６】
次に、本実施形態における反力パターンの発生方法、及び押し込み操作のロック方法について説明する。本実施形態でも、操作対象として第１の実施形態と同様に、図２に示した如くの選択メニュ・リストを想定する。
【００８７】
まず、操作・表示処理演算手段１３７において、図２の選択メニュ・リストに対応する基本反力パターンを、車速センサ１３０２から入力される速度により補正する。補正方法は、第１の実施形態のホイール制御演算手段４５における振動による反力パターン補正（図４のステップ５３）の方法と同等であるが、ホイール振動の検知結果は、車速センサ１３０２の入力から予測した結果を用いる点が異なる。車速センサ１３０２からホイール振動を予測する計算式は、物理的考察または実験により求める必要がある。
【００８８】
更に、振動による補正後の反力パターンを、舵角センサ１３０３から入力される舵角により補正する。基本的には、舵角が所定の舵角以上の際は、操舵中と判断し、振動による補正後の反力パターンに対し、更に、ディテント・パラメータの深さ及び間隔を増大させ、更に波形をサイン波から矩形波へ変形させて行くことで、操舵中のスイッチ操作に注意が払われない状況においても反力パターンを明確に知覚できるようにする。
【００８９】
実際のパラメータの補正量は、ホイール振動と舵角を条件として、各条件下において反力パターンを知覚できるよう実験により決定する必要があり、更に、知覚能力の個人差を考慮する場合は、統計的手法を併用する必要がある。また、条件として舵角の代わりに、舵角の変化量を採用してもよい。
【００９０】
更に、パラメータの補正は、条件に対して連続的に補正してもよいし、同等の効果が期待できるのであれば、段階的に補正してもよい。これら反力パターンの振動により補正、舵角による補正は、周期的に実施し、補正結果を通信手段１３６経由で、ホイール制御演算手段１３５に出力する。また、振動、舵角による補正を正確に行うには、演算の周期は、リアルタイムであることが望ましい。ホイール制御演算手段１３５における処理は、第２の実施形態と同様である。
【００９１】
このようにして、第３の実施形態によれば、車両のステアリングに設置された回転式入力装置において、第２の実施形態と同様の効果が得られるのに加え、舵角によりディテント・パターンのパラメータを補正するため、操舵中でスイッチ操作に注意が払われない状況においても、操作者は選択項目に対応するディテント・パターンを確実に認識することができ、ディテント・パターンを認識できずに選択操作を誤ったり、ディスプレイ上に表示されているメニュ等の操作対象を注視したりする状況を防止することができる。更に、必要以上のディテント・パターンとならないようパラメータ補正を行うため、操作効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態〜第３の実施形態に係るホイールの、外観及び操作方向を示す説明図である。
【図２】第１の実施形態〜第３の実施形態に係る、操作対象となる選択メニュ・リストの表示例を示す説明図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る回転式入力装置、及びこれと接続される各要素の構成を示すブロック図である。
【図４】第１の実施形態に係る回転式入力装置の、ホイールの制御手順を示すフローチャートである。
【図５】第１の実施形態に係り、無操作時（振動検知時）の反力パターンを示す特性図である。
【図６】第１の実施形態〜第３の実施形態に係り、選択項目に対応した基本反力パターンとなるディテント・パターンを示す特性図である。
【図７】第１の実施形態〜第３の実施形態に係り、ホイール振動によるパラメータ補正手順を示す特性図である。
【図８】第１の実施形態〜第３の実施形態に係り、操作強度によるパラメータ補正方法を示す特性図（所定強度より大の場合）である。
【図９】第１の実施形態〜第３の実施形態に係り、操作強度によるパラメータ補正方法を示す特性図（所定強度より小の場合）である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る回転式入力装置、及びこれと接続される各要素の構成を示すブロック図である。
【図１１】第２の実施形態に係る回転式入力装置の、ホイールの制御手順を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の第３の実施形態に係る回転式入力装置、及びこれと接続される各要素の構成を示すブロック図である。
【図１３】従来例における誤操作防止方法の処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
３１  ポインタ
４１，１１１，１３１  回転式入力装置
４２，１１２，１３２  ホイール
４３，１１３，１３３  ホイール駆動手段
４４，１１４，１３４  ホイール位置検出手段
４５，１１５，１３５  ホイール制御演算手段
４６，１１６，１３６  通信手段
４７，１１７，１３７  操作・表示処理演算手段
４８，１１８，１３８  情報処理演算手段
４９，１１９，１３９  表示手段
１１０１，１３０１  ホイール押下抑制手段
１１０２  加速度センサ
１３０２  車速センサ
１３０３  舵角センサ
【図１】
0004058938.tif 000002
【図２】
0004058938.tif 000003
【図３】
0004058938.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
0004058938.tif 000007
【図７】
0004058938.tif 000008
【図８】
0004058938.tif 000009
【図９】
0004058938.tif 000010
【図１０】
0004058938.tif 000011
【図１１】
0004058938.tif 000012
【図１２】
0004058938.tif 000013
【図１３】
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