Automotive equipment drive for manual operation device

本発明は、車載機器駆動用手動操作装置に関する。

車両にはエアコン、オーディオ及びナビゲーション等種々の機器が搭載されている。 例えばエアコンにはｆｏｏｔ，ｆａｃｅ及びｄｅｆ等の各モードがあり、運転者がレバーやボタンを手動操作して何れか一つのモードを選択する。 モードの選択は一般に、レバーの場合は移動（スライド）、ノブの場合は回転、そしてボタンの場合は押込みである。

レバーやボタンの操作フィーリングを向上させるために従来より種々の工夫が凝らされている。 例えば、従来の手動操作装置（特許文献１参照）では、図１２に示すように操作部材２００と、操作部材２００に外力を加えるアクチュエータ２０２と、アクチュエータ２０２の作動を制御する制御部２０４と、操作部材２０２の操作状態を検知する検知部材２０６と、車載機器２１２との間で信号を送受信する入出力部材２１０とを備えている。 車載機器２１２に接続された検知手段（不図示）の外部信号を制御部２０４に入力して所定の制御信号を生成し、この制御信号によりアクチュエータ２０２の作動を制御している。

特開２００２−１８９５５７号

上記従来例は、車載機器２１２の状態に応じて操作部材２００に異なる操作フィーリングを付与することを意図している。 例えば、操作部材２００の作動力を変更する場合、作動力の強度、作動力の発生方向及び負荷時間を考慮する。

しかし、運転者の運転負荷は考慮されていない。 操作部材２００を操作する場合、車両が停車中であればこれらの操作に集中できるので、小さな操作力で操作できることが望ましい。 これに対して、車両の走行中は大半の集中力が運転に奪われるので、操作部材の操作には少しの注意力しか注げず、誤操作をすることがある。 これを防止するためには、大きな操作力でなければ操作できないことが望ましい。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、運転者にかかる運転上の負荷の大小に応じて、適正な操作フィーリングで操作部材を操作できる車載機器駆動用手動操作装置を提供することを目的とする。

本願の発明者は、手動操作部材の操作反力の大きさを、運転者の運転負荷の大きさに応じて変更し、それにより必要とされる操作力を変更することを思い付いて、本発明を完成した。

本発明による車載機器駆動用手動操作装置は、請求項１に記載したように、ナビゲーション、エアコン又はオーディオの何れか１つを選択及び駆動するために所定方向に手動操作される操作部材と、前記操作部材に操作反力を付与する反力付与手段と、 車速に基づき運転者の運転負荷を検出する負荷検出手段と、前記負荷検出手段により検出された運転負荷に応じて前記操作反力の大きさを変更する反力変更手段と、表示器と、から成り、前記反力付与手段は、前記反力変更手段により変更された操作反力を前記操作部材に付与すると共に、前記操作部材により選択されたナビゲーション、エアコン又はオーディオの何れかが前記表示器にカーソルで表示される。

この手動操作装置において、運転者が操作部材を操作する際、反力付与手段が操作部材に加える操作反力を、負荷検出手段で車速に基づいて検出された結果に応じて反力変更手段が変更するとともに、操作部材の選択操作結果を表示器に表示する。 これにより、運転負荷の大きさに応じた操作反力が操作部材に付与され、操作フィーリングが向上するとともに、操作が容易になる。

請求項２の車載機器駆動用手動操作装置は、請求項１において、負荷検出手段は、車速が遅いときは運転負荷を小さく評価し、車速が速いときは運転負荷を大きく評価する。

請求項３の車載機器駆動用手動操作装置は、請求項１において、反力変更手段は、操作反力を、運転負荷が小さいときは小さく運転負荷の増加につれて段階的又は比例的に大きくなるように変更し、もって操作部材の必要操作力を運転負荷が小さいときは小さく増加につれて段階的に又は比例的に大きくする。

請求項４の車載機器駆動用手動操作装置は、請求項１において、操作部材はナビゲーション、エアコン又はオーディオの何れか一つを選択的に作動させるために回転される回転ノブであり、反力付与手段及び反力変更手段は回転ノブを変更可能な付勢力で反操作方向に付勢するモータである。 請求項５の車載機器駆動用手動操作装置は、請求項４において、回転ノブは、複数の車載機器の複数の操作位置間でクリック感を発生する。

以上述べてきたように、本発明の車載機器駆動用手動操作装置によれば、運転者が操作部材を操作する際の操作反力が運転負荷に応じて変更されるとともに、操作部材の選択操作結果が表示器に表示される 。 これにより、運転者は運転負荷の大きさに応じた操作反力を手に感じ、操作フィーリングが向上するとともに、 操作が容易となり、誤操作が防止される。

請求項２の車載機器駆動用手動操作装置によれば、車速の速遅に応じて、運転負荷は小さく又は大きく評価する。 よって、運転負荷の大小を正確に評価することができる。

請求項３の車載機器駆動用手動操作装置によれば、操作反力が反力変更手段により、運転負荷が小さいときは小さく、増加するにつれて段階的に又は比例的に増加するように変更される。 その結果、運転者は、運転負荷が小さいときは小さな操作力で操作部材を操作でき、快適な操作フィーリングが得られる。 一方、運転負荷が大きいときは大きな操作力でなければ操作部材を操作できず、操作量が多すぎる等の誤操作が防止される。

請求項４の車載機器駆動用手動操作装置によれば、ナビゲーション、エアコン、オーディオの車載機器から一つを選択して作動させる回転ノブに、運転負荷の大きさに応じてモータの出力を変更することにより、適度の操作反力が付与される。 請求項５の車載機器駆動用手動操作装置によれば、運転者等はクリック感により作動機器が変更されたことを認識でき、間違った車載機器を作動させることが防止される。

図９に本発明の基本概念を示す。 手動操作部材Ａは運転者により手動操作され、車載機器Ｂを駆動する。 操作部材には反力付与手段Ｃにより操作反力が付与される。 一方、運転者の運転負荷が負荷検出手段Ｅにより検出される。 反力変更手段Ｄは検出手段Ｅからの入力に基づき、反力付与手段Ｃの操作反力を変更する。 反力付与手段Ｃと反力変更手段Ｄとで制御手段Ｆが構成される。

＜手動操作部材、車載機器＞
本発明において、「手動操作部材」としては、運転者や同乗者により操作されるスライド式のレバー、回転式のノブ、押込み式のボタン、ジョイステック及びドラッグボール等がある。 「車載機器」にはエアコン、オーディオ、クルーズコントロール、ナビゲーション、道路選択部材等が含まれる。

手動操作部材は、後述する反力付与手段及び反力変更手段により、運転負荷が小さいときは小さな操作力で操作でき、運転負荷が大きいは大きな操作力で操作できるようになっていることが望ましい。 また、操作時にクリック感が発生するようになっていれば、運転者等が操作部材の操作を実感でき、望ましい。

一つの手動操作部材の操作に基づき、一つの車載機器が駆動されても良いし、複数の車載機器の何れか一つが選択的に駆動されても良い。 複数の手動操作部材の操作により複数の車載機器を駆動しても良い。
＜運転負荷＞
本発明で「運転負荷」とは、車両の運転中に運転者に加わる身体的及び精神的負荷（負担）のことである。 具体的には車両の速度（車速）の速遅、車間距離の長短及びクルーズコントロール（車両用定速走行装置）の作動・非作動、及び自動車専用道路・非自動車専用道路の走行等である。

ａ． 車速 「車速」に関し、車両が停止中（停車中）は運転負荷は小さいが、走行中は大きくなる。 同じ走行中でも、低速走行中は運転負荷が比較的小さいが、高速走行中は比較的大きい。 車速は車速センサにより検出され、車速の大きさに応じて運転負荷を２段階又は３以上の段階にランク付けし、その結果を反力変更手段に入力することができる。 例えば図１０（ａ）に示すように、運転負荷を車速がゼロのとき（停車中）は運転負荷を１Ｋとし、それ以外のとき（車速２ｖ以下で走行中）は２Ｋとする。 例えば図１０（ｂ）に示すように、運転負荷を車速がゼロのときは１．５Ｋとし、車速ｖ１以下の時は１．７５Ｋとし、車速ｖ１からｖ２のときは２Ｋとする。

ｂ． 車間距離 「車間距離」は自分の車両の前方の車両との距離の他、自分の車両と左方又は右方の車両との距離も含む。 車間距離が大きいときは運転負荷が小さく操作部材の操作に注意力を向けることができるが、車間距離が小さいときは運転負荷が大きく手動操作部材の操作への注意力は少なくなる。
車間距離は赤外線センサやミリ波により検出され、車間距離の大きさに応じて運転負荷を２段階又は３以上の段階にランク付けし、その結果を反力変更手段に入力することができる。 例えば、ある車速（低速）に対して運転負荷を車間無限大（前方に先行車なし）のときは第１所定値とし、第１所定車間時間の時は第１所定値よりも大きい第２所定値とし、第１所定車間時間よりも短い第２所定時間間隔の時は第２所定値よりも大きい第３所定値とする。
そして、上記関係を車速が低速から中速及び高速になるにつれて変化させることができる。 詳細は実施例で説明する。

ｃ． クルーズコントロール等 「クルーズコントロール」（ＣＣ）は車両を定速で走行させるもので、運転者がスイッチをオンすることによりセットされる。 当然のことながら、ＣＣの作動時は非作動時と比べて、運転者に加わる運転負荷は小さくなる。
道路の種類に関し、高速道（自動車専用道路）では、視界が良く、信号がなく、カーブも少ないので、運転負荷が小さい。 これに対して、建物等が視界を妨げ、信号での頻繁な停止・発進が必要で、交差点でのカーブも多い一般道（非自動車専用道路）では大きな運転負荷が要求される。

＜操作反力、反力付与手段、反力変更手段＞
本発明で「操作反力」とは、所定方向の操作（スライド、回転又は押込み）を妨げる方向のブレーキ力である。 誰しも経験しているように、手動操作部材の操作時、あまりに軽く操作できる（操作反力が小さい）よりも、適度の操作反力が手に加わる方が操作フィーリングが向上する。 そして、最適の必要操作力は運転負荷の大小に応じて変化する。

「反力付与手段」は運転者等が操作する手動操作部材に機械的又は電気的に操作反力を付与するものであり、反力変更手段がその大きさを変更する。 例えば押込み式ボタンを付勢する圧縮バネを反力付与手段とし、その圧縮量を調整する移動部材を反力変更手段とすることができる。 また、電流値の変更によりその駆動力が調整できるモータを、回転式ノブの反力付与手段及び反力変更手段とすることができる。

「反力変更手段」は車速、車間距離の大小等に応じて、操作反力の大きさを変更するものである。 例えば、図１１（ａ）に示すように、操作反力を車速が遅いときは小さく、速いときは大きく、二段階に設定することができる。 これに対応して、必要とされる操作力は車速が遅いときは小さく、速いときは大きくなる。 また、図１１（ｂ）に示すように、車速の増加につれて操作反力を漸増させることもできる。 これに対応して、必要とされる操作力は車速が遅いときは小さく、速くなるにつれて漸増する。

以下、本発明の実施例を添付図面を参照しつつ説明する。
＜第１実施例＞
（構成）
図１に第１実施例を示す。 この手動操作装置は、ハウジング１０、操作ボタン１５、圧縮バネ（反力付与手段）２０、昇降板２３、モータ２５及び接点２８を含む。 昇降板２３とモータ２５とで反力変更手段が構成される。

ハウジング１０は上方ハウジング部１１と下方ハウジング部１２とを含み、両者は上下方向に離れている。 上方ハウジング部１１に形成された装着孔１３に操作ボタン１５が装着され、下方に押込み（押下げ）可能である。 操作ボタン１５の下方に配置された接点２８は下降する操作ボタン１５によりオンされ、車載機器（例えばオーディオ機器）を駆動するための駆動信号を出力する。

操作ボタン１５は、その下面と昇降板２３の上面との間に配置された圧縮バネ２０により上方に付勢されている。 操作ボタン１５の下端周縁に形成された環状突起１６が上方ハウジング部１２の下面に当接している。 モータ２５に負荷検出手段としての車速センサＥ（図６参照）から車両の速度に関する信号が入力され、それに応じて正転又は逆転する。
昇降板２３は、モータ２５の正転により下降して下方ハウジング部１２に当接し、圧縮バネ２０の圧縮を開放する。 また、モータ２５の逆転により上昇して下方ハウジング部１２から離れ、圧縮バネ２０を圧縮する。

（作用効果）
車両の停車中は、車速センサＥから入力される車速ゼロの信号に基づき、モータ２５が正転して昇降板２３を下降させる。 圧縮バネ２０がそれ程圧縮されず（圧縮量が小さく）、操作ボタン１５に加わる上向きの付勢力が小さくなる。 停車中は操作ボタンの操作に集中できる。 よって、操作ボタン１５を小さな操作力で操作することができ、オーディオ機器を操作する際、操作（押込み）反力が小さい方が操作フィーリングが向上する。

これに対して、走行中は車速センサＥから所定の車速信号がモータ２５に入力され、モータ２５が逆転して昇降板２３を上昇させる。 圧縮バネ２０が大きく圧縮され、操作ボタン１５に上向きの大きな付勢力を加える。 その結果、操作ボタン１５の押込みに要する操作力が大きくなる。
よって、オーディオ機器の作動時、運転者は圧縮バネ２０の付勢力に打ち勝つ大きな押込み力で操作ボタン１５を押し込むことが必要である。 走行中は大半の集中力が運転に向けられているので小さな操作力での操作は困難である。 大きめの操作反力に打ち勝つ大きな操作力を加える方が操作フィーリングが良く、これにより操作ボタンの押し過ぎによる誤操作等が防止される。

＜第２実施例＞
図２，図３，図４及び図５に第２実施例を示す。 この実施例では、１つの回転式の操作ノブ４０の回転操作によりナビゲーション、エアコン又はオーディオの何れか１つが選択でき、何れが選択されたときも車両が停車中と走行中とで操作反力即ち必要とされる操作力の大きさが異なる。
（構成）
詳述すると、図２に示すように、操作ノブ（手動操作部材）４０、モータ４５（反力付与手段兼反力変更手段）、負荷検出器４９、表示器５０、ナビゲーション６２、エアコン６４及びオーディオ６６から成る。

図３に示すように、操作ノブ４０の回転軸４１上に第１歯車４２が取り付けられ、回転軸４１の先端にロータリエンコーダ４３が結合されている。 ロータリエンコーダ４３は操作ノブ４０の回動量を検出するものである。 ロータリエンコーダ４３と並んで配置されたモータ４５の出力軸４６に第２歯車４８が取り付けられ、第１歯車４２と噛合している。 負荷検出器４９の検出結果がモータ４５に入力される。

図４において、表示器５０にはナビゲーションマーク５２、エアコンマーク５４及びオーディオマーク５６があり、操作ノブ４０の回転により選択された車載機器がカーソル５８で表示される。

負荷検出器４９での検出結果に基づき、モータ４５の駆動力が２つの歯車４８，４２を介して操作ノブ４０に伝達され、操作反力となる。 モータ４５は、停止中は図５に曲線Ｘで示すように小さな操作反力を、走行中は曲線Ｙで示すように大きな操作反力を発生する。 また、操作反力Ｘは、ナビゲーション６２、エアコン６４又はオーディオ６６が選択されている間は比較的小さく（曲線ｘ１、ｘ２及びｘ３参照）、ナビゲーション６２とエアコン６４との間の切換え時、及びエアコン６４とオーディオ６６との間の切換え時は比較的大きくなる（曲線ｘ４及びｘ５参照）。
この事情は、曲線ｙ１、ｙ２及びｙ３、並びに曲線ｙ４及びｙ５で示すように、走行中に付与される操作反力Ｙについても同様である。

（効果）
この実施例によれば、ナビゲーション６２、エアコン６４及びオーディオ６６の何れが選択された場合でも、操作ノブ４０の操作反力即ち必要とされる操作力の大きさは運転負荷が小さい車両の停止中は小さく、運転負荷が大きい走行中は大きい。 その結果、運転者は停止中は操作ノブ４０の操作に集中し、小さな操作力で操作でき、走行中は車両の運転に集中しつつ大きな操作力で操作ノブ４０を操作することにより誤操作を防止できる。

また、車両が停止中でも走行中でも、ナビゲーション６２とエアコン６４との間及びエアコン６４とオーディオ６６との間で車載機器を切り換えるとき、操作ノブ４０の操作反力が大きくなる。 これにより、運転者は必ずしも表示器５０を見ることなく車載機器の切換えを手で実感及び確認することができ、走行上の安全が確保できる。

＜第３実施例＞
図６及び図７に本発明の第３実施例を示す。 この実施例では押込み式の操作ボタンが操作時（押込み時）にクリック感を伴い、また運転負荷が二段階に評価されている。
（構成）
詳述すると、図６（ａ）において基板１００の上面にドーム部材１０５を介してＣＣ作動用のプッシュスイッチ１１０が取り付けられている。 ゴム等の弾性部材から成るドーム部材１０５は、その開口部を基板１００に密着させて（伏せて）載置されている。 基板１００の上面に一方のスイッチ片１０１が固定され、ドーム部材１０５の頂部の下面の対向する位置には他方のスイッチ片１０６が固定されている。 ドーム部材１０５の頂部の上面にはプッシュスイッチ１１０の下面に形成された突部１１１が当接可能である。

水平部１１６と垂直部１１８とを含む移動部材１１５が基板１００に対して上下動可能に取り付けられている。 垂直部１１８が基板１００を板厚方向に貫通し、基板１００に案内されて上下動可能である。 水平部１１６に中央部にはドーム部材１０５及び突部１１１の貫通を許容する開口１１７が形成されている。 移動部材１１５はモータ１２０により駆動されて上方又は下方に駆動され、モータ１２０による移動部材１１５の駆動方向及び駆動量は運転負荷に応じて決める。 水平部１１６の周縁と基板１００との間に圧縮（コイル）バネ１２２が配置され、基板１００に対して移動部材１１５を上方に付勢している。

（作用効果）
例えば自動車が中低速で走行中にプッシュスイッチ１１０が押し下げられた場合を考える。 このとき、図６（ａ）に示すように移動部材１１５はモータ１２０に駆動されて下方位置にあり、水平部１１６がプッシュスイッチ１１０から下方に離れている。 プッシュスイッチ１１０を操作すると（押し下げると）、ドーム部材１０５が変形する。 図６（ｂ）に曲線ｋで示すように、操作量（押下げ量）が約０．７ｍｍになり、必要な操作力がほぼ０．９Ｎになるまでは、ドーム部材１０５の頂部が下方に変形し、操作量と操作力とがほぼ比例する。

操作量が０．７ｍｍを超えると、ドーム部材１０５の半径方向中間部が下方に大きく変形し、他方スイッチ片１０６が一方スイッチ片１０１に接触し、ＣＣが作動する。 このとき操作力が急激に小さくなり、このクリック感により運転者等はプッシュスイッチ１１０がオンされたことを手で感覚的に認識することができる。

次に、例えば自動車が高速で走行中にプッシュスイッチ１００が押し下げられた場合を考える。 この場合、図７（ａ）に示すようにモータ１２０の駆動により移動部材１１５が上昇し、圧縮バネ１２２が長くなり、水平部１１６の上面がプッシュスイッチ１１０の下面に当接する。 この状態では、ドーム部材１０５の上向きの弾性力と、圧縮バネ１１２の上向きのバネ力とがプッシュスイッチ１１０に作用する。

よって、図７（ｂ）に曲線ｋ及び直線ｌ（圧縮バネの付勢力）で示す二つの付勢力の合計（ｍ）に抗してプッシュスイッチ１１０を押し下げることになる。 プッシュスイッチ１１０の操作量が０．７ｍｍ程度になっても、操作力が約１．７Ｎを超えなければドーム部材１０５即ちプッシュスイッチ１１０は下方に変形しない。 これにより、多くの注意力を運転に奪われる高速走行時におけるプッシュスイッチ１１０の誤操作が防止できる。
加えて、中速走行時も、操作量が０．７ｍｍを超えるとドーム部材１０５の半径方向中間部が急激に下方にクリック変形し、運転者等はプッシュスイッチ１１０のオンを実感できる。

＜運転負荷の評価の具体例＞
図８（ａ）（ｂ）（ｃ）及び（ｄ）に運転負荷の評価の具体例を示す。 図８（ａ）では車速（停車中か走行中か）とＣＣとを組み合わせて運転負荷を評価している。 直線ａ１で示すように、ＣＣのオン時は停車中及び車速２ｖ以下で走行中の運転負荷は１Ｋとする。 これに対して、直線ａ２で示すように、ＣＣのオフ時は、車速２ｖ以下で走行中の運転負荷は２Ｋとする。

図８（ｂ）は車速（１０ｋｍ以下、１０ｋｍから６０ｋｍ、６０ｋｍ以上）とＣＣとの組み合わせにより運転負荷を評価している。 ３本の直線群ｂ１で示すように、ＣＣのオン時は車速１０ｋｍ以下の運転負荷は１．２Ｋ、車速１０ｋｍから６０ｋｍで走行中の運転負荷は１．３５Ｋ、車速６０ｋｍ以上で走行中の運転負荷は１．５Ｋとする。

一方、３本の直線群ｂ２で示すように、ＣＣのオフ時は車速１０ｋｍ以下の運転負荷は２Ｋ、車速１０ｋｍから６０ｋｍで走行中の運転負荷は２．２５Ｋ、車速６０ｋｍ以上で走行中の運転負荷は２．５Ｋとする。

図８（ｃ）は車速と車間距離（車間時間）とを組み合わせて運転負荷を評価している。 ３本の直線群ｃ１で示すように、先行車がないとき車速１０ｋｍ以下で走行中の運転負荷１．５Ｋ、車速１０ｋｍから６０ｋｍで走行中の運転負荷は１．７５Ｋ、車速６０ｋｍ以上で走行中の運転負荷は２Ｋとする。

また、３本の直線群ｃ２で示すように、車間時間が４秒のとき車速１０ｋｍ以下で走行中の運転負荷は２Ｋ、車速１０ｋｍから６０ｋｍで走行中の運転負荷は２．２５Ｋ、車速６０ｋｍ以上で走行中の運転負荷は２．５Ｋとする。 更に、３本の直線群ｃ３で示すように、車間時間が２秒のとき車速１０ｋｍ以下で走行中の運転負荷は２．５Ｋ、車速１０ｋｍから６０ｋｍで走行中の運転負荷は２．７５Ｋ、車速６０ｋｍ以上で走行中の運転負荷は３Ｋとする。

図８（ｄ）は車速と走行道路の種類との組み合わせで運転負荷を評価している。 ３本の直線群ｄ１で示すように、高速道を車速１０ｋｍ以下で走行中の運転負荷は１．５Ｋ、車速１０ｋｍから６０ｋｍで走行中の運転負荷は１．７５Ｋ、車速６０ｋｍ以上で走行中の運転負荷は２Ｋとする。 一方、一般道を車速１０ｋｍ以下で走行中の運転負荷は２Ｋ、車速１０ｋｍから６０ｋｍで走行中の運転負荷は２．２５Ｋ、車速６０ｋｍ以上で走行中の運転負荷は２．５Ｋとする。

なお図８（ａ）から（ｄ）のうち任意の２つ以上を組み合わせることもできる。 例えば図８（ｂ）と図８（ｃ）とを組み合わせれば、車速（１０ｋｍ以下、１０ｋｍから６０ｋｍ、６０ｋｍ以上）とＣＣと車間時間との組合せで運転負荷を評価することになる。

（ａ）は本発明の第１実施例を示す正面断面図、（ｂ）は作動説明図である。

本発明の第２実施例を示す全体説明図である。

第２実施例の操作部材等を示す斜視図である。

第２実施例の表示器を示す正面図である。

第２実施例の作動説明図である。

（ａ）は第３実施例の第１運転負荷時の正面断面図、（ｂ）はその作動説明図である。

（ａ）は第３実施例の第２運転負荷時の正面断面図、（ｂ）はその作動説明図である。

複合された運転負荷の評価を示し、（ａ）及び（ｂ）は車速及びＣＣのオン・オフと運転負荷との関係を、（ｃ）は車速及び車間距離と運転負荷との関係を、（ｄ）は車速及び走行道路と運転負荷との関係を、それぞれ示すグラフである。

最良の形態（全体構成図）を示す説明図である。

（ａ）及び（ｂ）は最良の形態（車速と運転負荷との関係）を示すグラフである。

（ａ）及び（ｂ）は最良の形態（車速と操作反力との関係）を示すグラフである。

従来例を示す説明図である。

符号の説明

１０：ハウジング １５：押込みボタン ２０：圧縮バネ ２３：昇降板 ２５：モータ ２８：接点 ４９：負荷検出器 Ｂ：車載機器 Ｅ：車速センサ